Turbina helicoidal Gorlov - Gorlov helical turbine
La turbina helicoidal Gorlov ( GHT ) es una turbina de agua desarrollada a partir del diseño de la turbina Darrieus modificándola para que tenga palas / láminas helicoidales . Fue patentado en una serie de patentes desde el 19 de septiembre de 1995 hasta el 3 de julio de 2001 y ganó la ASME Thomas A. Edison en 2001 . El GHT fue inventado por Alexander M. Gorlov , profesor de la Northeastern University .
Los principios físicos del trabajo del GHT son los mismos que para su prototipo principal, el aerogenerador Darrieus, y para la familia de aerogeneradores de eje vertical similares que incluye también aerogenerador Turby , aerogenerador, aerogenerador Quietrevolution , etc. GHT, Turby y Quietrevolution resolvió los problemas de torque pulsatorio utilizando el giro helicoidal de las cuchillas.
La turbina helicoidal (patente alemana DE2948060A1, 1979) fue inventada originalmente por Ulrich Stampa (Bremen, Alemania), ingeniero, autor e inventor.
Rendimiento fluido
El término "hoja" se usa para describir la forma de la sección transversal de la pala en un punto dado, sin distinción por el tipo de fluido (refiriéndose así a " superficie aerodinámica " o " hidroala "). En el diseño helicoidal, las palas se curvan alrededor del eje, lo que tiene el efecto de distribuir uniformemente las secciones de la hoja a lo largo del ciclo de rotación, por lo que siempre hay una sección de la hoja en cada ángulo de ataque posible . De esta manera, la suma de las fuerzas de elevación y arrastre en cada hoja no cambia abruptamente con el ángulo de rotación. La turbina genera una curva de par más suave, por lo que hay mucho menos vibración y ruido que en el diseño de Darrieus. También minimiza las tensiones máximas en la estructura y los materiales, y facilita el autoencendido de la turbina. En los entornos de prueba, se ha observado que el GHT tiene hasta un 35% de eficiencia en la captura de energía informada por varios grupos. "Entre los otros sistemas de turbinas de eje vertical, la turbina Davis Hydro, la turbina EnCurrent y la turbina helicoidal Gorlov se han sometido a pruebas a escala en el laboratorio o en el mar. En general, estas tecnologías representan la norma actual del desarrollo de las corrientes de marea".
Orientación del eje de la turbina
La principal diferencia entre la turbina helicoidal Gorlov y las turbinas convencionales es la orientación del eje en relación con el flujo de corriente. El GHT es una turbina de eje vertical, lo que significa que el eje está posicionado perpendicular al flujo de corriente, mientras que las turbinas tradicionales son turbinas de eje horizontal, lo que significa que el eje está posicionado paralelo al flujo de la corriente. Los flujos de fluidos, como el viento, cambiarán naturalmente de dirección, sin embargo, permanecerán paralelos al suelo. Entonces, en todas las turbinas de eje vertical, el flujo permanece perpendicular al eje, independientemente de la dirección del flujo, y las turbinas siempre giran en la misma dirección. Ésta es una de las principales ventajas de las turbinas de eje vertical.
Si la dirección del flujo de agua es fija, entonces el eje de la turbina de Gorlov podría ser vertical u horizontal, el único requisito es la ortogonalidad al flujo.
Perfil aerodinámico / hidroplano
El GHT es una turbina unidireccional, que opera bajo un concepto basado en la sustentación (ver perfil aerodinámico ), que proporciona rotación en una dirección constante a partir de flujos de fluidos bidireccionales o reversibles. El GHT funciona bajo el mismo principio que la turbina Darrieus; es decir, se basa en el movimiento de las láminas para cambiar la dirección aparente del flujo con respecto a las láminas, y así cambiar el "ángulo de ataque" (aparente) de la lámina.
Cuestiones ambientales
Se propone un GHT para micro instalaciones hidroeléctricas de baja altura , cuando la construcción de una presa no es deseable. El GHT es un ejemplo de tecnología hidroeléctrica sin represas . La tecnología puede ofrecer beneficios económicos y ambientales sobre los sistemas microhidráulicos basados en represas.
Algunas de las ventajas de la hidroeléctrica sin represas son que elimina el potencial de falla de una represa, lo que mejora la seguridad pública. También elimina el costo inicial de ingeniería, construcción y mantenimiento de la presa, reduce las complicaciones ambientales y ecológicas y potencialmente simplifica las cuestiones regulatorias puestas en ley específicamente para mitigar los problemas con las presas.
En general, un problema ecológico importante con las instalaciones hidroeléctricas es su riesgo real y percibido para la vida acuática. Se afirma que un GHT gira lo suficientemente lento como para que los peces puedan verlo lo suficientemente pronto como para nadar a su alrededor. De las pruebas preliminares en 2001, se afirmó que si un pez nada entre las palas de la turbina que se mueven lentamente, el pez no se dañará. También sería difícil que un pez se alojara o se atascara en la turbina, porque los espacios abiertos entre las palas son más grandes que incluso los peces más grandes que viven en un río pequeño. Un pez tampoco se daría vueltas en un vórtice , porque el GHT no crea mucha turbulencia, por lo que los objetos pequeños serían arrastrados inofensivamente por la corriente.
Cómo funciona
En este ejemplo, la dirección del flujo de fluido es hacia la izquierda.
A medida que gira la turbina, en este caso en el sentido de las agujas del reloj, el movimiento de la lámina a través del fluido cambia la velocidad aparente y el ángulo de ataque (velocidad y dirección) del fluido con respecto al marco de referencia de la lámina. El efecto combinado de estos dos componentes del flujo (es decir, la suma vectorial ), produce la "Velocidad aparente del flujo" total neta como se muestra en la siguiente figura.
La acción de este flujo aparente en cada sección de la lámina genera tanto una fuerza de elevación como una fuerza de arrastre , cuya suma se muestra en la figura anterior titulada "Vectores de fuerza neta". Cada uno de estos vectores de fuerza neta se puede dividir en dos vectores ortogonales: un componente radial y un componente tangencial, que se muestran aquí como "Fuerza normal" y "Fuerza axial", respectivamente. Las fuerzas normales se oponen a la rigidez de la estructura de la turbina y no imparten ninguna fuerza de rotación o energía a la turbina. El componente de fuerza restante impulsa la turbina en el sentido de las agujas del reloj, y es a partir de este par que se puede aprovechar la energía.
[Con respecto a la figura "Velocidad de flujo aparente ...", Lucid Energy Technologies, titular de los derechos de la patente de la turbina helicoidal Gorlov, señala que este diagrama, sin velocidad aparente en un ángulo de azimut de 180 grados (hoja en su punto en rotación donde se mueve instantáneamente en dirección aguas abajo), puede estar sujeto a malas interpretaciones. Esto se debe a que una velocidad de flujo aparentemente cero podría ocurrir solo en una relación de velocidad punta de la unidad (es decir, TSR = 1, donde el flujo de corriente inducido por la rotación es igual al flujo de corriente). El GHT generalmente opera a un TSR sustancialmente mayor que la unidad.]
(Los diagramas "Vectores de fuerza neta" y "Vectores de fuerza normal" son parcialmente incorrectos. Los segmentos a favor del viento deben mostrar los vectores fuera de los círculos. De lo contrario, no habría una carga neta lateral en la turbina). M Koester 2015.
Uso comercial
Las turbinas helicoidales en la corriente de agua generan energía mecánica independiente de la dirección del flujo de agua. Luego, los generadores eléctricos ensamblados sobre el eje común transfieren la energía en electricidad para uso comercial.