Sistema de supresión y anulación de ruido en aerogeneradores formado por micrófonos dispuestos por toda la envergadura de las palas y de las torres que captan el ruido y transmiten la señal generada a un módulo de análisis que controla fuentes de alimentación eléctrica que generan señales eléctricas de sonido de la misma frecuencia y amplitud pero de fase opuesta,

ambos dispuestos en la nacelle. Las fuentes de alimentación eléctrica transmiten dichas señales a unos altavoces también situados en las palas y en las torres, de forma que se produce la cancelación del ruido generado por el rotor y su interacción con la torre

Sistema de supresión y anulación de ruido en aerogeneradores.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere al campo de actividad de los aerogeneradores y específicamente a la mitigación de los efectos del ruido emitido por los mismos.

Antecedentes de la invención

Con el incremento en la utilización de emplazamientos destinados a la instalación de aerogeneradores se ha vuelto muy común tener éstos relativamente cerca de áreas habitadas.

En este momento, el estado actual de la tecnología obliga a recurrir a la limitación de la velocidad a la que las diferentes secciones de la pala atraviesan el aire, limitando o bien el diámetro del rotor o bien la velocidad de rotación del aerogenerador. Esto tiene como resultado la limitación de la potencia del aerogenerador.

El principal objetivo de la invención a continuación expuesta es la eliminación parcial o total del ruido producido por el aerogenerador en su punto de origen, esto es, sus propias palas. A tal fin, se proporcionan medios para emitir sonido que bien. parcial o totalmente anule los componentes de la frecuencia principal del sonido emitido por el aerogenerador en un campo de acción grande. También es un objetivo de esta invención mitigar el ruido del aerogenerador en determinados puntos de recepción en el campo de acción.

Cuando dos fuentes de sonido están emitiendo a la misma amplitud y frecuencia pero con fases opuestas, los patrones de interferencia generados resultarán en una amplificación en algunos puntos y en una anulación en algunos otros. Si las dos fuentes de sonido están situadas muy próximas entre si, y la amplitud de onda del sonido que emiten es grande comparada a la distancia que separa ambas fuentes en el espacio, entonces esta situación conducirá a una supresión del sonido en casi todo el campo de acción. Si una de las fuentes es el generador de ruido, como por ejemplo una sección de la pala de un aerogenerador, y la otra es el altavoz anti-ruido-altavoz de anulación de sonido-, entonces el ruido generado por esa sección de la pala será anulado en esa frecuencia en casi todo el campo de acción, si las condiciones arriba mencionadas se cumplen.

Análogamente, las ondas de presión producidas por sonidos de baja frecuencia generadas en la torre por su interacción con las palas al pasar frente a ella serán anuladas prácticamente en todo el campo de acción. Esto es debido a que los sonidos de baja frecuencia tienen una longitud de onda muy grande y a la relativamente corta distancia entre la onda anuladora del altavoz y el punto de origen de la onda, que puede ser la torre o la pala.

Se estima que con la tecnología de altavoces actual, especialmente con los altavoces planos, este sistema de anulación de sonido podría ser usado para frecuencias del orden de varios miles de hercios. Frecuencias más altas requerirían micrófonos y altavoces más pequeños.

Se estima así mismo que la energía consumida por todo el ruido emitido por un aerogenerador es insignificante comparada con la energía generada por éste y por lo tanto la electricidad consumida por el sistema de anulación de ruido, que es del mismo orden, debería tener un efecto despreciable en la electricidad útil generada por el aerogenerador.

Aerocustics Engineering Limited describe en su página web un proyecto dónde se utilizan técnicas de cancelación activa del ruido siendo las principales diferencias el hecho de que los micrófonos y altavoces no estén situados en los álabes del rotor del ventilador, sino que se posicionan en forma fija en sus alrededores, a diferencia de la presente memoria en que micrófonos y altavoces están montados en el aerogenerador con distribución especifica y combinación especifica entre grupos de micrófonos y altavoces. Como se explica más adelante esto es necesario por razones del efecto de cancelación de ruido en "punto de origen".

La patente FR 2707415 divulga un dispositivo de disminución de ruido aplicado en un helicóptero. El dispositivo comprende medios para la medida de las vibraciones acústicas y una fuente sonora en antifase constituida por varios altavoces. Aunque el documento considera la posibilidad de que los altavoces giren con el rotor del helicóptero no establece su posicionamiento en las palas, como en el caso de la presente memoria.

La patente US 5448645 divulga un dispositivo de cancelación aplicado a un ventilador. El dispositivo comprende un micrófono fijo que se posiciona próximo a la parte exterior de los álabes y un conjunto de altavoces que no gira con el rotor, di tribuidos simétricamente.

Descripción de la invención

La presente invención implica, para el sistema de anulación de sonido, el uso de micrófonos u otros medios para detectar el ruido generado por los diferentes componentes del aerogenerador y el uso de medios para analizar características de ese ruido tales como los componentes de la frecuencia, su amplitud y sus fases respecto de las señales de tiempo establecidas como marco de referencia: Adicionalmente, incluye uno o varios amplificadores de potencia que accionan a uno o varios altavoces potentes, preferentemente de tipo piano. Dichos amplificadores de potencia están controlados por los medios de análisis que generan señales de sonido de la misma frecuencia y amplitud que los componentes de la frecuencia principal del ruido generado, determinados por la transformada de Fourier de dicha señal de ruido.

Teniendo de referencia una señal de tiempo tomada como el origen cero, se obtienen, analizan y almacenan periódicamente en un periodo de "T" segundos los datos del ruido, siendo este periodo tan corto como sea posible. Los medios de análisis del ruido del aerogenerador se configuran de tal modo que la señal acústica emitida por los altavoces en un periodo "Ti" son restados de la señal del ruido detectada por los micrófonos en el siguiente periodo "Ti+1". Después de esta sustracción, se analiza la resultante diferencia entre la señal y la señal de sonido supresora con la misma amplitud y frecuencia y en oposición de fase respecto de los componentes de la frecuencia principal del sonido, determinados por la transformada de Fourier de dicha señal resultante, trasmitiéndolo al amplificador de potencia en el periodo "Ti+1". De este modo el efecto del sonido emitido por dichos altavoces supresores de ruido se elimina del ruido detectado por los micrófonos, y la señal acústica que verdaderamente emite el aerogenerador puede ser analizada por los mencionados métodos de análisis. Esto puede ser llevado a cabo por los actuales Analizadores de Fourier Rápidos a muy altas velocidades de toma de datos, que resultan en periodos "T" pequeños de tal modo que es virtualmente continuo el restar una señal acústica a partir de otra.

Del mismo modo que se genera el ruido aerodinámico, las diferentes secciones de la pala pueden a su vez generar ruido de diversas características dependiendo de la posición de dicha sección a lo largo de ella. Esta variación en el ruido generado existe también para los diferentes puntos a lo largo de la cuerda de cada sección de pala. Se ha demostrado mediante trabajo de investigación que las principales áreas de generación de ruido en una pala son el borde de salida y la punta. Y por tanto el número de micrófonos y altavoces será mayor en estas zonas.

Es un objeto de la presente invención que una serie de micrófonos planos sean montados en la parte externa de la carcasa de la pala, a lo largo de ésta, y que una serie de altavoces sean montados dentro de la pala orientados hacia fuera de tal modo que el sonido emitido sea transmitido a través de la carcasa de la pala. El espesor de dicho, armazón puede ser reducido (comparado con el diseño típico) en los emplazamientos de los altavoces, utilizando entonces un aro de refuerzo alrededor de dicho emplazamiento para compensar la pérdida de resistencia en ese punto.

Es otro objeto de la invención que los micrófonos montados dentro de la pala estén orientados hacia fuera para que la ondas acústicas sean recibidas a través del espesor de la carcasa, o a través de una sección de espesor reducido, con un emplazamiento de similar construcción al descrito arriba para los altavoces.

Para fijarse, los altavoces y micrófonos pueden estar pegados, sujetos mediante dispositivos de interbloqueo, amarrados o encajados en el material de la carcasa, que en caso de tratarse de Fibra de Plástico...

1. Sistema de supresión y anulación de ruido en aerogeneradores compuestos por una torre, encima de la cual se encuentra una nacelle y su correspondiente ensamblaje del rotor con palas, con el fin de que la conversión de la energía eólica en energía mecánica sea utilizable para impulsar una carga, como por ejemplo un generador eléctrico, y equipado con un sistema de anulación del ruido en su punto de origen, caracterizado porque comprende:

uno o varios micrófonos dispuestos en la superficie de la torre en forma longitudinal y formando anillos y en el interior de la carcasa de las palas rotativas, cada uno de los cuales detecta el ruido producido por las diferentes secciones de dicho aerogenerador y cada uno genera su correspondiente señal de ruido;

uno o varios altavoces dispuestos en la superficie de la torre y en el interior de la carcasa de las palas rotativas, cada uno de los cuales está emparejado con al menos uno de los mencionados micrófonos y muy próximos a él;

uno o varios analizadores destinados al análisis de dichas señales de ruido detectadas por cada uno de los mencionados micrófonos en lo que se refiere a los componentes de sus principales frecuencias, sus amplitudes y el ángulo de fase respecto a una señal que sirva de marco de referencia temporal;

uno o varios generadores de señales de sonidos supresores para generar las señales de sonido para la anulación del ruido en las cuales los componentes de la frecuencia principal están en oposición de fase a dicha frecuencia principal de las mencionadas señales de sonido detectadas por el grupo de micrófonos y de la misma frecuencia y amplitud;

y medios para amplificar las mencionadas señales de sonido supresoras de ruido y medios de transmisión de dichas señales a cada uno de los correspondientes altavoces emparejados.

2. Sistema de supresión y anulación de ruido en aerogeneradores tal como se expresa en la reivindicación 1ª, caracterizado porque los altavoces están montados en el interior de la carcasa de la pala y los mencionados micrófonos están montados bien internamente o en el exterior de la superficie de la carcasa de la pala, así como los altavoces y micrófonos de la torre están dispuestos en la superficie en forma longitudinal y formando anillos.

3. Sistema de supresión y anulación de ruido en aerogeneradores tal como se expresa en las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de análisis del micrófono que detectan las señales de ruido y generan dichas señales de sonido supresor de ruido, están equipados con la capacidad de restar continuamente dichas señales de sonido supresor de ruido de las señales de ruido detectadas por el micrófono, siendo esta señal resultante transmitida a dichos medios de análisis.

4. Sistema de supresión y anulación de ruido en aerogeneradores tal como se expresa en las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la transmisión de dichas señales de ruido detectadas por el micrófono, y dichas señales de sonido supresor generadas por los mencionados medios de generación de señales de sonido supresor de ruido, son transmitidas inalámbricamente.

5. Sistema de supresión y anulación de ruido en aerogeneradores tal como se expresa en las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios para el análisis de dichas señales de ruido detectadas por los micrófonos y por los medios de generación y amplificación de dicha señal de sonido supresor de ruido están ubicados fuera de la mencionada instalación eólica, siendo transmitida dicha señal de ruido y dicha señal de sonido supresor de ruido por medio de comunicación inalámbrica.

6. Sistema de supresión y anulación de ruido en aerogeneradores tal como se expresa en las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque uno o varios micrófonos adicionales están situados en un emplazamiento remoto, alejado de la instalación eólica, en un punto de recepción determinado dentro del campo de acción, contando con medios para la transmisión, por cable o inalámbricamente, de la señal de ruido detectada por dichos micrófonos, a los medios de análisis de la instalación eólica;

7. Sistema de supresión y anulación de ruido en aerogeneradores tal como se expresa en las reivindicaciones anteriores, caracterizado por tener medios mejorados para el análisis y control de tal modo que la señal de sonido supresor generada por sus elementos de control -situados en el aerogenerador sean capaces de alterar la frecuencia, amplitud y fase de los componentes de la frecuencia principal de dicha serial de sonido supresor de ruido, con el propósito de maximizar el efecto anulador del ruido en ese punto receptor determinado.

8. Sistema de supresión y anulación de ruido en aerogeneradores tal como se expresa en las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los módulos de análisis y de amplificación dispuestos en el interior de la nacelle están alimentados por un sistema de aros colectores o bien una unidad de almacenamiento.