REGULADOR DE VELOCIDAD WINDYWEST
Partiendo de la base que la energía del viento es proporcional al cubo de la velocidad del aire, de acuerdo a
E= k . V3
no es difícil adivinar que un viento de 100 Km. por hora frente a una brisa apacible de 10 Km/hora tiene una energía mil veces superior
V1 3 / V2 3 = (100/10)3 = 1000
Imposible de contrarrestar con freno de tipo mecánico o eléctrico. Si bien es cierto que el huracancito de 100 Km/hora no es muy frecuente, cada tanto se presenta en lugares en que los tornados de 200 Km/hora del Caribe jamás tuvieron su aparición.
La única solución factible es recurriendo a una pérdida aerodinámica, sistema indiscutible empleado en aviación donde una aeronave, por ejemplo, capaz de transportar mas de 400 pasajeros puede bajar su velocidad a la cuarta parte de la de crucero manteniendo su sustentación.
Uno de los sistemas mas populares empleados en los aerogeneradores de pequeño porte es colocar automáticamente el eje de giro de las palas perpendicular a la dirección del viento de tal forma que la superficie barrida por las mismas se reduce hasta llegar a cero con lo cual no genera mas potencia y la velocidad de la hélice se reduce hasta encontrar un punto de equilibrio. A grandes
rasgos parecería ser que el principio funciona correctamente y lo demuestra el hecho de que su aplicación es universal desde hace mas de un siglo. Sin embargo a poco de andar nos encontraremos que el concepto tiene límites originados por la aparición de otro fenómeno mecánico, llamado efecto giroscópico. El principio es fácil de entender con un simple ejemplo cotidiano: un trompo capaz de mantenerse en movimiento solo apoyado en un punto mientras se mantenga girando. A pesar de nuestra intención de voltearlo, por ese efecto se niega a cambiar el plano de rotación. Es conocida la aplicación del giróscopo en una motocicleta japonesa capaz de mantenerse en sus dos ruedas mientras el semáforo cambia de rojo a verde. Cuando las dimensiones de las palas superan un diámetro de los 2,5 a 3 mts. el efecto giroscópico impide al mecanismo de puesta en bandera reaccionar ante ráfagas instantáneas y las palas aumentan de ese modo su velocidad destrozándose. Para complicar aun mas las cosas, digamos que el efecto giroscópico es mas notorio cuando el numero de palas es mayor que dos, lo que puede explicarse aplicando el concepto euclidiano que dice que para determinar la posición de un plano hacen falta mas de dos puntos con los cuales solo se determinan la posición de una recta. Como conclusión, una hélice de dos palas (una recta) tiene mucho menos efecto giroscópico que una de tres palas, pero como contrapartida esta sujeta a mas vibraciones motivo por el cual no es casual que los fabricantes de grandes aerogeneradores hayan
adoptado las tres palas, casi como sistema universal. Convencidos entonces que el control de velocidad por puesta en bandera para diámetros superiores a los 3 mts. no es aceptable, los mecanismos, teóricamente y prácticamente hablando, deben actuar sin cambio del plano de giro. Quizás el mas antiguo de ellos es el sistema Wind Charger (1930) cuyo funcionamiento ya fue explicado en pag. 62 CD1, al igual que el sistema Aerowat, patente francesa que consiste en modificar el paso de las palas merced a la fuerza centrífuga que acciona un contrapeso sobre una palanca solidaria a la pala que de esta forma modifica su ángulo de calaje.
Una tercera alternativa es nuestro sistema Windy West patente INPI248300 que consiste, al igual que el Aerowat en el cambio del ángulo de calaje en alerones exteriores independientes que
cambian el paso como consecuencia de la deflexión de un resorte por efecto de la fuerza centrífuga. El alerón se desplaza hacia la periferia pero al mismo tiempo gira como consecuencia de una rosca de múltiples filetes y gran paso, alterando el rendimiento aerodinámico de la pala que como consecuencia limita su velocidad máxima de acuerdo con la calibración del resorte. Si bien la aplicación práctica la hemos desarrollado para unidades de 2 a 8 metros de diámetro, los enfoques teóricos permite demostrar que no tiene límite en lo que concierne al tamaño.
En efecto, aplicando la teoría de los modelos, nos permite asegurar que no hay dificultades en extender su aplicación en molinos eolicos de mucho mayor capacidad de generación, tal como seria un aero de 1,5 Mw,
Análisis Teórico practico de extrapolación :
La fuerza centrifuga del alerón como es sabido depende del peso del mismo, del Radio correspondiente al centro de gravedad y del cuadrado de la velocidad de rotación. O también es proporcional al peso, al cuadrado de la velocidad tangencial del centro de gravedad e inversamente proporcional al radio,
Fc = M .ω2. Rg = M . V2 / Rg (1)
Veamos que pasa cuando los limites de aplicación pretendemos extenderlos fuera de los ya experimentados , en nuestro caso desde 2,5 metros de diámetro total de palas hasta 8 metros.
Analizando la formula, la segunda alternativa, tomando la velocidad tangencial, es la mas apropiada para el análisis ya que, una vez definidas las características aerodinámicas V es constante para todas las medidas de palas. .Los valores máximos típicos de V varían entre 50 a 80 m/s. En nuestro caso hemos tomado 70 m/s , con lo cual V2 será 4900. Por otra parte, el ancho y el espesor de la pala es proporcional al largo total de la misma , por lo que la masa del alerón será proporcional al cubo de la longitud ,
Mx = K . R3
Donde Mx es la masa del alerón. Reemplazando en (1)
Fc = Mx . V2 / Rg = K.R2
Lejos de lo que podría suponerse por intuición, sabiendo que un aero de grandes dimensiones gira apenas una revolución cada tres o cuatro segundos y que el mecanismo en esas condiciones, siendo la velocidad angular solo 1/3 o 1/4 rps no tendría la fuerza centrifuga disponible para el accionamiento del dispositivo, el razonamiento correcto nos lleva a demostrar que, por el contrario, es independiente de la velocidad angular y a lo sumo dependiente en forma indirecta de las dimensiones del Radio al cuadrado. Sin embargo, en radios del orden de los experimentados, las limitaciones de espacio nos llevan a utilizar perfiles de ancho constante del orden del 4% del Radio cuando en realidad bastaría con 1,8 %, circunstancia que favorece la aplicación en igualdad de condiciones hasta una pala de 20 mts de diámetro en comparación con la ya experimentada de 4 mts. (4%/1,8 %) al cuadrado es 4,93 .
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