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Cada grupo analizará un tipo de turbina, de eje horizontal o vertical, y realizará el diseño más eficiente de la misma en AutoCAD. Tendréis del 6 al 15 de noviembre para comentar el trabajo de vuestros compañeros y aplicar las sugerencias a vuestros trabajos, y el día 22 comenzaremos a imprimir los diseños en clase.

Importante: Las dimensiones de la turbina no pueden superar los 15 cm de alto y 10 cm de diámetro para que lo podamos imprimir.

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El generador Darrieus comienza en el año 1931 con la necesidad de una construcción que suplantara las hélices sofisticadas y verticales.

Ventajas:
- Mayor velocidad que la turbina Savonius
- No hace falta un dispositivo para orientarlo hacía el viento
- No hace falta estén sobre una torre.

Desventaja:

-La velocidad que genera cerca del suelo son bajas; por lo tanto, el nivel de energía producida será baja.

-La eficiencia de este tipo de generador es tan solo un poco mayor que la del generador Savonius.
- Esta máquina para poder funcionar necesitará de un arranque; por lo tanto, la persona que desee hacer uso de energía renovable tendrá que darle un empujón a la máquina para comenzar a convertir la energía mecánica en eléctrica.
-Su mantenimiento es complicado y costoso.

https://www.youtube.com/watch?v=ldt405jIR0E

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Vertical Axis Wind Turbine Aerodynamics and Design

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El aerogenerador Darrieus es un tipo de aerogenerador de eje vertical utilizado para generar electricidad a partir de la energía transportada por el viento. La turbina consta de una serie de palas de perfil aerodinámico curvadas montadas en un eje o armazón giratorio vertical. Hay varios aerogeneradores estrechamente relacionados que utilizan palas rectas. Este diseño de aerogenerador fue patentado por Georges Jean Marie Darrieus, un ingeniero aeronáutico francés; la solicitud de la patente fue el 1 de octubre de 1926. Existen grandes dificultades para proteger la turbina Darrieus de las condiciones de viento extremas y para que se inicie automáticamente.

En las versiones originales del diseño de Darrieus, los perfiles alares están dispuestos de manera que sean simétricos y tengan un ángulo de aparejo cero, es decir, el ángulo con el que los perfiles alares están configurados en relación con la estructura en la que están montados. Esta disposición es igual de efectiva sin importar en qué dirección sopla el viento, a diferencia del tipo convencional, que debe girarse para enfrentar al viento.

Cuando el rotor Darrieus está girando, los aerodeslizadores se mueven hacia adelante a través del aire en una trayectoria circular. En relación con la pala, este flujo de aire se añade vectorialmente al viento, de modo que el flujo de aire resultante crea un pequeño ángulo de ataque positivo variable a la pala. Esto genera una fuerza neta que apunta oblicuamente hacia adelante a lo largo de cierta "línea de acción". Esta fuerza se puede proyectar hacia dentro del eje de la turbina a una cierta distancia, dando un par positivo al eje, lo que le ayuda a girar en la dirección en la que ya está viajando. Los principios aerodinámicos que hacen girar el rotor son equivalentes a los de los autogiros y helicópteros normales en auto-rotación.

A medida que el perfil aerodinámico se mueve alrededor de la parte posterior del aparato, el ángulo de ataque cambia al signo opuesto, pero la fuerza generada aún se encuentra oblicuamente en la dirección de rotación, porque las palas son simétricas y el ángulo de aparejo es cero. El rotor gira a una velocidad no relacionada con la velocidad del viento, y generalmente muchas veces más rápido. La energía que surge del par y la velocidad se puede extraer y convertir en energía útil utilizando un generador eléctrico.

Los términos aeronáuticos levantar y arrastrar son, estrictamente hablando, fuerzas a lo largo del flujo de aire relativo neto que se aproxima, respectivamente, por lo que no son útiles aquí. Realmente queremos saber la fuerza tangencial que mueve la pala y la fuerza radial que actúa contra los rodamientos.

Cuando el rotor está parado, no se genera una fuerza de rotación neta, incluso si la velocidad del viento aumenta bastante, el rotor ya debe estar girando para generar par. Por lo tanto, el diseño no es normalmente auto-arranque. En condiciones excepcionales, los rotores Darrieus pueden arrancar automáticamente, por lo que se requiere algún tipo de freno para sostenerlo cuando se detiene.

Un problema con el diseño es que el ángulo de ataque cambia a medida que la turbina gira, por lo que cada pala genera su par máximo en dos puntos de su ciclo (parte delantera y trasera de la turbina). Esto conduce a un ciclo de potencia sinusoidal (pulsante) que complica el diseño. En particular, casi todas las turbinas Darrieus tienen modos de resonancia en los que, a una velocidad de rotación particular, la pulsación es a una frecuencia natural de las aspas que puede causar (eventualmente) la rotura. Por esta razón, la mayoría de las turbinas Darrieus tienen frenos mecánicos u otros dispositivos de control de velocidad para evitar que la turbina gire a estas velocidades durante un largo período de tiempo.

Otro problema surge porque la mayoría de la masa del mecanismo giratorio se encuentra en la periferia y no en el centro, como sucede con una hélice. Esto conduce a esfuerzos centrífugos muy altos en el mecanismo, que deben ser más fuertes y más pesados que de otra manera para resistirlos. Un enfoque común para minimizar esto es curvar las alas en una forma de "batidor de huevos" (esto se denomina una forma de "troposkein", derivada del griego para "la forma de una cuerda hilada") de manera que sean autosuficientes, y no requieren tales soportes pesados y montajes.

S. Brusca, R. Lanzafame, M. Messina. "Design of a vertical-axis wind turbine: how the aspect ratio affects the turbine's performance". 2014.

Mats Wahl. "Designing an H-rotor type Wind Turbine for Operation on Amundsen-Scott South Pole Station". 2007.

H-rotor picture (page22)

Lecanu, Pierre normandajc and Breard, Joel and Mouaze, Dominique, Simplified theory of an active lift turbine with controlled displacement, 15 Apr 2016

Lecanu, Pierre normandajc and Breard, Joel and Mouaze, Dominique, Operating principle of an active lift turbine with controlled displacement, Jul 2018

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Aerogenerador Darrieus - Wikipedia, la enciclopedia libre

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El aerogenerador Darrieus es un tipo de aerogenerador de eje vertical utilizado para generar electricidad a partir de la energía transportada por el viento. La turbina consta de una serie de palas de perfil aerodinámico curvadas montadas en un eje o armazón giratorio vertical. Hay varios aerogeneradores estrechamente relacionados que utilizan palas rectas.

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Patentado por Darrieus en 1931, es un modelo de aerogeneradores con más éxito comercial en el eje vertical. Consiste en un eje vertical fijado al rotor, que une las finas palas del codo de dos o más al eje mediante sus dos extremos. El diseño de las palas es simétrico y se asemeja a las alas de un avión.
Evita la necesidad de diseños de palets complejos como se requiere para generadores de eje horizontal. Adquiere velocidades más altas que el rotor Savonius, pero no como las turbinas eólicas de eje horizontal. Pero necesita un sistema externo para ponerlo en funcionamiento.

https://www.youtube.com/watch?v=l2AfbpnsTb8

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En este tipo de aerogeneradores las palas rotan en torno a un eje central vertical, presentando por lo tanto tres ventajas fundamentales con respecto a los de eje horizontal, los cuales son utilizados de forma más asidua:

La sujeción de las palas es de fácil diseño y ejecución.

No precisan sistema de orientación para captar la energía del viento.

Fácil ubicación del tren de potencia, generador y transformador, a nivel del suelo.

De forma general podemos decir que el rendimiento de los aerogeneradores de eje vertical se encuentra por debajo de la mitad que el correspondiente a aerogeneradores de eje horizontal, hecho que ha dirigido la industria al desarrollo de esto últimos frente a los primeros.

En este caso los principales inconvenientes son su bajo rendimiento y su escasa velocidad de giro, aunque, sí que permite el autoarranque.

https://www.youtube.com/watch?v=MCW6T3eZ_IA

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Como todos sabéis, un aerogenerador es un equipo encargado de captar la energía cinética del viento y transformarla en energía mecánica que a su vez será posteriormente transformada en energía eléctrica mediante un generador colocado en la red. Hoy os contamos un poco más acerca de los dos tipos de aerogeneradores existentes en función de la orientación de su eje: vertical u horizontal.

En este tipo de aerogeneradores verticales las palas rotan en torno a un eje central vertical, presentando por lo tanto tres ventajas fundamentales con respecto a los de eje horizontal, los cuales son utilizados de forma más asidua:

La sujeción de las palas es de fácil diseño y ejecución.

No precisan sistema de orientación para captar la energía del viento.

Fácil ubicación del tren de potencia, generador y transformador, a nivel del suelo.

De forma general podemos decir que el rendimiento de los aerogeneradores de eje vertical se encuentra por debajo de la mitad que el correspondiente a aerogeneradores de eje horizontal, hecho que ha dirigido la industria al desarrollo de esto últimos frente a los primeros. A continuación os mostramos los principales modelos de aerogeneradores de eje vertical:

Aerogenerador de eje vertical tipo Darrieus

Deben su nombre al ingeniero G.J.M. Darrieus, y consta de dos o más palas dispuestas según se muestra en la siguiente imagen:
Aerogenerador Darrieus.
Los inconvenientes principales de este diseño son la necesidad de monitorización debida a que los perfiles aerodinámicos y la simetría de las palas no permiten el autoarranque. Otro inconveniente importante es la necesidad de utilizar tensores para garantizar la estabilidad estructural de la turbina.

Aerogenerador de eje vertical tipo Savonious

Al igual que el anterior, este debe su nombre a su creador, S.J. Savonious. La disposición y forma de las palas puede apreciarse en la siguiente imagen:
Aerogenerador Savonious.
En este caso los principales inconvenientes son su bajo rendimiento y su escasa velocidad de giro, aunque, al contrario que el anterior, este modelo sí que permite el autoarranque.

Aerogeneradores de eje horizontal

Este tipo de aerogeneradores, con disposición de su eje en horizontal, se caracterizan por girar las palas en dirección perpendicular a la velocidad del viento. Se clasifican a su vez en aeroturbinas lentas y rápidas, según la velocidad de giro de sus rotores. Las últimas son las que se conectan a la red, mientras que las primeras suelen funcionar en "isla".

La velocidad de giro de las turbinas es inversamente proporcional al número de palas que tiene. Utilizando términos más precisos, diremos que una aeroturbina rápida es aquella en la que la componente de sustentación es mayor que la componente de resistencia, dando lugar a unas velocidades específicas altas. A continuación, os contamos un poco más acerca de estos dos tipos:

Suelen tener entre 6 y 24 palas, lo que les confiere elevados pares de arranque y reducida velocidad de giro. No se destinan a generación eléctrica sino, tradicionalmente, a aplicaciones como bombeo de agua. En estas máquinas el coeficiente λ, relación entre velocidad lineal en punta de pala y velocidad del viento, es igual a 1.
Aeroturbina lenta.
Suelen tener entre dos y tres palas, siendo éstos últimos los más frecuentes, con un adecuado perfil aerodinámico. Presentan un coeficiente λ mayor de 4, alcanzando valores hasta de 12 y 14, lo que las hace muy adecuadas para la generación de energía eléctrica por requerir un multiplicador de menor tamaño y coste.
Aerogenerador bipala y monopala.
Estas aeroturbinas se clasifican a su vez según la disposición del rotor, distinguiéndose disposición a barlovento (el viento incide inicialmente sobre el rotor y luego sobre la torre) o a sotavento (el viento incide inicialmente sobre la torre y por último sobre el rotor).

La configuración más usada en el sector energético en la disposición a barlovento y rotores de tres palas.
Si deseas saber más sobre aerogeneradores, consulta nuestro máster:
Generación de Energía Distribuida

# data[].attributes.attachment_link.title
Aerogeneradores de eje vertical y horizontal: tipos, pros y contras

# data[].attributes.attachment_link.description
Como todos sabéis, un aerogenerador es un equipo encargado de captar la energía cinética del viento y transformarla en energía mecánica que a su vez será posteriormente transformada en energía eléctrica mediante un generador colocado en la red.

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Ventajas:
- Alta eficiencia
- Cada pala recibe la potencia del viento, en cualquier punto de rotación
- Al estar a grandes alturas reciben potencias de viento más fuertes.

Desventajas:
- Requiere de un sistema de orientación y frenado de la turbina
- El mantenimiento es difícil por la altura en la que se encuentran

https://www.youtube.com/watch?v=yaqKGuEcPNI

# data[].attributes.headline
Tipo de Aerogenerador, ventajas y desventajas

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Tipo de Aerogenerador, ventajas y desventajas

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Ane Garcia
Jon Olabe
Mikel Gonzalez
Irati Urturi

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Lander Bueno
Maria Martin
Irene Hernadez
Joseba Beltran

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Jokin Jimenez
Leire Saez
Nerea Ibarra
Gorka Torrejon

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Jonathan Sanchez
Izaskun Martinez
Naiara Pérez
Andoni Gomez

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Aerogenerador vertical y de eje horizontal, ¿cómo funcionan?

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Descubre cómo funcionan un aerogenerador vertical y de eje horizontal ¿Qué tipos de aerogeneradores existen y cómo generan energía a partir del aire?