Pala de rotor para una planta de energía eólica.

Pala del rotor para una planta de energía eólica con un perfil,

que presenta en su desarrollo un espesor relativoque se reduce esencialmente desde una raíz de la pala hacia fuera hacia una punta de la pala, en la que el perfilpresenta un canto delantero y un canto trasero así como un lado de aspiración y un lado de presión y que en el casode una corriente de ataque con aire móvil sobre el lado de aspiración genera una presión negativa con respecto allado de la presión, que conduce a una sustentación, y en el que la pala del rotor presenta sobre el lado de aspiraciónuna instalación para la optimización de la circulación circunferencial del perfil, caracterizada porque la instalaciónpresenta varios elementos planos (17, 18) alineados esencialmente en la dirección de la circulación y que sedistancian desde el lado de aspiración (15), los cuales están dispuestos en la zona de una circulación transversalque se extiende sobre el lado de aspiración (15) del perfil desde la raíz de la pala (13) hacia la punta de la pala (14)y solamente están dispuestos en una zona de la pala del rotor, que se extiende desde la raíz de la pala hasta lamitad de la longitud de la pala del rotor, de manera que la altura y la longitud de los elementos planos (17, 18) estánseleccionados de tal manera que los elementos (17, 18) provocan una reducción efectiva de esta circulacióntransversal.

Pala de rotor para una planta de energía eólica La presente invención se refiere a una pala de rotor para una planta de energía eólica con una instalación para la optimización de la recirculación de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Las plantas de energía eólica presentan un rotor con una o varias palas de rotor. Cada una de las palas de rotor presenta un perfil con un espesor relativo que se reduce esencialmente desde la raíz de la pala hacia fuera hacia la punta de la ala. El perfil está formado de tal manera que se configura un lado de aspiración y un lado de presión, de tal modo que durante la recirculación con aire móvil se produce una presión negativa con el lado de aspiración frente al lado de la presión. La diferencia de la presión entre el lado de presión y el lado de aspiración conduce a una sustentación, que provoca una rotación del rotor, que se utiliza de nuevo para el accionamiento de un generador que genera corriente eléctrica.

Condición previa para un alto rendimiento del rotor y, por lo tanto, una alta producción de la planta de energía eólica es una recirculación lo más inalterada posible del perfil perpendicularmente al eje de la pala de rotor sobre toda la zona de las palas de rotor.

Sin embargo, en palas de rotor conocidas hay que observar que la circulación de aire existente se rompe sobre el lado de aspiración y aparece una región de agua muerta, que reduce la sustentación de la pala del rotor y frena la pala del rotor, elevando su resistencia. La región de agua muerta designa normalmente la zona de la circulación disuelta. Ambos factores reducen el rendimiento de la planta de energía eólica.

Se conocen a partir del documento GB 23775331 aletas, que presentan elementos dispuestos en su lado de aspiración. El cometido de estos elementos es dirigir la circulación que fluye alrededor de las aletas en la dirección de ataque de la corriente, A tal fin, los elementos dispuestos sobre las aletas presentan, vistos en la dirección de ataque de la corriente, un frontal cóncavo y una cola que se estrecha hacia atrás.

El documento RU 2218477 publicado posteriormente muestra una aleta, que está rodeada en varios lugares en la zona de toda su periferia por un elemento plano.

En general, la rotura de la circulación, vista en la dirección de la circulación, se realiza más allá del espesor máximo relativo del perfil. Por ello están afectadas, en general, al menos las zonas próximas a la raíz de la pala,

Un medio conocido para reducir la rotura de la circulación y de esta manera para optimizar la circulacióncircunferencial son generadores de vórtices. Éstos están constituidos, en general, de chapas, barras o perfiles, que están colocados sobre el lado de aspiración de la pala del rotor y generan turbulencias limitadas localmente, que reducen una rotura de superficie grande de la circulación circunferencial. Tales generadores de vórtices se conocen, por ejemplo, a partir del documento WO 0015861. En estos generadores de vórtices conocidos es un inconveniente que solamente mejoran en una medida insignificante el rendimiento de la planta de energía eólica, porque ellos mismos generan resistencia y, además, generan mucho ruido.

El cometido de la presente invención es crear una pala de rotor para plantas de energía eólica, que presenta, frente al estado de la técnica, propiedades de circulación circunferencial claramente mejoradas. Este cometido se soluciona por medio de los 5rasgos característicos de la reivindicación 1.

La solución de este cometido descrita en detalle a continuación parte del reconocimiento de que especialmente en la zona de la raíz del rotor sobre el lado de aspiración del perfil se producen circulaciones de interferencia, que se extienden en la dirección transversal de la pala del rotor hacia la punta de la pala. Estas circulaciones transversales, que se producen esencialmente en la zona de la circulación disuelta, son atribuibles a las diferentes velocidades de la circulación de ataque en diferentes radios de la pala, y son inducidas en una medida especialmente fuerte en la zona de la raíz de la pala. Además de estos factores, también las fuerzas centrífugas que actúan en la pala del rotor contribuyen a la aparición de estas circulaciones transversales.

A través de la circulación transversal se lleva la disolución presente en la zona de la raíz de la pala del rotor desde la circulación circunferencial del perfil desfavorable aerodinámicamente presente aquí en la dirección de la punta de la pala, es decir, a la zona de los perfiles más efectivos aerodinámicamente. Pero, además, la circulación transversal perturba también la circulación efectiva presente en la pala del rotor, generando turbulencias, que conducen a una rotura precoz de estas circulaciones.

Por lo tanto, de acuerdo con la invención, está prevista una pala de rotor para una planta de energía eólica con una instalación para la optimización de la circulación circunferencial del perfil, que presenta varios elementos planos, alineados esencialmente en la dirección de la circulación, distanciados del lado de aspiración, que están dispuestos en la zona de la circulación transversal mencionada, que se extiende sobre el lado de aspiración del perfil desde la raíz de la pala hacia fuera en una zona de la pala del rotor, que se extiende desde la raíz de la pala hasta la mitad de la pala del rotor, estando seleccionadas la altura y la longitud de la instalación de tal forma que, la instalación provoca una reducción efectiva de esta circulación transversal.

A través de la reducción de la circulación transversal por medio de los elementos planos se impide una rotura de la circulación precoz sobre el lado de aspiración de la pala del rotor. Una circulación circunferencial mejorada de este tipo conduce a un incremento considerable del rendimiento de una planta de energía eólica equipada de forma correspondiente, sin que haya que temer un aumento del ruido de funcionamiento.

La altura y la longitud necesarias del elemento plano respectivo así como su posición óptima sobre el lado de aspiración de la pala del rotor varían, naturalmente, con la distancia con respecto al eje de giro del rotor, del espesor del perfil, de la anchura del rotor, de la velocidad previsible de ataque de la corriente, etc.

La configuración óptima se puede calcular empíricamente de una manera muy sencilla, por ejemplo disponiendo en la pala del rotor, en diferentes posiciones de los radios, unas series de hilos de lana fijados con uno de sus extremos en la pala, y en ensayos al aire libre con la ayuda de la alineación de los extremos libre de los hilos de lana se muestran claramente las relaciones de la circulación que predominan en cada caso. De esta manera, se puede ensayar de una forma relativamente sencilla el efecto de los elementos de acuerdo con la invención sobre las relaciones de la circulación en diferentes posiciones del radio, y de esta manera calcular el número óptimo y la posición, dado el caso también el dimensionado de los elementos planos de acuerdo con la invención.

Para la determinación de la altura necesaria de los elementos planos, se pueden disponer los hilos de lana, dado el caso, adicionalmente sobre distanciadores de diferente longitud, por ejemplo en forma de barras, para determinar la altura de la región de agua muerta provocada a través de la circulación transversal y, por lo tanto, la altura de la circulación transversal que debe mantenerse.

Con este modo de proceder se puede determinar empíricamente la altura y la longitud optimas de los elementos planos de acuerdo con la invención y/o su posición óptima sobre una pala de rotor dada. En series de ensayos correspondientes se pueden hallar de esta manera para tipos discrecionales de palas de rotor las dimensiones y posiciones óptimas de los elementos planos de acuerdo con la invención.

A parte de la construcción de aviones se conocen desde hace mucho tiempo elementos planos dispuestos sobre el lado de aspiración de una superficie de soporte y que impiden una circulación transversal. Estos elementos encuentran aplicación especialmente en aviones, cuyas superficies de soporte están dispuestas en forma de flecha. Aquí se plantea el problema de que en virtud de la disposición inclinada en el canto delantero de las superficies de soporte resulta un gradiente de presión, que desvía el aire que circula alrededor de la superficie de soporte en la dirección de la punta de las superficies de soporte. Esta circulación transversal no disuelta perturba de nuevo la circulación alrededor de la superficie de soporte y de esta manera aminora la sustentación, puesto que la circulación circula... [Seguir leyendo]

1. Pala del rotor para una planta de energía eólica con un perfil, que presenta en su desarrollo un espesor relativo que se reduce esencialmente desde una raíz de la pala hacia fuera hacia una punta de la pala, en la que el perfil presenta un canto delantero y un canto trasero así como un lado de aspiración y un lado de presión y que en el caso de una corriente de ataque con aire móvil sobre el lado de aspiración genera una presión negativa con respecto al lado de la presión, que conduce a una sustentación, y en el que la pala del rotor presenta sobre el lado de aspiración una instalación para la optimización de la circulación circunferencial del perfil, caracterizada porque la instalación presenta varios elementos planos (17, 18) alineados esencialmente en la dirección de la circulación y que se distancian desde el lado de aspiración (15) , los cuales están dispuestos en la zona de una circulación transversal que se extiende sobre el lado de aspiración (15) del perfil desde la raíz de la pala (13) hacia la punta de la pala (14) y solamente están dispuestos en una zona de la pala del rotor, que se extiende desde la raíz de la pala hasta la mitad de la longitud de la pala del rotor, de manera que la altura y la longitud de los elementos planos (17, 18) están seleccionados de tal manera que los elementos (17, 18) provocan una reducción efectiva de esta circulación transversal.

2. Pala de rotor de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque los elementos planos están dispuestos al menos en la zona de una circulación transversal que se extiende sobre el lado de aspiración del perfil entre la zona del espesor relativo máximo del perfil y el canto trasero del perfil.

3. Pala de rotor de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la longitud de los elementos planos se extiende sobre toda la anchura del lado de aspiración del perfil del rotor.

4. Pala de rotor de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los elementos planos están configurados rectos en su dilatación longitudinal.

5. Pala de rotor de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizada porque la alineación de los elementos planos no se desvía ya mas del 10º del desarrollo de la tangente, que se apoya en el círculo con el radio de la pala del rotor que corresponde a la posición del elemento.

6. Pala de rotor de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque los elementos planos están configurados de tal manera que se extienden en la dirección de su dilatación longitudinal siguiente el desarrollo de giro del radio, que corresponde a la distancia de los extremos delanteros del elemento plano con respecto al eje de giro del rotor.

7. Pala de rotor de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque los elementos planos están dispuestos sobre el lado de aspiración de la pala del rotor en una zona, que se extiende desde la raíz de la pala hasta un tercio de la longitud de la pala de rotor.

8. Pala de rotor de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque al menos un elemento plano está dispuesto en una zona, que se encuentra desde la raíz de la pala más allá de una zona de transición, en la que el perfil de la raíz de la pala pasa a un perfil que genera sustentación.

9. Pala de rotor de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque al menos un elemento plano está dispuesto en una zona que se encuentra desde la raíz de la pala en este lado de una zona de transición, en la que el perfil de la raíz de la pala pasa a un perfil que genera sustentación.

10. Pala de rotor de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los elementos planos están configurados, al menos por secciones, permeables al aire, por ejemplo en forma de una rejilla o por taladros.

11. Pala de rotor de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los elementos planos están fabricados de metal, como por ejemplo de acero noble, de plástico, de materiales compuestos, como por ejemplo GFK o CFK, o de una combinación de estos materiales.