Comunicación presentada al VI Congreso Smart Grids
Autor
Julián Guerrero Díez, Ingeniero Técnico Industrial
Resumen
A la búsqueda de nuevas aplicaciones de las turbinas tipo minieólicas y analizando los diferentes modelos existentes en el mercado, muy limitados en altura y solo para poder instalar en espacios abiertos, se plantea la posibilidad de un nuevo enfoque con la finalidad de ampliar su campo de aplicaciones, se estudia la posibilidad de dotar a aquellas de un revestimiento mediante el cual poder controlar, dirigir y concentrar el caudal de aire que la accionará, para ello se diseña una carcasa articulada, con una parte fija y otras móviles a modo de compuertas, que regulen flujo de entrada y salida, con un sistema de control elemental todo-nada, o bien con una actuación proporcionada de acción modulante, en función de la intensidad de aquel, de modo tal que se autorregule mecánica, eléctrica o electrónicamente, disponiendo máxima apertura con brisas y mínima, o cierre, con fuertes vientos, se construirán de modo que sean adosable a cualquier elemento resistente y pudiendo igualar, sin límites, la altura de su soporte, de este modo se podrá aprovechar los flujos de vientos conducidos, tal como ocurre de forma natural en calles y avenidas, el diseño de construcción del conjunto, permite el aprovechamiento de la energía del viento en un sentido y en el contrario, es decir bidireccionalmente, con este nuevo fabricado se podrá irrumpir en el mercado fácilmente, puesto que su campo de aplicación es totalmente virgen y competitivo con todos los métodos existentes, podrá instalarse tanto en la rehabilitación de viviendas antiguas, como en las de nueva construcción, con diferentes diámetros, calidades y acabados.
Palabras clave
Patente, Transformadoras, Ciudades, Campos Eólicos
El proyecto: la nueva minieólica urbana
Introducción / Antecedentes
Hasta la fecha, en los centros urbanos no se podían instalar sistemas minieólicos, con el diseño creado es posible hacerlo de forma generalizada, partiendo de cierto tipo de turbinas de eje vertical, equipadas de una envolvente articulada, formando un conjunto adosable a cualquier elemento resistente, como pueden ser edificaciones en general, se consigue con unos elementos simples, un nuevo concepto de aero generación.
Con anterioridad a esta solución el concepto de minieólica se encontraba muy limitado, tanto por su emplazamiento, como por su altura, necesitaban espacios abiertos y de unos arriostramientos, debido a su débil fuste. La originalidad de esta solución la avala el hecho de haber podido ser registrada como Patente de Invención, representando una novedad internacional.
Estas instalaciones ocuparan parte del nicho existente para nuevas soluciones, entre los sistemas minieólicos convencionales y los gigantescos parques eólicos, denominados Gran Eólica. De esta forma es factible que una comunidad de propietarios de cualquier edificación puede disponer de esta innovación, instalándola bien por fases o en su totalidad, con diferente potencial, según el número de turbinas, altura y diámetro seleccionado, así como la capacidad de acumulación, también se puede contemplar que la instalación puede ser en alquiler o en propiedad, es decir una versatilidad que con anterioridad era imposible, representando una fórmula más del autoconsumo.
Además del deseado autoconsumo es posible realizar la formación de mini redes, conectando varias edificaciones o bien conjuntos mayores, aunando producción, acumulación y consumo, lo que representa un alto grado de seguridad ante posibles emergencias, por cortes de suministro de la Red General. Con un proyecto bien definido, el sistema representará una mejora económica, si se prevé una estudiada amortización. Es de destacar la contribución que puede representar para poder combatir la pobreza energética.
Descripción
La solución que se presenta es solo un “proyecto”, que ya fue registrado como patente de invención hace unos años, esperando el momento en el que una mayoría de la sociedad estuviese más sensibilizada con el medio ambiente, para exigir soluciones a los Organismos correspondientes, esta solución espera y desea contribuir con ella en algún grado a colaborar a ese fin, pero no ha llegado a realizar un solo prototipo.
Con el desafío técnico-creativo de encontrar una solución, que pudiese ampliar el campo de aplicación de las turbinas tipo minieólica, se estudian diferentes formas, además de las ya existentes, de concebir una generación más amplia.
En primer lugar, se proyecta envolver a la turbina con una carcasa, con unas compuertas laterales abatibles con el fin de poder captar más caudal de aire abriéndolas o cerrándolas para proteger a la turbina, en el supuesto de fuertes vientos. Analizando que el giro de una turbina es debido a las diferencias de presiones, que ejerce el viento entre las superficies cóncavas y convexas, se estudia la posibilidad de concentrar todo el caudal de aire en su parte cóncava, mediante unas piezas móviles, que reconducirán el caudal de aire, las cuales se destinan además para que el sentido de giro, sea siempre el mismo, quedando eliminado al mismo tiempo, el freno que representaba la superficie convexa. De esta forma con un mayor caudal aumentará la presión en álabes. Ahora la turbina empieza a ser gobernable, pero falta solucionar el problema del límite de altura por la necesidad de los arriostramientos, para esta solución se analiza la posibilidad de adosar al conjunto turbina-carcasa a un elemento resistente ya construido, la deducción de acoplarlo a la fachada de una edificación era fácil.
Para poder medir, comprobar, diseñar, dimensionar, elegir materiales, etc., es imprescindible disponer de un Túnel de Viento, sin el cual se acumularían errores indefinidamente. Se deduce que por la simpleza del conjunto, éste es fácilmente operativo y que debe funcionar, pero es necesario pulir el funcionamiento evitando vibraciones no deseadas, ruidos innecesarios, dimensionado de cada componente, materiales a emplear, rendimientos que se esperan, etc., será definitivo disponer de esos datos, para poder trabajar sobre un prototipo, el hecho de conocer el comportamiento aerodinámico de cada uno de los componentes, así como el de todo el conjunto, en cualquiera de las circunstancias más desfavorables posibles es básicamente necesario. La carencia de medios impide seguir avanzando en el perfeccionamiento del sistema, es por este motivo se busca licenciar los derechos.
Conseguir llegar a una fabricación en serie de varios modelos, con diferentes diámetros y acabados estéticos, de unas longitudes predeterminadas, similares a las distancias entre forjados de una construcción convencional, facilitaría su manejo, transporte, montaje y enlace entre cada tramo hasta alcanzar la altura prevista.
El diseño industrial es fundamental, ha de resultar un conjunto integrado en el elemento soporte, con formas y acabados fácilmente coloreable, puede imitar piedra, ladrillo, etc. Es básico el estudio de los anclajes y el resto de sujecciones, que han de absorber todo tipo de vibraciones, los bordes de ataque de los álabes se dotaran de materiales y formas que eviten silbidos, es necesario considerar que las turbinas estarán impulsadas por un viento racheado, difícilmente uniforme, aunque el sistema se dote de volantes de inercia, siempre se obtendrá una velocidad angular oscilante. Las compuertas pueden ser accionadas por cualquier sistema conocido, pero hay que considerar que, ante fuertes vientos, han de ser lo suficientemente resistentes y el mecanismo de considerable potencia, para poder realizar, por ejemplo, un cierre total ante el fuerte temporal, para la salvaguarda y seguridad del sistema.
Los conjuntos podrán instalarse bajo tres formas diferentes, en superficie, con cierto grado de embutición o bien en las esquinas o aristas de la edificación.
Para poder realizar un estudio de costes del sistema, hay que considerarlos con un comparativo puntual con cada uno de los otros sistemas de producción y captación existentes. Los alternadores a emplear serán los indicados por los correspondientes fabricantes en función de las dimensiones de las turbinas y el oportuno estudio del comportamiento de los vientos en la zona de la instalación.
Este sistema se instalaría preferentemente en los entornos urbanos, pero nada impide que pueda ser instalado en cualquier otro emplazamiento. Es de destacar la utilidad que puede representar en núcleos aislados siendo un ejemplo sensible el entorno insular de Baleares y Canarias, debido al aislamiento del resto de Redes.
Considerando que una edificación urbana, de una altura considerable y por consiguiente numerosas viviendas, no suele disponer de suficiente superficie en su cubierta o terraza, para su autoabastecimiento energético con células fotovoltaicas, necesita de una energía complementaria y como quiera que a la solución que se presenta, le favorece la altura por disponer de gran superficie disponible, en su cerramiento envolvente perimetral, pueden complementarse compartiendo almacenamiento en las baterías comunes. Si se considera que en una fachada son aprovechables todas las superficies libres, formadas por las distancias entre ventanas o balcones y por la altura de la edificación, más otras probables instaladas en las esquinas, el potencial de todas las instalaciones conjuntas es bien considerable.
Estéticamente una edificación con este sistema instalado en fachadas y en pleno funcionamiento en un día con un viento circulando a una velocidad media y compuertas realizando su función reguladora, el edificio se asemejará a un elemento con vida propia, ya aquellas simularan las “branquias” de un pez. No es necesario decir que, con este sistema, que apenas ocupa espacio alguno, el impacto ambiental así otros muchos requisitos que ahora se citan en todos los medios, se cumplen en cada uno de los supuestos definidos como positivos.
Otro punto que habrá que considerar en un futuro muy próximo, es el capítulo de gasto que representa la calefacción, tanto en una vivienda unifamiliar, como en una comunidad de propietarios, hay que destacar que ya se encuentran en el mercado del ámbito de los instaladores, empresas especializadas en utilizar como elemento combustible el hidrógeno, partiendo de la electrólisis, en el supuesto de que la energía eléctrica necesaria para ello, es de origen alternativo y puede ser de un costo despreciable, todo el conjunto representará un ejemplo que encaja con la más exigente definición de Generación Distribuida próxima al 100%.
Esta asociación de sistemas de captación de energías alternativas, fotovoltaica y minieólica, para una edificación, se aproxima a la definición de Edificios de Consumo Casi Nulo, en los que la Red General figuraría como reserva y no como ocurre actualmente.
Las edificaciones usadas por los numerosos Organismos Oficiales, que gozasen de estas instalaciones, podrían ceder parte de su energía sobrante, para uso público en la recarga de vehículos eléctricos, así como en las estaciones de servicios o gasolineras, ofrecer las recargas a un coste reducido.
También es de destacar que la necesidad de disponer de fuentes de energías alternativas propias, es cada vez mayor, todo hace pensar que la movilidad que se avecina será mediante energía eléctrica y en una comunidad por pequeña que sea, necesitará disponer de unos vehículos cargados y dispuestos cada mañana, para sus desplazamientos cotidianos. ¿Qué pasará ante un apagón de la Red General? No pueden quedar un número de ciudadanos bloqueados por un motivo que ya es solucionable. A decir de algunos técnicos, las redes existentes son insuficientes para soportar una recarga nocturna generalizada, por estos motivos estas instalaciones de energías alternativas serán cada vez más necesarias.
Es sabido que a lo largo del año hay muchos días de calma, sin viento, pero también es de considerar que son más los que sopla al menos una brisa y para compensar, los más ventosos los cuales producirán un exceso en la producción de energía disponible para ser acumulada.
No será extraño que, en un futuro inmediato, estos sistemas sean gobernados por un control generalizado, por zonas o individualmente, con un sistema en el que se emplee la inteligencia artificial IA, donde uno datos los suministre la Estación Meteorológica del entorno.
Para la puesta en el mercado, además de la empresa fabricante, es necesario contar con una red de ámbito nacional de instaladores, conocedores de todos los modelos que se ofrezcan y capacitados para realizar trabajos en alturas.
Materiales y métodos
Los materiales a emplear pueden ser tan amplios como sea el destino de la instalación, para una vivienda unifamiliar, por ejemplo, por el pequeño tamaño de las turbinas a instalar, se puede realizar en gran parte con materiales procedentes de reciclados o bien de bajo costo, ya que no deberán soportar grandes esfuerzos, al estar protegidas por la carcasa envolvente ante los fuertes vientos. Muy diferente serán las prestaciones a exigible a unos conjuntos carcasa-turbina, cuando han de ser instalados en un gran edificio y las medidas de protección serán más rigurosas, tanto la propia instalación como para posibles accidentes en el entorno, por desprendimiento de algún elemento.
Pueden emplearse en la fabricación y en la instalación, todos los materiales convencionales que se vienen usando en la actualidad, quizás algo más ligeros que los que tienen que soportar la intemperie sin protección alguna, algunos de los elementos componentes del conjunto, estarán tratados como mecánica de precisión.
El único requisito para todos los materiales, que intervengan en el movimiento giratorio del sistema debe ser su perfecto equilibrado, han de evitarse excentricidades que darán lugar vibraciones, ruidos y deformaciones, siguiendo las directrices de los resultados obtenidos de los prototipos de ensayos en el Túnel de Viento.
Resultados y conclusiones
Los resultados obtenidos han sorprendido a la propia investigación, un estudio que comenzó para rentabilizar una pequeña turbina, puede llegar a ser una solución generalizada para viviendas de cualquier emplazamiento, de cualquier ciudad. En este punto se lamenta no disponer de dato alguno, sin unos prototipos con los que ensayar en el deseado Túnel de Viento, sería un planteamiento engañoso. Es posible que la carencia de medios sea suficiente motivo para desestimar haber llegado a las conclusiones expuesta sin base técnicamente probatoria.
Referencias
- Versión en español: https://youtu.be/Gw9U3yNaTSU
- Versión en ingles: https://www.youtube.com/ Njs2_iTStFY