Aerogenerador Savonius
aerogeneradores Savonius son un tipo de aerogenerador de eje vertical (VAWT), que se utiliza para convertir la fuerza del viento en par sobre un eje giratorio. La turbina consta de una serie de perfiles aerodinámicos, generalmente (pero no siempre) montados verticalmente sobre un eje o estructura giratoria, ya sea estacionados en tierra o atados a sistemas aerotransportados.
Origen
La turbina eólica Savonius fue inventada por el ingeniero finlandés Sigurd Johannes Savonius en 1922 y patentada en 1926. Los europeos ya habían experimentado durante muchas décadas con palas curvas en turbinas eólicas verticales. La primera mención es del obispo del condado de Csanád, Fausto Veranzio, que también era ingeniero. Escribió en su libro de 1616 Machinae novae sobre varias turbinas eólicas de eje vertical con palas curvas o en forma de V. Ninguno de sus ejemplos ni ningún otro anterior alcanzó el estado de desarrollo alcanzado por Savonius. En su biografía se menciona su intención de desarrollar un rotor tipo turbina similar al rotor Flettner, pero autorrotativo. Experimentó con su rotor en varias pequeñas embarcaciones de remo en lagos de Finlandia. No se conocen resultados de sus investigaciones, pero Felix van König (1978) confirma el efecto Magnus. Savonius presentó dos patentes de turbinas eólicas en los EE. UU.: una en 1925 y otra en 1928, por Savonius.
Operación
La turbina Savonius es una de las turbinas más simples. Aerodinámicamente, es un dispositivo de tipo arrastre, compuesto por dos o tres palas. Mirando el rotor desde arriba, una máquina de dos palas podría parecerse a la letra "S" en sección transversal. Debido a la curvatura, las palas experimentan menos resistencia cuando se mueven contra el viento que cuando se mueven con el viento. La resistencia diferencial hace que la turbina Savonius gire. Debido a que son dispositivos de arrastre, las turbinas Savonius extraen mucha menos energía eólica que otras turbinas de elevación de tamaño similar. En la práctica, gran parte del área de barrido de un rotor Savonius puede estar cerca del suelo si tiene un soporte corto sin un poste extendido, lo que hace que la extracción general de energía sea menos efectiva debido a las menores velocidades del viento que se encuentran en alturas más bajas. Tienen varias ventajas sobre las turbinas eólicas de eje horizontal, en particular, bajos niveles de ruido, la capacidad de operar con bajas velocidades del viento y relativa independencia de la dirección del viento.
Potencia y velocidad de rotación
Según la ley de Betz, el máximo poder que es posible extraer de un rotor ideal teórico es Pmax=162712*** *** ⋅ ⋅ h⋅ ⋅ d⋅ ⋅ v3{displaystyle P_{mathrm {max}={frac {16}{27}{frac {1}{2}}rho cdot hcdot dcdot v^{3}}}, donde *** *** {displaystyle rho } es la densidad del aire, h{displaystyle h} y d{displaystyle d} son la altura y el diámetro del rotor y v{displaystyle v} es la velocidad del viento. Sin embargo, en la práctica el poder extraíble es aproximadamente la mitad de lo que (uno puede argumentar que sólo la mitad del rotor – el co-movimiento de scoop con el viento – funciona en cada instante del tiempo) y depende también de la eficiencia del rotor dado. Así, para el rotor ideal teórico, se obtiene uno Pmax. . 0.18kgm− − 3⋅ ⋅ h⋅ ⋅ d⋅ ⋅ v3{displaystyle P_{mathrm {max}approx 0.18,mathrm {kg,m^{-3} {3}, pero la eficiencia máxima promedio Cp{displaystyle Cp. de la turbina del viento de Savonius es alrededor del 20% (Cp=0.2{displaystyle Cp=0.2}), haciendo el verdadero poder extraíble del típico Savonius Pmax. . 0.12kgm− − 3⋅ ⋅ h⋅ ⋅ d⋅ ⋅ v3{displaystyle P_{mathrm {max}approx 0.12,mathrm {kg,m^{-3} {3}.
La frecuencia angular de un rotor es dada por ⋅ ⋅ =λ λ ⋅ ⋅ vr{displaystyle omega ={frac {lambda cdot v}{r}}}, donde r{displaystyle r} es el radio y λ λ {displaystyle lambda } es un factor sin dimensión llamado la relación de velocidad de punta. λ es una característica de cada molino de viento específico, y para un rotor Savonius λ suele estar alrededor de la unidad.
Por ejemplo, un rotor Savonius del tamaño de un barril de petróleo con h=1 m y r=0,5 m bajo un viento de v=10 m/s, generará una potencia máxima de 120 W y una velocidad angular máxima de 20 rad/s (190 revoluciones por minuto).
Usar
Las turbinas Savonius se utilizan siempre que el costo o la confiabilidad son mucho más importantes que la eficiencia.
La mayoría de los anemómetros son turbinas Savonius por este motivo, ya que la eficiencia es irrelevante para la aplicación de la medición de la velocidad del viento. Se han utilizado turbinas Savonius mucho más grandes para generar energía eléctrica en boyas de aguas profundas, que necesitan pequeñas cantidades de energía y requieren muy poco mantenimiento. El diseño se simplifica porque, a diferencia de las turbinas eólicas de eje horizontal (HAWT), no se requiere ningún mecanismo de orientación para permitir el cambio de dirección del viento y la turbina se enciende sola. Savonius y otras máquinas de eje vertical son adecuadas para bombear agua y otras aplicaciones de alto torque y bajas revoluciones, y generalmente no están conectadas a redes eléctricas. A principios de la década de 1980, Risto Joutsiniemi desarrolló una versión de rotor helicoidal (wiki:fi) que no requiere placas terminales, tiene un perfil de torsión más suave y arranca automáticamente de la misma manera que un par de rotores rectos cruzados.
La aplicación más omnipresente de la turbina eólica Savonius es el ventilador Flettner, que se ve comúnmente en los techos de furgonetas y autobuses y se utiliza como dispositivo de refrigeración. Este rotor fue desarrollado para ventilación por el ingeniero aeronáutico alemán Anton Flettner en la década de 1920. Utiliza la turbina eólica Savonius para accionar un extractor. Los respiraderos todavía son fabricados en el Reino Unido por Flettner Ventilator Limited.
Se han utilizado turbinas eólicas Savonius construidas específicamente para proporcionar energía a las estaciones autónomas de detección de neutrinos del experimento ARIANNA en la plataforma de hielo Ross en la Antártida.
En Europa, las pequeñas turbinas eólicas de Savonius a veces se pueden ver usadas como signos publicitarios "animados" en los que el movimiento rotacional ayuda a llamar la atención sobre el artículo anunciado. A veces cuentan con una simple animación de dos marcos.
Turbinas Savonius suspendidas en el aire
- Turbinas de viento aerotransportadas
- Tipos de Kite
- Cuando el eje del rotor de Savonius se establece horizontalmente y tethered, entonces los resultados del kiting. Hay decenas de patentes y productos que utilizan el efecto de elevación de red Magnus que ocurre en la autorotación del rotor Savonius. La columna puede ser minada por parte de su energía para hacer sonido, calor o electricidad.
Galería
Operación de una turbina Savonius
Un rotor Savonius afilado WECS
