Pala de rotor para una turbina eólica.

Pala de rotor de un parque de energía eólica con un medio para la reducción del sonido generado por la pala de rotor

, caracterizada porque el medio es una capa y/o superficie repelente de líquido, que está realizada al menos en una superficie parcial de la pala de rotor.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP1999/009691.

Solicitante: WOBBEN, ALOYS.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: ARGESTRASSE 19 26607 AURICH ALEMANIA.

Inventor/es: .

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > F03D11/00 (Detalles, partes constitutivas o accesorios no cubiertos por, o con un interés distinto que, los otros grupos de esta subclase)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > Motores de viento con el eje de rotación dispuesto... > F03D1/06 (Rotores)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > LIMPIEZA > LIMPIEZA EN GENERAL; PREVENCION DE LA SUCIEDAD EN... > Métodos para impedir la suciedad > B08B17/06 (dando a los objetos susceptibles de ensuciarse una forma o disposición especial)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN... > MAQUINAS O MOTORES DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO,... > Alabes; Organos de soporte de álabes (alojamiento... > F01D5/28 (Empleo de materiales específicos; Medidas contra la erosión o la corrosión)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN... > MAQUINAS O MOTORES DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO,... > Partes constitutivas, detalles o accesorios no cubiertos... > F01D25/02 (Dispositivos contra la formación de hielo para motores en los cuales se producen fenómenos de congelación)
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Pala de rotor para una turbina eólica.

Fragmento de la descripción:

Reducción del sonido de una pala de rotor para una turbina eólica.

Las palas de rotor para parques de energía eólica se conocen en muchas formas. En un parque de energía eólica, los rotores o las palas de rotor representan la fuente principal de sonido. Por razones de aceptación y del derecho de protección contra el ruido, se pretende/se debe intentar mantener las emisiones de sonido lo más bajas posible, puesto que los parques de energía eólica se instalan frecuentemente también cerca de edificios de vivienda. Las emisiones de sonido que se generan con un parque de energía eólica o un convertidor de energía eólica conducen también a que los parques de energía eólica encuentren oposición entre algunos grupos de la población por la generación de ruido, por lo que estas plantas en parte son difíciles de imponer o a veces no lo son de ninguna manera, puesto que las autoridades que deben conceder la autorización deniegan la autorización de parques de energía eólica por los requisitos en materia de medio ambiente existentes, también el ruido es un factor de carga ambiental.

En muchas ocasiones se han hecho ya propuestas de modificar una pala de rotor de un parque de energía eólica de tal forma que se consiga una reducción del sonido. A título de ejemplo, se remite a la documentación publicada en los documentos EP-A-0 652 367 o DE 196 14 420.5.

No obstante, la reducción del sonido por medidas constructivas en la pala de rotor sólo es posible hasta cierto punto.

Por lo tanto, el objetivo de la invención es mejorar aún más la emisión de sonido de parques de energía eólica.

Este objetivo se consigue según la invención con una pala de rotor con las características según la reivindicación 1. En las otras reivindicaciones están descritas variantes ventajosas.

La invención está basada en el conocimiento de que, si la superficie de una pala de rotor se provee, al menos en parte, de una capa que repele líquidos y/o hielo, la pala de rotor también se vuelve más rugosa. Es decir, en lugar de proveer la pala del rotor de un recubrimiento en forma de una capa de pintura, que hace que la pala de rotor presente un lado superior lo más liso posible, se hace justamente lo contrario, es decir, se consigue una superficie con una microestructura rugosa. Las superficies de este tipo se conocen, por ejemplo, también por lacas o recubrimientos que cumplen la funcionalidad del llamado efecto de la flor de loto, de modo que agua/hielo sólo se adhieren poco a la superficie. El recubrimiento, que se crea a partir de una capa de pintura, está hecho de una especie de lecho de clavos de tamaño nanométrico. Estos nanoclavos del lecho de clavos no solamente hacen rugosa la superficie de la pala del rotor, sino que también hacen que la superficie tenga una menor dureza, porque los distintos nanoclavos también son deformables en su dirección longitudinal o tienen una estructura considerablemente más blanda que el recubrimiento de fibra de vidrio de una pala de rotor.

Por lo tanto, el recubrimiento loto hace en la pala del rotor que los torbellinos que se forman en el lado superior de la pala del rotor sean amortiguados por la estructura blanda de la superficie o que se extraiga energía de los torbellinos de aire, de modo que se reduzca en general, como se ha detectado, el sonido que se genera por la rotación de la pala del rotor.

Como recubrimiento o capa de pintura autolimpiante, con el/la que puede conseguirse una reducción considerable del sonido de una pala de rotor en servicio, indicamos la pintura microsilicónica Lotusan (marca de la compañía ispo GmbH, una empresa del grupo Dyckenhoff). La empresa comercializa esta pintura microsilicónica bajo la denominación de articulo Nº 1950 y la describe como repelente de suciedad y de agua. También es posible realizar el recubrimiento mediante una lámina, cuya estructura superficial forma una capa hidrófuga. Las superficies autolimpiantes y su realización se conocen también por el documento EP 0 772 514.

La invención se explica a título de ejemplo también con ayuda de las fig. 1 y 2.

La fig. 1 muestra la vista de un parque de energía eólica con un rotor que aloja tres palas de rotor 10. En la fig. 1 está representado un parque de energía eólica del tipo E-40 de la empresa Enercon.

La fig. 2 muestra un recorte de una pala de rotor en vista en corte. Aquí puede verse que en la superficie está previsto un recubrimiento 1 o una capa de pintura que forma un lecho de clavos 2, que está formado por nanoclavos 3. La distancia A entre los nanoclavos se sitúa en el intervalo de aproximadamente 2 a 250 μm y la altura H de los nanoclavos se sitúa en el intervalo de aproximadamente 2 a 250 μm. Los nanoclavos están hechos, por ejemplo, de polímeros hidrófobos o materiales hidrofugados de forma duradera. Se consiguen resultados especialmente buenos para la reducción del sonido generado por la pala del rotor si los nanoclavos presentan una altura de aproximadamente 5 a 60 μm y la distancia entre ellos se sitúa aproximadamente en el intervalo de 5 a 110 μm.

El recubrimiento de la pala del rotor con una pintura microsilicónica (por ejemplo, Lotusan) también tiene como consecuencia que el agua (H2O) u otros líquidos no se queden adheridos a la superficie de la pala del rotor. Por consiguiente, se elimina también desde el primer momento cualquier base para la formación de hielo.

Preferiblemente, el recubrimiento no está aplicado en toda la pala del rotor sino sólo en la última tercera parte (visto desde el rotor) de la pala del rotor y allí preferiblemente en la zona de la punta de la pala del rotor o en el canto posterior y delantero de la pala del rotor.

Gracias a la realización de los nanoclavos 3, la superficie de la pala del rotor presenta una irregularidad o rugosidad muy grande, de modo que la atracción mutua entre las gotas de agua 4 (moléculas) y la superficie de la pala del rotor no basta para que las moléculas de agua queden adheridas en ésta. Por consiguiente, los nanoclavos mantienen, por así decirlo, las moléculas extrañas de agua a distancia de la superficie 6 de la pala del rotor, por lo que queda drásticamente reducida la fuerza de atracción entre las moléculas de agua y la superficie.

Al mismo tiempo, los nanoclavos 3 tienen para la reducción del sonido prácticamente la función de un amortiguador (de sonido), porque los torbellinos (no representados), que se forman de manera natural en la superficie de la pala del rotor y que son la causa de la generación de ruido, chocan contra los nanoclavos que, gracias a su movilidad relativamente grande en comparación con la estructura rígida de fibra de vidrio de la pala del rotor, pueden absorber a su vez la energía de los torbellinos extrayendo, por lo tanto, energía de los torbellinos de aire, de modo que se reduzca el sonido.

El recubrimiento puede estar formado por una capa de pintura o una lámina pegada encima.

El recubrimiento arriba indicado no solamente puede aplicarse en una pala de rotor o partes de ésta sino también en otras partes del parque de energía eólica, por ejemplo en la torre 7 del parque de energía eólica y/o en el revestimiento 8. Este revestimiento, denominado habitualmente también góndola, se encuentra en el extremo frontal de la torre y envuelve por regla general el generador del parque de energía eólica u otras partes del parque de energía eólica, que no deben exponerse directamente a las...

 


Reivindicaciones:

1. Pala de rotor de un parque de energía eólica con un medio para la reducción del sonido generado por la pala de rotor, caracterizada porque el medio es una capa y/o superficie repelente de líquido, que está realizada al menos en una superficie parcial de la pala de rotor.

2. Pala de rotor según la reivindicación 1, caracterizada porque la capa repelente de líquido se ha aplicado al menos en las zonas en las que se genera fundamentalmente el ruido durante la rotación de la pala de rotor.

3. Pala de rotor de un parque de energía eólica según la reivindicación 1 ó 3, con al menos un recubrimiento parcial, que da una irregularidad muy grande a la pala de rotor en su microestructura, de modo que las gotas de agua no queden adheridas a la superficie de la pala de rotor, de modo que las gotas de agua y/o una formación de hielo (cristales de hielo) no queden adheridas a la superficie de la pala de rotor, reduciéndose la generación de sonido de la pala de rotor durante el servicio del parque de energía eólica.

4. Pala de rotor de un parque de energía eólica según una de las reivindicaciones precedentes, estando provista la superficie de la pala de rotor al menos en parte de un recubrimiento, de modo que la superficie de la pala de rotor sea más blanda en la zona recubierta que en la zona no recubierta.

5. Pala de rotor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la capa presenta una estructura superficial de elevaciones y concavidades, porque la distancia entre las elevaciones si sitúa en el intervalo de 2 a 250 μm y la altura de las elevaciones se sitúa en el intervalo de aproximadamente 2 a 250 μm, estando hechas las elevaciones preferiblemente de polímeros hidrófobos o materiales hidrofugados de forma duradera que no pueden desprenderse mediante lluvia natural.

6. Pala de rotor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la capa hidrófuga presenta una superficie que está realizada de forma similar a una piel de tiburón.

7. Pala de rotor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la pala de rotor presenta una superficie para una pared por la que fluye en forma de turbulencia un flujo que presenta una dirección principal de flujo, con aletas orientadas en la dirección principal de flujo, que presentan una distancia lateral entre sí respecto a la dirección principal de flujo, correspondiendo la altura de las aletas aproximadamente a entre un 30 y un 70% de la distancia lateral entre las aletas.

8. Pala de rotor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque las aletas están realizadas en forma de cuña, preferiblemente con un ángulo de cuña de aproximadamente 10 a 60º.

9. Pala de rotor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la distancia lateral normalizada entre las aletas es de 12 a 22, siendo s la distancia lateral entre aletas, tauO la tensión de cizallamiento de pared de una superficie de referencia lisa, que está expuesta al mismo flujo, rho la densidad del fluido y ny la tenacidad cinemática del fluido.

10. Pala de rotor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la distancia normalizada entre aletas s+ está adaptada a la velocidad circunferencial de la pala de rotor, preferiblemente a la velocidad circunferencial de la zona de punta de una pala de rotor (en el servicio nominal).

11. Pala de rotor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la distancia lateral entre las aletas s es de 0,0001 a 0,15 mm.

12. Pala de rotor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los salientes laterales de las aletas presentan un radio de curvatura de un máximo de entre un 5 y un 35% de la distancia lateral entre aletas s.

13. Pala de rotor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la superficie entre las aletas presenta un radio de curvatura de al menos un 100%, preferiblemente entre un 200 y un 400% de la distancia lateral entre aletas.

14. Pala de rotor, en particular según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque en zonas parciales de la pala de rotor, preferiblemente en el canto delantero de la pala de rotor, se aplica una laca protectora de erosiones, que presenta propiedades superficies similares al teflón.

15. Pala de rotor según la reivindicación 16, caracterizada porque la laca protectora de erosiones es una laca de PUR de 2 componentes que contiene disolventes.

16. Parque de energía eólica con una pala de rotor según una de las reivindicaciones precedentes.

17. Parque de energía eólica formado por un rotor con al menos una pala de rotor, una torre, así como un revestimiento (góndola), que envuelve al menos un generador del parque de energía eólica, estando provisto al menos uno de los elementos anteriormente indicados, como pala de rotor, torre (lado interior o exterior) y/o revestimiento (góndola) de una capa hidrófuga según una de las reivindicaciones precedentes, que está aplicada al menos en una superficie parcial de la pala de rotor, de la torre y/o del revestimiento.