Central de energía eólica con superficies estructuradas para mejorar el flujo.

Central de energía eólica con una torre, un rotor con varias palas de rotor,

una góndola y dado el caso otroscomponentes recorridos por el flujo, con lo que la superficie de las palas del rotor (18) y dado el caso de la torre(12) y/o de la góndola (19) y/o de los otros componentes presenta al menos en parte cavidades (1) para mejorarel flujo, caracterizada porque las cavidades (1) en una pala del rotor (18) están dispuestas esencialmente en lazona entre el punto de transición entre flujo laminar y turbulento y el borde extremo de la pala del rotor (18) yporque la forma y la configuración de las cavidades (1) están diseñadas tal que al pasar el aire por delante de lacavidad (1) se configura en la cavidad (1) un remolino de aire (3), que apoya el paso por delante del aire y queacelera el volumen de aire.

Central de energía eólica con superficies estructuradas para mejorar el flujo La invención se refiere a una central de energía eólica con una torre, un rotor con varias palas del rotor, una góndola y dado el caso otros componentes recorridos por el flujo.

En el mix de la generación de energía las turbinas eólicas con diferentes potencias tienen ya un lugar fijo. Mediante los desarrollos de los últimos años se han vuelto estas centrales de energía eólica progresivamente de mayor tamaño y eficiencia.

La superficie barrida por el rotor de la central de energía eólica puede considerarse como la superficie de la que puede tomarse energía del viento. En la práctica es un inconveniente que dentro de esta superficie los distintos componentes de la central de energía eólica como la torre, la góndola y el spinner (cono) o el eje de la central de energía eólica signifiquen una perturbación en el flujo de aire. Debido a ello se forman remolinos de aire, turbulencias y zonas al abrigo del viento, que dan lugar a una reducción de la superficie barrida por el rotor y con ello a un menor rendimiento energético.

Además es un inconveniente que se influye negativamente también sobre las centrales de energía eólica siguientes en la dirección del viento, debido a las turbulencias generadas. Puesto que sobre estas centrales de energía eólica incide un flujo de aire turbulento, al menos parcialmente distorsionado, empeora su grado de rendimiento.

Otro inconveniente ha de considerarse que es que las distintas palas del rotor están sometidas a la fuerza o bien la presión del flujo de aire, lo cual da lugar a una carga por flexión. Al pasar una pala de rotor por delante de la torre de la central de energía eólica, queda descargada la pala del rotor durante un corto espacio de tiempo. De esta manera se produce una variación periódica de la carga, que se manifiesta en indeseadas vibraciones. Estos efectos dinámicos se propagan a través del cubo de las palas del rotor, el generador, cojinetes, ejes, accionamientos, engranajes, hasta la torre, por lo que todos los componentes deben dimensionarse más robustos para asegurar la resistencia permanente necesaria. Estas medidas dan lugar a costes más elevados de la central de energía eólica.

Por el documento WO 97/04280 A1 se conoce ya la práctica de influir sobre la capa límite de cuerpos bañados por el flujo mediante una superficie estructurada, necesitándose desde luego para ello campos eléctricos o magnéticos.

Los documentos DE-U-29 923 485 y US-A-4 974 633 muestran estructuras superficiales en palas de turbinas eólicas.

La invención se refiere por lo tanto al problema de lograr una central de energía eólica que evite los citados inconvenientes y en la que mejore el comportamiento en cuanto al flujo.

Para solucionar este problema se propone una central de energía eólica tal como la indicada en la reivindicación 1.

Contrariamente a en las centrales de energía eólica conocidas, que presentan una superficie plana, están previstas en la central de energía eólica correspondiente a la invención cavidades y las correspondientes sobreelevaciones para mejorar el flujo. Estas cavidades influyen sobre el flujo de aire, en particular la capa límite, es decir, la zona entre la superficie del componente y el flujo no distorsionado. En superficies planas que se utilizan según el estado de la técnica, recorre el cuerpo a someter al flujo, en el lado de entrada del flujo, un flujo laminar, existiendo en este punto un flujo sin distorsiones. El punto de transición caracteriza la transición entre los flujos laminar y turbulento. Detrás del punto de transición el flujo de aire es turbulento, lo cual da lugar a un aumento muy fuerte de la resistencia al flujo. En la central de energía eólica correspondiente a la invención con las cavidades y sobreelevaciones sobre la superficie, está desplazado el punto de transición en la dirección del flujo, es decir, las turbulencias se forman sólo posteriormente, con lo que se reduce la resistencia al flujo. Debido a la reducción de la resistencia al flujo, la central de energía eólica completa tiende menos a vibraciones, con lo que los distintos componentes mecánicos están sometidos a menos carga. Otra ventaja adicional reside en que se reduce la interacción entre la torre del rotor y la pala de rotor que pasa por delante, con lo que se reduce igualmente la carga por flexión de la pala del rotor.

Otra ventaja adicional de la central de energía eólica correspondiente a la invención ha de considerarse que es que el flujo de aire en la zona de estela detrás de la central de energía eólica se ve menos distorsionado, con lo que las centrales de energía eólica que van a continuación apenas se ven perjudicadas. Por lo tanto es posible emplazar varias centrales de energía eólica en un parque eólico a una distancia inferior una de otra, con lo que puede incrementarse la densidad de energía de la superficie del parque eólico.

Un aspecto favorable es que la central de energía eólica correspondiente a la invención es menos sensible a ensuciamientos y a la congelación. Este efecto se atribuye a la mayor velocidad del aire en las cavidades.

La central de energía eólica correspondiente a la invención presenta además la ventaja de que se reducen las emisiones de ruido en comparación con instalaciones tradicionales. El nivel de ruido que resulta, así como las vibraciones periódicas que se transmiten desde la central de energía eólica al suelo, no se desean, ya que los habitantes de las proximidades los encuentran desagradables. Este problema puede solucionarse con la central de energía eólica correspondiente a la invención, ya que los perjuicios descritos se reducen muy fuertemente, lo que da lugar a una elevada aceptación de esta tecnología.

Las cavidades sobre la superficie de la central de energía eólica correspondiente a la invención pueden tener distintas formas. Es especialmente favorable que presenten esencialmente forma semiesférica.

Superficies configuradas de forma similar se utilizan en pelotas de golf y confieren a la pelota de golf mejores características de vuelo mediante efectos aerodinámicos. La utilización de semiesferas como cavidades es especialmente procedente en los lugares que son recorridos por el flujo desde distintas direcciones, por ejemplo en las torres del rotor. No obstante es posible también utilizar cavidades configuradas de otra forma, por ejemplo con la forma de medio perfil de gota. Los perfiles de gota son especialmente favorables para el flujo, es decir, generan sólo una resistencia mínima. Los perfiles de gota son adecuados especialmente para las palas del rotor, ya que la dirección del flujo de entrada en las palas del rotor es esencialmente constante.

Es ventajoso disponer regularmente las cavidades sobre la o las superficies. Por ejemplo pueden estar dispuestas las cavidades en filas, pudiendo estar decaladas entre sí las filas contiguas. De esta manera se logra un buen aprovechamiento de la superficie.

Las cavidades están dispuestas en una pala de rotor esencialmente en la zona entre el punto de transición entre flujo laminar y turbulento y el borde extremo de la pala del rotor. En esta configuración no presenta la zona del apéndice de la pala del rotor recorrida por flujo laminar cavidad alguna. Las cavidades están dispuestas en la zona en la que en las palas de rotor tradicionales se realiza la transición entre flujo laminar y turbulento. Las cavidades provocan que el punto de transición se desplace en la dirección del flujo, con lo que el tramo de recorrido laminar del flujo se alarga. Este efecto trae como consecuencia que la zona turbulenta sea bastante más pequeña que en las centrales de energía eólica tradicionales.

La invención puede realizarse de manera especialmente fácil cuando las cavidades están configuradas sobre un material de soporte plano, que puede fijarse sobre o a la central de energía eólica. De esta manera pueden dotarse las centrales de energía eólica también a posteriori de la estructura superficial que presenta las cavidades. El manejo es especialmente sencillo cuando el material de soporte es una lámina, en particular una lámina autoadhesiva.

Otras ventajas y particularidades de la invención se describirán más en detalle en base a ejemplos de ejecución con referencia a las figuras. Las figuras son representaciones esquemáticas y muestran:

figura 1 una cavidad con forma semiesférica en la superficie de una central de energía eólica correspondiente a la invención en una vista lateral en sección; figuras 2-7 la cavidad mostrada en la figura 1 y los efectos aerodinámicos al pasar el aire por delante en distintas etapas;... [Seguir leyendo]

1. Central de energía eólica con una torre, un rotor con varias palas de rotor, una góndola y dado el caso otros componentes recorridos por el flujo, con lo que la superficie de las palas del rotor (18) y dado el caso de la torre (12) y/o de la góndola (19) y/o de los otros componentes presenta al menos en parte cavidades (1) para mejorar el flujo, caracterizada porque las cavidades (1) en una pala del rotor (18) están dispuestas esencialmente en la zona entre el punto de transición entre flujo laminar y turbulento y el borde extremo de la pala del rotor (18) y porque la forma y la configuración de las cavidades (1) están diseñadas tal que al pasar el aire por delante de la cavidad (1) se configura en la cavidad (1) un remolino de aire (3) , que apoya el paso por delante del aire y que acelera el volumen de aire.

2. Central de energía eólica según la reivindicación 1, caracterizada porque las cavidades (1) presentan esencialmente la forma de una semiesfera o de un semiperfil de gota.

3. Central de energía eólica según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque las cavidades (1) están dispuestas regularmente.

4. Central de energía eólica según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque las cavidades

(1) están dispuestas en filas.

5. Central de energía eólica según la reivindicación 4, caracterizada porque las filas están dispuestas decaladas entre sí.

6. Central de energía eólica según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque las cavidades

(1) están configuradas sobre un material de soporte plano, que puede fijarse sobre o a la central de energía eólica (17) .

7. Central de energía eólica según la reivindicación 6, caracterizada porque el material de soporte es una lámina (13) .

8. Central de energía eólica según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la estructura y los perfiles de las palas del rotor (18) están adaptados a la velocidad de pérdida de contacto modificada por las cavidades (1) .

9. Central de energía eólica según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el software de control está adaptado a la velocidad de pérdida de contacto modificada por las cavidades (1) .

10. Central de energía eólica según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque su superficie es insensible a la suciedad y a la congelación.