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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Cómo las turbinas eólicas modernas se ocupan de los caprichos del viento. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes alternativas de energía En la Rusia prerrevolucionaria no había industria que produjera turbinas eólicas; fueron construidos solo de manera artesanal. Pero la idea del mejor y más rentable uso de la energía eólica se originó en Rusia. El gran científico ruso, "padre de la aviación rusa", el profesor N. E. Zhukovsky (1847-1921) también creó los fundamentos teóricos de la turbina eólica. Sus notables obras encontraron aplicación práctica solo bajo el régimen soviético. Por iniciativa de N. E. Zhukovsky y con el apoyo de V. I. Lenin, en 1918 se organizó en Moscú el Instituto Aero-Hidrodinámico Central (TsAGI). Aquí se construyeron los primeros aerogeneradores domésticos de alta velocidad. Basado en el trabajo del prof. N. E. Zhukovsky, sus estudiantes prof. V. P. Vetchinkin (1888-1950), Trabajador de Honor de la Ciencia y la Tecnología prof. G. X. Sabinin y el prof. N. V. Krasovsky desarrolló los fundamentos teóricos para el diseño de turbinas eólicas modernas de alta calidad, y el prof. E. M. Fateev desarrolló las bases para su correcta explotación en la agricultura. Los diseñadores soviéticos crearon turbinas eólicas de alta velocidad originales y aún insuperables en sus cualidades con una potencia de varias decenas de vatios a varios miles de kilovatios. Las turbinas eólicas totalmente metálicas fabricadas en fábrica, a diferencia de las centrales eólicas de madera y metal consideradas, tienen dispositivos especiales para hacer frente a los "caprichos" del viento. Todo el mundo sabe que el viento puede cambiar su dirección y velocidad varias veces al día. Las turbinas eólicas de tambor más simples tenían un receptor de energía eólica, que se instaló rígidamente, de una vez por todas, en cualquier posición. Las turbinas eólicas de carrusel y rotativas funcionan en cualquier dirección del viento, pero, al igual que las turbinas eólicas de tambor, no son protegido de posibles daños en vientos fuertes "El molino de viento más simple solo puede funcionar normalmente en presencia de una persona. Una persona debe controlar el viento y colocar la rueda de viento en la posición correcta a tiempo. Si el molino de viento es grande, entonces al menos dos se necesita gente para poner la rueda en el viento, si no tiene una puerta especial ( la máquina más simple para levantar cargas).Con el desarrollo adicional de la tecnología de construcción de turbinas eólicas, comenzaron a esforzarse por utilizar el poder de la viento no solo para girar la rueda de viento, sino también para instalarla automáticamente contra el viento, como se puede ver en una veleta convencional que muestra la dirección del viento.Para hacer esto, a las partes traseras de la cabeza giratoria se comenzó a unir una cola, que consiste en una varilla larga o un armazón especial con una superficie al final, que se llama plumaje de cola (ver Fig. arroz. 24).
Si el viento cambiaba de dirección, la cola giraba automáticamente la cabeza. La rueda de viento se instaló nuevamente en la frente al viento. Entonces, había un dispositivo simple para convertir la rueda de viento en viento sin intervención humana. En las turbinas eólicas modernas, las colas se calculan de modo que comienzan a girar la cabeza con la rueda de viento hacia el viento cuando su dirección cambia en un ángulo de aproximadamente 10 grados. Para hacer girar las cabezas de las grandes turbinas eólicas, el plumaje de la cola se hace a veces en forma de dos o tres superficies verticales paralelas a cierta distancia entre sí (ver Fig. 27). En otros sistemas de turbinas eólicas, el papel de la cola lo realiza la propia rueda de viento. Se pone a barlovento tan pronto como el viento cambia de dirección. Para ello, la rueda de viento no se coloca delante de la torre, sino detrás de la torre. En este caso, la rueda, como una veleta, sigue automáticamente el viento. Con ruedas de viento de gran tamaño, los giros bruscos de la cola pueden causar la rotura del ala. Por lo tanto, con la ayuda de colas, generalmente solo se instalan pequeñas ruedas de viento con diámetros de hasta 18 metros en el viento. Los dispositivos más comunes consisten en dos ruedas de viento de múltiples palas colocadas en la parte posterior del truss principal. Tales dispositivos se llaman rosas de los vientos. Windroses están ubicados de manera que si el viento sopla contra el impulsor, se ubican de borde en la dirección del viento y permanecen inmóviles. Cuando el viento sopla lateralmente, las rosas de los vientos se ponen en movimiento y, por medio de un mecanismo de transmisión, giran la cabeza con la rueda de viento hacia el viento hasta que está estrictamente en contra del viento (Fig. 26). En este momento, las rosas de los vientos volverán a colocarse de lado del viento y se detendrán hasta que el viento cambie de dirección nuevamente.
Se utilizan otros dispositivos ingeniosos para convertir las grandes ruedas de viento de las modernas turbinas eólicas de alta velocidad en el viento. Con cualquier viento, llevan la rueda de viento suave y suavemente hacia el viento. Por lo general, los mecanismos de empuje giran la cabeza en relación con la torre a una velocidad muy baja, una revolución completa en unos pocos minutos. En las grandes turbinas eólicas, la cabeza se coloca en el viento mediante un motor eléctrico controlado por una pequeña veleta. Cuando cambia la dirección del viento, la veleta gira y cierra la línea eléctrica, encendiendo automáticamente el motor eléctrico. El motor eléctrico se detendrá solo cuando se desconecte la línea. Y esto sucederá cuando la veleta esté ubicada a lo largo del flujo de aire y la rueda de viento, en la frente al viento. Estos son los dispositivos principales en las turbinas eólicas modernas para convertir automáticamente la rueda de viento en el viento. Sin embargo, el viento puede cambiar no solo su dirección, sino también su velocidad. En consecuencia, la fuerza de presión sobre la rueda de viento también cambia. A medida que aumenta la velocidad del viento, aumenta el número de revoluciones de la rueda de viento. Pueden alcanzar valores elevados. Esto es peligroso no solo para la resistencia de la rueda, sino también para toda la instalación y las máquinas conectadas a ella. Para evitar esto, las turbinas eólicas modernas están equipadas con dispositivos especiales que entran en acción a altas velocidades del viento. Se aseguran de que con un mayor aumento en el viento, el número de revoluciones de la rueda de viento no aumente y, en caso de tormenta, se detenga. El método más simple para limitar la velocidad de una rueda de viento es que, con el viento a cierta velocidad, comienza a salir parcialmente por debajo del viento. A medida que aumenta la velocidad del viento, la rueda de viento gira en un ángulo cada vez más significativo y, durante una tormenta, se ubica al borde del flujo de aire y se detiene. Al mismo tiempo, los resortes de control se estiran o se levanta una carga especial que, cuando la velocidad del viento disminuye, vuelve a llevar la rueda de viento al viento. El control de velocidad al sacar toda la rueda de viento del viento generalmente se usa solo para turbinas eólicas de baja velocidad con ruedas de viento pequeñas. Para controlar la velocidad de las grandes turbinas eólicas de alta velocidad, no son las ruedas de viento las que se sacan de debajo del viento, sino las alas separadas o sus partes finales, iguales a 1/4 o 1/8 de la longitud total de la ala. En la actualidad, lo más perfecto es la regulación de las turbinas eólicas de alta velocidad con la ayuda de superficies aerodinámicas especiales: estabilizadores, que se unen a las partes giratorias de las alas en bastidores. Los estabilizadores están controlados por pesos centrífugos ubicados dentro de las alas. Las cargas son muy sensibles a los cambios en la velocidad de la rueda de viento y, en consecuencia, a la velocidad del viento. Un ligero movimiento de pesos centrífugos hace girar los estabilizadores, sobre los que surge la fuerza del viento en contra, girando las puntas de las palas como un pequeño timón hace girar un gran barco. Cuando las partes giratorias de las alas salen de debajo del viento, el número de revoluciones de la rueda de viento disminuye. Este reglamento original fue desarrollado por científicos y diseñadores soviéticos bajo la dirección del Prof. G. X. Sabinina y el prof. N. V. Krasovsky. Se utiliza en la mayoría de las turbinas eólicas modernas de alta velocidad con una capacidad de 10 a 1000 kilovatios. Inventor A. G. Ufimtsev y prof. V. P. Vetchinkin propuso regular la velocidad de las ruedas de viento de las turbinas eólicas de alta velocidad quitando las alas de debajo del viento debido a la presión del flujo de aire sobre ellas. Con viento fuerte, las alas, como veletas, pueden girar en relación con los ejes de las aletas, dejando pasar libremente el flujo de aire. La necesaria uniformidad del giro de la rueda de viento con esta regulación se consigue gracias al funcionamiento del denominado acumulador inercial, es decir, el volante de inercia incluido en la transmisión. Girando rápidamente, el disco de la batería absorbe el exceso de energía cuando aumenta la velocidad del viento y entrega esta energía a las máquinas en funcionamiento cuando la velocidad del viento disminuye. Dicha regulación se establece, por ejemplo, para aerogeneradores 1-D-18 del sistema Ufimtsev-Vetchinkin (Fig. 27).
En las turbinas eólicas pequeñas de alta velocidad, la rotación de las alas se lleva a cabo debido a fuerzas centrífugas adicionales que surgen de cargas especiales unidas a las alas cerca del eje de la rueda eólica. Este dispositivo, el más simple en ejecución y muy original en diseño, fue propuesto por el laureado V. S. Shamanin. Estos son los principales mecanismos automáticos de las turbinas eólicas de paletas modernas, con la ayuda de las cuales las ruedas de viento se instalan en el viento y mantienen la velocidad establecida a altas velocidades del viento. Autor: Karmishin A.V.
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