Un pionero de la turbina eólica: Charles F. Brush
El pionero olvidado de la turbina eólica
Todas la fotografías de está página son copyright © de la F. Brush Special Collection, Case Western Reserve Univerity, Cleveland (Ohio).
Charles F. Brush
Charles F. Brush (1849-1929) es uno de los fundadores de la industria eléctrica americana.
Inventó por ejemplo una dinamo muy eficiente de corriente continua utilizada en la red eléctrica pública, la primera luz de arco eléctrico comercial, así como un eficiente método para la fabricación de baterías de plomo-ácido. Su compañía, la Brush Electric, en Cleveland (Ohio), fue vendida en 1889 y en 1892 se fusionó con la Edison General Electric Company bajo el nombre de General Electric Company (GE).
   
La turbina eólica gigante de Brush en Cleveland (Ohio)
Brush Windmill 1888
Brush Windmill 1888 Durante el invierno de 1887-88 Brush construyó la que hoy se cree es la primera turbina eólica de funcionamiento automático para generación de electricidad.
Era un gigante ­la más grande del mundo- con un diámetro de rotor de 17 m y 144 palas fabricadas en madera de cedro. Fíjese en la persona que está cortando el césped a la derecha de la turbina eólica.
La turbina funcionó durante 20 años y cargó las baterías en el sótano de su mansión.
A pesar del tamaño de la turbina, el generador era solamente un modelo de 12 kW. Esto se debe al hecho de que las turbinas eólicas de giro lento del tipo americano de rosa de vientos no tienen una eficiencia media particularmente alta. Fue el danés Poul la Cour quien más tarde descubrió que las turbinas eólicas de giro rápido con pocas palas de rotor son más eficientes para la producción de electricidad que aquéllas de giro lento.
   
El artículo en la Scientific American sobre la turbina eólica de Brush Scientific American cover
El 20 de diciembre de 1890 la revista Scientific American publicaba una muy detallada descripción de la turbina eólica de Brush.
Es particularmente célebre por su sistema de control eléctrico totalmente automatizado.
Sus principios, mediante la utilización de solenoides, no cambian mucho con las futuras generaciones de turbinas eólicas ­ hasta 1980 aproximadamente, cuando los controladores de los aerogeneradores son equipados con ordenadores.
   
La dinamo de la turbina eólica de Mr BrushScientific American, 20 de diciembre de 1890
(Es una buena idea hacer click en la fotografía de arriba para tenerla junto a esta página, y seguir así las referencias en el artículo)
Es difícil estimar el efecto de un invento en prácticas e industrias existentes. De vez en cuando aparecerá un nuevo invento que afectará enormemente a todo un conjunto de inventos e industrias relacionadas, de tal manera que cambia totalmente costumbres consagradas, inaugura nuevas prácticas y establece nuevos artes. El desarrollo comercial de la electricidad es un ejemplo notable de esto.
Después de que Mr. Brush lograra exitosamente una iluminación eléctrica práctica mediante luces de arco, la iluminación incandescente fue rápidamente adelantada y perfeccionada. La iluminación de gas también fue mejorada de diversas formas. Simultáneamente, la distribución eléctrica de energía avanzó, y se hicieron importantes mejoras en fuentes de energía primarias para el accionamiento de dinamos. En este sentido se ha hecho mucho, tanto en motores de vapor como de agua.
La energía eólica ha sido sugerida en diversas ocasionas para el accionamiento de dinamos, pero la adaptación de los molinos de viento a este uso parece haber sido un problema cargado de dificultades. Pocos se han atrevido a esforzarse por resolverlo, y no únicamente por cuestiones relacionadas con la fuerza motriz en sí misma y la dinamo, sino también por los medios de transmisión de la potencia de la rueda a la dinamo, el aparato para la regulación, el almacenamiento y la utilización de la electricidad.
A excepción del molino de viento gigante y la planta eléctrica mostrada en nuestro grabado, no conocemos ningún sistema de iluminación eléctrica operado mediante energía eléctrica que haya tenido éxito.
El molino aquí mostrado, así como todo el equipo eléctrico utilizado a propósito de él, y el muy completo sistema por el cual los resultados están asegurados, han sido diseñados e implementados de acuerdo con los planos de Mr. Charles F. Brush, de Cleveland (Ohio) y bajo su propia supervisión. Como ejemplo de minucioso trabajo de ingeniería es inmejorable.
Se ha tenido en cuenta cualquier imprevisto, y el aparato, desde la enorme rueda hasta el regulador de corriente, es totalmente automático.
El lector no debe pensar que la iluminación eléctrica mediante energía suministrada de esta forma es barata sólo porque el viento no cuesta nada. Al contrario, el coste de la planta es tan elevado que contrarresta lo barato de la energía motriz. Sin embargo, poder hacer uso de uno de los más indisciplinados agentes motrices de la naturaleza produce una gran satisfacción.
Pasando por la Avenida Euclid de la bonita ciudad de Cleveland, uno reconocerá la magnífica residencia de Mr. Brush, tras la cual y un poco más abajo puede verse el parque, montado sobre una alta torre, la inmensa rueda que lleva a la planta eléctrica a la que nos hemos referido. La torre tiene forma rectangular y unos 60 pies de altura. Está montada sobre un perno de 14 pulgadas de diámetro y que se embebe 8 pies en el hormigón sólido bajo el nivel del suelo. El perno se proyecta 12 pies sobre el suelo y se encaja en la estructura de hierro de la torre, el peso de la torre, que es de 80.000 libras, siendo soportado por un escalón que descansa en la parte superior del perno. El escalón es asegurado a una pesada cruceta fijada a la parte inferior de la estructura de la torre.
En la parte superior de la torre se soporta con cojinetes el eje principal de la rueda. Este eje tiene 20 pies de largo y 6 pulgadas y media de diámetro. Está provisto de cajas auto lubricadas de 26 pulgadas de largo y lleva la polea principal, que tiene un diámetro de 8 pies y un ancho de 32 pulgadas. La rueda, que es de 56 pies de diámetro, está asegurada al eje y tiene 144 palas, que tienen una forma alabeada en forma de espiral como las de una hélice. La superficie de vela de la rueda es aproximadamente de 1800 pies cuadrados, la longitud de la cola que gira la rueda hacia el viento es de 60 pies, y su anchura de 20 pies. El molino se convierte en automático mediante una veleta auxiliar que se extiende desde un lado, y que sirve para girar la rueda de lado al viento durante un vendaval fuerte. La cola puede plegarse contra la torre paralela a la rueda, de forma que el lado de la rueda queda hacia el viento cuando la maquinaria no está en uso. El eje secundario dispuesto bajo el eje de la rueda es de 3 pulgadas y media de diámetro, lleva una polea de 16 pulgadas de diámetro, con un ancho de 32 pulgadas, que recibe la correa principal de la polea de 8 pies en el eje de la rueda. Esta es una correa doble de 32 pulgadas de ancho. El eje secundario está provisto de dos poleas propulsoras de 6 pulgadas de diámetro cada una, con un ancho de 6 pulgadas y media, y la dinamo está equipada en los extremos opuestos del eje de la armadura con poleas que reciben a las correas de las ruedas motrices en el eje secundario.
La dinamo, que es un diseño del propio Mr Brush, está montada en un soporte que se desliza verticalmente y está parcialmente equilibrado con una palanca pesada. Se verá que el eje secundario está suspendido del eje principal por la correa principal, y la dinamo está parcialmente suspendida del eje secundario por las correas motrices. De esta forma una tensión adecuada de las correas está siempre asegurada, siendo la carga total sobre las correas de la dinamo de 1200 libras, y sobre la correa principal de 4200 libras. Los extremos del eje secundario están soportados por cojinetes en cajas distribuidoras conectadas por palancas niveladoras que consiguen que los dos extremos del eje se muevan a la vez. Las poleas están proporcionadas de tal forma que la dinamo realiza cincuenta revoluciones por una de la rueda. La velocidad de la dinamo a plena carga es de 500 revoluciones por minuto, y la capacidad normal a plena carga es de 12000 vatios.
Los dispositivos de interrupción automática están dispuestos para que la dinamo pase a acción efectiva a 330 revoluciones por minuto, y un regulador automático evita que la fuerza electromotriz supere los 90 voltios a cualquier velocidad. El circuito de trabajo está dispuesto para cerrar automáticamente a 75 voltios y abrir a 70 voltios. Las escobillas en la dinamo dan la vuelta automáticamente cuando la carga cambia. El campo en la dinamo es ligeramente compuesto. La corriente pasa de la dinamo a zapatas contactoras de acero pulido y endurecido aguantadas por un travesaño en la torre, y las zapatas deslizan sobre planchas anulares que rodean un perno. Los conductores se extienden bajo tierra desde estas planchas hasta la casa habitada. Para resguardarse de una presión del viento extraordinaria, la torre está provista en cada una de sus esquinas con un brazo que se proyecta hacia abajo y hacia fuera, y que lleva una rueda pivotante muy cerca pero sin estar en contacto con el raíl circular concéntrico con el perno. Ordinariamente las ruedas pivotantes no tocan el raíl, pero cuando el viento es muy fuerte, se ponen en contacto con el raíl y liberan al perno de más esfuerzos.
En el sótano de la casa de Mr Brush hay 408 células de batería secundarias dispuestas en doce baterías de 34 células cada una; estas 12 baterías se cargan y descargan en paralelo; cada célula tiene una capacidad de 100 amperio horas. Las jarras que contienen los elementos de la batería son de vidrio, y cada célula tiene su líquido cubierto con una capa de aceite de "sellado mineral", de un espesor de un cuarto de pulgada, que evita por completo la evaporación y las salpicaduras, y elimina los olores. Los instrumentos de regulación automática se muestran en una de las vistas de nuestro grabado. En 1 se muestran los voltímetros y amperímetros empleados en la medida de las corrientes de carga y descarga; en 2 se muestran una serie de indicadores, uno para cada batería; en 3 se representa un interruptor operado eléctricamente por medio del cual la corriente puede conectarse o desconectarse de la red de la casa apretando pulsadores en varios lugares de la casa; 4 muestra un detector de tierra, que está conectado con el centro de la batería y con el suelo, de forma que si el conductor en cada extremo de la batería estuviese conectado a tierra, esto se vería por el movimiento del indicador en una dirección o la otra desde el valor cero de la escala, por tanto mostrando no sólo que la batería está conectada a tierra, sino además indicando el polo que está conectado; 5 es un detector de fugas conectado con los circuitos de lámparas, y dispuesto para mostrar cualquier fuga de un conducto al otro; en 6 se muestra un relé compuesto para operar la resistencia automática mostrada en 7. Esta resistencia esta situada entre las baterías y la red eléctrica de la casa, y está dispuesta para mantener el voltaje de las lámparas constante en todo momento. En este instrumento la resistencia está asegurada por polvo de carbón sometido a presión variable, siendo el movimiento necesario realizado por medio de presión hidráulica bajo control de los relés.
La casa está equipada con 350 luces incandescentes, que varían de 10 a 50 candelas de potencia cada una. Las lámparas que más comúnmente se usan son de 16 a 20 candelas de potencia; y alrededor de 100 lámparas incandescentes son de uso diario. Además de estas luces hay dos luces de arco y tres motores eléctricos. Se comprobó que después del uso continuado de esta planta eléctrica, la cantidad de atención requerida para mantenerla en condiciones óptimas de funcionamiento es prácticamente nula. Ha estado en funcionamiento constante más de dos años, y ha resultado en todos los aspectos un éxito completo.
© Copyright 1997-2003 Asociación danesa de la industria eólica
Actualizado el 23 de julio 2003
http://www.windpower.org/es/pictures/brush.htm
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