Energia Eólica: Turbinas eólicas pendulares

SISTEMAS MECÁNICOS PASIVOS

En todo diseño mecánico se tiende a buscar que las estructuras estén equilibradas, bien con respecto a sus apoyos o bien, si rotan, con respecto a su eje de rotación.

Estas turbinas eólicas poseen tres sistemas mecánicos pasivos que compensan y equilibran las sobrecargas estructurales y los picos de potencia producidos por las ráfagas de viento. El primero está formado por el rotor monopala oscilante, el segundo es el tren potencia pendular y el tercero es la góndola autotimonante.

De este modo, cualquier perturbación provocada por una ráfaga de viento es absorbida: en primer término por el rotor oscilante y, a continuación, por el conjunto pendular, con lo que la acción conjunta de ambas, más la autotimonación, consiguen que dichas perturbaciones afecten mínimamente a la estructura y a la calidad de la energía entregada.

EQUILIBRIO DEL PAR MOTOR

Las ligaduras entre componentes pueden ser rígidas o con ciertos grados de libertad. Ante una perturbación, las primeras se tensionan, mientras que las segundas se acomodan cambiando su posición.

El resultado de situar las masas de ciertos componentes de la turbina (generador, disco de freno y multiplicador) en forma pendular, suspendidos de un rodamiento alineado con el eje del rotor que les permite girar hasta equilibrar en su desplazamiento al par motor del mismo, es uno de los principios mecánicos de nuestro diseño. Esta cualidad libera del citado esfuerzo a la estructura, la zapata y el terreno.

ESTABILIDAD INERCIAL

Todos los componentes que forman el tren de potencia tienen en sí mismos y en su interior elementos que están girando a diferentes velocidades y que acumulan energías cinéticas de rotación muy superiores a la del propio conjunto pendular.

Entendiendo como inercia la propiedad de un cuerpo a oponerse a cualquier cambio de posición o de velocidad de rotación o traslación, diremos que cuando la suma de las inercias de las partes rotantes de los diversos elementos que forman el tren de potencia (ejes y engranajes, etc.) supere a la inercia del propio conjunto pendular, será este último el que reaccionará en primer lugar ante cualquier perturbación del par motor, por ser el elemento de menor inercia.

Con todo ello conseguimos que, ante una perturbación, las masas rotantes se vean muy poco afectadas y, con ellas, el régimen de velocidad entregado al eje del generador.

TRANSPORTABILIDAD

Los modelos de turbinas de hasta 335 kW son fácilmente transportables en un contenedor "open top" de 40'.

Como consecuencia de sus peculiaridades mecánicas y de la electrónica de potencia que incorporan, la electricidad vertida por los aerogeneradores ADES tiene unas características muy estables y cumple con todos los requerimientos establecidos. En particular compensan la energía reactiva y soportan los huecos de tensión que se generan en las redes eléctricas, de acuerdo con la normativa más exigente. Más información

Al suministrar una energía de alta calidad, con menos cargas estructurales estas turbinas pueden conectarse en parques nuevos, en zonas con redes débiles y/o aisladas, y en paralelo con otras fuentes de energía, así como usarse en el repowering de parques eólicos aprovechando las infraestructuras existentes que al estar menos sobrecargadas nos permiten aumentar la altura de columna y el área barrida proporcionando mayor número de horas equivalentes.

Como es sabido, el viento es una energía que viene aprovechándose desde la antigüedad, en especial como ayuda a la navegación. En la época actual modernas turbinas eólicas transforman esta energía en electricidad, vertiéndola a la red.

Sin embargo, su falta de continuidad y de uniformidad en intensidad y dirección provocan afecciones desfavorables a las propias turbinas y al sistema eléctrico al que se conectan.

La tecnología actual de máquinas eólicas, cuyo diseño se basa en el modelo danés (tripala a barlovento), resuelve los problemas de las variaciones de par y velocidad de rotación dimensionando las estructuras para estos regímenes de cargas y gobernando las máquinas con servosistemas activos de regulación y control, capaces de vencer a los fenómenos naturales hasta los límites que la seguridad aconseje y la economía soporte.

¿Entonces?

Uno de los principales objetivos de nuestro diseño es eliminar estas rigideces mediante sistemas que puedan compensar, acumular y restituir esas variaciones, evitando que éstas afecten a la uniformidad de giro del generador, atenuando, como consecuencia, los picos de potencia y las sobrecargas estructurales.

En definitiva, la filosofía de nuestros diseños es construir máquinas que se fatiguen menos, incorporando sistemas mecánicos pasivos que las doten de mayores grados de libertad para conseguir que las propias fuerzas del viento que las castigan se conviertan en nuestras aliadas.

Con todas estas cualidades, derivadas de su sencillez y reducido mantenimiento, estas turbinas son de ideal aplicación e instalación en redes o lugares donde las turbinas no se podían utilizar anteriormente.

También pueden trabajar en aislado o en paralelo con otras fuertes de energías renovables como:

• Repowering de parques eólicos
• Generación en microrredes eléctricas y/o aislada
• Nuevos parques eólicos
• Suministro de energía mecánica constante: aplicaciones de bombeo, desalación…
• Zonas con flujos de viento turbulentos

La mayoría de los procesos productivos emplean motores (eléctricos o térmicos) que demandan energía para cumplir su función. La forma en que los motores tienen que suministrar su potencia es a través de un eje que funciona, por lo general, a velocidad fija y cuyo par cedido depende de la resistencia del proceso.

El nexo de unión entre la máquina motriz (turbina) y las resistentes (generadores) es una transmisión hidrostática. Esta consiste en un circuito cerrado formado por bombas y motores con sus respectivos conductos de unión por los que circula un fluido a presión.

La potencia mecánica (Par x Velocidad) proporcionada por estas turbinas se transforma en potencia hidráulica (Caudal x Presión) en la bomba oleohidráulica situada en la cabeza del rotor y es transportada mediante conductos rígidos o flexibles, hasta el punto de utilización (motor oleohidráulico) que puede hallarse situado fuera de la estructura de la turbina accionando cualquier máquina.

El motor oleohidráulico impulsado por la energía captada por el molino puede utilizarse para:

• accionar cualquier máquina: Generador síncrono o asíncrono, bomba de pozo profundo, bomba de alta presión para desalación, bomba de hélice para riego o achiques, compresor para oxigenación de agua, soplantes, etc.

• apoyo a motores reduciendo su consumo: motores eléctricos o motores térmicos.

Para apoyar a estos motores consumidores el eje del motor oleohidráulico se acopla al del motor consumidor, sincronizándose automáticamente sin que pierda sus constantes de velocidad. De esta forma le ayuda a suministrar el par demandado por él proceso, provocando el consiguiente ahorro energético (el amperímetro indica menor consumo o el regulador de la bomba inyectora reduce el paso de combustible). Se trata de sistemas mixtos eléctrico-eólico o térmico-eólico.