Los aerogeneradores Savonius son un tipo de aerogenerador de eje vertical (VAWT), que se utilizan para convertir la fuerza del viento en par sobre un eje giratorio . La turbina consta de una serie de perfiles aerodinámicos, generalmente (pero no siempre) montados verticalmente sobre un eje o estructura giratoria, ya sea estacionados en tierra o atados a sistemas aerotransportados .
La turbina eólica Savonius fue inventada por el ingeniero finlandés Sigurd Johannes Savonius en 1922 y patentada en 1926. [1] [2] Los europeos habían experimentado anteriormente con palas curvas en turbinas eólicas 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 ni ningún otro anterior 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 Felix van König (1978) confirma el efecto Magnus [ se necesita aclaración ] . [3] Se presentaron dos patentes de turbinas eólicas 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 , se trata de un dispositivo de tipo arrastre , formado por dos o tres palas. [6] Mirando el 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 resistencia cuando se mueven contra el viento que cuando se mueven con el viento. La resistencia diferencial hace que la turbina Savonius gire. Debido a que son dispositivos de tipo arrastre, las turbinas Savonius extraen mucha menos energía eólica que otras turbinas de tipo elevación de tamaño similar. En la práctica, gran parte del área de barrido de un rotor Savonius puede estar cerca del suelo si tiene un soporte corto sin un poste extendido, lo que hace que la extracción general de energía sea menos efectiva debido a las menores velocidades del viento que se encuentran en 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 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 sólo la mitad del rotor, la pala que se mueve conjuntamente 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 velocidad punta . λ es una característica de cada molino de viento específico, y para un rotor Savonius, λ suele estar alrededor de la unidad.
Por ejemplo, un rotor Savonius del tamaño de un barril de petróleo con h =1 metro 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 costo o la confiabilidad son mucho más importantes que la eficiencia .
La mayoría de los anemómetros son turbinas Savonius por este motivo, 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 requieren muy poco mantenimiento. El diseño se simplifica porque, a diferencia de las turbinas eólicas de eje horizontal ( HAWT ), no se requiere ningún mecanismo de orientación para permitir el cambio de dirección del viento y la turbina se enciende sola. Savonius y otras máquinas de eje vertical son adecuadas para bombear agua y otras aplicaciones de alto torque 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 terminales, tiene un perfil de torsión más suave y arranca automáticamente de la misma manera que un par de rotores rectos cruzados. [ cita necesaria ]
La aplicación más omnipresente 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 ventilación por el ingeniero aeronáutico alemán Anton Flettner en la década de 1920. [10] Utiliza la turbina eólica Savonius para accionar un ventilador extractor. Los respiraderos todavía son fabricados en el Reino Unido por Flettner Ventilator Limited. [11]
Se han utilizado turbinas eólicas Savonius construidas específicamente para proporcionar energía a las estaciones autónomas de detección de neutrinos del experimento ARIANNA en la plataforma de hielo Ross en la Antártida . [12]
En Europa, a veces se pueden ver pequeños aerogeneradores Savonius utilizados como carteles publicitarios "animados" en los que el movimiento de rotación ayuda a llamar la atención sobre el artículo anunciado. A veces presentan una animación sencilla de dos fotogramas . [ cita necesaria ]
