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PALA PARA AEROGENERADOR A. SÁNCHEZ

Autor:Antonio Sánchez VargasEstepona. Málaga. España

e-mail: asmotor@gmail.com

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DESCRIPCIÓN

La pala A. Sánchez (A.S.) se caracteriza por entregar un alto par a medias o bajas revoluciones. Es de perfil ancho, más voluminosa que la convencional, aunque más estable en conformación bipala. En aerogeneradores, el rendimiento óptimo se obtiene acoplándola a alternadores de medias o bajas r.p.m. En las últimas pruebas comparativas en tunel de viento, el rendimiento obtenido ha sido un 170% superior a la pala convencional. La diferencia de par en arranque o con giro lento puede ser más de 10 veces superior.

Una turbina girando, provoca un aumento de presión y turbulencia en su frente. Las palas de los aerogeneradores convencionales, si bien presentan buenas cualidades en cuanto a permeabilidad, ligereza, aerodinámica y velocidad, carecen de buena eficiencia, entre otras causas, porque las corrientes turbulentas las atraviesan en muchas direcciones. Esto, unido al efecto centrífugo de las palas en rotación, induce al flujo a resbalar hacia los bordes y escapar del circulo barrido por el rotor. Otro inconveniente del diseño de estas palas es la extrema facilidad con la que el viento las atraviesa cuando giran despacio o están detenidas. Por ello, el par que generan es muy bajo. En realidad es necesario que la pala gire a una velocidad doble o superior a la del viento para poder obtener un rendimiento aceptable en la práctica, y, en rotores de pala fija, dificulta o impide el arranque con viento suave, permaneciendo el aerogenerador inactivo buena parte del tiempo.

La necesaria alta velocidad de giro de estos rotores (entre 1.000 y 2.000 r.p.m. para rotores pequeños) genera ruido, los hace peligrosos, y encarece los costos de los componentes, que deben soportar fuerte stress mecánico.

Fig. 1

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Para mejorar las cualidades de los actuales rotores de los aerogeneradores de eje horizontal, se hace necesario idear una pala más eficiente a baja velocidad, más reactiva con vientos suaves. Para ello, el flujo que atraviesa la pala debe ser deflectado y conducido hacia el borde de salida de forma más compacta, neutralizando turbulencias, para que el aire atraviese el rotor sin escaparse por los bordes, consiguiendo así que se aplique mayor fuerza en el sentido de giro. De esta forma, además de conseguirse que el rotor inicie el giro con menos viento, se genera mucho más par, y se convierte mucha más energía eólica en energía mecánica, porque el flujo bajo presión necesariamente tiene que seguir los canales de la pala, incluso aunque sea turbulento.

Cuando esta turbina gira, disminuye extraordinariamente la permeabilidad a la corriente de aire, y aumenta significativamente la presión en su frente. La corriente encauzada por los canales de cada pala aplica presión reactiva sobre los bordes de ataque, aprovechando así mucho más la energía del flujo, que sin embargo, es menor que en una turbina convencional. Esto es así, porque presenta más superficie, y esta es perpendicular a la corriente. Aunque estructuralmente la pala debe ser más resistente que una convencional, tiene la ventaja de que nunca se sobrerevoluciona.

De acuerdo con la presente invención se propone un modelo de pala (figuras 2, 3 y 4) destinado a los aerogeneradores de eje horizontal. Esta pala consiste en un cuerpo alargado (1), curvado 90º en el borde de ataque (2), con una pluralidad de láminas (3) de la misma altura que el borde de ataque, dispuestas transversalmente. De esta manera se crean una pluralidad de canales (5) en la cara enfrentada al viento.

Cuando la pala recibe el flujo del viento, este es dividido y deflectado 90º en cada canal y encauzado hacia el borde de salida (4), para así conducir este flujo con la menor turbulencia posible. La deflexión canalizada del flujo aumenta la presión, que es máxima en la cara interna del borde de ataque, y va decreciendo hacia el borde de salida. La presión aplicada sobre la cara interna del borde de ataque genera el par giratorio en la pala.

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Fig. 2

Descripción de los dibujos

La figura 2 muestra un perfil seccionado de la pala.La figura 3 muestra una perspectiva de la pala.La figura 4 muestra los principios de funcionamiento de la pala.

Modo de realización

El objeto de la presente invención consiste a una pala para aerogeneradores de eje horizontal, con un diseño que mejora la eficiencia, permitiendo conformar un rotor de menor diámetro y de giro más lento, que sin embargo, genera más energía y gira de forma casi silenciosa. Es de aplicación en los aerogeneradores de eje horizontal, dotados de alternadores de imanes permanentes de baja velocidad de giro. El excelente par de giro la hace aplicable a otros dispositivos mecánicos, como los de bombeo. La pala puede ser diseñada para que gire sobre su eje, para reducir la superficie enfrentada al viento, y ajustar así la velocidad de giro. Según las conclusiones obtenidas de las pruebas en el tunel de viento, se obtiene mayor par en tanto mayor sea la cuerda y la altura del borde de ataque, aunque también disminuye la velocidad de giro. Los mejores resultados obtenidos en el tunel de viento, lo han sido con un prototipo bipala. de 77cm. de diámetro, 20cm. de cuerda constante, y 1.5cm de altura constante en el borde de ataque. En estas pruebas se utilizó un pequeño alternador de imanes permanentes, 50W a 1.000 r.p.m., capaz de generar a medias revoluciones.

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Fig. 3

Fig. 4

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Pruebas de rendimiento de la pala A. Sánchez

Esta nueva pala ha sido probada exhaustivamente, con múltiples prototipos construidos, tanto de la pala A. Sánchez, como de la convencional. En el tunel de viento los resultados son concluyentes y ha quedado demostrado su superior rendimiento (170% superior), en relación con la pala convencional. En estas pruebas se han utilizado alternadores de altas y medias rpm, por lo que es de esperar que el rendimiento comparativo sea mejor acoplando la pala AS a alternadores de bajas rpm. Las pruebas con viento real continúan en el momento de redactar este documento. Estas pruebas son mucho más complejas y dificultosas. En ellas se utilizan dos posiciones con nuevos alternadores de imanes permanentes de alta y media velocidad, y diverso equipamiento como anemómetros, datalogger, caja de cargas conmutables , contadores de amperios/hora, etc.

Turbina A.S. En prueba en el tunel de viento.

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PRUEBAS COMPARATIVAS CON VIENTO REAL

Aerogenerador equipado con las palas A. Sánchez ( ø120cm.)

Aerogenerador equipado con las palas convencionales de serie ( ø120cm.)

Tripala AS III ( ø120cm.) Bipala AS III ( ø120cm.)

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PRUEBAS COMPARATIVAS EN EL TUNEL DE VIENTO. PROTOTIPOS.

Turbina AS y Convencional de 77cm ø ((par y velocidad medias))para pruebas comparativas en el tunel de viento

Turbina de 77cm ø, perfil bajo ((par bajo, velocidad alta))para pruebas comparativas

Turbinas AS y convencional, 66cm ø para pruebas en tunel de viento

PRUEBAS EN EL TUNEL DE VIENTO. CURVAS

90% DE COBERTURA DEL CANAL DE PRUEBA. TURBINAS 77CM. DIÁMETRO. PERFIL Y R.P.M. INTERMEDIOS. GENERADOR ALTAS R.P.M. CON ENGRANAJE MULTIPLICADOR 1:2.5

EQUIPACIÓN PARA PRUEBAS (I)

Datos del viento en tiempo real.Mini alternador de imanes permanentes.

Medias r.p.m.

Tunel de viento. Tunel de viento.

EQUIPACIÓN PARA PRUEBAS (II)

Anemómetro. Caja para pruebas de aerogeneradores.

Datalogger. Datalogger.

Información actualizada puede encontrarse en la siguiente web:http://www.terra.es/personal/sanchezv/

Solicitud de Patente P200931284

Estepona. Málaga, julio de 2.011