Pala multi-punta de aerogenerador que comprende una región principal (7) de perfil aerodinámico con un borde de ataque (13),

un borde de salida (15) y lados de succión y presión (17, 19) entre el borde de ataque (15) y el borde de salida (15) y una región de punta (9) que comprende varias puntas (11, 11'', 11'''') dispuestas como extensiones longitudinales de la región principal (7) formando cada una de ellas un ángulo diédrico (A, A'', A'''') diferente con la región principal (7)

Pala multi-punta de aerogenerador.

Campo de la invención

La invención se refiere a una pala de aerogenerador optimizada aerodinámicamente y en particular a una pala de aerogenerador optimizada en la región de punta.

Antecedentes

Hay varios problemas asociados a la región de punta de las palas de aerogeneradores utilizados actualmente en la industria eólica.

Un problema se refiere a la contribución de la región de punta al comportamiento aerodinámico de las palas de aerogenerador. Hay muchas propuestas conocidas en este campo como la configuración de la punta de la pala en forma de alerón para mejorar el rendimiento de la pala.

Otro problema se refiere al hecho de que la punta de la pala es una importante fuente de ruido. Se conocen al respecto muchas propuestas proporcionando formas de puntas de pala para minimizar el ruido: puntas elípticas, puntas con forma ojival o puntas con forma de ala de tiburón.

Ninguna de las propuestas conocidas produce resultados completamente satisfactorios, por lo que existe una continua necesidad de proporcionar palas de aerogenerador con un perfil aerodinámico optimizado en la región de punta.

Sumario de la invención

Un objeto de la presente invención es proporcionar una pala de aerogenerador con una configuración de la región de punta que mejora el rendimiento de la pala de aerogenerador.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar una pala de aerogenerador con una configuración de la región de punta que permite recuperar parte de las pérdidas de energía asociadas a la vorticidad de la región de punta.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar una pala de aerogenerador con una configuración de la región de punta que permite la reducción del ruido de la punta.

Estos y otros objetos de la presente invención se consiguen proporcionando una pala de aerogenerador comprendiendo una región principal de perfil aerodinámico con un borde de ataque, un borde de salida y lados de presión y de succión entre el borde de ataque y el borde de salida y una región de punta comprendiendo varias puntas dispuestas como extensiones longitudinales de la región principal formando cada una de ellas un ángulo diédrico diferente con la región principal.

En una realización de la invención dichas puntas también están dispuestas a diferentes ángulos de paso. Se consigue con ello una pala multi-punta teniendo cada una de sus puntas colocada en una posición optimizada para mejorar el rendimiento aerodinámico de la pala y para reducir el ruido de la punta.

En otra realización, la longitud de cada punta es menor o igual que la longitud de la punta contigua más próxima al borde de ataque. Se consigue con ello una pala multi-punta teniendo una longitud optimizada en cada punta para mejorar el rendimiento aerodinámico de la pala y para reducir el ruido de la punta.

En otra realización, la pala tiene medios para cambiar el ángulo diédrico y/o el ángulo de paso de dichas puntas. Se consigue con ello una pala multi-punta con medios para mejorar el rendimiento aerodinámico de la pala y para reducir el ruido de la punta teniendo en cuenta las condiciones operativas de la pala.

En otra realización, la región de punta está fabricada como una parte separada y se une, a modo de dispositivo de punta, a la región principal. Se consigue con ello facilitar la fabricación de una pala multi-punta que mejora el rendimiento aerodinámico de la pala y reduce el ruido de la punta.

Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue en relación con las figuras que se acompañan.

Breve descripción de las figuras

La Figura 1 es una vista esquemática en planta de una pala de aerogenerador conocida.

La Figura 2 es una vista esquemática en planta de una pala de aerogenerador según la presente invención.

La Figura 3 es una vista ampliada de la región de punta de la pala de aerogenerador ilustrada en la Figura 2.

La Figura 4 es una vista frontal ampliada de la región de punta de una pala de aerogenerador según una realización de la presente invención.

La Figura 5 es una vista en sección transversal por la línea L-L de la región de punta de la pala de aerogenerador ilustrada en la Figura 4.

La Figura 6 muestra la distribución de la circulación envolvente a lo largo del radio de la pala en una pala estándar, en una pala con un alerón y en una pala según la presente invención.

La Figura 7 muestra una realización de una pala de aerogenerador según la presente invención en la que la región de punta está configurada como un dispositivo de punta unido a la pala.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

Como se muestra en la Figura 1 una típica pala de aerogenerador de perfil aerodinámico con un borde de ataque 13 y un borde de salida 15 puede considerarse dividida en tres regiones: la región de raíz 31 que incluye la porción de la pala que está próxima al buje del rotor, la región de punta 35 que incluye la porción de la pala más distante del buje del rotor y la región intermedia 33 entre la región de raíz 31 y la región de punta 35.

La longitud de la región de raíz 31 es de aproximadamente el 30%-50% de la longitud de la pala. La longitud de la región intermedia 33 es de aproximadamente el 60%-40% de la longitud de la pala. La longitud de la región de la punta 35 es de aproximadamente el 10% de la longitud de la pala.

A los efectos de la presente invención, el principal problema de la pala de aerogenerador mostrada en la Figura 1 es que el vórtice producido en la región de punta 35 por el flujo incidente F causa un decrecimiento del rendimiento y una alta contribución al ruido aerodinámico.

El comportamiento del flujo en las palas de aerogeneradores puede ser analizado asumiendo una razonable pauta estacionaria-2D para la mayor parte del área de la pala. La Teoría del Momento del Elemento de Pala (BEM) produce buenos resultados en este contexto para finalidades de diseño. Sin embargo hay otros fenómenos importantes (típicamente efectos rotacionales 3D y pérdidas por vorticidad) que impiden que la región de raíz y la región de punta tengan dicho flujo estacionario-2D. Es necesario por ello tenerlos en cuenta para diseñar una pala completamente optimizada que maximice la Producción Anual de Energía (AEP) minimizando los esfuerzos de las solicitaciones de las cargas.

Las perdidas por vorticidad en la región de punta pueden ser estudiadas por medio de la circulación envolvente. La circulación envolvente de la pala debe caer a cero en la punta (como ocurre en la raíz). La variación de la circulación hacia la punta (o hacia la raíz) induce una vorticidad dispersada en la estela desde el borde de salida. La cantidad de vorticidad dispersada es igual a la tasa de cambio de la circulación envolvente a lo largo del radio. Esta lámina de vorticidad de la estela (mayor al final de la pala) contribuye, junto con la circulación envolvente conducida a través del disco del rotor (promediada azimutalmente), a las velocidades inducidas axiales y tangenciales aguas arriba del rotor. Sin la lámina de vorticidad helicoidal, el factor del flujo axial incidente, promediado azimutalmente, podría establecerse en su valor óptimo (∼1/3) a lo largo del disco por la constante apropiada de la circulación envolvente a lo largo de la pala de cara a extraer la máxima energía alcanzable del viento. Sin embargo la necesaria presencia de la lámina de vorticidad (teorema de la circulación de Kelvin) causa que el factor axial del flujo incidente, promediado azimutalmente, caiga a cero cuando se acerca a la raíz o a la punta. La cantidad de energía no transmitida al rotor se desperdicia en la energía cinética de la lámina de vorticidad.

De cara a optimizar el rendimiento de la pala, esta invención proporciona una configuración de la punta dirigida a alterar el comportamiento del flujo con el objetivo de disminuir las pérdidas de la punta reduciendo la vorticidad dispersada en la estela y cambiando la manera en la que se dispersa la vorticidad.

Una pala de aerogenerador según la presente invención tiene una región principal 7 de longitud s1, de un perfil aerodinámico típico con un borde de ataque 13, un borde de salida 15 y una superficie...

1. Una pala de aerogenerador comprendiendo una región principal (7) de perfil aerodinámico con un borde de ataque (13), un borde de salida (15) y lados de succión y presión (17, 19) entre el borde de ataque (15) y el borde de salida (15) y una región de punta (9), caracterizada porque la región de punta (9) comprende varias puntas (11, 11', 11'') dispuestas como extensiones longitudinales de la región principal (7) formando cada una de ellas un ángulo diédrico (A, A', A'') diferente con la región principal (7).

2. Una pala de aerogenerador según la reivindicación 1, caracterizada porque dichas puntas (11, 11', 11'') están posicionadas a diferentes ángulos de paso (B, B', B'').

3. Una pala de aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizada porque cada punta (11, 11', 11'') tiene una forma aerodinámica con cuerdas decrecientes hacia su terminación.

4. Una pala de aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizada porque la longitud de cada punta (11, 11', 11'') es menor o igual que la longitud de la punta contigua más próxima al borde de ataque (13).

5. Una pala de aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizada porque dichas puntas (11, 11', 11'') tienen medios para cambiar individualmente su ángulo diédrico (A, A', A'') y/o su ángulo de paso (B, B', B'').

6. Una pala de aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizada porque la región de punta (9) está fabricada como una parte separada y se une, a modo de dispositivo de punta, a la región principal (7).

7. Una pala de aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizada porque la longitud s2 la región de punta (9) esta comprendida entre el 1% y el 10% de la longitud total de la pala.