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Los aerogeneradores domesticos son un complemento perfecto para tu instalación fotovoltaica de autoconsumo

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Los aerogenerador son dispositivos capaces de convertir  la energía cinética del viento en energía eléctrica. Las palas de un aerogenerador giran entre 13 y 20 revoluciones por minuto, según su tecnología,  a una velocidad constante o bien a velocidad variable, donde la velocidad del rotor varía en función de la velocidad del viento para alcanzar una mayor eficiencia. El hombre desde hace siglos ha querido aprovechar la fuerza del viento, los molinos de viento son un ejemplo. Naturalmente la navegación a vela el primero. Los avances tecnológicos se suceden uno detrás de otro y los generadores no se quedan atrás. La energía de viento es infinita y muchas partes de la tierra constantes, ideales para un suministro eléctrico efectivo y eficiente.

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Se calcula que solo con la energía eólica se podría suministrar varios cientos de veces la electricidad que necesitamos.

Los aerogeneradores son un complemento para tu instalación fotovoltaica
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Diferente tipos de aerogeneradores domésticos: Verticales ,horizontales,de Cono, vortex..

Los aerogeneradores son un complemento para tu instalación fotovoltaica
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Aprovechar la fuerza del viento para generar energía gratis en tu vivienda nunca había sido tan sencillo. Comprando un generador domestico para casa vas a tener tu propio generador de energía limpia y gratuita, sin depender de compañías, impuestos, o facturas.

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En nuestra Tienda eólica encontrarás todos los materiales necesarios para tu instalación de un aerogenerador eólico. Tanto si quieres instalar un mini generador eólico doméstico para ahorrar en tu factura y cuidar del medio ambiente. Como si tu vivienda está aislada sin acceso a la red eléctrica y necesitas comprar un kit eólico de autoconsumo aislado.

Generadores Eólicos para Viviendas Destacados:

 

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En nuestra tienda online encontrarás todos los componentes necesarios para crear tu sistema de mini eólica doméstica. Como Mini Aerogeneradores eólicos, Baterías de ciclo profundo, Reguladores de Carga e Inversores.

Tipos de Generadores Eólicos Domésticos:

Las turbinas eólicas para casas son similares a las de uso industrial, pero en escala reducida. Podemos encontrar generadores eólicos caseros de todos los tamaños y potencias. Pero hay dos tipos de aerogeneradores domésticos según la orientación y forma de sus hélices. Ya que el sistema de turbina eólica que produce la energía es el mismo.

Para una instalación eólica en una vivienda unifamiliar podemos elegir entre un generador eólico horizontal o generadores eólicos verticales domésticos. A continuación te contamos las ventajas y desventajas de cada uno de los tipos de generadores eólicos para viviendas. Para que las tengas en cuenta a la hora de comprar un generador eólico para casa.

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Generadores eólicos Horizontales (AEH)

Son los más comunes, los que tienen la turbina en horizontal mirando al viento. Todos los generadores eléctricos eólicos estilo molino son del tipo (AEH) o HAWT* por su siglas en inglés (Horizontal Axis Wind Turbine*).

*Turbina eólica de eje horizontal

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Ventajas de los Aerogeneradores Horizontales

  1. Los aerogeneradores de eje horizontal normalmente tienen un rendimiento superior que los de eje vertical. Aunque la diferencia es mínima.
  2. La tecnología en los generadores aéreos de eje horizontal está más probada. Ya que fueron los primeros que se llevaron a cabo.

Desventajas de un Generador eólico Horizontal

    1. Necesitan un mástil de mínimo 10m de alto, lo que aumenta el coste de la instalación.
    2. No funcionan bien con vientos débiles, racheados o con cambios frecuentes de dirección.
 
  1. Necesitan de una veleta para tomar el viento de cara.
  2. Su instalación solo es posible en áreas abiertas y sin obstáculos con flujo de aire suave.
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Aerogenerador Vertical Domestico (AEV)

Los generadores eólicos Verticales domésticos son los que tienen su eje de rotación perpendicular al suelo, con la turbina eólica mirando al cielo. También llamados (AEV) o VAWT por sus siglas en inglés (Vertical Axis Wind Turbine*).

*Turbina eólica de eje vertical

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Ventajas de un Generador eólico Vertical

  1. Este tipo de generadores eólicos se pueden situar más cerca unos de otros. Ya que no producen efecto de frenado de aire propio de un generador eólico horizontal. Por lo que no ocupan tanta superficie.
  2. Son ideales en zonas de viento débil.
  3. Al tener palas omnidireccionales no necesitan montar un mecanismo de orientación para tomar el viento.
  4. Pueden colocarse más cerca del suelo. Ya que son capaces de funcionar con una velocidad de viento menor, aprovechando las rachas de viento y las turbulencias. Por lo que su mantenimiento es más sencillo.
  5. Las turbinas eólicas verticales son más silenciosas y producen menos vibraciones que las horizontales.
  6. Son mucho más recomendables para pequeñas instalaciones debido a que su instalación es más sencilla, el ruido es menor y su tamaño es más reducido.
  7. Son más seguros para las aves y las personas. Ya que al ser una turbina vertical, es más difícil sufrir accidentes con las palas.

Desventajas de un Generador eólico Vertical

  1. Al estar más cerca del suelo no puede usar las corrientes de aire de mayor altura donde la velocidad del viento es más alta.
  2. Suelen ser más caros que los de eje horizontal. Aunque cada vez tenemos mejores modelos de generador eólico vertical a precio similar al de los molinos eólicos horizontales.
  3. La tecnología ha evolucionado mucho y ha hecho que podamos comprar ambos tipos de aerogeneradores domésticos de última generación a un precio asequible.

Partes de un Generador Eólico para casa

Los aerogeneradores domésticos verticales y horizontales están compuestos por un eje rotor. Las Palas que van unidas al rotor. Que según su diseño y tipo pueden variar de 2 a 5 para un molino eólico para casa horizontal, y de 2 a 8 en una turbina eolica vertical, los molinos de viento para viviendas modernos suelen tener 3. Un Alternador para producir electricidad accionado por el rotor. El Freno para cuando las condiciones de viento pongan en riesgo la integridad del generador eólico doméstico. Un Regulador para controlar la tensión de salida. La Torre o Mástil sobre la que se instala el generador. Y, en los molinos eólicos horizontales, una Veleta para poner el molino cara al viento.

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Potencia de los Generadores Eólicos para viviendas

La potencia de un mini generador eólico doméstico se mide en Vatios/Hora (W/h). Los vatios que nos indique la marca que tiene cada uno de sus modelos siempre será la potencia máxima que el molino eólico doméstico es capaz de producir en óptimas condiciones.

Dependiendo del sistema que queramos comprar para cubrir nuestras necesidades, debemos elegir la potencia de nuestro generador eólico doméstico. Ya que dependiendo de los vatios de producción que obtengamos con nuestro molino eólico, deberemos dimensionar el resto del equipo (Regulador, Inversor, y Baterías).

Podemos encontrar varias potencias de producción en los distintos tipos de generadores domésticos baratos. Desde los 200W/h hasta los 3.000 W/h, aunque podemos encontrar aerogeneradores industriales con potencias superiores.

No recomendamos la instalación de equipos eólicos de alta producción de energía eólica para instalar en casa. Ya que a mayor potencia de producción, el resto del equipo necesario para la instalación eólica aumenta de precio y encarece nuestra instalación.

¿Cómo se Produce la Energía Eólica con un Aerogenerador Doméstico?

Los Aerogeneradores para viviendas son generadores eléctricos que producen electricidad usando la energía cinética del viento para mover sus palas o turbinas. Que a su vez transmiten el movimiento producido por la presión del viento en su rueda. A través de un sistema de transmisión mecánico para hacer girar el rotor de un generador. Convirtiendo la energía del viento en energía eléctrica.

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El viento es una fuente de energía inagotable, limpia y sostenible. El uso de la energía cinética del viento para producir energía eólica casera está libre de emisiones contaminantes.

Los aerogeneradores son una evolución moderna de los molinos de viento clásicos que usaban la fuerza del viento para moler cereales o cortan madera. El funcionamiento de los molinos eólicos para viviendas es idéntico.

Las turbinas eólicas suelen generar electricidad cuando el viento logra una velocidad de entre 3 y 4 metros por segundo. Por norma general, logran su máxima potencia sobre los 25 metros por segundo. Y disponen de sistemas de seguridad que los desconectan para prevenir daños con vientos superiores a 25 metros por segundo.

La energía de salida de un generador eólico doméstico puede ser de 12V, 24V o 48V. Para crear un sistema eólico eficiente son imprescindibles unas baterías de ciclo profundo donde almacenar la energía producida. Para ello necesitaremos un controlador de carga de baterías. Una vez que la energía eólica ha sido almacenada, deberemos transformar el voltaje de salida de nuestras baterías a 220 V. Que es el voltaje que por norma general necesitan los electrodomésticos o sistemas de alumbrado de tu hogar. Para ello debemos conectar a la salida de las baterías un inversor de onda sinusoidal pura.

Los aerogeneradores para viviendas o de Mini eólica tienen sistemas de seguridad que miden la velocidad y la dirección del viento. Cuando el viento cambia de dirección, la veleta mueve el motor eólico para ponerse de cara al viento. También disponen de freno para cuando la velocidad pueda poner en peligro el equipo.

Aerogenerador o Generador eólico Definición:

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Según la RAE un Aerogenerador es:

1. m.Tecnol.Aparato que transforma la energía eólica en energía eléctrica mediante rotores de palas.

Dentro de esta definición podemos encontrar dos tipos de aerogeneradores eólicos organizados por su diseño construcción y usos:

Usos de la Energía Eólica: ¿Cuáles son las Principales Aplicaciones de la Energía Eólica?

Los generadores eólicos sirven para transformar la energía del viento en corriente eléctrica que se puede usar o almacenar. Son muchos las aplicaciones que podemos dar a los generadores de viento. Si te preguntas, ¿dónde se utiliza la energía eólica? A continuación te contamos los principales usos de un generador eólico para casa.

Generadores Eólicos para Viviendas

A pequeña escala disponemos de muchos modelos de generadores eólicos domésticos para viviendas unifamiliares a la venta. Estos sistemas de producción son también llamados Minieólica o Microeólica. Estos molinos eólicos domésticos pueden funcionar de forma autónoma. O bien en sistemas híbridos con energía solar o estar conectados a la red eléctrica.

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Las instalaciones autónomas se utilizan para producir energía eólica doméstica. Las turbinas eólicas para casas cargan baterías y después usamos estas baterías para proporcionar la electricidad según la vamos necesitando. Permitiendo un consumo cómodo muy similar al que podemos realizar conectados a la red. En lugares alejados donde resulta caro o físicamente imposible conectarse a la red eléctrica es la mejor opción.

Generadores eólicos para Barcos

Una de las mejores opciones para obtener electricidad en un velero o barco a motor es usando un aerogenerador. Ya que aprovechando los vientos aparente y real podemos recargar nuestras baterías. Se pueden instalar en el mástil o en la popa del barco para aprovechar al máximo la energía del viento. Para realizar largas travesías o para disponer de potencia suficiente podemos optar por un Kit híbrido entre energía solar y eólica.

aerogenerador para barcos

Mini Generadores Eólicos para Enseñanza

Para experimentar y formar a las futuras generaciones disponemos de una gran variedad de proyectos de aerogeneradores en miniatura y juguetes eólicos. Con los que los niños y mayores podamos experimentar y conocer las virtudes de energía eólica en una escala accesible para todos.

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Generadores eólicos para agricultura y ganadería

Una de las aplicaciones de la energía eólica más importantes en la agricultura es la del bombeo eólico de agua de pozos. Los molinos de viento eólicos se han usado desde hace mucho tiempo para elevar agua de pozos.

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Pero también podemos alimentar sistemas de alumbrado, pastores eléctricos, comederos automáticos en granjas usando sistemas de baterías. Así como proveer de energía a sistemas de riego y de control de las plantaciones. Con los generadores de viento podemos llevar nuestra explotación al siglo XXI. Sin depender de las costosas líneas y sin facturas a final de mes.

Aerogeneradores Industriales

Cuando pensamos en un Aerogenerador se nos viene a la memoria esas filas de ventiladores eólicos en la cima de una montaña.

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Con los Planes de Energías Renovables de 1986 y 1989 se construyeron los parques eólicos de Granadilla (Canarias), La Muela (Aragón), Estaca de Bares (Galicia), Ontalafia (Castilla-La Mancha), Tarifa (Andalucía) y Cabo de Creus (Cataluña). Corría entonces el año 1990, y estos aparatos pasaron a formar parte de nuestro paisaje. España tenía instalada una potencia de energía eólica de  6,6 MW en 1990, siendo de 23.1212 MW en diciembre de 2017.

Principales marcas de Generadores Eólicos para Viviendas

Estas son algunas de la principales marcas de generadores eólicos domésticos que puedes encontrar a la venta en el mercado.

  • Aerogeneradores Air breeze
  • Aerogeneradores Cueffer
  • Aerogeneradores Eco Whorthy
  • Aerogeneradores Gowe
  • aerogeneradores Guellin
  • Aerogeneradores Ista Breeze
  • Aerogeneradores Makemu Energy
  • Aerogeneradores Tesup
  • Aerogeneradores Top QSC
  • Aerogeneradores Trem Enerji LTD
  • Aerogeneradores Tumo int
  • Aerogeneradores Vogvigo
  • Aerogeneradores Xunzel

Comprar Aerogenerador Doméstico

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Los aerogeneradores verticales son muy adecuados para zonas urbanas y con poca velocidad del viento.

Los aerogeneradores como bien sabemos son máquinas encargadas de la captación de energía eólica (de viento) que luego es transformada en energía mecánica para posteriormente ser convertida en energía eléctrica, todo esto se realiza mediante un generador que se coloca en la red.

Estos generadores poseen dos tipos en base a su eje: Vertical y Horizontal, los  aerogeneradores verticales son los más conocidos, llamados comúnmente molinos de viento y funcionan  con total frecuencia en la búsqueda de energías más renovables.

Estos generadores de aire funcionan con palas rotando en torno a su eje central vertical, teniendo una ejecución sencilla por su diseño; además, los mismos no precisan de una dirección específica ni un sistema de orientación ya que girando a cualquiera de los dos sentidos funcionara correctamente.

Los aerogeneradores tienen sus aplicaciones muy bien predefinidas ya que sus potencias a la hora de generar electricidad no son muy altas; sin embargo, tampoco son de menospreciar, ya que generan electricidad a elementos como boyas marinas, televisores sin capacidad de corriente altera y otros aparatos de uso cotidiano, todo esto por medio de la energía renovable del viento.

Hacer uso de un aerogenerador es una buena opción si desea ahorrar dinero en cuanto al consumo eléctrico; no obstante, se debe recordar  que estos no generan la misma potencia eléctrica que un generador eólico de eje horizontal, reduciendo su carga a tan solo algunos aparatos menores. Los aerogeneradores de eje vertical tienen como base la sustitución de ejes horizontales haciendo cuenta de espacio sin torres elevadas.

Tipos de Aerogeneradores verticales

Existen distintos tipos de aerogeneradores verticales, cada uno bajo funciones distintas y con capacidades; o mejor dicho, potencias eléctricas más rentables que mejoran el nivel de energía producida, entre ellas tenemos:

Aerogenerador tipo Savonius:

Los aerogeneradores de Tipo Savonius son sencillos con la forma de rotor más simple, el mismo consiste únicamente de cilindros huecos desplazados con respecto al eje, los mismos pueden construirse superponiendo varios elementos sobre su eje de giro.

 Fotografia cortesia de ArchiExpo

Este aerogenerador no es realmente efectivo debido a su alta resistencia al aire; sin embargo, suele funcionar para aplicaciones mecánicas por su fácil construcción y bajo costo, haciendo del mismo un poco curioso.

 

Los aerogeneradores de tipo Savonius constan de dos o tres palas y su figura forma una S. Por la curvatura que posee; además, estos aerogeneradores son de un tipo muy específico en donde solo hay un sentido de dirección haciendo casi imposible el hacer que el viento torne en el contrario.

 

Ventajas de los aerogeneradores Savonius

  • Ventajas: Las ventajas del aerogenerador Savonius están bastante claras siendo la primera de ella su bajo costo y la sencillez con la que puede ser utilizada, convirtiéndolo en un aerogenerador para ser utilizado por aquellas personas de bajos fondos y necesidades muy

Los Rotores Savonius son útiles cuando la necesidad de carga es mínima por sus bajos costos y poca fuerza de carga eléctrica, estos generalmente son utilizados en boyas de agua profunda aunque suelen ser más grande; no obstante, su rendimiento es considerablemente bueno.

Funciona bien con el ventilador flettner que puede verse de manera general en techos de furgonetas, su uso específico es como método de enfriamiento.  Este aerogenerador es el indicado para aquellos que tienen bajo presupuesto y una necesidad mínima de generar electricidad en algún objeto mecánico que la solicite por defecto.

Desventajas de los aerogeneradores Savonius

Entre las desventajas del aerogenerador Savonius tenemos su poco rendimiento frente a las cargas; o mejor dicho, demandas de energía en abundancia, siendo un tipo de rotor poco útil para dar alimentación eléctrica.

El peso del rotor es relativamente grande por lo que se resume como una maquina con ciertas complicaciones al momento de carga, resumiéndose como poco útil.

Gira solamente en un sentido desperdiciando la carga eléctrica del viento al sentido inverso, una debilidad critica que hace dudar en cuanto a rentabilidad, pues la maquina sacrifica todo su potencial  basada en menor costo y una fabricación sencilla, que está bien pero no es lo que se busca al momento de necesitar energías renovables.

Es más útil para la energía mecánica que para la energía eléctrica, siendo obligatorio el uso del mismo en masa para generar una carga decente de voltaje.

Aerogeneradores Giromill

  • Tipo Giromil: El aerogenerador de tipo giromill es un rotor mucho más eficiente que el anterior y produce cargas más estables, fue patentado por G.J.M Darrieus y su fabricación consiste en 3 palas verticales que se encuentran unidas al eje por brazos horizontales, esto pueden salir por los extremos o la parte central del aspa y generar una velocidad mecánica considerable, capaz de convertir energía eléctrica en poco tiempo.
 Fotografia cortesia de Renovables Verdes

El funcionamiento de este aerogenerador es excepcional ya que puede cambiar la orientación de las palas verticales a medida que se produce el giro del rotor, de esta manera aprovecha al 100% la fuerza del viento y se permiten el cambio de dirección con resultados positivos en ambos sentidos.

Los  aerogeneradores Giromil funcionan generalmente para dar energía a pequeños equipos electrónicos de potencias bajas máximas de 750W y mínimas de 600W, el uso de este tipo de rotores es reducido pero eficiente y cumple con todo lo referente a utilización de energía renovable en espacios altamente reducidos.

Ventajas de los aerogeneradores Giromill

  • Ventajas: Entre las ventajas de los aerogeneradores tipo Giromill tenemos que es un producto de fácil entendimiento y funcionamiento, sus hojas rectas permiten un acople perfecto con el viento y la posibilidad de doble dirección.

La velocidad de esta es de 3 a 25m/s que puede parecer poca pero es suficiente para producir una cantidad de energía considerable a aparatos de poco voltaje; no obstante, siempre es recomendable hacer uso de varios rotores para sacar el máximo potencial en cuanto z energías renovables respecta.

Es útil en espacios pequeños con mucha corriente de viento, esto hace que su rendimiento aumenta hasta un 30% más de su capacidad inicial.

Desventajas de los aerogeneradores Giromill

  • Desventajas: Entre las desventajas más notorias de este aerogenerador se encuentra la velocidad generada por el mismo que no supera los 25 m/s además de que aun en sus condiciones de viento mas optimas produce una capacidad eléctrica no tan elevada como los rotores de eje horizontal.

Los aerogeneradores Giromill necesitan de funcionamiento colectivo para generar un voltaje decente, aunque versiones posteriores como el Giromill de Tipo Ropatec o el  de tipo Geo4k poseen un poco mas de potencia y una estabilidad más aceptable de este mismo producto.

El costo de los aerogeneradores de tipo Giromill no es tan bajo y puede generar ciertas dudas en el bolsillo del inversor además de que el mismo necesita de un mantenimiento periódico continuo por el roce de doble sentido.

Aerogeneradores Darrieus

  • Tipo Darrieus: Los aerogeneradores de tipo Darrieus son los más buscados en el mercado, estos brindan calidad y buenos resultados al momento además de ser bajo un diseño curioso y muy bien detallado, interesante para la vista y prometedor en cuanto a generación de energía eléctrica renovable.

El generador Darrieus  comienza en el año 1931  con la necesidad de una construcción que suplantara las hélices sofisticadas y verticales. Este rotor permite velocidades mucho mayores a las del aerogenerador Savonius aunque lamentablemente no alcanzan las velocidades de un eje horizontal común

8000KwH al año puede generar este tipo de aerogenerador, siendo un nivel un poco más alto que cualquier otro tipo de generador vertical aunque inferior a cualquiera de los horizontales existentes en la actualidad.

Ventajas de los aerogeneradores Darrieus

: Existen ventajas considerables en los aerogeneradores de tipo Darrieus, entre ellas tenemos que no necesita un mecanismo de orientación para poder girar su mecanismo en contra del viento.

Este tipo de aerogeneradores no necesitan necesariamente una torre para funcionar, siendo útiles incluso en el suelo; además, sus capacidades eléctricas logran dar alimentación a objetos medianos de electricidad como televisores de 22 pulgadas.

El aerogenerador Darrieus posee un diseño bastante interesante que puede adaptar muy bien la corriente del viento, esto puede generar resultados positivos incluso cuando solo se busque simplificar la forma de generar energía.

 Fotografia cortesia de Ecoticias

Desventajas de los aerogeneradores Darrieus

 

 Tenemos unas cuantas desventajas técnicas que recalcar en los generadores de tipo Darrieus, la primera de ellas es que la velocidad que genera cerca del suelo son bajas; por lo tanto, así la torre no sea indispensable, el nivel de energía producida será minúscula.

La eficiencia de este tipo de generador no es impresionante y podría decirse que se mantiene tan solo un poco por encima del generador Savonius. Esta máquina para poder funcionar necesitara de un arranque; por lo tanto, la persona que desee hacer uso de energía renovable tendrá que darle un empujón a la máquina para comenzar a convertir la energía mecánica en eléctrica.

En algunas ocasiones, este tipo de aerogenerador necesitara de cables tensores para poder mantenerse sujetada; sin embargo, esta no resulta del todo rentable en áreas cultivadas.

Su mantenimiento es complicado y un poco costoso, ya que para sustituir el cojinete principal es necesario desmantelar el rotor y para ello se debe desmontar toda la maquina, siendo esto un paso realmente molesto y cansado, que vendría como inversión periódica  del producto.

KETECH-CI-logo

LIAM F1: pequeño aerogenerador urbano que puede hacer a los hogares energéticamente autónomos

Pequeño aerogenerador urbano que puede hacer a los hogares energéticamente autónomos

Diseñada por “The Archimedes”, una compañía holandesa de investigación y desarrollo de energías renovables, LIAM F1 UWT es una nueva generación de turbinas eólicas para uso doméstico que produce mucha más energía que las actuales y apenas generan ruido, actualmente sigue en desarrollo y mejora continua. Una nueva evolución dentro del mundo de las energías renovables.

Creado para instalarse en los tejados de los edificios, con un diámetro de 1,5 metros y un peso que no llega a los 100 kilos. Genera una media de 1.500 kilovatios-hora de energía al año con una velocidad de viento de 5 m/s.

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Foto: www.michelvannederveen.nl

El diseño se basa en un rotor que captura la energía cinética del viento para convertirla en energía mecánica. Debido a su forma de tornillo, la Liam apuntará automáticamente a la posición óptima del viento, al igual que un banderín y por lo tanto tendrá un rendimiento máximo.

Las hojas del rotor se fabrican a partir de hojas planas, produciendo poco ruido (<45dB), y tanto en las simulaciones por ordenador, como en el túnel de viento, se ha medido una eficiencia del 52%, con un pico máximo del 59%. Pero a pesar del rozamiento de los cojinetes y la obstrucción de su marco, este rotor puede extraer el 88% de la energía del viento.

LIAM F1 en farola

Con este tipo de turbinas eólicas se puede alcanzar una producción anual de entre 300 y 2.500 kilovatios, más o menos la mitad de la energía que consume una casa promedio, dependiendo por supuesto de la velocidad del viento y la altura a la que esté colocada. Combinada con paneles solares FV, un hogar puede cubrir todas sus necesidades energéticas, especialmente combinada con nuevos sistemas de almacenamiento de energía que podrían llegar pronto al mercado.

El ingeniero Richard Ruijtenbeek de The Arquímedes explica que “cuando hay viento se utiliza la energía producida por la turbina y cuando hay sol se utilizan las células solares para producir la energía“.

Aquí puedes ver sus características técnicas más a fondo.

¿Donde comprar? Ponte en contacto con el fabricante aquí.

Mas información: thearchimedes.com

logo Vortex

Vortex Bladeless está desarrollando un aerogenerador basado en la resonancia aeroelástica.

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Aprovecha la energía eólica por medio del fenómeno de aparición de vórtices llamado Vortex Shedding. Básicamente, la eólica sin palas consiste en un cilindro fijo vertical sobre una varilla elástica que se empotra en el suelo. El cilindro oscila en un rango de velocidad de viento, que posteriormente transforma la energía mecánica en electricidad mediante un alternador. En otras palabras, es una turbina eólica que no es una turbina en realidad.

Los aerogeneradores por vorticidad se asemejan más a los paneles solares que a los aerogeneradores convencionales si atendemos a algunas de sus características y su rentabilidad.

Proyecto financiado por el programa Horizon 2020 de la Unión Europea para la investigación e innovación«

ESTRUCTURA Y GEOMETRÍA

El cilindro exterior es rígido y está diseñado para oscilar, permaneciendo anclado a la varilla o núcleo. El movimiento de la parte superior del cilindro no está restringido, encontrándose aquí la máxima amplitud de oscilación. La estructura está construida con resina reforzada con fibra de carbono y/o fibra de vidrio, materiales ampliamente utilizados en la construcción de palas de los aerogeneradores convencionales.

La parte superior del núcleo sostiene el mástil y su parte inferior está firmemente anclada al suelo. Está construido de polímero reforzado con fibra de carbono, que proporciona una gran resistencia a la fatiga y tiene una pérdida de energía mínima cuando oscila.

Naturalmente, el diseño de este aerogenerador es bastante diferente al de una turbina tradicional. En lugar de la torre, la góndola y las aspas habituales, nuestro dispositivo solo tiene un mástil muy ligero hecho de materiales comunes. Esto reduce el uso de materias primas y la necesidad de una cimentación importante.

vortex turbine design
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CONVERSIÓN DE ENERGÍA

Nuestro aerogenerador sin palas captura la energía del viento cuando entra en resonancia debido a un efecto aerodinámico denominado desprendimiento de vórtices. En la mecánica de fluidos, cuando el viento pasa a través de un cuerpo romo, el flujo se modifica y genera un patrón cíclico de vórtices. Una vez que la frecuencia de estas fuerzas está lo suficientemente cerca de la frecuencia estructural del cuerpo, el cuerpo comienza a oscilar y entra en resonancia con el viento. Esto también se conoce en inglés como Vortex Induced Vibration(VIV).

¿Cómo funciona Vortex?

Fuente: Duke University

Tecnología Vortex, fluidodinámica

Tradicionalmente, profesionales de la ingeniería estructural, de la aeronáutica y de la arquitectura tratan de evitar las consecuencias negativas de este fenómeno VIV. Sin embargo, los generadores Vortex buscan maximizar esta inestabilidad aerodinámica, capturando de esta forma la energía contenida en ella.

La geometría del mástil está especialmente diseñada para lograr el máximo rendimiento de las velocidades promedio observadas del viento. Es capaz de adaptarse muy rápidamente a los cambios de dirección del viento y a los flujos de aire turbulento que se observan comúnmente en entornos urbanos.

La perturbación de la corriente de viento aguas abajo es la razón por la cual los molinos deben instalarse respetando una gran distancia entre ellas. Esto no afecta del mismo modo a los aerogeneradores por oscilación, implicando menos limitaciones asociadas con el “efecto estela“. Además, esperamos que los dispositivos Vortex funcionen muy bien en conjunto, interaccionando positivamente siempre que se respete la distancia adecuada entre ellos, que está estimada en la mitad de la altura total del dispositivo. Para aerogeneradores convencionales esta distancia entre ellos suele ser cinco veces la altura total del dispositivo.

Especialmente diseñado para el mercado residencial y las redes de energía distribuida ALTERNADOR VORTEX

Actualmente, Vortex genera electricidad a través de un sistema de alternador, integrando bobinas e imanes permanentes adaptados a la dinámica del equipo, sin engranajes, ejes o deslizamientos. Por su potencia, nuestro Vortex puede considerarse actualmente un aerogenerador para “micro-eólica”.

Los alternadores son una tecnología bien conocida, sin embargo la forma en que Vortex realiza esta conversión de energía es innovadora y patentada. Este novedoso diseño permite reducir el mantenimiento y elimina la necesidad de lubricación.

wind alternator design

A.  Estator, parte fija
B.  Oscilator, parte móvil
C.  Soporte del alternador

Frecuencia y sintonizado

La frecuencia de desprendimiento de vórtices (Vortex shedding) es proporcional a la velocidad de la corriente de viento, sin embargo, cada estructura tiene su propia frecuencia de oscilación natural. Para hacer coincidir las frecuencias de desprendimiento de vórtices con la frecuencia de oscilación natural de un dispositivo, debe modificarse la masa del mismo (cuanta más masa, más baja es la frecuencia) y su rigidez (mayor rigidez, frecuencia más alta), entre otros parámetros. Por lo tanto, se necesitaría de mecanismos complejos para variar la frecuencia de oscilación natural de ese dispositivo.

Para evitar esto, el diseño de Vortex utiliza en cambio un sistema de confinamiento magnético con imanes permanentes que aumentan la rigidez aparente del sistema de acuerdo con su amplitud de oscilación y el grado de flexión del núcleo. La amplitud de oscilación crece a medida que el viento se intensifica. A esto lo llamamos sistema de sintonizado.

Como resultado, el sistema de sintonizado automático patentado por Vortex Bladeless permite capturar energía ante un rango más amplio de velocidades de viento, desde un punto de “cut-in” de 3 m/s aprox (velocidad de arranque). Esto consigue la variación de la rigidez aparente de la estructura que puede “sintonizarse” con la velocidad del viento incidente, para permanecer en resonancia sin ninguna interferencia mecánica o manual. De esta forma aumentamos en gran medida el rango de lock-in del aerogenerador (rango de trabajo).

Vórtices de Von Karman

El efecto de desprendimiento de vórtices por Vortex Shedding o “Vortex Street effect” se describió por primera vez y fue formalizado matemáticamente por Theodore von Kármán, el genio de la aeronáutica, en 1911. Este efecto es producido por las fuerzas laterales del viento en un objeto sumergido en un flujo laminar. El flujo del viento genera un patrón cíclico de vórtices, que puede convertirse en un desafío de ingeniería para estructuras esbeltas, como torres, mástiles y chimeneas. Uno de esos ejemplos es el colapso del puente Tacoma Narrow en 1940, USA.
¿Cómo funciona Vortex?

Vortex adapta con éxito su frecuencia natural de oscilación para resonar con las frecuencias de desprendimiento de vórtices dentro de un amplio rango de velocidades de viento

ENTENDIENDO LAS VIBRACIONES

La idea detrás de la nueva tecnología Vortex Bladeless es la posibilidad de que puedan aprovecharse las fuerzas de sustentación de este desprendimiento de vórtices para producir energía. Cuando los vórtices del viento coinciden con la frecuencia natural de la estructura del dispositivo, comienza a resonar, por lo tanto, a oscilar, de modo que el aerogenerador sin palas adquiere una energía mecánica que posteriormente puede convertirse en energía eléctrica.

Encontrará muchos ejemplos en su vida cotidiana, en los que podrá observar las consecuencias del efecto Vortex Shedding. Basado en este principio y teniendo en cuenta otros fenómenos físicos, como la Ley de Betz, la aerodinámica de los cuerpos finitos, las regiones de turbulencia, el gradiente de viento, etc. Durante este tiempo el equipo Vortex ha creado muchos modelos computacionales que nos han llevado hasta la geometría más adecuada para el mástil, así como a encontrar los parámetros que alcanzan una mayor eficiencia y rendimiento del diseño.

Simulaciones computacionales

Aunque las simulaciones en 2D son muy interesantes para nosotros, el fenómeno VIV es un fenómeno en 3D. La interacción entre vórtices a lo largo del dispositivo ha sido descrita por otros autores. Dado que la nuestra es una nueva tecnología, tenemos que crear nuevos modelos y confirmar su validez. Estas simulaciones en 3D se basan en el número de Reynolds, un importante número adimensional utilizado en fluidodinámica para predecir los patrones de flujo ante diferentes condiciones.

La cantidad de recursos de computación que se necesitan para estos cálculos es enorme. Trabajamos arduamente con el software de simulación de Altair para encontrar la mejor manera y la más rápida de optimizar nuestros resultados invirtiendo recursos de forma asequible. También colaboramos con el Centro de Supercomputación de Barcelona aprovechando su experiencia, además del equipamiento que ponen a disposición del proyecto.

vortex oscillation principle
Tecnología protegida en todo el mundo por 6 familias de patentes

MATERIALES Y VIDA ÚTIL

La tecnología convencional de aerogeneradores necesita soportar niveles de carga muy diferentes bajo velocidades de viento variables, lo que impone altas demandas mecánicas en componentes de transmisión como engranajes, rodamientos, casquillos o frenos. Las múltiples partes móviles están constantemente desgastándose, lo que conduce a altos costos de mantenimiento.

Los aerogeneradores sin palas eliminan por completo los elementos mecánicos que pueden sufrir desgaste por fricción. Los principales materiales empleados para la fabricación de aerogeneradores Vortex son polímeros con fibra de carbono, plásticos, acero, neodimio y cobre. Los límites de trabajo de estos materiales están muy lejos de los estándares operativos que se requieren.

Estrés y Fatiga

Por supuesto, este aerogenerador no es inmune a la fatiga ni a las fuerzas de estrés. La fatiga se define por el debilitamiento de un material causado por cargas o fuerzas aplicadas repetidamente. El núcleo de la turbina Vortex sufre una flexión continua y eventualmente podría ocurrir una falla del material. Los primeros productos han sido diseñados prestando especial atención a este problema.

La varilla de fibra de carbono fue diseñada para funcionar a una amplitud de oscilación máxima de 2,7º respecto de la vertical. Esto implica una muy baja deformación del material. El análisis computacional y matemático realizado en relación con el componente más afectado por este fenómeno de fatiga nos hace pensar que el aerogenerador Vortex tiene una gran esperanza de vida útil.

 

RENTABILIDAD

Una de las principales ventajas de los generadores Vortex es la reducción de coste asociada con la tecnología. Hemos estimado que el coste global de producción de electricidad (del inglés Levelized Cost of Energy, LCoE) de los aerogeneradores Vortex Bladeless será más bajo que los convencionales, lo que permitirá un retorno de la inversión más rápido. De todos modos, estudios más amplios sobre este tema serán realizados en el futuro para poder aportar más precisión a estos datos.

levelized cost energy

Esto hace que esta tecnología sea altamente competitiva no solo con respecto a generaciones de energía alternativa o renovable, sino incluso en comparación con las tecnologías convencionales. Puedes leer un estudio sobre coste-efectividad aquí.

Estas reducciones de costos provienen de un diseño inteligente, así como de un uso más eficiente de las materias primas. No hay necesidad de una góndola, mecanismos ni palas, que son componentes de costes significativos en los aerogeneradores convencionales.

Gracias a ser muy livianos y a tener el centro de gravedad cerca del suelo, los requisitos de anclaje o cimentación de nuestros dispositivos se han reducido significativamente en comparación con las turbinas convencionales, lo que facilita además su instalación.

Vortex colabora con ONGs, universidades y centros de investigación de prestigio por todo el mundo

CAPACIDAD DE GENERACIÓN

En eólica, la generación de energía es proporcional al área barrida por el aerogenerador. Actualmente, Vortex barre hasta el 30% del área de trabajo que barren otras turbinas convencionales de 3 palas, cuando esta comparación se realiza entre aerogeneradores de idéntica altura.

Como resultado, en términos generales, podemos decir que, desde el punto de vista aerodinámico, la tecnología Vortex obtiene un menor rendimiento con respecto al de otros aerogeneradores convencionales de eje horizontal. Por otro lado, un área barrida más pequeña permite que puedan instalarse más turbinas sin palas en la misma superficie, lo que compensa en gran medida esta desventaja.

La potencia nominal estimada de Vortex Tacoma (2,75 m) es de 100 vatios una vez industrializado.

vortex bladeless technology

Evolución de las turbinas eólicas en la historia

Siglo I d.C.

Herón de Alejandría inventa el primer molino de viento y se gana un lugar en la historia. Herón, aprovechó el poder del viento para accionar un órgano musical. Las aspas del molino, estaban unidas a un eje que impulsaba unos pistones hacia arriba y hacia abajo para producir sonidos con el órgano.

Siglo IX d.C.

Los persas construyen un molino de viento que posiblemente era utilizado para bombear agua o moler maíz. Las velas verticales con las que se accionaba el molino, eran probablemente hechas de caña y madera. Las velas se encontraban al interior de una construcción amurallada con una puerta abierta en el frente, que guiaba el viento a través de la máquina.

Siglo XII d.C.

En este siglo ya se construyen molinos de viento en Europa. Este tipo de molino de viento se fabricaba sobre un poste vertical, con un sistema  rotacional de manera que el molino pudiera moverse con la dirección del viento. Estos molinos verticales eran comúnmente utilizados para moler maíz o bombear agua.

Siglo XIII d.C.

Los molinos de torre, fueron el diseño más novedoso en el oeste de Europa durante este siglo. Estos molinos se construían en grandes torres de piedra, tenían aspas y un rotor montado en el techo de la torre. Se colocaba también una veleta detrás de las aspas, para guiarlas en la dirección del viento.

Siglo XIX d.C.

En 1887, el inventor estadounidense Charles Brush, construyó la primera turbina eólica automática. Se le llamó ¨turbina eólica” por primera vez y no “molino de viento” ya que se utilizaba para generar electricidad. La turbina eólica pesaba 4 toneladas y alimentaba a un generador de 12 kW de potencia.

1922

La turbina eólica Savonius, es una turbina de ejes verticales inventada por el ingeniero finlandés Sigurd Johannes Savonius. La turbina Savonius es un dispositivo de arrastre, es decir que la energía rotacional se genera por el empuje del viento y no por sustentación aerodinámica, como la mayoría de las turbinas modernas.

1927

La turbina eólica Giromill, es una turbina de eje vertical con diseño Darrieus. La turbina Giromill utiliza sustentación en vez de arrastre y es habitualmente fabricada con dos o tres aspas que rotan alrededor de un eje central. La turbina Giromill es una turbina de baja eficiencia ya que necesita de vientos de alta velocidad para comenzar a rotar.

1931

La turbina eólica Darrieus es también conocida como la turbina “batidora de huevos”. Inventada por el ingeniero francés Georges Jean Marie Darrieus. El diseño de esta turbina usualmente consta de dos aspas que giran en torno a una torre de eje vertical, con un generador eléctrico cerca de la base de la máquina.

1941

En 1941 la turbina eólica Smith-Putnam, fue la primera turbina eólica de tamaño megawatt. Era una turbina con dos aspas de 53 metros de diámetro y construida sobre una torre de celosía de 36 metros de alto. Sólo operó por 1100 horas, hasta que una de las aspas falló.

Turbina eólica moderna

La turbina eólica moderna, es el resultado de años de desarrollo e investigación científica. Hoy en día, la mayoría de las turbinas modernas provienen de la familia de las turbinas con ejes horizontales y tienen 3 aspas. Las aspas o palas de las turbinas eólicas, tienen un diseño similar a las alas de los aviones y utilizan el sustento aerodinámico del viento para rotar.

En un futuro cercano, la obtención de energía se hará por  medio de energías renovables y limpias. Algunos países ya se han embarcado en proyectos de gran envergadura para abastecer sus necesidades energéticas por medio de estos recursos inagotables. Hoy por hoy los costos de implementación de estas tecnologías son elevados, lo que supone una barrera de entrada importante a la masificación de su uso en el corto plazo. Al mirar la realidad sobre las necesidades energéticas de las sociedades modernas, debemos apostar por el desarrollo métodos de obtención de energía sin emisiones de carbono y un uso sustentable en aras del futuro.

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