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
En el mercado existen dos tipos de turbinas eólicas de eje vertical (VAWT): la turbina eólica Darrieus y la turbina eólica Savonius.
Un tipo de turbina eólica que se utiliza principalmente en entornos residenciales es la turbina eólica de eje vertical (VAWT) . Cuenta con dos o tres palas y un eje de rotor que se mueve verticalmente. En una VAWT, el generador se ubica en la base y las palas rodean el eje de la torre.
Estas turbinas suelen instalarse en las medianas de las autopistas , y el movimiento de los vehículos hace girar sus aspas curvas, generando energía. La turbina aprovecha las diferentes velocidades del viento de distintas maneras, según las necesidades.
1. Aerogenerador Darrieus (Tipo ascensor)
Esta turbina eólica debe su nombre a Georges Darrieus , su inventor. Las turbinas eólicas Darrieus tienen aspas largas y curvas unidas a la parte superior e inferior del eje del rotor . También conocida como batidora 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 posee una superficie sólida de captación de viento y sus palas están enrolladas alrededor del eje vertical gracias a su disposición helicoidal . Las turbinas Savonius dependen principalmente del proceso de resistencia al 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.
Ambas turbinas eólicas tienen aspas con formas específicas que reducen la resistencia aerodinámica. Una vez que comienza la rotación, la velocidad de la turbina también aumenta hasta superar la velocidad del viento, para un mejor 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 las turbinas eólicas de eje vertical (VAWT) son capaces de captar viento de cualquier dirección . Por 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 transversalmente al viento y a unos 10 diámetros longitudinalmente. Esta disposición ayuda a evitar la interrupción del flujo de aire y reduce la probabilidad de que la velocidad del viento disminuya debido a la interacción entre las turbinas. Gracias a una menor separación, las turbinas eólicas de eje vertical capturan más energía por metro cuadrado de terreno.
Según una investigación realizada en 2017 por Anna Craig, candidata a doctora en ingeniería mecánica de la Universidad de Stanford, las turbinas eólicas de eje vertical (VAWT) pueden generar 10 veces más energía por unidad de terreno en comparación con un grupo de turbinas eólicas de eje horizontal (ampliamente espaciadas).
3. Menor velocidad del viento inicial
Las turbinas de eje vertical requieren una velocidad de viento inicial de 2 a 3 m/s, lo que les permite generar energía incluso con vientos débiles. Si bien la producción total es menor a bajas velocidades del viento, estas turbinas no son inútiles en condiciones de viento débil, a diferencia de sus contrapartes.
4. Menor impacto ambiental
Las turbinas eólicas de eje vertical son más pequeñas que las turbinas tradicionales . Al estar construidas alrededor del eje, las palas del rotor no proyectan sombras. Las aves también pueden ver fácilmente las palas, lo que reduce las posibilidades de accidentes . Además, las turbinas eólicas de eje vertical funcionan con un nivel mínimo de ruido, por lo que no generan contaminación acústica.
5. Fácil de instalar y mantener
Debido a su pequeño tamaño, estas turbinas son fáciles de transportar, instalar y mantener . Un solo camión grande puede transportar fácilmente una turbina completa en un solo viaje. No es necesario subir a grandes alturas para repararla. Por lo tanto, el mantenimiento de las turbinas de eje vertical es sencillo.
6. Menos restricciones en la instalación
Debido a su tamaño, los aerogeneradores de eje vertical son más fáciles de construir que otros tipos de turbinas . Las normas y regulaciones sobre la altura máxima de construcción varían según la región. Dado que los aerogeneradores verticales no son muy altos, su construcción está permitida en la mayoría de los estados.
7. Atractivo estético
Las turbinas eólicas verticales presentan diseños geométricos modernos que les confieren un mejor rendimiento y una estética atractiva. Su aspecto se integra armoniosamente con las infraestructuras circundantes, como campus escolares y 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 al diseño de su rotor, no todas las palas reciben el viento simultáneamente . Las palas que reciben el viento giran mientras que las demás simplemente las siguen, lo que reduce la eficiencia de rotación. Además, las turbinas eólicas Savonius experimentan mayor resistencia aerodinámica debido a la amplitud de sus palas.
2. Acceso a menor velocidad del viento
Las turbinas eólicas de eje vertical (VAWT) se instalan a nivel del suelo, por lo que no pueden aprovechar las velocidades del viento más elevadas que fluyen a gran altitud . Esto limita el funcionamiento de las turbinas a velocidades de viento más bajas.
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 turbulencias . Las 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 una eficiencia menor en comparación con las turbinas eólicas de eje horizontal (HAWT) debido a sus características de diseño y funcionamiento.
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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