Turbina Eolica

1. TURBINA EÓLICA TIPO TORNADO DISEÑO Y DESARROLLO ARGENTINO

2.

3. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES Esta máquina consta de un rotor cónico de base mayor superior y eje vertical que trabaja montado sobre rodamientos fijos a una estructura a nivel del piso, llegando a una altura variable según la potencia nominal de la turbina, en el orden de los 20 a 40 metros. El conjunto de sus 9 palas, verticales y radiales, gira dentro de un carenado de igual conicidad solidario a la toma de viento, por efecto de la incidencia del mismo, generando un gradiente de presión entre el centro y la periferia que provoca un vórtice tipo tornado acelerando francamente el flujo de aire a nivel de las puntas de las palas, aumentando conse-cuentemente la velocidad de giro del rotor y su cupla. La toma de aire, solidaria al carenado, es de sección decreciente de manera que el flujo de aire llega a la turbina acelerado entre dos y tres veces en relación a la velocidad del viento.

4. Todo el conjunto toma-carenado tiene libertad de giro de 360 grados, y un sistema automático de posicionamiento que lo orienta de acuerdo a la dirección del viento. El generador es de tipo asincrónico, y está construido sobre la base de dos discos horizontales de gran diámetro (alrededor de 15 metros dependiendo de la potencia nominal de la máquina). El disco superior o rotor es solidario al extremo inferior del eje de la turbina, sin sistemas de multiplicación de velocidades. El otro disco está bobinado en sectores que se van excitando en función de la velocidad angular de manera de mantener un régimen constante que permita un correcto ciclado que no perturbe la sincronía con la red eléctrica.

5. Funcionamiento: 1º Captación de la potencia del viento: El viento ingresa al cono a través de la toma de sección decreciente, de manera que llega acelerado entre dos y tres veces. Incide entonces sobre las palas generando una cupla que inicia el giro del rotor. Cuando éste llega a un régimen de alrededor de 20 revoluciones por minuto, la velocidad tangencial de la punta de las palas produce un gradiente de presión entre la zona delgada próxima al carenado y la zona central generando un vórtice tipo tornado con ingreso de aire extra desde la base que incrementa aún más la velocidad del flujo, aumentando la fuerza sobre las palas y consecuentemente su velocidad angular y/o su cupla dependiendo del control de velocidad angular del equipo (ver explicación más adelante).

6. Este principio de funcionamiento, basado en que la potencia disponible del viento está en función cúbica de su velocidad : Pd = ½ r A v3 (Potencia disponible = ½ de la densidad del aire por área por velocidad al cubo) explica el gran rendimiento de esta turbina. Como resultado de este principio de funcionamiento se logra que la velocidad de corte inferior (como se llama a la mínima velocidad del viento necesaria para que una máquina eólica comience a generar electricidad) es muy baja, en el orden de los 2-3 m/seg (7,20 10,8 km/h), y en función de su sistema de control de velocidad y la gran robustez que surge de su construcción la velocidad de corte superior (velocidad máxima del viento en que una máquina puede seguir operando) resulta muy alta, por encima de los 30 m/seg (108 km/h).

7. Resulta por lo tanto que el Factor de Carga que es la relación entre la energía realmente generada por la máquina en un tiempo determinado (por ejemplo 1 año), y la energía que hubiese producido en igual período trabajando constantemente a la potencia nominal, es significativamente más alto que cualquier otra máquina eólica producida.

8. 2º Control de la velocidad de rotación: La regulación de velocidad del generador para mantener un ciclado constante que no perturbe su conexión a la red, resulta muy simple y altamente confiable, ya que surge de la original concepción del generador. El gran diámetro del mismo produce una alta velocidad tangencial de las zonas periféricas del disco que permite generar electricidad con velocidades angulares bajas (20 RPM por ejemplo). El generador está fabricado con bobinas de excitación secuencial, de forma que cuando la velocidad del viento es baja se excita solamente una parte y entrega determinada potencia a 50 Hz, pudiendo conectarse a la red eléctrica.

9. Si aumenta la velocidad del viento, ante una pequeña variación de la velocidad de rotación se excita otro sector aumentando la carga del rotor. En esta situación la velocidad angular se mantiene prácticamente constante pero aumenta la cupla, entregando mayor potencia. Esto se repite en distintas etapas (variables en cantidad de acuerdo a la potencia nominal de la máquina). Accesoriamente cuenta con un sistema de venteo por el carenado para situaciones extremas de “supervivencia” o si el equipo está desconectado de la red, y de un freno estático.

10. 3º Control de la orientación del conjunto toma-carenado: Este sistema automático está construido con una hélice de palas planas ubicadas a 45º cuyo eje por medio de una simple transmisión de engranajes tipo piñón y corona, suficientemente desmultiplicado, hace girar la toma. Cuando se produce un borneo, el viento acciona esta hélice que gira todo el conjunto de toma-carenado hasta que llega a la posición de máxima captación, circunstancia en la cual el eje de esta hélice queda perpendicular a la nueva dirección del viento, y ésta se detiene. La gran desmultiplicación de este sistema permite un suave posicionamiento de la toma a las variaciones de dirección del viento, y amortigua naturalmente los pequeños borneos de rachas. El sistema resulta entonces muy simple y altamente confiable.

11. 4º Conexión a la red eléctrica: La conexión resulta muy simple y a prueba de fallas por estar el generador fijo (no requiere moverse para orientarse al viento) y en posición baja próxima al suelo, de manera que los conductores eléctricos no sufren torsiones y son relativamente cortos. El control electrónico de conexión a la red es simple y probado.

12. Construcción: Los componentes con los que se construye son en su amplia mayoría de producción nacional, con estructura de hierro y toma, carenado y palas de resinas reforzadas con fibras, utilizando en zonas construcción “en sandwich” para aumentar resistencia de flexión y

...