Viabilidad de conversor aerohidráulico

Aerogeneradores. Energía eólica en España. Mapa eólico. Ley de Newton

  • Enviado por: Pablo Izquierdo
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 58 páginas
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Estudio básico de viabilidad del Conversor Aerohidráulico.

Índice

1. Ventajas respecto el aerogenerador. 3

2. Mapa eólico de España. 8

3. Origen de la idea. 9

4. Descripción de la invención 10

5. Bases científicas: 12

5.1 Ley de Newton 12

5.2 Gráfica del viento. 13

5.3 Distribución de fuerzas en los anclajes. 15

5.4 Fundamento hidrodinámico. 18

5.5 Flujos másicos 28

5.6 Coeficiente de arrastre CD=CX. 31

5.7 Estudio del vector viento. 33

5.8 Potencia y energía. 36

5.9 Eficiencias. 43

6. Viabilidad económica. 45

7. Aplicaciones industriales: 47

7.1 Centro Autónomo de Recarga Sostenible (C.A.R.S.). 47

7.2 Desalinizadora industrial. 52

7.3 Parque eólico. 55

7.4 Bomba hidráulica. 56

8. Conclusiones. 57

Conversor aerohidráulico

1. Ventajas respecto al aerogenerador.

  • Integración en el entorno urbano:

    • Al ser un dispositivo al 99% estático no genera molestos ruidos, siendo silencioso.

    • No produce turbulencias que pueda afectar a los viandantes.

    • Puede alternar su funcionamiento como desalinizadora industrial y planta de generación de energía eléctrica.

    • La forma de vela queda muy bien integrada en las urbes costeras.

    • Los aerogeneradores generan un efecto conocido como "shadow flicker", cuya traducción literal es sombra titilante u oscilante. Este efecto se produce cuando la luz solar pasa a través de las aspas rotantes, lo que genera un impacto visual que potencialmente puede ocasionar ataques en personas epilépticas. Es poco frecuente que se den estos casos, pero existen.

  • Respetuoso con el medio ambiente:

    • No mata a las aves.

    • No produce contaminación acústica.

    • Utilización de velas transparentes o con impresiones de paisajes para aminorar el impacto visual.

    • Al no tener grandes piezas móviles (como las aspas del aerogenerador) pasa más desapercibido para el ojo humano.

    • Puede montarse en zonas de viento racheado, lo cual beneficia su rendimiento. A los aerogeneradores les perjudica el viento racheado, lo que merma su eficiencia, estos están diseñados para trabajar en flujos de régimen continuo.

  • Capacidad de almacenar la energía en horas de excedente de producción. Se puede comprimir fluido y almacenarlo en depósitos de alta presión, a su vez estos depósitos sirven para absorber las fluctuaciones del viento y establecer un flujo dinámico de la corriente a presión constante para que sea turbinado, así el generador eléctrico puede trabajar en régimen estacionario en su nivel de máxima eficiencia, eliminando los micro-picos de tensión.

  • Polivalencia en el uso:

    • Generación de electricidad.

    • Centro de recarga de vehículos eléctricos.

    • Planta desalinizadora de agua.

    • Bomba

  • Razones económicas:

    • Rendimiento medio de parque eólico con aerogeneradores de última generación ronda el 34%, mientras que el rendimiento del conversor aerohidráulico es del 48,8%.

    • Tareas de mantenimiento más baratas, por que el generador y la mecánica están a ras de suelo, se puede descolgar la vela para su limpieza. (Prescindiendo de empleados de trabajos verticales).

    • Coste unitario, transporte e instalación son parecidos.

    • Sencillez mecánica menos averías y menos mantenimiento más tiempo funcionando más €.

    • Beneficios por usar la enorme vela como cartel publicitario.

    • El conversor puede producir electricidad con vientos de más de 100 (Km/h). El aerogenerador alcanza su producción máxima sobre los 42 (Km/h) y con vientos de +84 (km/h) hay que frenarlo por medida de seguridad y no genera nada. El aerogenerador necesita una velocidad de viento mínima de 3.5 (m/s) para poder vencer la inercia de las aspas y así arrancar. El conversor genera electricidad con vientos muy suaves (V>0.5 m/s).

    • Por normativa el aerogenerador necesita mantener una distancia de 500 m respecto a cualquier núcleo urbano (aunque sea un solo chalet independiente), estos es debido a el ruido y a que en caso de que se rompa una de las palas podría salir disparada y producir daños en edificios. Por ello el conversor podría multiplicar la superficie disponible para instalación dentro de lo que serian las zonas de viento más favorable dentro del territorio nacional.

2. Mapa eólico de España.

Velocidad media del viento en el transcurso de un año, siendo estos valores tomados a 10 m del suelo.

3. Origen de la idea.

Este dispositivo esta basado en el funcionamiento de los antiguos barcos de vela (fenicios, romanos, vikingos…), los cuales empleaban las velas cuadradas, las cuales recibían la fuerza del viento desde la popa (parte trasera del barco), dicha fuerza se transmite desde la vela hasta el mástil por medio de los aparejos (cabos, cuerdas, poleas..), como el mástil esta empotrado en el casco del barco, toda la energía cinética que lleva el viento es transferida a la nave, generando un impulso que permite vencer la resistencia que provoca el rozamiento del agua y desplazando el barco a través de la masa líquida salada.

En la náutica moderna este tipo de velas recibe el nombre de spinnakers (o vela globo), las cuales tienen una gran capacidad de arrastre, el inconveniente que presentan es que solo es válido cuando el viento sopla desde la popa imposibilitando la navegación en sentido contrario al viento, para solventar dichos inconvenientes se emplean las velas latinas cuyo principio no se basa en el empuje directo (como los spinnakers, globos, parapentes…), su funcionamiento se asemeja al ala de un avión colocada de forma vertical, consiguiéndose grandes velocidades de navegación en contra del viento.

4. Descripción de la invención.

Fig.1

Véase la figura 1, en la cual se representa una vela (1), un mástil (2), las travesaños horizontales (3), los cables de tracción (4) pintados de color azul, una superficie perpendicular a la vela (5), los rodamientos (6), el conducto flexible (7) y el sólido rígido (8).

El viento incide sobre la vela (1), provocando que se tensen los cables (4) los cuales deslizan por unas cajas de poleas que se encuentran en los extremos de los travesaños horizontales (3), minimizando las perdidas por fricción, los cables (4) están unidos al solido rígido (8) y pasan a través del conducto flexible (7), cuando aumenta la fuerza del viento la vela (1) tira de los cables (4) que aprietan el conducto (7) contra el mástil (2) por medio del sólido rígido (8), al disminuir la velocidad del viento disminuye también la fuerza aplicada sobre la vela, liberando de tensión al conducto flexible (7) recuperando este su volumen inicial, este ciclo se repite 1 o 2 veces por segundo, lo cual provoca el bombeo de líquido hacia la turbina para que esta mueva el generador y produzca energía eléctrica.

Para que el conversor pueda orientarse en búsqueda de los vientos más fuertes se dispone de una superficie perpendicular (5) a la vela (1) que provoca que el conversor se posicione en favor del viento, dicha superficie es de perfil aerodinámico para que se produzca la menor perdida de carga posible, el giro esta permitido por que en el empotramiento (cimientos) se disponen de los rodamientos (6).

5. Bases científicas.

5.1 Ley de Newton.

F= m*a

d= diferencial.

Int = integral.

dF = m* da dF = m * (dv/ dt)

Dividimos ambos miembros de la expresión por dt:

(dF/dt) = (m/dt) *(dv/dt)

Pasamos el dt que esta dividiendo en el primer miembro, al segundo, que pasaría multiplicando.

dF = (m/dt) * (dv*dt/dt) dF = (m/dt) * dv

Integramos ambas expresiones:

F = (m/dt) * v

(m/dt) = Flujo másico = es la cantidad de masa que atraviesa un volumen de control por unidad de tiempo = fm

F=m * a = fm * v = densidad * Sección * Velocidad * Velocidad

5.2 Gráfica de velocidad del viento.

Fig.2

Cuando hablamos que el viento tiene una velocidad de v = 25 (Km/h), nos estamos refiriendo a una velocidad media, durante un periodo de tiempo de una hora, si analizamos gráficamente la velocidad del viento, se puede observar que esta varía a valores superiores tal como 32 (Km/h), pero también a valores inferiores como 19 (Km/h) (Fig.2).

Una hora tiene 3600 segundos, pues bien, si hiciésemos, una ampliación de la grafica y analizásemos que es lo que ocurre durante un periodo de tiempo de 10 segundos podremos observar que también hay oscilaciones en la velocidad del viento.

Fig.3

La gráfica (Fig.3) se corresponde a lo que sería un flujo laminar estacionario, en el que se ve unas oscilaciones promedio de la velocidad del viento de entorno al 25% por cada segundo, en la naturaleza abundan más los vientos que son más turbulentos (racheados) en los cuales estas diferencias de velocidad son mayores, en torno al 80% (Fig.4).

Fig.4

Como la fuerza sobre la vela es dF=m*da = (m/dt)*dv, cuanto más racheado sea el viento (+a) más bombeara el conversor. Si volvemos a ampliar la gráfica (Fig.5) y analizamos la velocidad del viento en un periodo de tiempo de un segundo, tendríamos periodos con aceleraciones positivas (se transmite la fuerza al fluido y se reduce el volumen del conducto flexible) y periodos de aceleraciones negativas (se produce succión y el conducto vuelve a su volumen inicial). at = (-a1)+(-a2)+(+a1)+(+a2)

Fig.5

5.3 Distribución de fuerzas en los anclajes.

Cada uno de los anclajes de la vela estará sometido a diferentes esfuerzos (Fig.6).

Fig.6

Si cada una las secciones estuviese conectada en serie con respecto de la otra, se podría crear contrapresiones que “molestaría” al transcurso del flujo dinámico de la corriente (funcionando la invención de modo menos eficiente). Prefiriéndose un montaje en by-pass como muestra la figura 7.

Fig.7

Detalle de uno de los puntos de anclaje (Zona de bombeo) (Fig.8).

Fig.8

A= Conducto de baja presión conectado con el depósito.

B=Válvula antirretorno en la entrada de cada anclaje.

C=Conducto flexible.

D= Muelle de compresión.

E=Conducto de alta presión que va a la turbina.

F=Válvula antirretorno salida hacia la turbina.

El agujero que hay en mitad del conducto flexible (7) permite que el cable de tracción (4) se una al elemento rígido opresor (8) pasando por dentro del muelle de compresión (D).

5.4 Fundamento hidrodinámico.

El funcionamiento del bombeo del conversor se asemeja al funcionamiento del corazón humano, el cual se contrae (reducción de volumen +presión) debido a la fuerza que ejercen los músculos cardiacos (aceleración positiva aumento fuerza vela) y se expande (aumento de volumen +succión) por que los músculos pierden tensión (aceleración negativa disminución fuerza sobre la vela) en unas 60 pulsaciones por minuto (60 ciclos por minuto).

Primeramente vamos a explicar el funcionamiento del sistema de bombeo, para ello disponemos a la izquierda de una imagen de la sección transversal del mástil y a la derecha una vista de perfil de su interior (Fig.9).

Fig.9

1a-Agua que viene desde el depósito a presión atmosférica.

1b-Agua que es impulsada con dirección a la turbina.

2-Tuberia rígida (rosa).

3a y 3b -Válvulas antirretorno (amarillo).

4-Conducto flexible de deformación variable (rojo).

5-Solido rígido opresor (marrón).

6-Cable que transmite la fuerza del viento (azul).

7-Caja de poleas (su funcionamiento se explica más adelante).

8-Soportes anclados al mástil (verde).

9-Mástil.

La posición de reposo difícilmente se va a presentar porque siempre existe viento aunque sea a muy bajas velocidades. En dicha posición la fuerza del viento es pequeña, ella tira de los cables (6) los cuales pasan a través de la caja de poleas (7), y se engancha al sólido rígido opresor (5) por el agujero que traspasa el conducto flexible (4). El líquido (cian) que queda atrapado entre las válvulas antirretorno (3a y 3b) y el conducto flexible (4) permanece en reposo, por la parte inferior no puede escapar al depósito porque esta la válvula antirretorno (3a) y por su parte superior no puede salir hacia la turbina porque no tiene la energía necesaria para vencer la resistencia que ofrece la válvula antirretorno superior (3b).

Supongamos que el conversor se ha diseñado para soportar velocidades de viento de hasta 22 m/s,(Fig.10) lo cual provoca una fuerza máxima de tiro del cable (6) que va enganchado en el sólido rígido opresor (5), previo paso por la caja de poleas (7). Dicha fuerza es proporcional a la fuerza total que soporta la vela, la cual se reparte entre el número de anclajes, cada anclaje tendrá un conducto flexible (4) y su fuerza máxima será diferente por que no sopla con igual intensidad en el centro de la vela que en los extremos.

Fig.10

Se hace notar que el conducto flexible (4) llega un momento que hace tope y no se deforma más, por que su resistencia a la deformación es mayor que la fuerza de tiro del cable (6), a medida que se ha ido impulsando el agua hacia la turbina, saliendo esta por la válvula antirretorno (3b), también se ha ido almacenando energía en la deformación del conducto.

Debido a la ley de acción y reacción el chorro cuando sale hacia la turbina con una determinada fuerza, genera una fuerza con la misma dirección, igual modulo pero de sentido contrario en el fluido, es por ello que la válvula antirretorno (3a) se enclava en su asiento y permanece cerrada durante el ciclo de impulsión, dicha fuerza de reacción es absorbida por el soporte (8) que se encuentra unido al mástil (9).

Fig.11

A medida que se ha ido deformando el conducto flexible (4) se ha ido acumulando energía en el (Fig.11), cuando la aceleración se convierte en negativa (bajada de la velocidad), la fuerza (Fv) que tira del cable (6) y por consiguiente del sólido rígido opresor (5) también disminuye, como el conducto trata de recuperar su forma inicial, provoca su expansión, generando vacío, el líquido que se encuentra por debajo de la válvula antirretorno (3a) esta sometido a la presión atmosférica, por ello vence la oposición de la antirretorno (3a) y se cuela dentro del conducto flexible (4), rellenando el espacio que deja este en su expansión, la válvula (3b) permanece cerrada debido al peso de la columna de agua ejerce sobre el, apretándolo contra su asiento.

Si la aceleración se vuelve positiva comenzaría a repetirse el ciclo de impulsión anteriormente explicado. Lo más normal es que se repitan los ciclos uno detrás del otro, pero alcanzando limites intermedios, es decir sin llegar a la posición de reposo ni a la posición de fuerza máxima, lo cual generará el efecto bombeo.

Para entenderlo mejor vamos a sustituir el conducto flexible explicado anteriormente por un cilindro de simple efecto con membrana (Fig.12):

Fig.12

1-Tuberia por donde circula el líquido proveniente del depósito.

2 y 3 -Válvulas antirretorno (amarillo).

4-Tope final de carrera del embolo.

5- Embolo.

6-Vastago.

7-Guia.

8-Rodamiento lineal

9-Muelle compresión de resistencia variable.

10-Agujero de enganche del cable.

11-Membrana (rojo)

La posición de reposo difícilmente se va a presentar porque siempre existe viento aunque sea a muy bajas velocidades. En dicha posición la fuerza del viento que tira de los cables los cuales están enganchados al vástago (6) por el agujero (10) es nula, por lo tanto el muelle de compresión (9) apretara al embolo (5) contra los topes (4). El líquido (cian) que queda atrapado entre la tubería (1) y la membrana elástica (11) permanece en reposo, por la parte inferior no puede escapar al depósito porque esta la válvula antirretorno (2) y por su parte superior no puede salir hacia la turbina porque no tiene la energía necesaria para vencer la resistencia que ofrece la válvula antirretorno superior (3).

Fig.13

Supongamos que el conversor se ha diseñado para soportar velocidades de viento de hasta 22 m/s, lo cual provoca una fuerza máxima de tiro del cable (Fig.13) que va enganchado en (10) al vástago (6). Dicha fuerza es proporcional a la fuerza total que soporta la vela, la cual se reparte entre el número de anclajes, cada anclaje tendrá un émbolo con su membrana y su fuerza máxima será diferente por que no sopla con igual intensidad en el centro de la vela que en los extremos. Se hace notar que el émbolo (5) hace tope en la guía cónica (7) y el muelle de compresión (9) ha visto reducido su recorrido considerablemente (actuando como almacén de energía), el desplazamiento del vástago (6) por el interior de los rodamientos (8) que están insertados dentro de la guía (7) apenas ha generado pérdidas por fricción.

A medida que se ha ido comprimiendo el muelle (9), ha ido aumentando el volumen de la cámara que contiene el agua (color cian), generando vacío, por lo tanto el agua que se encuentra en la tubería (1) y por debajo de la válvula antirretorno (2) que esta sometida a la presión atmosférica, vence la resistencia de la antirretorno (2) y establece un flujo de corriente que va llenando el espacio generado.

Al no haber presión dentro de la cámara (color cian) la válvula antirretorno (3) permanece cerrada, impidiendo que salga agua de la cámara o bien que parte de esta, la que esta situada en la tubería (1) pero por encima de la antirretorno (3) entre a la cámara debido a la presión de la columna de agua.

Fig.14

Cuando la aceleración del viento es negativa (Fig.14), significa que disminuye la velocidad, por lo tanto disminuye la fuerza que actúa sobre el émbolo, el muelle de compresión tiende a expandirse y a devolver la energía que había almacenado en su compresión, como dicha fuerza es superior a la fuerza que ejerce el viento, se desplaza el émbolo hacía su izquierda, aumentando la presión que hay en la cámara (cian), la válvula (2) se cierra y la (3) se abre debido a la presión, entonces comienza a salir el agua por la válvula (3) a la tubería (1) en dirección a la turbina.

Si la aceleración se vuelve positiva comenzaría a repetirse el ciclo de succión anteriormente explicado. Lo más normal es que se repitan los ciclos uno detrás del otro, pero alcanzando limites intermedios, es decir sin llegar a la posición de reposo ni a la posición de fuerza máxima, lo cual generará el efecto bombeo.

Se puede realizar el montaje del grupo de bombeo de muchas maneras, poniendo las válvulas antirretorno arriba-abajo o en la izquierda-derecha, que flujo de la corriente se establezca de derecha a izquierda, arriba-abajo o viceversa, lo que nunca variara será el concepto de ciclo de impulsión (puede ser con la aceleración positiva o aceleración negativa) y ciclo de succión (con la aceleración de signo contrario al ciclo de impulsión). A la hora de obtener energía eléctrica se puede establecer básicamente dos métodos (Fig.15):

Fig.15

-Circuito abierto, el depósito y la turbina Pelton (Fig.16) están sometidos a presión atmosférica, cuando el chorro a alta velocidad impacta en la turbina, el agua ya sin energía cae por efecto de la gravedad al depósito, pero el giro de la turbina mueve el generador eléctrico.

Fig.16

-Circuito cerrado, la conducción es forzada, desde el generador de bombeo hasta el motor hidráulico (Fig.17), es el circuito de impulsión (o alta presión), dicha energía se transfiere al generador eléctrico, como sobrante nos queda un fluido sin presión, ni velocidad, ni energía potencial a la salida del motor, de aquí, hasta la entrada del generador de bombeo se establece el circuito de succión (o baja presión).

Fig.17

Para ambos tipos de circuito se puede montar un generador eléctrico lineal (Fig.18), el cual puede llevar el control de las electroválvulas mediante gestión electrónica.

Fig.18

5.5 Flujos másicos.

mv = densidad del aire (den.a) * Sección de la vela (Sv) * Velocidad del viento (Vv)

mf = densidad del liquido (den.l) * Sección del conducto (Sc) * Velocidad del liquido en el conducto (Vc).

Estimación de rendimiento:

-Rendimiento de la vela = 85 %

-Rendimiento de la transmisión (cables, poleas, rotulas, rodamientos...) = 97 %

-Rendimiento del conducto flexible (cilindro-embolo) = 78 %

-Rendimiento hidráulico (perdidas de carga en codos, filtros, antiretornos...) = 88 %

-Rendimiento conversor de flujos másicos = 0,85*0,97*0,78*0,88 = 0,566

- Con un rendimiento de la instalación del 100 %  --> mv * 1= mf

- Con un rendimiento de la instalación del 56,6 % --> mv * 0.566 = mf

 

Este fundamento es característico del Conversor Aerohidráulico, mientras que el resto de dispositivos de transformación de energía eólica en eléctrica que disponen de sistemas de eje vertical y horizontal solo interviene un flujo másico.

En el aerogenerador, el viento incide primero en las aspas y después en el mástil, contrario de lo que sucede en el C.A. (por ello el mástil del C.A. tendrá formas aerodinámicas). En referencia a su comparativa frente al aerogenerador las pérdidas de flujo que se producen en el mástil se ve "compensadas" con las pérdidas de flujo que se producen en las palas y rotor.

La figura 19, representa el tamaño “equivalente” de un conversor aerohidráulico, con características parecidas al aerogenerador, cuya base = Diámetro del rotor = 90 m, y su altura es = altura de la torre (78 m) + radio del rotor (45 m). Dejamos por seguridad una distancia de 10 metros desde la vela hasta el suelo.

           Superficie que el flujo másico atraviesa en el aerogenerador =pi*radio^2= 6362 m^2.

           Superficie que el flujo másico atraviesa en el conversor =b*h =90*(78+45-10) = 10170 m^2.

Fig.19

Despreciando el espacio que ocupan las palas, mástiles, rotor… en el cálculo  de la superficie que atraviesa el flujo másico, se obtiene:

                             Fm conversor / Fm aerogenerador = 1.5985   

Interpretándose, que el conversor es capaz de “turbinar” un 59.85 % más de flujo másico en "igualdad" de tamaño y de espacio, pero sin tener en cuenta la teoría de la capa límite, ni la rugosidad del terreno (a).(Fig.20)

Fig.20

A mayor altura, más velocidad del viento más flujo másico, por ello como el aerogenerador esta más alto que la vela del conversor, reduciremos la relación de flujos másicos a 1,4.

5.6 Coeficiente de arrastre CD = CX.

El viento no incide con igual magnitud sobre todos los cuerpos aunque la velocidad de este sea igual, ello se debe, al coeficiente arrastre, el cual se determina mediante ensayos empíricos, esta íntimamente relacionado con la forma geométrica o morfológica del la superficie que esta siendo sometida al arrastre del viento y el tipo de flujo del fluido (laminar o turbulento). Los CDs son muy dispares, incluso para un mismo objeto, si lo colocamos en posiciones diferentes (Fig.21).

Fig.21

Los coeficientes de arrastre presentan variaciones en función del número de Reynolds, por ello es muy importante hacer un estudio de los vientos locales donde se pretenda instalar los Conversores Aerohidráulicos.

Ejemplo, en la cara cóncava de un anemómetro de cazoletas (Fig.22) semiesféricas tiene un CD poco aerodinámico de 1.4, mientras que en su cara convexa tiene un CD aerodinámico de 0.4.

En la cara cóncava recibirá una fuerza del viento Fv (conc.) = densidad del aire*sección circular*v ^2 * 1.4

En la cara convexa, Fv (convexa) = densidad del aire * sección circular * v ^2 * 0.4

La fuerza que genera el par de rotación del anemómetro = Fv (cóncava) - Fv (convexa) 

 

Fig.22

Por ello los paracaídas tienen forma de semiesfera hueca con un CD = 1.2, para retener el máximo aire posible, las velas de los barcos (spinnakers) que se emplean para cuando el viento sopla desde la popa (parte trasera) tienen un CD = 1.22 aprox., lo cual les permite tener un mayor empuje que si empleasen una vela completamente plana (CD =1).

Sin embargo el ala del avión basa su funcionamiento en otro principio distinto al arrastre por ello tiene formas aerodinámicas (CD = 0.1). La sección que barren las aspas de un aerogenerador tiene forma de disco y se le atribuye un CD=1. El conversor tendrá los puntos de anclaje de tal forma que la vela cuando se estire adopte una forma lo más parecida a un lamina cóncava, obteniéndose un CD aproximado de 1,18.

5.7 Estudio del vector viento.

Fig.23

La velocidad del viento se mide con el empleo de los anemómetros (Fig.23), que en el 90 % de los casos es un dispositivo que se compone de unas cazoletas unidas mediante un radio a un eje de giro. El número de vueltas que da la cazoleta por unidad de tiempo establece cual es la velocidad del viento (también se emplean anemómetros de hilo caliente y sónicos).

Fig.24

La velocidad del viento es un vector (con modulo, dirección y sentido) cuyas componentes son (Vx, Vy, Vz) (Fig.24). La velocidad del viento varia constantemente su modulo, dirección y sentido en función del tiempo (dt), El modulo de la velocidad es = a la raíz de los cuadrados de la suma de las componentes respecto a los ejes X, Y, Z.

El anemómetro de cazoletas tiene en consideración las componentes X e Y que producen el movimiento de rotación de las cazoletas en el plano XY, dicho plano es paralelo al suelo, en el 98% de los casos solo se tiene en cuenta la componente vectorial Vxy, pero para poder optimizar el diseño del Conversor Aerohidraulico es necesario tener muy en cuenta la componente Vz, para poder obtener energía de ella.--> Vxyz >> Vxy

  Los anemómetros no presentan desplazamientos verticales respecto de su eje de giro (eje Z) por que tiene impedido dicho recorrido mediante un tope, por ello solo puede medir velocidades de viento que sean paralelas al suelo (Fig.25).

Fig.25
Los grandes aerogeneradores y generalmente los demás dispositivos de ejes verticales u horizontales que transforman la energía eólica en eléctrica, solo “captan” 2 de las 3 componentes.

Mientras que los elementos de unión (cables, cuerdas, poleas, rodamientos, rotulas…) entre la superficie de captación de viento y el elemento de bombeo, si permite la orientación con total grado de libertad, pudiendo orientar al captador en la dirección de máximo soplado del viento.

Suponemos que Vx=Vy=Vz

Vxy= raíz ((Vx^2)+(Vy^2)) = raíz ((Vx^2)+(Vx^2)) = raíz (2Vx^2)=1,41Vx

Vxyz = raíz ((Vx^2)+(Vy^2)+(Vz^2)) = raíz ((Vx^2)+(Vx^2)+(Vx^2)) = raíz (3Vx^2)= 1,73Vx

Vxyz/Vxy =1,73Vx/1,41Vx = 1,228

Para que el tiro del cable sobre el vástago del cilindro sea lo más horizontal posible colocaremos una caja de poleas como la representada en la siguiente figura 26, la cual permite su giro de 360º con ello se minimizaran las perdidas por rozamiento y se aprovechara al máximo todas las componentes del vector velocidad, para ello será necesario dotar al cuerpo del cilindro de una estructura que salve el vástago.

Fig.26 Fig.27

Si viéramos de frente la caja de poleas, sería como la figura de la derecha (Fig.27), donde se aprecia que la garganta de las poleas tienen forma cóncava y su radio es un poco mayor al del cable (círculo de color azul), para que cuando apoye en las poleas pueda deslizar cómodamente.

5.8 Potencia y energía.

La energía cinética (Ec) para una partícula = ½ * masa (m) * velocidad al cuadrado (V^2)

Si dividimos ambos miembros entre el tiempo (dt), obtenemos la potencia (Pot):

(Ec/dt) = ½ *(m/dt) *(V^2) = Pot A)

Como (m/dt) = flujo másico= mf = densidad * Sección * Velocidad B)

Sustituimos la expresión B), en A), y obtenemos:

 

Pot = ½ * densidad * Sección * Velocidad ^3

                Energía consumida (Julios) = Potencia (vatios) * tiempo (segundos)

                               1 kwh = 1*3600*1000= 3 600 000 Julios = 3 600 000 w * s

La unidad de consumo eléctrico más empleada es el kilowatio-hora, que es el equivalente a lo que consumiría un electrodoméstico de una potencia de 1000 vatios (por ejemplo una estufa eléctrica) si estuviese en funcionamiento por un periodo de una hora.

La energía máxima que se puede obtener de un aerogenerador es el 59% que establece la ley de Betz. En el conversor calcularemos la energía máxima que se puede obtener bajo la hipótesis de que los vientos racheados varían un 80% entre el mínimo y el máximo de la gráfica si analizásemos un segundo la velocidad del viento. Lo que vamos a calcular es una estimación, la medida real depende de la trayectoria del vector viento y su aceleración lo cual es muy complejo.

Energía máxima que es capaz de extraer el conversor aerohidráulico.

Flujo másico = fm = d*A*v

Densidad = d = 1,22 kg/m^3

Área = A = 1000m^2

Integral = int [(función), b, a]

v conversor = 0,6 m/s E cinética (v=0.6) = 0,5*1,22*1000*0,6^3= 132 J

v conversor = 1,4 m/s E cinética (v=1.4) = 0,5*1,22*1000*1,4^3= 1674 J

E cinética total= 0.5*fm*v^2= 0.5 * (d* A* dv / dt) * v^2 - 0.5 * 1.22 * 1000 * 0,6^3*(1.4 - 0.6)

E cinética total * dt = 0.5* d* A* v^2* dv- 0.5* 1.22* 1000 * 0,6^3* (1.4-0.6)

int[(Ecinética total*dt),1,0]=int[(0.5*d*A*v^2*dv),1.4,0.6]- 0.5 * 1.22 * 1000 * 0,6^3*(1.4 - 0.6)

E cinética total = 514 - 0.5 * 1.22 * 1000 * 0,6^3*(1.4 - 0.6) = 409 J

Pero si tenemos en cuenta otros factores como CD =1,18, Vxyz = 1,125Vxy, fm conversor = 1,4 fm aerogenerador. Se obtendría:

E cinética total= CD*0.5*1.4*fm*v^2 = 1.18*0.5*(1.4*d*A*1.125dv/dt)*(1.125v)^2 - 1.18*0.5*1.4*1.22*1000* (0,6*1.125)^3*(1.4*1.125 - 0.6*1.125)

E cinética total* dt = 1.18*0.5*(1.4*d*A*1.125dv)*(1.125v)^2 - 1.18*0.5*1.4*1.22*1000* (0,6*1.125)^3*(1.4*1.125 - 0.6*1.125)

int[(Ecinéticatotal*dt),1,0]=int[(1.18*0.5*1.4*1.22*1000*(1.125v)^2*1.125dv),1.4,0.6]- 1.18*0.5*1.4*1.22*1000* (0,6*1.125)^3*(1.4*1.125 - 0.6*1.125)

E cinética total = 1209 - 1.18*0.5*1.4*1.22*1000*(0,6*1.125)^3*(1.4*1.125 - 0.6*1.125)= 1209-279 = 930 J

Energía máxima que es capaz de extraer el aerogenerador.

E cinética total= 0.5*fm*v^2= 0.5 * (d* A* v / dt) * v^2 =0.5*1.22*1000*1^3= 610 J

En igualdad de condiciones del aerogenerador se podría extraer 610/409 =1,5 veces la misma energía que el conversor, pero si tenemos en cuenta otros factores como CD =1,18, Vxyz = 1,125Vxy, Flujo másico conversor = 1,4 Flujo másico de aerogenerador, pero sin tener en cuenta el coste de los dispositivos el conversor podría obtener 930/610 = 1,52 veces la misma energía del aerogenerador si ambos ocupan el mismo terreno en un emplazamiento eólico.

Sin embargo hemos tenido en consideración un periodo de tiempo de un segundo en el cual la aceleración era positiva, pero también hay que tener en cuenta que habrá periodos de tiempo con aceleraciones negativas que no produzcan trabajo, así que habrá que dividir el resultado entre dos, siendo el potencial de energía extraíble de los conversores igual al 76% respecto de los aerogeneradores.

Velocidad máxima de viento que soporta un conversor viene principalmente determinado por el aguante de las velas, en la náutica se usan velas cuya tensión de rotura (Tr) son 500 kg/m2, pero existen velas especiales que elevan dicha cifra hasta los 2000 kg/m2.

Suponiendo que la fuerza del viento se distribuye por igual en toda la superficie de la vela, no tendremos en cuenta la resistencia al viento que ofrecen el mástil y travesaños, que el CD=1 y aplicando un coeficiente de seguridad (Cs) de 1,25, calculamos la Vmáx.

F/Cs=m*a= fm*v= densidad(d)*área(A)*v^2

Si A=1m2

F/(A*Cs)= Tr =2000/1,25=d*v^2 Vmáx = raíz (2000/(1,25*1,22))= 36,21m/s 130 km/h

Por razones de seguridad y de diseño vamos a emplear como máximo 115 km/h 32 m/s, a partir de dicha velocidad haremos que la vela entre en pérdidas aerodinámicas reduciendo su CD, para tal finalidad emplearemos el siguiente dispositivo (Fig.28).

Fig.28

El cable que tira del conversor se engancha al soporte (1) el cual puede girar 360º gracias a los rodamientos (2), por medio de una bisagra (3) se permiten giros de 180º respecto del cuerpo del dispositivo de seguridad, la cual también puede girar 180º en un plano perpendicular al eje que pasa por el centro de la bisagra (3), en el interior del cuerpo del dispositivo hay un rodete (4) sobre el que se enrollan unos cuantos metros de cable, el fusible mecánico (5) esta unido al cable antes de que este salga al exterior.

Si la velocidad del viento es menor de 32 m/s, su fuerza (Fv) es insuficiente para romper el fusible mecánico (5), tirando de todo el conjunto del dispositivo pero sin desenrollarlo. Cuando v>32 m/s Fv rompe el fusible (5) por cizalladura y permiten que se desenrolle el carrete hasta tensar nuevamente el cable. Pasando de un CD = 1,18 a otro CD = 0,7 debido a la pérdida de carga aerodinámica, protegiendo la instalación (Fig.29).

1-Vela.

2-Dispositivo de seguridad.

3-Anclaje fijo.

4-Cable de tracción.

5-Cable desenrollado.

Fig.29

Raro sería que se rompieran los fusibles mecánicos más de 1 vez cada 3 años, entonces un operario tendría que llegar hasta el dispositivo de seguridad (2) conectarle un motor eléctrico que haga girar al rodete en sentido contrario para volver a enrollar el cable (5) y restituir de nuevo el fusible mecánico, quedando el conversor nuevamente operativo. La rotura de los fusibles no tiene por que ser todos a la vez, se puede programar para que vayan rompiendo secuencialmente a medida que aumenta la fuerza sobre la vela.

Se concluye que la gráfica de potencia de un conversor (Fig.30) empezara a crecer antes que la del aerogenerador, debido a su mayor eficiencia, cuando el aerogenerador alcanza su potencia nominal (ya no aumenta más) la curva se convierte en una línea recta de pendiente = 0, esto ocurre entorno al intervalo [12,25] m/s, una vez alcanzados los 25 m/s se frena por precaución. La curva de potencia del conversor crecería exponencialmente desde [1,32] m/s.

Fig.30

Pero los vientos fuertes abundan menos que los moderados (imagen de la izquierda (Fig.31)), hay que tener en cuenta el peso (volumen de la botella, imagen de la derecha) que tiene en la producción de energía de estos vientos, por ello aplicaremos un factor de 1,25 en favor del conversor.

Fig.31

Ahora habría que multiplicar el potencial de energía extraíble por el conversor respecto al aerogenerador (anteriormente calculado) por dicho factor, Econversor = 0,76*1,25 = 0,95 Eaerogenerador.

5.9 Eficiencias.

Eficiencia del Conversor Aerohidráulico (Fig.32):

-Rendimiento de la vela = 85 %

-Rendimiento de la transmisión (cables, poleas, rótulas, rodamientos...) = 97 %

-Rendimiento del conducto elástico (cilindro-émbolo) = 78 %

-Rendimiento hidráulico (pérdidas de carga en codos, filtros, antirretornos...) = 88 %

-Rendimiento máximo del conjunto turbina-generador = 95,5%

-Rendimiento total del conversor = 0,85*0,97*0,78*0,88*0,955 = 0,54

Fig.32

La línea morada representa el Limite de Betz, la azul es la curva de rendimiento de un aerogenerador cuyo pico de eficiencia se situa en 47%, la naranja es la curva de eficiencia del Conversor Aerohidráulico.

Eficiencia pico C.A. / Eficiencia pico Aerogenerador = 0,54 / 0,47 = 1,15

La relación de las eficiencias medias, seria la relación entre las areas de debajo de las curvas, pero aproximadamente mantendrían la misma proporción, es decir, 1,15. Suponemos que la eficiencia media del aerogenerador sea 34% y el conversor 39%.

Podemos dotar al conversor de varios circuitos para cada elemento de bombeo, los cuales irán abriendo las válvulas antirretorno a medida que aumenta el flujo másico que se bombea, consiguiendo que la velocidad del fluido dentro del conducto sea inferior a 10 m/s, para minimizar las pérdidas, también se puede disponer varios conjuntos turbina-generador, conectados en serie: uno para bajas velocidades de viento [0,7) m/s, otro de velocidades medias [7,14) m/s y otro para grandes velocidades [14,21] m/s. Con ello recalcularíamos el rendimiento de la instalación (ver en la gráfica líneas de color verde):

-Rendimiento medio de la vela = 85%

-Rendimiento medio de la transmisión (cables, poleas, rotulas, rodamientos...) = 95 %

-Rendimiento medio del conducto elástico (cilindro-embolo) = 78 %

-Rendimiento medio sistema hidráulico (perdidas de carga en codos, filtros, antirretornos...)= 88 %

-Rendimiento medio del conjunto turbina-generador = 88%

-Rendimiento medio total del conversor (3 circuitos) = 0,85*0,95*0,78*0,88*0,88 = 0,488

Eficiencia media C.A. (3circuitos) / Eficiencia media Aerogenerador = 0,488 / 0,34 = 1,435

Rendimiento total C.A./Rendimiento aerogenerador = 0.95*1,435 = 1,3632

6. Viabilidad económica.

El precio de un aerogenerador, ronda 1 Mill de € cada Mw de potencia nominal (La cual se calcula para vientos de 11.5 (m/s). Si seleccionamos un aerogenerador de vientos bajos, de uno de los principales fabricantes mundiales, tiene como características:

-Torre de 78 m de altura.

-Diámetro del rotor 90 m.

-Potencia nominal 2 Mw.

-Velocidad de arranque 3 (m/s).

-Velocidad de corte 25 (m/s).

El coste unitario del conversor será un poco mayor que el aerogenerador por que necesita de una estructura mayor y unos cimientos más profundos con sus respectivos rodamientos, suponemos que dichos costes son 1,34 veces superior.

Fig.33

Pero si vamos a montar un parque eólico (Fig.33), por cada 10, 8 ,6 conversores pueden compartir los depósitos de alta y baja presión, las turbinas y generadores, conductos…, también se prescinde de multiplicadora y motor-engranaje de giro para la auto-orientación, así que la relación de precios se reduciría hasta situarse más o menos a la par --> 1/1

Suponemos que los costes de transporte e instalación son iguales en ambos casos.

El mantenimiento será más bajo en el conversor, por que al funcionar con fluidos a penas producen desgastes de las instalaciones, la vela no hace falta limpiarla a menudo, en el aerogenerador si no están limpias las palas se producen pérdidas de carga menos eficiencia, por ello hay que limpiar a menudo y los trabajadores verticales cobran el doble que un trabajador normal, también se disponen de menos generadores, se prescinde de multiplicadora y sistema de giro.

Gastos de mantenimiento conversor / Gastos de mantenimiento aerogenerador = 0,6

Si los gastos de mantenimiento anual supone el 1,5 % para el aerogenerador de la inversión inicial y del 0,9% en el caso del conversor, con una vida útil estimada de 25 años.

En el caso de aerogenerador =0,015*25 =0,375

En el caso del conversor =0,009*25=22,5

Al gasto inicial se le suma un 15% extra que penaliza al aerogenerador respecto al conversor en concepto de mantenimiento.

A todo ello hay que sumarle la cuantía derivada de la publicidad en las velas, donde las marcas sentirán predilección por asociar su imagen a un producto innovador, revolucionario, de tecnología sostenible…

7. Aplicaciones industriales:

7.1 Centro Autónomo de Recarga Sostenible (Fig.34)

Fig.34

1-Vela.

2-Mástil.

3-Travesaños horizontales.

4-Cables.

5-Solido rígido opresor.

6-Conducto flexible.

7-Racor loco.

8-Centradores de tubería.

9-Tuberia central.

10-Filtros.

11-Bateria.

12-Rodamientos.

13-Escalera.

14-Trampilla.

15-Turbina.

16-Pila de combustible.

17-Conducción.

18-Depósito de agua.

19-Antirretorno.

20-Apoyo.

21-Superficie de incidencia del viento.

22-Caja de poleas.

Fig.35

Véase la figura 35, cuando no sopla el viento (v=0), no se genera fuerza en la vela (1), pero debido al peso de esta y de los cables (4) se ejerce una pequeña fuerza residual, la cual es transmitida al fluido por medio de los elementos rígidos (5), intentando deformar el conducto flexible (6) contra el mástil (2), el fluido del conducto no puede bajar, por que esta impedida la salida al depósito (18) por una válvula antirretorno (19), dicha presión es comunicada por todo el fluido en la misma magnitud, el conducto flexible (6) se une al conducto de menor sección y rígido (9) por medio del racor , el conducto rígido (9) tiene la característica de que se encuentra ubicado en el eje central del radio del mástil (2), existen unas guías centradoras de tubería (8) que mantienen al conducto (9) sobre el eje central y en el final del conducto hay un racor “loco”(7) que permite el giro de 360º, esto se debe a que la vela (1), es auto-orientable, debido a la veleta (21) hace rotar todo el mástil, el cual no genera rozamiento al estar encajado en los rodamientos (12), los conductos y elementos ya descritos también giran en su conjunto, para obtener la máxima velocidad de viento incidente en la vela.

El elemento (10) ya no gira junto al mástil (2), siendo un elemento estático, es un armario donde se encuentran el filtro, el lubricador, regulador de presión, válvula de seguridad y demás aparellaje del mantenimiento de la instalación hidráulica. Para las tareas de mantenimiento hay un mecanismo que imposibilita giro rotacional.

Cuando la velocidad del viento es nula la presión generada por el peso de la vela es insuficiente para abrir el regulador de presión y permitir el paso de fluido a la turbina. Pero esa pequeña presión residual es suficiente para mantener el circuito presurizado.

Cuando la velocidad del viento es mayor, se tensan los cables y estos tiran de los elementos rígidos (5) y aprisiona el conducto flexible (6) contra el mástil (2), por la parte baja el fluido tiene impedido salir por el antirretorno (19), pero cuando alcance la presión suficiente como para vencer la resistencia del regulador de presión (10) sale un chorro por una tobera que incide en la turbina Pelton, la cual a su vez mueve el generador eléctrico (15), ambos elementos apoyan sobre el soporte (20) , el cual no tiene movimiento de rotación y esta atornillado a los cimientos por su base, el centro de dicho soporte (20) es tubular y por el sale el cableado que conecta el generador con las baterías (11) y la pila de combustible (16), el agua ya turbinada y sin energía alguna cae por acción de la gravedad al depósito (18), estableciendo un circuito cerrado.

El generador seleccionado es de corriente continua puesto que es la única forma de poder almacenar la energía eléctrica en las baterías (11), los coches eléctricos tienen la toma de carga con corriente alterna monofásica o trifásica, pero sus baterías funcionan con corriente continua, sería conveniente añadir una toma de carga de corriente continua para evitar las pérdidas producidas en inversores, rectificadores y demás componentes eléctricos que dispone el coche y la estación de recarga.

Como la producción eólica es intermitente por ello es necesario un sistema de almacenamiento para cuando el viento no sopla. Una vez llenas las baterías, entra en funcionamiento la pila de combustible que disocia las moléculas de agua en O2 y H2 mediante el empleo de la electricidad. Dichos gases se separan en depósitos diferentes, cuando no haya viento y las baterías estén descargadas se puede recurrir a la pila de combustible la cual formara moléculas de agua + electricidad en el proceso de unión del O2 y H2. Para realizar tales procesos la pila (16) debe tener suministro de agua, la cual la recibe del conducto (17) que esta sumergido en depósito (18).

El motor eléctrico es apto para automóviles, pero para tractores, camiones, barcos, aviones y demás vehículos pesados no es viable por la alta potencia requerida y el enorme peso de las baterías (el avión no podría despegar), sin embargo el H2 obtenido de las pilas de combustible si se puede destinar a tal fin. Ya que puede ser empleado en motores de combustión térmica previo unas modificaciones anteriores. Una vez llenado el depósito de la central de recarga un sensor de nivel da aviso a una centralita para que venga un camión cisterna a recogerlo y comercializarlo. El O2 también se puede comercializar para uso sanitario o industrial.

Se dispone en la superficie de un poste de recarga para vehículos, el cual tiene salida de C.A. monofásica y trifásica, C.C. y toma de H2.

El (14) es la trampilla de acceso a la central para que el operario pueda realizar las tareas de mantenimiento, el mástil también dispone de una escalera interior para subir hasta lo más alto.

Ventajas:

  • Una gran ventaja del conversor es que no hace ruidos, ni genera turbulencias, por lo cual, los automovilistas que paren a recargar sus vehículos no se ven afectados.

  • La instalación se encuentra bajo tierra y fuera del alcance de los automovilistas.

  • Estación de recarga autónoma, que se puede ubicar al pie de carreteras sin tendido eléctrico.

  • Fabricación en serie.

  • Fácilmente integrables en entornos urbanos y rurales.

  • Parte del coste se puede financiar mediante publicidad en la vela de empresas del sector del automóvil: Aurgi, Seat , Midas, Mutua-Madrileña, Renault, BMW…

  • El montaje de un centro de recarga de V.E. realizado con placas fotovoltaicas, para conseguir la misma potencia se disparan los costes y abarcaría grandes superficies de terreno. Los paneles fotovoltaicos son proclives a ser robados debido a su alto precio.

7.2 Desalinizadora industrial.

Existen métodos para desalar el agua como la electrolisis, el cual resulta ser un procedimiento excesivamente caro por que consumen mucha energía eléctrica. Las desalinizadora necesitan potentes bombas para generar la presión osmótica, y el consumo eléctrico de dichas maquinas es muy grande.

La presente invención tiene como base el empleo del conversor aerohidráulico para obtener la presión osmótica (80 bares), que resulta ser una de las etapas que más encarece el procedimiento de desalación de agua, el fundamento es el mismo que para el cargador de coches eléctricos, pero con algunas modificaciones (Fig.36). Generalmente las zonas de España que más adolecen la carencia del agua están situadas en la costa mediterránea por lo tanto suponen un emplazamiento ideal para este tipo de desalinizadora, también hay que tener en cuenta que en las zonas costeras es donde más viento sopla, lo cual favorece la implantación de dicha instalación, y si además añadimos que el conversor aerohidraulico tiene forma de vela, quedaría perfectamente integrado en el entorno urbanístico de las ciudades costeras, al ser silencioso y no contar con partes móviles que puedan estar en contacto con los viandantes . Los componentes son los mismos que el C.A.R.S. pero añadimos:

23-Filtro de membrana.

24-Aditivos.

25-Sala de filtrado.

26-Tuberia agua dulce.

27-Tuberia con salmuera.

28-Tuberia proveniente del mar.

29-Cubeta.

Fig.36

En la figura se puede observar que (28) es la tubería subterránea que trae el agua salada del mar, dicha tubería conecta en la sala de filtrado (25) con el primer filtro, el agua salada recorre los filtros para eliminar las impurezas, arenas y demás residuos. Cuando llega a (24) se le añaden los aditivos, la tubería desemboca en la cubeta (29) por medio de un racor, dicha cubeta esta ubicada encima del filtro de membrana (23), el conducto flexible (6) siempre permanece en contacto con el agua de la cubeta, y aunque tenga un movimiento de rotación respecto del eje central del mástil (2) recorrerá la periferia de la cubeta, a la entrada del conducto flexible se ubica la válvula antirretorno (19).

Cuando sopla el viento, se genera un flujo másico a través de la vela (1), lo cual conlleva una fuerza, dicha fuerza es transmitida por los cables (4), los cuales se tensan y oprimen las piezas sólidas (5) contra el conducto flexible (6), el cual se encuentra atrapado con el mástil (2), quedando como recurso la deformación de este y procediendo a un aumento de presión hasta que el regulador de presión alcance la presión osmótica que se encuentra a la entrada del filtro de membrana y permita el paso del flujo de agua salada hacia el interior de este, una vez que el agua empieza a entrar en el filtro de membrana el flujo dinámico tiende a succionar el fluido que hay en el conducto, abriendo la válvula antirretorno (19) y permitiendo la nueva entrada de agua de mar en la instalación.

El conversor aerohidraulico tiene un movimiento de rotación respecto a su centro de gravedad, provocado por la incidencia del viento en el panel (21) que actúa a modo de veleta, las guías (8) sirven para centrar el tubo rígido respecto de su eje de giro. El racor (7) delimita la zona rotacional de la zona estática y permite que el tubo rígido tenga giros de 360º sin sufrir desperfectos, el mástil tiene unos rodamientos en su base (12) para facilitar el giro.

A la salida del filtro osmótico tenemos un 45% de agua dulce, la cual es vertida por una tubería (26) que conecta con la red de abastecimiento o bien es destinada para regadíos. La otra salida de la membrana conecta con una tubería subterránea (27) que suele llevar sobre un 55% de salmuera, la cual es vertida unos cuantos metros a dentro de la mar para que diluya su alta concentración de sal. La base de la instalación dispone de una trampilla (14) que permite el acceso del personal de mantenimiento a dicha instalación, también hay una puerta de acceso al mástil el cual dispone de una escalera en su interior.

7.3 Parque eólico.

Fig.37

Constitución de una “granja” eólica (Fig.37) con conversores aerohidráulicos para la generación de corriente alterna, la cual es inyectada de forma inmediata a la red. Para optimizar el rendimiento de la instalación se procede a la colocación de una batería de 6 conversores, los cuales compartirán elementos como el deposito de alta presión (D.A.P.), el depósito de alimentación o baja presión (D.B.P.), y el generador o generadores (AC/DC), pudiendo haber varios, uno para bajos caudales, otro para medios y otro de máximos caudales, abriéndose el paso de fluido a cada uno de estos en función de la velocidad del viento.

7.4 Bomba hidráulica.

Los componentes son los mismos que en el caso de la desalinizadora, pero quitamos el filtro de membrana y la tubería que lleva salmuera al mar, por lo demás funciona como anteriormente se ha explicado.

8. Conclusiones.

A priori un parque eólico con conversores supondría una inversión inicial parecida a que si lo montamos con aerogeneradores, pero a la larga los costes de mantenimiento hacen que que sea más apetitosa la inversión con conversores en un 15%. Si además añadimos que el conversor es capaz de obtener un 36% más de energía por unidad de superficie de terreno explotada, el conversor gana. En principio parece que el conversor no presenta límites en cuestión de tamaño, pudiendo alcanzar grandes alturas donde la velocidad del viento es mayor.

Si se instalasen unidades por separado del conversor, sus ventajas económicas disminuyen respecto a que si se montan en conjunto, pero según su emplazamiento hay un gran potencial de ingresos por publicidad que haría interesante su instalación.

Si nos referimos a cuestiones medioambientales el conversor esta mejor posicionado que el aerogenerador, por los motivos explicados al comienzo de este estudio básico, además es fácilmente integrable en entornos urbanos.

Para la realización de los cálculos me he basado en una serie de hipótesis intentando ser lo más objetivo posible, por ejemplo he supuesto que la velocidad varia un 40% de su valor medio desde mínimos o máximos, lo ideal sería realizar un estudio detallado del C.A. y de los vientos donde se vaya a instalar, pero aun no dispongo del tiempo y el conocimiento necesario, dicho trabajo solo pretende ser una breve y sencilla presentación de la idea.

El C.A. y el aerogenerador son compatibles el uno con el otro, requieren distintos tipos de emplazamientos, uno con vientos racheados y el otro con vientos constantes, pero para vientos muy fuertes el conversor obtiene mejores resultados.

“De la necesidad surgió la idea,

la patente protegió la idea,

el proyecto definió la patente,

el simulador visualizo el proyecto,

el prototipo se baso en lo simulado,

de los ensayos se ven los errores,

de los errores se aprende,

de lo aprendido nació un producto,

la empresa comercializo el producto,

la empresa genero empleo,

el empleo reactivo la economía”

Estudio básico de viabilidad del Conversor Aerohidráulico

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