Aerogenerador Savonius

Aerogenerador Savonius

Las turbinas eólicas Savonius son un tipo de turbina eólica de eje vertical (VAWT), que se utiliza para convertir la fuerza del viento en par en un eje giratorio . La turbina consta de una serie de perfiles aerodinámicos, generalmente, pero no siempre, montados verticalmente en un eje o armazón giratorio, ya sea estacionados en tierra o atados en sistemas aerotransportados .

Origen

La turbina eólica Savonius fue inventada por el ingeniero finlandés Sigurd Johannes Savonius en 1922. Sin embargo, los europeos habían estado experimentando con palas curvas en turbinas eólicas verticales durante muchas décadas antes de esto. La primera mención es del obispo italiano de Czanad, Fausto Veranzio , quien también era ingeniero. Escribió en su libro de 1616 Machinae novaesobre varios aerogeneradores de eje vertical con palas curvas o en forma de V. Ninguno de sus ejemplos anteriores, ni de ningún otro, alcanzó el estado de desarrollo que hizo Savonius. En su biografía finlandesa se menciona su intención de desarrollar un tipo de turbina similar al tipo Flettner, pero autorrotación. Experimentó con su rotor en pequeñas embarcaciones de remos en los lagos de su país. No se conocen los resultados de sus investigaciones particulares, pero König confirma el efecto Magnus . ^[1] Las dos patentes de Savonius: US1697574 , fueron presentadas en 1925 por Sigurd Johannes Savonius, y US1766765 , en 1928.

Operación

Dibujo esquemático de una turbina Savonius de dos palas

La turbina Savonius es una de las turbinas más simples. Aerodinámicamente , es un dispositivo de tipo arrastre , que consta de dos o tres cucharadas. Mirando hacia abajo en el rotor desde arriba, una máquina de dos palas se vería como una forma de "S" en la sección transversal . Debido a la curvatura , las paletas 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 tipo arrastre, las turbinas Savonius extraen mucho menos de la energía del viento.que otras turbinas de elevación de tamaño similar. Gran parte del área barrida de un rotor Savonius puede estar cerca del suelo, si tiene un soporte pequeño sin un poste extendido, lo que hace que la extracción de energía general sea menos efectiva debido a las velocidades del viento más bajas que se encuentran en alturas más bajas.

Potencia y velocidad de rotación

De acuerdo con la ley de Betz , la máxima potencia que se puede extraer de un rotor es , donde es la densidad del aire , y son la altura y el diámetro del rotor y es la velocidad del viento. Sin embargo, en la práctica, la potencia extraíble es aproximadamente la mitad de ^[2] (se puede argumentar que solo la mitad del rotor, la pala que se mueve conjuntamente con el viento, funciona en cada instante). Así, se obtiene .${\displaystyle P_{\mathrm {max} }={\frac {16}{27}}{\frac {1}{2}}\rho \cdot d\cdot h\cdot v^{3}}$${\displaystyle \rho }$${\displaystyle h}$${\displaystyle d}$${\displaystyle v}$${\displaystyle P_{\mathrm {max} }\approx 0.18\,\mathrm {kg\,m^{-3}} \cdot h\cdot d\cdot v^{3}}$

La frecuencia angular de un rotor viene dada por , donde es el radio y es un factor adimensional llamado relación de velocidad de punta . λ es una característica de cada molino de viento específico, y para un rotor Savonius, λ es típicamente alrededor de la unidad.${\displaystyle \omega ={\frac {\lambda \cdot v}{r}}}$${\displaystyle r}$${\displaystyle \lambda }$

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 de180 W y una velocidad angular de20 rad / s (190 revoluciones por minuto).

Utilice

Generador combinado Darrieus- Savonius en Taiwán

Las turbinas Savonius se utilizan cuando el costo o la confiabilidad son mucho más importantes que la eficiencia .

La mayoría de los anemómetros son turbinas Savonius por esta razón, 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 reciben 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 automáticamente. Savonius y otras máquinas de eje vertical son buenas para bombear agua y otras aplicaciones de alto torque y bajas rpm y generalmente no están conectadas a redes de energía eléctrica. A principios de la década de 1980, Risto Joutsiniemi desarrolló un rotor helicoidal (wiki: fi) versión que no requiere placas finales, tiene un perfil de par más suave y es de arranque automático de la misma manera que un par cruzado de rotores rectos.

La aplicación más ubicua de la turbina eólica Savonius es el rotor Flettner , que se ve comúnmente en los techos de camionetas y autobuses y se usa como dispositivo de enfriamiento. El ventilador fue desarrollado por el ingeniero aeronáutico alemán Anton Flettner en la década de 1920. Utiliza la turbina eólica Savonius para impulsar un extractor. Los respiraderos todavía son fabricados en el Reino Unido por Flettner Ventilator Limited. ^[3]

Las pequeñas turbinas eólicas de Savonius a veces se utilizan como letreros publicitarios donde la rotación ayuda a llamar la atención sobre el artículo anunciado. A veces presentan una animación simple de dos cuadros .

Turbinas Savonius aerotransportadas atadas

• Turbinas de viento aerotransportadas
• Tipos de cometas
• Cuando el eje del rotor Savonius se establece horizontalmente y se ata, entonces se produce el kite. Hay decenas de patentes y productos que utilizan el efecto Magnus de elevación neta que se produce en la autorrotación del rotor Savonius. El giro puede extraerse para obtener algo de su energía para generar ruido, calor o electricidad.

Galería

• Operación de una turbina Savonius

• Un WECS de palas de rotor Savonius

Referencias

1. Felix van König (1978). Windenergie en praktischer Nutzung . Pfriemer. ISBN 3-7906-0077-6.
2. "Aumento de la eficiencia de los rotores Savonius a través de una investigación paramétrica" . ResearchGate . Consultado el 2 de junio de 2017 .
3. Flettner

Enlaces externos

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con los aerogeneradores Savonius .

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• Aerogeneradores tipo Windside Savonius para uso en entornos extremos
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• Cómo construir un aerogenerador Savonius

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