DESARROLLO DE LA TECNOLOGÍA EÓLICA

5. CARACTERISTICAS FUNDAMENTALES DEL AEROGENERADOR.

5.1 Rotor
5.1.1 Número de palas

Una de las primeras opciones que se analizaron para la reducción de peso, es reducir el número de palas. Para un rotor tripala de 60 m., el peso de cada pala es de aproximadamente 6 toneladas. Además, los bujes de los aerogeneradores bipalas suelen ser más ligeros que los de los tripalas. La reducción total que se puede conseguir eliminando una pala puede ser evaluado hasta un 30% del peso total. No obstante, existen desventajas, como la aparición de mayores cargas asimétricas en el buje, lo que nos llevará a tener que diseñar bujes basculantes, incrementando su complejidad y coste. Para un mayor conocimiento sobre el número de palas en un aerogenerador ha de ir al tema de Estudio de principios generales de diseño de aerogeneradores

5.1.2 Velocidad específica de diseño

La velocidad específica de diseño afecta al peso del tren de potencia, esencialmente a aquellos componentes del mismo que se dimensionan en función del par motor. Para una potencia dada, el par será inversamente proporcional a la velocidad específica de diseño. La reducción total del peso que puede conseguirse al incrementar la velocidad de diseño de 7 a 10, puede evaluarse en un 20 %. El principal problema radica en el aumento del ruido aerodinámico, al incrementar la velocidad en punta de pala.

5.1.3 Espesor relativo de los perfiles

La utilización de perfiles aerodinámicos denominados gruesos, es decir, de gran espesor relativo (espesor/cuerda), puede llevar a disminución en el peso de las palas hasta un 10%. Por lo tanto, el desarrollo de nuevas familias de perfiles aerodinámicos de gran espesor, específicamente desarrollados para su utilización en aerogeneradores, representa uno de los caminos potenciales de reducción del peso.

5.1.4 Flexibilidad de la pala

La flexibilidad de la pala es un factor importante en la reducción de cargas sobre las máquinas. Con respecto a la fluctuación de las cargas, una pala flexible funciona como un amortiguador de las mismas. La amortiguación es principalmente de naturaleza aerodinámica, con una pequeña contribución de amortiguación de tipo puramente estructural. La flexibilidad se puede conseguir por medio de articulaciones, o por medio de diseños específicos como vigas flexibles en las zonas de encastre.

5.1.5 Bujes Fijos-Basculantes

Otra forma de flexibilidad en el rotor se puede ˇintroducir por medio de bujes basculantes, que reducirá las cargas asimétricas sobre el rotor. El efecto en reducción de peso sobre el rotor puede alcanzar hasta un 15 %, si bien se obtienen rotores más complejos y, consiguientemente, más caros.

5.2 Tren de potencia

El principal parámetro que influye en el coste del tren de potencia de un aerogenerador es el par motor. La caja de engranajes se dimensiona por el par nominal, multiplicado por un factor de servicio que tiene en cuenta las fluctuaciones de dicho motor, y que depende del concepto técnico en funcionamiento de la máquina. Así, para una máquina tripala de velocidad constante, diseñada a una velocidad específica de 7 con control por pérdida, este factor de servicio se estima en 2.0 mientras que, para una máquina de velocidad variable con control por variación del ángulo de paso en punto de pala mediante control avanzado multivariable, el factor de servicio se estima en 1.1, con el consiguiente ahorro en el coste del subsistema. Con respecto a la forma de construcción, podemos distinguir entre trenes de potencia modulares e integrados. Se estima, que pueden obtenerse disminuciones en el peso del tren de potencia de hasta un 30% con los diseños integrados respecto a los diseños modulares.

5.3 Sistemas de control

Las diferentes estrategias de control las dividimos para su estudio en tres categorías:

Velocidad Constante
Pequeñas variaciones en la velocidad de giro; (generador asíncronos)
Velocidad Variable
Control por perdida Cambio paso en punta de pala Cambio paso en toda la pala Cambio paso en punta de pala Cambio paso en toda la pala Cambio paso en punta de pala

Para más información sobre cada tipo ir a los sistemas de regulación y control

Hay una ventaja sustancial en usar control por cambio de paso en punta de pala, frente al cambio de paso en toda la pala por dos razones principales. En primer lugar, porque los cojinetes de giro se desplazan del lugar de cargas máximas (raíz de pala), pudiendo hacerse una zona de encastre mucho más eficiente, desde el punto de vista de costes. En segundo lugar, los sistemas de punta de pala pueden variar bastante más rápidamente, lo cual posibilita a usar un sistema de control diferencial, en vez del tipo PI solamente (proporcional, integral). Los inconvenientes surgen del ruido aerodinámico producido en la zona de discontinuidad, así como por las posibilidades de inestabilidades debido a separaciones de la capa límite en la discontinuidad.

Atención especial se debe dedicar a los sistemas pasivos de control aerodinámico. La ventaja esencial de estos sistemas es la ausencia de sistemas hidráulicos y partes móviles, con el consiguiente aumento de fiabilidad y disminución de costes. El sistema más tradicionalmente usado es el control por pérdida aerodinámica, ampliamente usado en aerogeneradores tripalas. Su uso en grandes máquinas y aerogeneradores bipalas está comenzando a ensayarse, si bien es difícil de predecir la conducta de los mismos, debido a la ausencia de conocimiento del campo tridimensional del flujo separado (en pérdida aerodinámica) en palas rotando. Existen posibilidades de que se presenten inestabilidades o vibraciones en el sentido perpendicular a la envergadura de la pala y al disco de rotación (sentido de "flap"), que se han podido detectar en algunos ensayos.

Otros sistemas pasivos pueden ser por cambio de paso en punto de pala, bien actuados centrífugamente para los sistemas de velocidad variable, o actuados por fuerzas y momentos aerodinámicos.