Las turbinas eólicas Savonius son un tipo de turbina eólica de eje vertical (VAWT), que se utiliza para convertir la fuerza del viento en par en un eje giratorio . La turbina consta de una serie de perfiles aerodinámicos, normalmente (pero no siempre) montados verticalmente sobre un eje o estructura giratorio, ya sea estacionados en el suelo o atados en sistemas aéreos .
El aerogenerador Savonius fue inventado por el ingeniero finlandés Sigurd Johannes Savonius en 1922 y patentado en 1926. [1] [2] Los europeos ya habían experimentado con palas curvas en aerogeneradores verticales durante muchas décadas. La primera mención es del obispo del condado de Csanád , Fausto Veranzio , que también era ingeniero. Escribió en su libro de 1616 Machinae novae sobre varias turbinas eólicas de eje vertical con palas curvas o en forma de V. Ninguno de sus ejemplos anteriores alcanzó el estado de desarrollo alcanzado por Savonius. En su biografía, se menciona su intención de desarrollar un rotor tipo turbina similar al rotor Flettner , pero autorrotativo. Experimentó con su rotor en varias pequeñas embarcaciones de remo en lagos de Finlandia. No se conocen resultados de sus investigaciones, pero el efecto Magnus es confirmado [ aclaración necesaria ] por Felix van König (1978). [3] Se presentaron dos patentes de turbinas eólicas de Savonius en los EE. UU.: una en 1925 [4] y otra en 1928, [5] por Savonius.
La turbina Savonius es una de las turbinas más simples. Aerodinámicamente , es un dispositivo de tipo arrastre , que consta de dos o tres palas. [6] Mirando hacia abajo al rotor desde arriba, una máquina de dos palas podría parecerse a la letra "S" en sección transversal . Debido a la curvatura , las palas experimentan menos arrastre cuando se mueven contra el viento que cuando se mueven a favor del viento. El arrastre diferencial hace que la turbina Savonius gire. Debido a que son dispositivos de tipo arrastre, las turbinas Savonius extraen mucho menos energía del viento que otras turbinas de tipo sustentador de tamaño similar. En la práctica, gran parte del área barrida de un rotor Savonius puede estar cerca del suelo si tiene un montaje corto sin un poste extendido, lo que hace que la extracción de energía general sea menos efectiva debido a las velocidades del viento más bajas que se encuentran a alturas más bajas. Tienen varias ventajas sobre las turbinas eólicas de eje horizontal, en particular, bajos niveles de ruido, la capacidad de operar con bajas velocidades del viento y una relativa independencia de la dirección del viento. [7]
Según la ley de Betz , la potencia máxima que es posible extraer de un rotor ideal teórico es , donde es la densidad del aire , y son la altura y el diámetro del rotor y es la velocidad del viento. Sin embargo, en la práctica la potencia extraíble es aproximadamente la mitad [8] (se puede argumentar que solo la mitad del rotor (la pala que se mueve junto con el viento) funciona en cada instante de tiempo) y depende también de la eficiencia del rotor dado. Por lo tanto, para el rotor ideal teórico, se obtiene , pero la eficiencia máxima promedio de la turbina eólica Savonius es de alrededor del 20% ( ), [9] lo que hace que la potencia extraíble real del Savonius típico sea .
La frecuencia angular de un rotor está dada por , donde es el radio y es un factor adimensional llamado relación de velocidad de la punta . λ es una característica de cada molino de viento específico y, para un rotor Savonius, λ suele rondar la unidad.
Por ejemplo, un rotor Savonius del tamaño de un barril de petróleo con h =1m y r =0,5 m bajo un viento de v =10 m/s , generará una potencia máxima de120 W y una velocidad angular máxima de20 rad/s (190 revoluciones por minuto).
Las turbinas Savonius se utilizan siempre que el coste o la fiabilidad son mucho más importantes que la eficiencia .
La mayoría de los anemómetros son turbinas Savonius por esta razón, ya que la eficiencia es irrelevante para la aplicación de la medición de la velocidad del viento. Se han utilizado turbinas Savonius mucho más grandes para generar energía eléctrica en boyas de aguas profundas , que necesitan pequeñas cantidades de energía y reciben muy poco mantenimiento. El diseño se simplifica porque, a diferencia de las turbinas eólicas de eje horizontal ( HAWT ), no se requiere un mecanismo de apuntamiento para permitir cambiar la dirección del viento y la turbina se pone en marcha automáticamente. Savonius y otras máquinas de eje vertical son adecuadas para bombear agua y otras aplicaciones de alto par y bajas revoluciones, y generalmente no están conectadas a redes eléctricas. A principios de la década de 1980, Risto Joutsiniemi desarrolló una versión de rotor helicoidal (wiki:fi) que no requiere placas finales, tiene un perfil de par más suave y se pone en marcha automáticamente de la misma manera que un par cruzado de rotores rectos. [ cita requerida ]
La aplicación más común de la turbina eólica Savonius es el ventilador Flettner , que se ve comúnmente en los techos de furgonetas y autobuses [ ¿dónde? ] y se utiliza como dispositivo de refrigeración. Este rotor fue desarrollado para la ventilación por el ingeniero aeronáutico alemán Anton Flettner en la década de 1920. [10] Utiliza la turbina eólica Savonius para impulsar un ventilador extractor. Los respiraderos todavía se fabrican en el Reino Unido por Flettner Ventilator Limited. [11]
Se han utilizado turbinas eólicas Savonius construidas específicamente para proporcionar energía a las estaciones de detección de neutrinos autónomas del experimento ARIANNA en la plataforma de hielo Ross en la Antártida . [12]
En Europa, a veces se pueden ver pequeñas turbinas eólicas Savonius utilizadas como carteles publicitarios "animados" en los que el movimiento de rotación ayuda a atraer la atención hacia el artículo anunciado. A veces presentan una animación simple de dos cuadros . [ cita requerida ]
