Basamento de refuerzo para fustes de torres eólicas.

La invención se basa en que sobre el tramo inferior del fuste (2) correspondiente a una torre eólica (1),

se disponen elementos de refuerzo laterales (7 ó 7'), unidos a través de su parte superior al propio fuste (2), y a través de la parte inferior a la correspondiente base de cimentación (6), estableciendo una separación (8) entre los elementos de refuerzo (7 ó 7') y el propio fuste (2), con una amplitud que es creciente progresivamente desde la unión de la parte superior de los elementos de refuerzo (7 ó 7') al fuste (2) y el anclaje del extremo inferior de esos elementos de refuerzo (7 ó 7') a la base de cimentación (6), consiguiéndose así una forma de reforzar el tramo inferior de los fustes (2) de torres eólicas, que están sometidos a mayores esfuerzos, con un mínimo peso y con el consiguiente ahorro económico de material y costos.

Basamento de refuerzo para fustes de torres eólicas.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un basamento de refuerzo para fustes de torres eólicas, pudiendo ser éstas de hormigón y/o acero.

El objeto de la invención es conseguir una solución eficiente y optimizada para la parte inferior del fuste correspondiente a una torre eólica, concretamente en su unión con la cimentación, a fin de que dicho fuste pueda ser construido como si fuera de una altura menor y reforzarlo con el basamento de la invención, que queda dispuesto externamente, es decir allí donde sufre unos mayores esfuerzos.

Es igualmente objeto de la invención conseguir una solución estructural en la zona mas solicitada, en base a unos elementos de refuerzo semi-exentos, proporcionando ventajas en lo que respecta a ahorro de material y facilidad constructiva.

Antecedentes de la invención

La búsqueda de fuentes de energía renovable, se ha acrecentado en los últimos años, debido a la creencia, cada vez más firme, en las hipótesis existentes sobre el cambio climático y su relación con la producción de dióxido de carbono y gases de efecto invernadero.

Esta búsqueda, ha promovido la aparición de nuevas tecnologías que permitieran extraer la máxima cantidad de energía de las fuentes de energía renovables como la luz solar y el viento. No solo han aparecido nuevas tecnologías sino que estas se encuentran en un proceso continuo de mejora con el fin de aumentar los rendimientos de producción de energía.

La electricidad producida por los aerogeneradores, tiene su fundamento en la curva del perfil vertical del viento, en la que se establece la velocidad de viento en función de la altura y de la rugosidad del terreno.

El aerogenerador transforma una parte de la energía que lleva el volumen de aire que atraviesa la superficie batida por las palas, cuando circula a una velocidad superior a la umbral, por debajo de la cual, las palas no se mueven.

En el sector de la generación eólica, se ha producido un desarrollo importante y constante durante los últimos años, aumentando la potencia máxima de los aerogeneradores, llegando a potencias impensables hace menos de 10 años. Este aumento de la potencia se basa en dos principios fundamentales de la generación eólica como son la superficie de barrido y la velocidad del aire.

El perfil vertical de viento, tiene variación de pendiente parabólica, de manera que a partir de una velocidad determinada, el incremento de velocidad de viento con la altura, es irrelevante. Es por ello por lo que, las dimensiones de las palas y, consecuentemente, la altura de los bujes de los aerogeneradores, no aumentará ilimitadamente sino que su techo o bien se ha alcanzado ya o está próximo a alcanzarse, ya que un incremento en la altura supone un incremento importante en los costes de fabricación, montaje y operación.

Hasta la fecha, era común la realización de los fustes en acero, debido a su buen comportamiento a fatiga, a su ligereza y al gran desarrollo del proceso industrial de fabricación, transporte y montaje.

La mayoría de los fabricantes elaboran fustes de sección circular y canto variable con forma troncocónica, con el máximo diámetro en la base, ya que es la zona con las acciones de mayor magnitud. Estos fustes se componen de varias subsecciones de la misma longitud, generalmente, que se ensamblan en sus extremos bien con tornillos o mediante otros sistemas de fijación.

Sin embargo, pese a su correcto funcionamiento, comenzaron a estudiarse soluciones de hormigón debido a la volatilidad del mercado del acero en años pasados y al aumento de las demandas resistentes de los fustes para aerogeneradores de gran potencia.

La elevada volatilidad del mercado del acero durante los años 2006 a 2008, ocasionó importantes trastornos a los fabricantes de fustes, bien por la variabilidad de los precios, al alza en la mayoría de las veces, o bien por el retraso en la entrega de material. Esto obligó a los fabricantes de aerogeneradores a considerar la solución de hormigón para los fustes de los aerogeneradores, no contemplada hasta ese momento debido a la relativa diferencia en costes entre ambas soluciones.

La necesidad de elevar los bujes de los aerogeneradores por encima de los 80 metros, llegando hasta los 150 metros, incrementó notablemente la magnitud de los esfuerzos, tanto estáticos como dinámicos, con sus correspondientes efectos de fatiga y durabilidad. Estos esfuerzos no son absorbidos convenientemente por las soluciones actuales empleadas en los fustes de menor altura, por lo que el estudio y desarrollo de los fustes de hormigón fue obligado.

También se comenzó el montaje de aerogeneradores en zonas de plataforma continental de poca profundidad, sobre todo en el mar del norte, lo que también acrecentó el interés en los fustes de hormigón por motivos de durabilidad frente al ataque salino del agua de mar.

Con el incremento de los estándares de calidad exigidos en las nuevas construcciones, la introducción del prefabricado en el sector de los aerogeneradores era cuestión de tiempo, ya que el control de calidad a que se somete la manufactura de los elementos de hormigón prefabricados, es superior, en general, al que se efectúa en las obras ejecutadas "In Situ".

El empleo de piezas de hormigón prefabricado acelera el proceso de montaje, asegura una adecuada geometría de las piezas y cuenta con une elevada calidad del hormigón. También favorece el proceso productivo, reduciendo costes y consiguiendo una industrialización de la producción de fustes, complicada de conseguir mediante la fabricación in situ, en cada ubicación donde se sitúe el parque eólico.

Analizando las patentes existentes a nivel mundial, se han encontrado diferentes soluciones cuyas diferencias con respecto al modelo que se propone, se explican a continuación.

Comenzando por las patentes de la Oficina Española de Patentes y Marcas, encontramos la patente ES 2317716 a nombre de Gamesa Innovation and Technology S.L. en la que se expone un fuste compuesto de dos secciones. La sección superior está compuesta por un tubo que puede ser de forma cilíndrica o troncocónica y la inferior es una celosía espacial. El material constituyente de ambas piezas se recomienda que sea el acero. Esta solución difiere notablemente de la presentada porque la geometría es notablemente diferente.

La patente ES 2296531, también propiedad de Gamesa Innovation and Technology S.L, propone una solución troncocónica para el fuste y realizada con elementos de hormigón prefabricado, unidos en obra. Se divide el fuste en segmentos de circunferencia unidos entre sí. Esta solución difiere de la propuesta ya que, aunque está realizada también con elementos de hormigón prefabricado, la sección del fuste es cónica y no cilíndrica, y no lleva los refuerzos exteriores que lleva el fuste que se propone. Tampoco coinciden en los métodos de unión de las piezas.

La empresa Vestas Wind Systems, es la propietaria de la patente ES 2297130, en la que se específica la formación de fustes a partir de secciones de acero. Esta patente difiere notablemente de la presentada, tanto en geometría como en el material principal empleado.

La patente ES 2319709, propiedad de la empresa Prefabricaciones y Contratas S.A., propone un fuste novedoso mezcla de hormigón prefabricado y estructura metálica, con un apoyo en la base tipo trípode, en el que las eventuales patas están arriostradas entre sí. Nuevamente la solución discrepa notablemente de la propuesta ya que necesita arriostramientos tipo cruces de San Andrés entre las patas y en toda la sección.

La patente ES 2246734 propiedad de Structural Concrete & Steel S.L., propone el empleo de piezas con nervios rigidizadores interiores horizontales y verticales de unos 30-35 m de longitud, que al unirse configuran la sección del fuste troncocónico. De nuevo, esta solución se limita a trasladar la geometría de los fustes metálicos troncocónicos al hormigón, con la problemática que ese cambio supone. No se encuentran interacciones con la solución preconizada ya que los refuerzos en ésta son por la cara exterior.

En adelante se analizarán algunas patentes alemanas de fustes para aerogeneradores.

La patente DE 19832921, propiedad de W. Bernhardt, propone una solución mixta hormigón-acero,...

1. Basamento de refuerzo para fustes de torres eólicas, en donde el fuste (2) de la torre eólica (1) monta en su parte superior un aerogenerador eólico (3, 4) para conseguir energía eléctrica en base a la fuerza del viento que incide sobre las palas (4) del aerogenerador, y en donde el fuste (2) es de sección uniforme, preferentemente circular, y está constituido en hormigón, yendo dicho fuste (2) montado sobre una base de cimentación (6) y dotado en su parte inferior con unos refuerzos laterales y externos en sentido longitudinal, caracterizado porque los refuerzos laterales del fuste (2), materializados en elementos semiexentos (7 ó 7') de hormigón, se fijan a dicho fuste mediante dentados que se ensamblan en cajeados establecidos al efecto en la sección del propio fuste, mientras que por su extremo inferior se unen a la correspondiente base de cimentación (6), estableciendo entre cada elemento de refuerzo (7 ó 7') y el fuste (2) un hueco (8) creciente desde la unión del propio elemento de refuerzo (7 ó 7') con el fuste (2) hasta la base de cimentación (6), habiéndose previsto que dichos elementos de refuerzo incluyan pretensados desde la cimentación hasta la parte superior de los mismos, entrando en el interior del fuste hacia una pieza especial que soportará los anclajes de los pretensados.

2. Basamento de refuerzo para fustes de torres eólicas, según reivindicación 1, caracterizado porque los elementos de refuerzo (7 ó 7') son de sección rectangular.

3. Basamento de refuerzo para fustes de torres eólicas, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los elementos de refuerzo (7 ó 7') son de sección uniforme en toda su longitud.

4. Basamento de refuerzo para fustes de torres eólicas, según reivindicaciones 1ª y 2ª, caracterizado porque los elementos de refuerzo (7 ó 7') son de sección variable en toda su longitud.