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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Sistemas de aerogeneradores modernos. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes alternativas de energía Actualmente, existen muchos sistemas de aerogeneradores con eje de rotación tanto horizontal como vertical. Se diferencian entre sí no solo en apariencia y diseño, sino también en capacidades técnicas, dependiendo de los fines para los que se utilizan. Según el diseño del receptor de energía eólica y su ubicación en el flujo de aire, se distinguen varios sistemas de motores eólicos. Ya hemos hablado de aerogeneradores de tipo carrusel y tambor. También se conoce el denominado motor eólico rotativo (Fig. 23). Sus palas giran, como una turbina eólica de carrusel, en un plano horizontal y accionan un eje vertical.
Actualmente están muy extendidas las turbinas eólicas de paletas, cuyo tipo más antiguo son los molinos de viento comunes. La parte principal de cualquier aerogenerador de paletas es la rueda de viento. Consta de varias palas y gira bajo la influencia del viento. Con la ayuda de un par de engranajes cónicos montados en la cabeza de la turbina eólica (Fig. 24), la rotación de la rueda se convierte en un movimiento más rápido del eje vertical o en un movimiento alternativo de la varilla impulsora.
Para girar la cabeza y la rueda de viento hacia el viento, los molinos de viento tienen un soporte y las pequeñas turbinas eólicas modernas tienen una cola con una cola vertical al final. Los aerogeneradores de paletas grandes tienen otros mecanismos más complejos para alinear automáticamente la rueda con el viento. Para garantizar que la velocidad de rotación de la rueda de viento no exceda el máximo, existe un dispositivo especial para el control automático de la velocidad. Generalmente, en la superficie de la tierra, el flujo de aire debido a diversos obstáculos es desigual y debilitado, por lo que la rueda de viento se instala en un mástil o torre alto, por encima de los obstáculos. Según el diseño de las ruedas eólicas, las turbinas eólicas de paletas modernas se dividen en de alta y baja velocidad. En una turbina eólica de baja velocidad, la rueda eólica consta de una gran cantidad de palas (Fig. 25). Se mueve con facilidad. Gracias a esto, un aerogenerador de baja velocidad es conveniente para trabajar con una bomba de pistón y otras máquinas que requieren una gran fuerza inicial al arrancar.
Los aerogeneradores de baja velocidad se utilizan principalmente en zonas donde la velocidad media del viento no supera los 4,5 metros por segundo. Todos los mecanismos de las turbinas eólicas multiplacas, por regla general, son algo más simples que los de las de alta velocidad. Sin embargo, las ruedas de los aerogeneradores de baja velocidad son estructuras bastante voluminosas. Con el gran tamaño de estas ruedas, es difícil crear la estabilidad necesaria, especialmente con vientos fuertes. Por lo tanto, actualmente los aerogeneradores de múltiples palas se construyen con diámetros de rueda de viento de no más de 8 metros. La potencia de una turbina eólica de este tipo alcanza los 6 caballos de fuerza. Esta potencia es suficiente para suministrar agua a la superficie desde pozos de hasta 200 metros de profundidad. Las turbinas eólicas de alta velocidad no tienen más de cuatro alas con un perfil aerodinámico en la rueda eólica (ver, por ejemplo, Fig. 27).
Esto les permite soportar bien vientos muy fuertes. Incluso con vientos fuertes y racheados, los mecanismos de control bien diseñados crean una rotación uniforme de las ruedas de las turbinas eólicas de alta velocidad. Estas características positivas de las turbinas eólicas de alta velocidad les permiten funcionar con vientos variables de cualquier fuerza. Por lo tanto, se pueden construir aerogeneradores de alta velocidad con diámetros de rueda muy grandes, alcanzando los cincuenta o más metros y desarrollando una potencia de varios cientos de caballos. Debido a la uniformidad alta y estable de las ruedas eólicas, los motores eólicos de alta velocidad se utilizan para impulsar una amplia variedad de máquinas y generadores eléctricos. Las modernas turbinas eólicas de alta velocidad son máquinas universales. Es conveniente comparar motores eólicos de diferentes sistemas introduciendo el concepto de velocidad normal. Esta velocidad está determinada por la relación entre la velocidad periférica en el extremo exterior de la pala giratoria a una velocidad del viento de 8 metros por segundo y la velocidad del flujo de aire. Las palas de los motores eólicos de carrusel, rotativos y de tambor durante el funcionamiento se mueven a lo largo del flujo de aire y la velocidad de cualquier punto nunca puede ser mayor que la velocidad del viento. Por tanto, la velocidad normal de los aerogeneradores de este tipo siempre será menor que uno (ya que el numerador será menor que el denominador). Las ruedas de los aerogeneradores alados giran en la dirección del viento y, por tanto, la velocidad de movimiento de los extremos de sus alas alcanza valores elevados. Puede ser varias veces mayor que la velocidad del flujo de aire. Cuantas menos palas y mejor sea su perfil, menor resistencia experimenta la rueda de viento. Esto significa que cuanto más rápido gira. Los mejores ejemplos de turbinas eólicas de paletas modernas tienen una velocidad normal de hasta nueve unidades. La mayoría de las turbinas eólicas fabricadas en fábrica tienen una velocidad de 5 a 7 unidades. A modo de comparación, observamos que incluso los mejores molinos campesinos tenían una velocidad de solo 2-3 unidades (y en este sentido son más avanzados que los motores de carrusel, rotativos y de tambor). A medida que aumenta el número de palas de una rueda de viento, aumenta su capacidad para alejarse con vientos de baja velocidad. Por lo tanto, los motores eólicos de alas múltiples, en los que el área total de las palas es del 60 al 70 por ciento de la superficie barrida (ver Fig. 20) de la rueda eólica, entran en funcionamiento a velocidades de viento de 3 a 3,5 metros. por segundo.
Las turbinas eólicas de alta velocidad con un pequeño número de palas arrancan con velocidades de viento de 4,5 a 6 metros por segundo. Por lo tanto, deben ponerse en funcionamiento sin carga o con la ayuda de dispositivos especiales. La buena puesta en marcha y la sencillez de diseño de los aerogeneradores de carrusel, rotativos y de tambor cautivan a muchos inventores y diseñadores que los consideran aerogeneradores ideales. En realidad, sin embargo, estas máquinas presentan una serie de desventajas importantes. Estas desventajas hacen que sean difíciles de usar incluso con máquinas tan comunes y simples como bombas de pistón y molinos de fresas. Las turbinas eólicas con receptores de energía eólica de tipo rotor utilizan muy mal la energía del flujo de aire; su coeficiente de utilización de energía eólica es de 2 a 2,5 veces menor que el de las turbinas eólicas de paletas. Por lo tanto, con superficies iguales barridas por las palas, las turbinas eólicas de paletas pueden desarrollar una potencia entre 2 y 2,5 veces mayor que las plantas de energía eólica de carrusel, rotativas y de tambor. Actualmente, las turbinas eólicas de tipo rotor se utilizan únicamente en forma de pequeñas instalaciones artesanales con una potencia de hasta 0,5 caballos de fuerza. Por ejemplo, se utilizan para accionar diversos dispositivos de ventilación en naves ganaderas, forjas y otras áreas de producción agrícola. ¿Qué determina la potencia de un aerogenerador? Sabemos que la energía del flujo de aire no es constante, por lo que cualquier aerogenerador tiene potencia variable. La potencia de cualquier aerogenerador depende de la velocidad del viento. Se ha establecido que cuando la velocidad del viento se duplica, la potencia en las alas de la turbina eólica aumenta 8 veces, y cuando la velocidad del flujo de aire aumenta 3 veces, la potencia de la turbina eólica aumenta 27 veces. La potencia de un aerogenerador también depende del tamaño del receptor de energía eólica. En este caso, es proporcional al área barrida por las palas de la rueda eólica o rotor. Por ejemplo, para los aerogeneradores de paletas, la superficie barrida por las palas será el área del círculo que describe la punta de la pala en una revolución completa. Para aerogeneradores de tambor, carrusel y rotativos, la superficie barrida por las palas representa el área de un rectángulo con una altura igual a la longitud de la pala y un ancho igual a la distancia entre los bordes exteriores de las palas opuestas. Sin embargo, cualquier rueda de viento o rotor convierte sólo una parte de la energía del flujo de aire que pasa a través de la superficie barrida por las palas en trabajo mecánico útil. Esta parte de la energía está determinada por el factor de utilización de la energía eólica. El valor del factor de utilización de la energía eólica es siempre menor que uno. Para los mejores aerogeneradores modernos de alta velocidad, este coeficiente alcanza el 0,42. Para las turbinas eólicas de alta y baja velocidad de fábrica en serie, el factor de utilización de la energía eólica suele ser de 0,30 a 0,35; Esto significa que aproximadamente sólo un tercio de la energía del flujo de aire que pasa a través de las ruedas de las turbinas eólicas se convierte en trabajo útil. Los dos tercios restantes de la energía quedan sin utilizar. El científico soviético G. X. Sabinin, basándose en cálculos, estableció que incluso una turbina eólica ideal tiene un coeficiente de utilización de energía eólica de sólo 0,687. ¿Por qué este coeficiente no puede ser igual o incluso cercano a la unidad? Esto se explica por el hecho de que parte de la energía eólica se gasta en la formación de vórtices en las palas y la velocidad del viento detrás de la rueda de viento disminuye. Por tanto, la potencia real de una turbina eólica depende del factor de utilización de la energía eólica. La potencia de un aerogenerador es proporcional a su valor. Esto significa que a medida que aumenta la tasa de utilización de la energía eólica, aumenta la potencia de la turbina eólica y viceversa. Las turbinas eólicas de tambor, rotativas y rotativas con palas simples tienen tasas de utilización de energía eólica muy bajas. Sus valores varían ampliamente desde 0,06 hasta 0,18. Para los motores de paletas, este coeficiente oscila entre 0,30 y 0,42. Además, la potencia útil de cualquier aerogenerador también es proporcional a la eficiencia del mecanismo de transmisión, así como a la densidad del aire. Normalmente, la eficiencia de los mecanismos de las turbinas eólicas modernas oscila entre 0,8 y 0,9. De lo dicho sobre la potencia de un aerogenerador se deduce que para un viento dado, ese aerogenerador tendrá una potencia mayor, en la que la mayor cantidad de flujo de aire fluye por la superficie barrida por las alas, y las palas. de la rueda de viento tienen un perfil bien aerodinámico. Autor: Karmishin A.V.
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Comentarios sobre el artículo: invitado ¡Hola a todos! ¿Cuándo finalmente dejarás de usar pantalones de bebé? Hablas todo el tiempo de simples receptores de flujo de viento... ¡Como si estuvieras tendiendo ropa para que se seque! ¿Usted mismo ya sueña con plantar manzanos en Marte, o tal vez incluso llevar manzanos marcianos a sus compatriotas? [rodar] ![[jajaja]](https://diagram.com.ua/comments/smilies/lol.gif){kind=small}
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