Pala de turbina eólica que comprende: - una primera fila de generadores de vórtice colocados en la dirección longitudinal de la pala en un lado de succión de la misma,

en la que la altura de dichos generadores de vórtice en una dirección alejándose de la superficie de la pala está dentro del intervalo comprendido entre 0,1% y 0,65% de la longitud de la cuerda del perfil de la pala, y: - una segunda fila de generadores de vórtice colocados en la dirección longitudinal de la pala en un lado de succión de la misma, en el que la altura de dichos generadores de vórtice en una dirección alejándose de la superficie de la pala está dentro del intervalo comprendido entre 0,1% y 1%, de la longitud de la cuerda del perfil, en la que la primera y segunda filas de generadores de vórtice están previstas a lo largo de por lo menos el 10% de la extensión longitudinal de la pala y la segunda fila de generadores de vórtice se extiende a una distancia respecto a la cuerda del perfil desde el borde de ataque en el intervalo comprendido entre el 20% y el 50% de la longitud de la cuerda del perfil alejándose más del borde de ataque que la primera fila de generadores de vórtice

La presente invención se refiere a unas palas de una turbina eólica y a un rotor de turbina eólica en el que se utiliza la previsión de generadores de vórtice en las palas para obtener un nuevo diseño ventajoso de un rotor.

ANTECEDENTES

La utilización de generadores de vórtice para la reducción de la tendencia a la separación del flujo de aire en las alas de una aeronave hace mucho tiempo que es muy conocida en la técnica y se proporciona un ejemplo en la patente US nº 4.354.648 que da a conocer un ala de una aeronave provista de dos o tres filas de generadores de vórtice de perfil bajo que se extienden desde la superficie del lado de succión, por ejemplo, del 10 al 20% de espesor de la capa límite.

La aplicación de los generadores de vórtice en las palas de una turbina eólica es también muy conocida en la técnica. La utilización de generadores de vórtice en las palas de una turbina eólica para contrarrestar la separación y el desprendimiento del flujo se da a conocer en el documento WO 00/15961 (LM Glasfiber) que muestra la utilización de generadores de vórtice a lo largo de la extensión completa de la pala o en el extremo de la punta de la misma, los generadores de vórtice siendo de una forma globalmente triangular y extendiéndose desde el lado de succión de las palas hasta una altura de 0,01 a 10%, preferentemente de 0,25 a 6% de la longitud de la cuerda del perfil.

Asimismo, en el documento WO 01/164482 (Stichting) se dan a conocer unas palas de turbinas eólicas provistas de unos generadores de vórtice en el lado de succión o en el lado de presión. Se da a conocer la altura preferida de los generadores de vórtice que es aproximadamente el 1% de la longitud de la cuerda del perfil y el propósito de los generadores de vórtice es evitar que se produzca un desprendimiento repentino durante una ráfaga de viento que cause la pérdida de producción y vibraciones.

En el documento WO 2006/122547 (Vestas), el cual se considera como la técnica anterior más próxima al objeto de la reivindicación 1, se realiza todavía otra divulgación de palas de turbinas eólicas con generadores de vórtice, en este caso para una turbina eólica de paso controlado, con el propósito de reducir la emisión de ruido durante el desprendimiento. Se da a conocer que la altura de los generadores de vórtice que está comprendida entre el 0,01% y el 5% de la longitud de la cuerda del perfil.

Por lo tanto, la previsión de generadores de vórtice, incluyendo generadores de microvórtice en las palas las turbinas eólicas es muy conocida en la técnica con el propósito de reducir la emisión de ruido y evitar el desprendimiento así como hacer que la ocurrencia del desprendimiento sea más suave y previsible. El hecho de que los generadores de vórtice incrementen el coeficiente de retardo de la pala y de ese modo se reduzca la producción de energía de la turbina eólica delimita la utilización actual de los generadores de vórtice en las palas de turbinas eólicas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA PRESENTE INVENCIÓN

Con la presente invención, se ha observado que un nuevo diseño ventajoso de una pala y un rotor de una turbina eólica se puede obtener proporcionando dos o más filas paralelas de generadores de vórtice de capa micro o sublímite, por lo que se obtiene una pala la cual es resistente al desprendimiento y provee un coeficiente de sustentación alto máximo CL,máx de las palas y un diseño de la pala más delgado, una denominada relación del área total de las palas al área del círculo barrido específica del rotor.

El concepto de generadores de microvórtice ha sido comprobado previamente, por ejemplo, en alerones de aeroplanos y ha mostrado que los generadores de vórtice muy pequeños con una altura de aproximadamente 0,2% de la longitud de la cuerda del perfil del plano aerodinámico puede incrementar el CL máximo con sólo un pequeño incremento en el coeficiente de retardo del plano aerodinámico CD que determina la resistencia aerodinámica del plano aerodinámico. Mediante la combinación de los generadores de microvórtice en filas en diferentes posiciones de la cuerda del perfil, por ejemplo, un 20% y un 50% y también posiblemente a un 70%, se ha encontrado que el coeficiente de sustentación máximo CL se puede incrementar hasta valores extremadamente altos y el desprendimiento en gran medida se evitará y, cuando ocurra, empezará más suave comparado con únicamente una fila de generadores de vórtice mayores con un incremento mucho menor en el coeficiente de retardo del plano aerodinámico CD comparado con únicamente una fila de generadores de vórtice mayores de una altura suficiente como para obtener resultados similares en el incremento del coeficiente de sustentación máximo CL,máx.

En la presente memoria, mediante el término altura, se entiende una altura máxima del generador de vórtice en una dirección perpendicular alejándose de la superficie de la pala en la posición en la que está colocado el generador de vórtice en cuestión.

La altura baja de los generadores de vórtice, en la que no se extienden a través de toda la capa límite completa, reduce el retardo inducido desde los generadores de vórtice, lo cual hace factible también la aplicación de los generadores de vórtice en la parte exterior de la pala, en donde la velocidad relativa del aire y por lo tanto el posible retardo inducido es más elevado. Mediante la previsión de dos o tres filas paralelas de generadores de vórtice, se obtiene el efecto positivo de los generadores de vórtice en las características aerodinámicas de la pala y se alcanza un nuevo diseño ventajoso de la pala de la turbina eólica.

**(Ver fórmula)**

La previsión de los generadores de vórtice en las palas según la invención produce un coeficiente de sustentación máximo incrementado CL,máx de la pala debido a la reducción en la tendencia a la separación del flujo sobre la pala, esto es la tendencia al desprendimiento, causada por el efecto de los generadores de vórtice, lo cual permite que una pala funcione con un ángulo de ataque mayor (AoA) sin que ocurra el desprendimiento. Los generadores de vórtice posibilitan también utilizar palas que tengan un perfil de sustentación alto como aquellos revelados en el documento WO 2007/010329 y obtener un coeficiente de sustentación máximo muy alto CL,máx de la pala cuando funciona la pala a ángulos grandes de ataque. La magnitud del coeficiente de sustentación máximo CL,máx de la pala generalmente dependerá del diseño de los generadores de vórtice, el número de filas consecutivas de generadores de vórtice así como del diseño del perfil de la pala. El funcionamiento de la turbina eólica con palas de alta sustentación y baja relación del área total de las palas al área del círculo barrido como se revela en el documento WO 2006/090215 también se puede mejorar mediante la aplicación de la presente invención.

La presente invención en todos sus aspectos tal como se presenta en la presente memoria se puede aplicar a todos los tamaños de palas y rotores de turbinas eólicas, pero es particularmente ventajoso aplicar la invención a palas del rotor de una longitud que supere los 30 metros y a rotores de turbinas eólicas que excedan un diámetro del rotor de aproximadamente 60-63 metros, ya que la velocidad relativa del aire experimentada por la parte exterior de las palas será más alta y por lo tanto más expuesta a problemas que impliquen la separación del flujo por encima de las palas, esto es al desprendimiento. Adicionalmente, las turbinas eólicas mayores, es decir, que tienen palas del rotor de una longitud que exceden los 30 metros y con rotores de la turbina eólica en las que el diámetro del rotor exceden de aproximadamente 60-63 metros son mucho más vulnerables a las cargas aerodinámicas y el efecto positivo de la aplicación de la presente invención es mucho más pronunciado que para las turbinas eólicas menores.

Por lo tanto, la presente invención se refiere en un primer aspecto a una pala de turbina eólica que comprende:

- una primera fila de generadores de vórtice colocados en la dirección longitudinal de la pala en un lado de succión de la misma, en el que la altura de dichos generadores de vórtice en una dirección alejándose de la superficie de la pala está dentro del intervalo comprendido entre 0,1% y 0,65%, preferentemente entre 0,15% y 0,5% de la longitud de la cuerda del perfil de la pala, y

- una segunda fila de generadores de vórtice colocados en la dirección longitudinal de la pala en un lado de succión de la misma, en el que la altura... [Seguir leyendo]

1. Pala de turbina eólica que comprende:

- una primera fila de generadores de vórtice colocados en la dirección longitudinal de la pala en un lado de succión de la misma, en la que la altura de dichos generadores de vórtice en una dirección alejándose de la superficie de la pala está dentro del intervalo comprendido entre 0,1% y 0,65% de la longitud de la cuerda del perfil de la pala, y:

- una segunda fila de generadores de vórtice colocados en la dirección longitudinal de la pala en un lado de succión de la misma, en el que la altura de dichos generadores de vórtice en una dirección alejándose de la superficie de la pala está dentro del intervalo comprendido entre 0,1% y 1%, de la longitud de la cuerda del perfil,

en la que la primera y segunda filas de generadores de vórtice están previstas a lo largo de por lo menos el 10% de la extensión longitudinal de la pala y la segunda fila de generadores de vórtice se extiende a una distancia respecto a la cuerda del perfil desde el borde de ataque en el intervalo comprendido entre el 20% y el 50% de la longitud de la cuerda del perfil alejándose más del borde de ataque que la primera fila de generadores de vórtice.

2. Pala de turbina eólica según la reivindicación 1, en la que la primera y segunda filas de generadores de vórtice están previstas a lo largo de la mitad exterior de la extensión longitudinal de la pala, preferentemente a lo largo de por lo menos el 30% de la mitad exterior de la extensión longitudinal de la pala, preferentemente a lo largo de por lo menos el 50% de la mitad exterior de la extensión longitudinal de la pala.

3. Pala de turbina eólica según la reivindicación 1 ó 2, en la que la primera fila de generadores de vórtice se extiende a una distancia con respecto a la cuerda del perfil desde el borde de ataque en el intervalo comprendido entre el 10% y el 40% de la longitud de la cuerda del perfil, preferentemente a una distancia con respecto a la cuerda del perfil desde el borde de ataque en el intervalo comprendido entre el 15% y el 35% de la longitud de la cuerda del perfil.

4. Pala de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la segunda fila de generadores de vórtice se extiende a una distancia con respecto a la cuerda del perfil desde el borde de ataque en el intervalo comprendido entre el 30% y el 70% de la longitud de la cuerda del perfil, preferentemente a una distancia con respecto a la cuerda del perfil desde el borde de ataque en el intervalo comprendido entre el 40% y el 60% de la longitud de la cuerda del perfil.

5. Pala de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la altura de dichos generadores de vórtice de la primera fila está dentro del intervalo comprendido entre el 0,15% y el 0,35% de la longitud de la cuerda del perfil.

6. Pala de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la altura de dichos generadores de vórtice de la segunda fila está dentro del intervalo comprendido entre el 0,15% y el 0,5% de la longitud de la cuerda del perfil.

7. Rotor de turbina eólica provisto de por lo menos dos palas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la relación del área total de las palas al área del círculo barrido específica combinada (Solr) del rotor está:

• por debajo de un valor de 0,022 a una distancia r desde el cubo que es el 50% del radio R del rotor,

• por debajo de un valor de 0,015 a una distancia r desde el cubo que es el 70% del radio R del rotor, y

• por debajo de un valor de 0,009 a una distancia r desde el cubo que es el 90% del radio R del rotor.

8. Rotor de turbina eólica según la reivindicación 7, en el que la relación del área total de las palas al área de círculo barrido específica combinada (Solr) del rotor está:

• por debajo de un valor de 0,020 a una distancia r desde el cubo que es el 50% del radio R del rotor,

• por debajo de un valor de 0,014 a una distancia r desde el cubo que es el 70% del radio R del rotor, y

• por debajo de un valor de 0,0085 a una distancia r desde el cubo que es el 90% del radio R del rotor.

9. Rotor de turbina eólica según la reivindicación 8, en el que la relación del área total de las palas al área del círculo barrido específica combinada (Solr) del rotor está:

• por debajo de un valor de 0,017 a una distancia r desde el cubo que es el 50% del radio R del rotor,

• por debajo de un valor de 0,012 a una distancia r desde el cubo que es el 70% del radio R del rotor, y

• por debajo de un valor de 0,0075 a una distancia r desde el cubo que es el 90% del radio R del rotor.

10. Rotor de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que los generadores de vórtice están previstos en forma de salientes conformados en delta los cuales están inclinados con respecto a la dirección transversal de las palas, de modo que durante el funcionamiento del rotor producen vórtices con una línea central de vorticidad que se extiende sustancialmente en la dirección transversal de la pala.

11. Rotor de turbina eólica según la reivindicación 10, en el que los generadores de vórtice vecinos están inclinados en direcciones opuestas con respecto a la dirección transversal de la pala, de modo que los vórtices vecinos generados obtendrán sentidos opuestos de giro.

12. Rotor de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, en el que la relación del área total de las palas al área del círculo barrido específica combinada (Solr) del rotor está:

• por debajo de un valor de 0,043 a una distancia r desde el cubo que es el 20% del radio R del rotor, y

• por debajo de un valor de 0,036 a una distancia r desde el cubo que es el 30% del radio R del rotor.

13. Rotor de turbina eólica según la reivindicación 12, en el que la relación del área total de las palas al área del círculo barrido específica combinada (Solr) del rotor está:

• por debajo de un valor de 0,038 a una distancia r desde el cubo que es el 20% del radio R del rotor, y

• por debajo de un valor de 0,031 a una distancia r desde el cubo que es el 30% del radio R del rotor.

14. Rotor de turbina eólica según la reivindicación 13, en el que la relación del área total de las palas al área del círculo barrido específica combinada (Solr) del rotor está:

• por debajo de un valor de 0,033 a una distancia r desde el cubo que es el 20% del radio R del rotor, y

• por debajo de un valor de 0,025 a una distancia r desde el cubo que es el 30% del radio R del rotor.

15. Rotor de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 14, en el que la relación del espesor máximo (t) y la longitud de la cuerda del perfil (cr) de los perfiles de las palas está:

• dentro del intervalo comprendido entre 0,35 y 0,70 a una distancia r del cubo que es del 10% del radio R del rotor,

• dentro del intervalo comprendido entre 0,20 y 0,38 a una distancia r del cubo que es del 20% del radio R del rotor,

• dentro del intervalo comprendido entre 0,18 y 0,33 a una distancia r del cubo que es del 30% del radio R del rotor,

• dentro del intervalo comprendido entre 0,17 y 0,30 a una distancia r del cubo que es del 50% del radio R del rotor,

• dentro del intervalo comprendido entre 0,15 y 0,24 a una distancia r del cubo que es del 70% del radio R del rotor, y

• dentro del intervalo comprendido entre 0,15 y 0,18 a una distancia r del cubo que es del 90% del radio R del rotor.