43°39′29.6″N 73°6′22.7″O / 43.658222, -73.106306 [1]
La turbina eólica Smith-Putnam [2] fue la primera turbina eólica de un megavatio del mundo . En 1941 se conectó al sistema de distribución eléctrica local en Grandpa's Knob en Castleton, Vermont , EE. UU. Fue diseñada por Palmer Cosslett Putnam y fabricada por S. Morgan Smith Company . La turbina de 1,25 MW funcionó durante 1100 horas antes de que una pala fallara en un punto débil conocido, que no había sido reforzado debido a la escasez de material en tiempos de guerra. Sería la turbina eólica más grande jamás construida hasta 1979. [3]
La turbina tenía dos aspas de 53 m de diámetro en el lado de sotavento de una torre de celosía de acero de 37 m. Cada aspa tenía aproximadamente 2,4 m de ancho y 20 m de largo, y pesaba ocho toneladas. Las aspas estaban construidas sobre largueros de acero y cubiertas con una piel de acero inoxidable. Los largueros de las aspas estaban articulados en su unión de la raíz al cubo, lo que les permitía asumir una ligera forma de cono. El generador era un generador síncrono de 1250 kva a 600 RPM fabricado por General Electric , que producía 2400 V a 60 ciclos. La generación real de este generador sería de alrededor de 1 MW, lo que permite un factor de potencia de menos de 1. El generador y el cubo del rotor estaban montados sobre una viga de pivote , lo que permitía que el rotor capturara el viento desde diferentes direcciones. El paso de las aspas se controlaba mediante cilindros hidráulicos para mantener una velocidad constante. [4]
Palmer Putnam se interesó en la producción de energía eléctrica a partir del viento después de observar fuertes vientos en Cape Cod . Putnam conocía la turbina Balaklava de 100 kW y deseaba mejorar su rendimiento. [5] En 1937, había contratado a General Electric y Central Vermont Public Service . General Electric proporcionó un generador y Central Vermont Public Services Corporation estaba interesada en un suministro de energía que pudiera reemplazar la energía comprada para satisfacer las cargas pico. [6] Solo transcurrieron 23 meses entre las primeras discusiones y la producción de energía. [7] Palmer concluyó que el concepto más prometedor era una hélice de dos palas que impulsara un generador de CA síncrono. Desarrolló un diseño preliminar y estimaciones de costos. El Dr. Vannevar Bush , Decano de Ingeniería en el MIT, reaccionó favorablemente cuando se le mostraron estos cálculos en 1937. Bush presentó a Putnam a un vicepresidente de General Electric Company, el Sr. T. Knight. A partir de ese momento, Putnam pudo contar con los servicios de algunas personas muy talentosas, entre ellas Theodore von Karman, una autoridad mundialmente famosa en aerodinámica, para ayudar en el diseño, los estudios paramétricos, los análisis de costos, la selección del sitio y la determinación de las características del viento.
En 1939, Palmer C. Putnam solicitó a los Laboratorios Aeronáuticos Guggenheim del Instituto Tecnológico de California (GALCIT) que diseñaran la turbina. Theodore von Kármán encargó a William Rees Sears y W. Duncan Rannie el diseño aerodinámico. [8] Desafortunadamente, los hallazgos analíticos de Rannie sobre la estabilidad del molino de viento gigante no se incorporaron al prototipo que se construyó y probó en la montaña. [9]
Putnam obtuvo el respaldo financiero y técnico de la S. Morgan Smith Company de York, Pensilvania. La Smith Company fabricaba turbinas hidráulicas hidroeléctricas . Como se pensaba que el número de sitios viables para el desarrollo hidroeléctrico estaba disminuyendo, la Smith Company buscó diversificarse en una línea de productos nueva pero relacionada. La S. Morgan Smith Co. aceptó hacerse cargo del proyecto como contratista general y financió la construcción de una turbina piloto.
El lugar elegido para la turbina prototipo era una elevación de 610 m (2000 pies) sin nombre hasta entonces, llamada "Grandpa's Knob"; esta montaña no era tan alta como para tener una acumulación excesiva de hielo, pero tenía vientos de gran velocidad. El acceso al sitio requería la construcción de una carretera con una pendiente de entre el 12 y el 15 %. Debido a la inminente entrada de los Estados Unidos en la Segunda Guerra Mundial, se omitieron algunos de los procesos fundamentales de investigación y prueba para que los componentes principales pudieran fabricarse antes de que se produjera una escasez de materiales durante la guerra.
Las pruebas en vacío de la unidad comenzaron en agosto de 1941 para verificar el funcionamiento mecánico de la turbina y el sistema de control de las palas. El generador se sincronizó por primera vez con la red eléctrica local la tarde del 19 de octubre de 1941 y se probó bajo una carga que variaba de cero a 700 kW. La unidad funcionó durante aproximadamente 1000 horas entre el arranque y febrero de 1943, cuando falló un cojinete del eje. Debido a las prioridades de material en tiempos de guerra, el cojinete no se reemplazó hasta el 3 de marzo de 1945, cuando la unidad logró otras tres semanas de funcionamiento.
En la madrugada del 26 de marzo de 1945, el operador que estaba de servicio en la góndola de la turbina se cayó debido a las vibraciones. Detuvo la turbina. Al investigar, se descubrió que una pala de la turbina se había roto y caído a unos 230 m de distancia. La pala había fallado en un punto débil previamente reparado en el larguero; debido a la escasez durante la guerra, no había sido práctico completar una reparación completa y reforzar la raíz de la pala. [6]
Un estudio realizado en 1945 sugirió que un bloque de seis turbinas similares al prototipo, que producirían 9 MW, podría instalarse en Vermont por alrededor de 190 dólares estadounidenses por kilovatio. Sin embargo, el valor económico para la empresa eléctrica era de sólo 125 dólares por kilovatio, y la turbina eólica no se consideró económicamente viable por un factor de 1,5. [10] Aunque la empresa S. Morgan Smith había gastado más de 1,25 millones de dólares estadounidenses en la turbina prototipo, financiación totalmente privada, concluyó que no había suficientes perspectivas de beneficios en un mayor desarrollo. Las reparaciones nunca se realizaron después de la falla de marzo de 1945. La turbina prototipo se desmanteló en 1946, dejando sólo cimientos de hormigón y una placa marcadora en el sitio actual. En la introducción al libro de Putnam, Vannevar Bush afirmó que el proyecto logró probar el concepto de generación sincrónica de energía eólica y proyectó el uso comercial futuro de la electricidad generada por el viento. [6]