Aerogenerador Aerogenerador Darrieus Darrieus – historia y aplicaciones La única turbina de eje vertical que ha sido comercialmente fabricada en todos los volúmenes es la máquina Darrieus, que debe su nombre al ingeniero francés Georges Darrieus, quien patentó el diseño en 1931. El rotor Darrieus consta de finas palas con forma de ala de avión simétrica, que están unidas al eje sólo por los dos extremos, con una curva especial diseñada para un máximo rendimiento entre las dos uniones del eje. El modelo de curva más utilizado es el denominado Troposkien, aunque también se utiliza la catenaria. Normalmente se construyen construyen con dos o tres palas. La máquina Darrieus permite mayores velocidades que las del rotor Savonius, pero no alcanza a las de un rotor de eje horizontal; de todas formas es útil para la generación de energía eléctrica. En la figura 2.3 se muestra un ejemplo de rotor Darrieus de tres hojas de aluminio extrudido. En lo alto del mástil lleva un anemómetro y un sensor de vibraciones, a cuyas señales anómalas el aerogenerador se frena. Para evitar sobrecargas y exceso de velocidad en el alternador, se colocan unos contrapesos ensamblados en las hojas del aparato para absorber la energía extra del viento durante los períodos de alta velocidad; el peso total es de 3 TM y la potencia generada en el alternador es de 25 kW para velocidades del viento del orden de 12 m/s.
Los Laboratorios Sandia (Nuevo México, USA) construyeron en 1977 una aeroturbina de 17 m de diámetro y una potencia de 70 kW. Ese mismo año, el Natio nal Research Council de Canadá encargó la construcción de una máquina de 24 m de diámetro y 200 kW de potencia, que se instaló en la isla Magdalena, acoplada a una planta Diesel. El prototipo funcionó durante un año antes de que las palas acabaran por romperse. Posteriormente los Laboratorios Sandia desarrollaron otro modelo de 120 kW de potencia y 34 m de diámetro. En USA se han diseñado modelos comerciales de aerogeneradores Darrieus con potencias de 150 y 250 kW, y en California existen parques eólicos, con turbinas de este tipo, que alcanzan los 30 MW. En Europa, el programa eólico holandés ha dedicado especial atención a este tipo de turbinas. Dadas las dificultades para encontrar emplazamientos a decuados a las grandes turbinas de eje horizontal, los holandeses intentan desarrollar modelos Darrieus de potencia media, con menores requerimientos desde el punto de vista de la utilización del suelo. Como los otros aerogeneradores de eje vertical, el Darrieus no necesita de un sistema
de orientacion. Esta caracterıstica de captacion omnidireccional le permite ser instalado en cualquier terreno sin necesidad de levantar altas torres, lo cual se traduce en un ahorro sustancial. Al poseer una forma parecida a una cuerda para saltar, hace que los
alerones del Darrieus experimenten una fuerte fuerza centrıfuga. Al trabajar en pura tensi on hace que los alerones sean simples y economicos. Este rotor presenta el problema que no puede arrancar por s ́ı mismo, teniendo que emplearse un sistema de arranque secundario, aunque una vez en marcha es capaz de mantenerse gracias a la aerodinamica de sus palas.
Qué es el aerogenerador Darrieus? Este aerogenerador de tipo vertical debe su nombre al ingeniero francés George Darrieus que lo patentó en 1931. Normalmente se construye con dos o tres palas y no es imprescindible la construcción de una torre. Requiere vientos mínimos de 4 a 5 m/s. Como las palas del rotor del aerogenerador Darrieus son verticales no es necesaria la utilización de un sistema de orientación y funciona perfectamente cuando la dirección del viento cambia rápidamente. Al igual que los otros tipos de aerogeneradores de eje vertical su máxima ventaja es su simplicidad pero ha diferencia de estos el aerogenerador Darrieus tiene un mayor rendimiento. Esto ha provocado que sea el único aerogenerador de eje vertical con cierto éxito en el mercado. Como funciona un aerogenerador Vertical El aerogenerador Darrieus, que es un molino que se parece a un batidor de huevos, es básicamente una turbina con dos aspas fijadas verticalmente y que giran al rededor del eje. Este tipo de aerogeneradores emplea un diseño de flujo de aire, y funciona de la misma manera que lo hace un ala de avión.
El diseño de flujo de aire de las aspas de una turbina vertical Darrieus se compone de un lado plano y uno curvo. El resultado que se obtiene cuando el viento pasa por cada
uno de los lados del aspa es conocido como “levantamiento”. Ventajas de un Aerogenerador Vertical Una de las principales ventajas de los aerogeneradores de eje vertical es que son una excelente opción para publicidad y mercadotécnica Debido a que por reglamento las turbinas verticales suelen ser la única opción para residencias, centros comerciales y en áreas urbanas en general. Los aerogeneradores verticales tienen un ángulo de paso con una alta superficie sustentadora; osea que cuentan con sistemas mejorados de aerodinámica y menos arrastre durante los sistemas de presión altos y bajos. Esto hace que este tipo de aerogenerador es mucho menos propenso a descomponerse, quemarse o colapsar en vientos de mucha velocidad Otra ventaja es que existen muchas áreas residenciales donde no esta permitida la instalación de aerogeneradores horizontales. Con frecuencia la razón tiene que ver mas con lo obstructoras que son las turbinas horizontales y el requerimiento de estas turbinas de ser erigidas en torres altas. En estos casos los aerogeneradores verticales son la alternativa perfecta. El diseño vertical en los molinos de viento también ofrece la ventaja de que pueden ser instalados en pequeñas laderas o cimas de colinas donde los vientos de mayor velocidad son mas frecuentes. Las turbinas eólicas de eje vertical se apagan y dejan de producir energía eléctrica cuando el viento rebasa la velocidad de operación, típicamente entre 56 y 64 km/h. Los aerogeneradores verticales, por otra parte, no cuentan con mecanismo enrollables lo que les permite seguir en funcionamiento aun con vientos fuertes y caóticos. Las Darrieus, patentadas por G. Darrieus el año 1931 y desarrolladas luego por el Laboratorio Sandia en los años 70, son turbinas bastante simples y de bajo costo, aunque mayores que las turbinas Panémona y Savonius. Son turbinas constituidas por dos palas en forma de hojas delgadas, unidas al eje en los extremos con una curva diseñada para optimizar el rendimiento. No requieren sistema de direccionamiento y comienzan a funcionar con velocidades de viento de 2 m/s. El generador Darrieus más grande del mundo es de 4 MW de potencia, con una altura de 42 metros. Se encuentra en Canadá
Estos sistemas de eje vertical tienen costos de inversión entre 3.000 y 10.000 USD/kW, con costos de operación entre 8 a 40 USD/kW/año. El costo medio de la energía es de 24,5 a 49,9 centavos por kWh, siendo estos rangos variables en la medida en que estos equipos presentan diversas configuraciones y niveles de sofisticación. Costos Tipos de aerogenerador Darrieus Darrieus tipo H o Geromill La patente de Darrieus también abarco a las turbinas con alerones vertica les de eje recto llamadas Giromills. Una variante del Giromill es la Cycloturbine, con alerones orientados mecánicamente, con el fin de cambiar el ángulo de ataque. Este tipo de turbina fue investigada por el National Renewable Energy Laboratory Ubicación Campo de aerogeneradores Los aerogeneradores deben ubicarse en el terreno de tal forma que se aproveche al máximo el rendimiento de los recursos eólicos para así lograr la máxima generación eléctrica posible. Configuración paralelos para las simulaciones y la evaluación de la interacción se dispuso de 3 aerogeneradores ubicados en forma paralela a una distancia entre centro de 22.5 metros equivalente a 3.75 diámetros. En la Figura 3 se muestran los nombres de las turbinas eólicas y las flechas que ilustran la incidencia del viento a 0°, 45° y 90°. Configuración triangular Al igual que la configuración paralelos, la configuración triangular se propuso debido a que es muy utilizada en los parques eólicos a nivel mundial, en este caso los aerogeneradores están dispuestos como se muestra en la Figura 4, en esta se dan los respectivos nombres de las turbinas para esta disposición y las flechas que ilustran los ángulos de incidencia del viento a 0° y 45°. El ángulo de 90° no se utilizó dada l a simetría radial del conjunto. Parámetros Para realizar el estudio de la hidrodinámica de la turbina se seleccionaron tres coeficientes adimensionales: coeficiente de momento (Cm), coeficiente de fuerza tangencial (Ct) y coeficiente de fuerza normal (Cn). Aplicación Normalmente se instala un generador de inducción conectado a la red. Una vez que el Darrieus se encuentra en velocidad de operación empieza a otorgar potencia. Este tipo de generador es simple, robusto y barato respecto a los otros tipos utilizados en generación eólica. También en Canada, se ha invertido en estos aerogeneradores. Hace unos años el más grande aerogenerador era justamente uno de este tipo (foto 6.2) y fue construido en Quebec en 1987, con 64 m de diámetro y una altura de 96 m. Con una potencia
nominal de 4 MW, fue el primer Darrieus en tener este orden de magnitud, en potencia generada y tal como las turbinas hidroeléctricas no precisaba de una caja de cambio. El generador tenía 162 polos y globalmente otorgaba potencia a la red de Quebec, con un sistema AC-DC-AC. Para asegurar una vida útil más larga se le hizo trabajar a 2,5 MW. Actualmente no está operativo.
