El desarrollo de las energías renovables es crucial en la lucha contra el calentamiento global y para la preservación de los recursos naturales de nuestro planeta. Las tecnologías de aprovechamiento de la energía eólica y solar están en auge. Esto genera una creciente demanda de aerogeneradores de eje vertical. Descubramos más sobre ellos.
Tipos de turbinas eólicas de eje vertical
Los 2 tipos de turbinas eólicas VAWT disponibles en el mercado son los siguientes: Aerogenerador Darrieus y aerogenerador Savonius.
Un tipo de turbina eólica que se utiliza principalmente para fines residenciales es una aerogenerador de eje verticalTiene 2 o 3 palas y un eje de rotor vertical. En una turbina eólica de eje vertical, el generador se ubica en la base y las palas rodean el eje de la torre.
Estas turbinas son A menudo se instalan en los divisores de carreteras. Los vehículos en movimiento hacen girar las palas curvas de la turbina y generan energía. La turbina utiliza diferentes velocidades del viento de distintas maneras según las necesidades.
1. Aerogenerador Darrieus (Tipo ascensor)
Esta turbina eólica recibió su nombre de Georges Darrieus, la persona que lo inventó. Las turbinas eólicas Darrieus tienen palas largas y curvas unidas a la parte superior e inferior del eje del rotor. También conocida con el nombre de batidor de huevos, cada extremo de esta turbina está conectado al eje del rotor.
Las turbinas Darrieus giran gracias a la sustentación proporcionada por la fuerza aerodinámica. El flujo de viento produce una succión en la parte frontal de la turbina, lo que hace que las palas giren en sentido contrario.
2. Aerogenerador Savonius (Tipo de arrastre)
Esta turbina Tiene una superficie sólida que recibe el viento y las aspas están envueltas alrededor del eje vertical debido a su disposición en forma de hélice.Las turbinas Savonius dependen principalmente del proceso de resistencia del flujo para activar los motores.
Esto es necesario, además de la fuerza dinámica del viento que actúa como fuerza activa para girar los rotores. El reverso de las palas se enfrenta simultáneamente a una fuerza de resistencia aerodinámica. Por ello, estas turbinas giran proporcionalmente a la velocidad del viento.
Ambos aerogeneradores tienen formas específicas de alas. Que reducen la resistencia que sufren. Al comenzar la revolución, la velocidad de la turbina también aumenta para superar la velocidad del viento, lo que mejora el rendimiento.
Principio de funcionamiento de una turbina eólica de eje vertical
Echemos un vistazo a los componentes de una turbina eólica de eje vertical.
- Caja de cambios – Aumenta la velocidad de rotación de un eje de baja velocidad para conectarlo a un eje de alta velocidad, que está conectado al generador.
- Generador – Convierte la energía mecánica en energía eléctrica en el aerogenerador.
- Batería Recargable – Almacena la producción de electricidad creada por el generador.
- Circuito LDR Funciona para encender y apagar la luz del sistema. Está compuesto por una resistencia fotodependiente (LDR), una batería, un LED, un transistor y una resistencia.
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Acoplar
Un aerogenerador de eje vertical (VAWT) está conectado a una caja de engranajes, la cual está conectada directamente al eje del generador eléctrico. El viento hace girar la turbina, generando energía mecánica.
La caja de engranajes mejora las revoluciones de la turbina internamente y transfiere estas rotaciones al generador como entrada mecánica. El generador utiliza esta energía y la convierte en energía eléctrica, que posteriormente se almacena en las baterías. Esta energía almacenada se utiliza a través de un sistema de iluminación automatizado.
Funcionamiento del circuito
El emisor del transistor está conectado a tierra y el colector al terminal negativo del LED. Los terminales de la resistencia están conectados directamente a la fuente de voltaje y el LDR al terminal negativo. Una vez conectado directamente a la batería, el circuito LDR detecta la presencia de luz. Posteriormente, el LED se enciende automáticamente cuando la intensidad de la luz (luz solar) disminuye.
Aplicaciones de turbinas eólicas de eje vertical
La siguiente es una lista de aplicaciones ideales de un tipo de turbinas eólicas de eje vertical.
- En pequeños proyectos eólicos e instalaciones de energía eólica menos extensas
- En construcción o uso en edificios residenciales.
- En zonas con condiciones climáticas o de viento inestables para generar energía.
Ventajas de la turbina eólica de eje vertical
Las ventajas de las turbinas eólicas de eje vertical son las siguientes:
1. Rotor omnidireccional
Las palas del rotor de los aerogeneradores de eje vertical son capaces de recogiendo viento que viene de cualquier direcciónPor lo tanto, estas turbinas pueden generar energía en condiciones climáticas inestables, como vientos racheados y turbulentos. Además, son ideales para zonas costeras y montañosas.
2. Espaciamiento más cercano
Cada turbina se coloca a una distancia de 5 diámetros a través del viento y a una distancia de aproximadamente 10 diámetros extendiéndose hacia abajo. Este espaciamiento ayuda a evitar la interrupción del flujo de aire. También reduce la posibilidad de una reducción de la velocidad del viento causada por el contacto entre las turbinas. Con un espaciamiento más estrecho, las turbinas eólicas de eje vertical... capturar efectivamente más energía por metro cuadrado de tierra.
De acuerdo a una Investigación 2017 Por la candidata al doctorado en ingeniería mecánica de la Universidad de Stanford, Anna Craig, los aerogeneradores de eje vertical pueden generar 10 veces más energía por unidad de tierra en comparación con un grupo de aerogeneradores de eje horizontal (muy espaciados).
3. Menor velocidad del viento inicial
Turbinas de eje vertical La velocidad inicial del viento es de 2 a 3 m/s, Esto les permite generar energía incluso con vientos entrantes débiles. Si bien la producción total es menor con vientos lentos, estas turbinas no son inútiles en condiciones de vientos más débiles, a diferencia de sus contrapartes.
4. Menor impacto ambiental
Las turbinas eólicas de eje vertical son más pequeñas que las turbinas tradicionalesAl estar construidas alrededor del eje, las palas del rotor no proyectan sombras. Las aves también pueden verlas fácilmente, lo que... reduce las posibilidades de víctimasAdemás, los aerogeneradores de eje vertical funcionan con el menor ruido posible, por lo que no causan contaminación acústica.
5. Fácil de instalar y mantener
Debido a su pequeño tamaño, estas turbinas son Fácil de transportar, instalar y mantenerUn solo camión grande puede transportar fácilmente una turbina completa en un solo viaje. No es necesario escalar grandes alturas para repararla. Por lo tanto, facilita el mantenimiento de las turbinas de eje vertical.
6. Menos restricciones en la instalación
Debido a su tamaño, los tipos de turbinas eólicas de eje vertical son Fácilmente admisible en comparación con otras turbinasLas normas y regulaciones sobre la altura máxima de construcción varían según la región. Dado que las turbinas verticales no son muy altas, su construcción está aprobada en la mayoría de los estados.
7. Atractivo estético
Las turbinas eólicas verticales tienen diseños geométricos modernos que les otorgan un mejor rendimiento y atractivo estético. Su La apariencia va bien con infraestructuras vecinas como campus escolares/universitarios, parques y otros edificios.
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Desventajas de las turbinas eólicas de eje vertical
A pesar de ser beneficiosos en muchos lugares, las desventajas de los aerogeneradores de eje vertical limitan su rendimiento. Descubrámoslo.
1. Menor eficiencia de rotación
Debido a su diseño de rotor, No todas las palas reciben el viento entrante simultáneamenteLas palas orientadas al viento giran mientras que las demás simplemente las siguen, lo que reduce la eficiencia de rotación. Además, los aerogeneradores Savonius experimentan mayor resistencia debido a la amplia superficie de sus palas.
2. Acceso a menor velocidad del viento
Los aerogeneradores de eje vertical se instalan a nivel del suelo, por lo que... No se pueden aprovechar las velocidades más altas del viento que fluye a grandes altitudesEsto hace que el funcionamiento de las turbinas se limite a niveles más bajos de velocidad del viento.
3. Desgaste rápido de los componentes
Dado que las turbinas eólicas verticales se instalan en zonas pobladas a nivel del suelo, se enfrentan a más Problemas como vibraciones y turbulenciasLas palas deben soportar mayor fuerza, y los cojinetes entre el mástil y el rotor también soportan mayor presión. Esto a veces provoca grietas o deformaciones en las palas.
4. Menor eficiencia general
Las turbinas eólicas de eje vertical tienen menor eficiencia en comparación con las turbinas eólicas de eje horizontal (HAWT) debido a su diseño y características operativas.
5. Mecanismo de arranque manual
Los aerogeneradores Darrieus cuentan con un mecanismo de arranque manual debido al diseño de sus alas, que no genera suficiente par para la autorrotación. No arrancan automáticamente como los aerogeneradores Savonius y horizontales.
Por lo tanto, los dos tipos de aerogeneradores de eje vertical son una solución sostenible y sencilla para generar energía en carreteras y autopistas. Sin embargo, su diseño y construcción tienen sus ventajas y desventajas. Aun así, siguen siendo una mejor opción que las soluciones basadas en combustibles fósiles.
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