DISPOSITIVO CONCENTRADOR PARA TURBINAS EOLICAS

Hoy os vamos a hablar sobre la energía eólica, y más concretamente sobre un nuevo dispositivo concentrador para turbinas eólicas, que ha desarrollado la Universidad de Coruña.

Este dispositivo concentrador para turbinas eólicas, tiene como principal objetivo  la transformación de energía eólica en energía mecánica de rotación mediante la circulación de aire húmedo a través de un sistema formado por tobera rotor-difusor. Este sistema aprovecha el calor latente de cambio de estado del fluido y produce, por lo tanto, el mayor desequilibrio energético que se puede alcanzar entre las condiciones de entrada y salida del sistema.

El principio de funcionamiento de los generadores eólicos obedece a la Ley de Betz. Dicha ley establece que la potencia eólica máxima extraíble a una masa de aire en movimiento se produce cuando la velocidad de salida del elemento transformador es 1/3 la velocidad de entrada.

Los generadores eólicos de mayor implantación en el mercado son de eje horizontal y están constituidos por un número finito de palas que, por frenado, aprovechan sólo una parte de la energía cinética que contienen las masas de aire en movimiento.

Tratándose de convertidores energéticos que utilizan como fuente de energía el aire atmosférico en movimiento, debe analizarse el contenido en agua tanto en lo que se refiere a humedad específica como a humedad relativa.

La energía que captura un convertidor eólico depende fundamentalmente de:

• área barrida por las palas en el movimiento de rotación

• velocidad incidente del fluido sobre el captador

• densidad del fluido

Las máquinas implantadas en el mercado incrementan, a medida que se mejoran las propiedades mecánicas de los materiales, la superficie de captación. Esto trae consigo un aumento considerable en el volumen del transformador, implicando mayor complejidad constructiva e inestabilidad de funcionamiento.

No se actúa sobre el flujo incidente, siendo por lo tanto la velocidad del aire un parámetro que queda supeditado exclusivamente a las condiciones ambientales. De igual forma, la densidad del fluido viene impuesta por las condiciones ambientales locales sin que se realice una actuación sobre la misma.

Actualmente, no se tiene constancia de transformación de energía eólica mediante un sistema que actúe sobre los parámetros termodinámicos de entrada y salida del elemento transformador persiguiendo una optimización máxima que se aproxime al coeficiente de potencia óptimo establecido por la Ley de Betz.

La Universidad de Coruña propone un concentrador-generador eólico que transforme la energía cinética, de las masas de aire húmedo en movimiento existentes en la atmósfera, en energía mecánica de rotación por medio de rotores de palas.

El principio de funcionamiento obedece a la Ley de Betz que establece el grado de eficiencia de una máquina eólica en función de la relación de velocidades del fluido entre la condición de entrada y la de salida.

La relación óptima de velocidades en la máquina transformadora se logra actuando sobre la vena fluida aguas arriba y abajo de la misma. Para ello, se diseñará una tobera que tenga un comportamiento termodinámico adecuado para el campo de velocidades donde va a trabajar.

El diseño de la tobera está caracterizado por las siguientes etapas:

1º) Definición de las características ambientales de la región climática a captar la masa de aire. De entre las cuales se destaca la velocidad media del aire, humedad relativa, temperatura y presión atmosférica. Dichos parámetros nos permitirán definir la energía potencial, cinética e interna de acuerdo con el primer principio de la termodinámica.

2º) Definición de la masa de aire a captar en función de la energía incidente y de las dimensiones de la instalación.

3º) Cálculo de las principales secciones que definen la tobera. Para ello se definirá un procedimiento de caída de presión constante donde las secciones calculadas sean equidistantes. Se definirá también un proceso que origine la condensación de una parte del vapor de agua presente en el aire y, con este calor, potencie la energía cinética del aire seco restante. La última sección tendrá unas dimensiones que permitan alcanzar una humedad relativa del 100% y dimensiones aprovechables por el rotor.

4º) Ajuste de una superficie que encierre las secciones anteriormente calculadas y permita el paso del fluido siguiendo el proceso anteriormente mencionado.

FUENTE | OEPM

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