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Abstract

Pala de aerogenerador de perfil aerodinámico (5) con un borde de ataque (11), un borde de salida (13) y lados de presión y de succión (19, 17) entre el borde de ataque (11) y el borde de salida (13) que tiene en al menos una parte de la pala del aerogenerador una región del borde de salida (TER) cuya sección transversal se incrementa en la dirección del borde de salida (13). Preferentemente esa región del borde de salida (TER) tiene una forma ¿divergente¿ con una superficie curvada cóncava en su parte inferior.

Description

Pala de aerogenerador con borde de salida divergente.
Campo de la invención
La invención se refiere a una pala de aerogenerador aerodinámicamente optimizada, y en particular a una pala de aerogenerador con un borde de salida divergente.
Antecedentes
Los perfiles aerodinámicos con formas que proporcionan elevadas relaciones de sustentación/resistencia tales como perfiles laminares no se emplean en palas de aerogenerador porque son muy sensibles a la rugosidad del borde de ataque.
Las palas de aerogenerador tienen normalmente formas que incluyen un borde de salida afilado o un borde de salida moderadamente romo, debido en algunas ocasiones a desviaciones durante el proceso de producción, tras el cual se produce el flujo de la estela.
La resistencia, la distribución y la dirección de la turbulencia producida por el flujo de la estela y su vorticidad así como la situación en la que se inicia, originan una elevada resistencia y una reducida sustentación, siendo ambos efectos altamente indeseables.
Se conocen dispositivos del borde de salida encaminados a aumentar la sustentación, si bien estos dispositivos tienen normalmente un efecto negativo en la resistencia.
Uno de estos dispositivos es una aleta Gurney, mostrada esquemáticamente en la Figura 1, montada perpendicularmente a la cuerda del ala. Una aleta Gurney produce dos vórtices que forman una burbuja de separación. También difiere la separación de la corriente de aire, permitiendo un buen comportamiento a elevados ángulos de ataque. Sin embargo, la aleta Gurney provoca una resistencia adicional.
El documento EP 1 314 885 describe un dispositivo de borde de salida que consiste en un panel dentado sujeto al borde de salida de la pala.
El documento DE 10021850 describe un borde de salida con un elemento adicional que puede adoptar diferentes geometrías por deformación elástica.
Ninguno de estos dispositivos produce un aumento satisfactorio de la eficiencia del aerogenerador, por lo que existe una continua necesidad de proporcionar palas de aerogenerador con un perfil aerodinámico optimizado.
Sumario de la invención
Un objeto de la presente invención es proporcionar una pala de aerogenerador que tenga un perfil que mejore la sensibilidad a la rugosidad del borde de ataque, con lo cual se disminuya la incertidumbre en cargas y en eficiencia aerodinámica, aumentándose la fiabilidad funcional de la pala.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar una pala de aerogenerador que tenga un perfil que mejore la sustentación, haciendo posibles palas de aerogenerador con mejor comportamiento aerodinámico y/o palas de aerogenerador con una longitud menor de la cuerda para facilitar su transporte.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar una pala de aerogenerador que tenga un perfil geométrico rígido que proporcione una relación de sustentación/resistencia mejorada sin la necesidad de dispositivos adicionales.
Estos y otros objetos de la presente invención se consiguen proporcionando una pala de aerogenerador de perfil aerodinámico con un borde de ataque, un borde de salida y lados de presión y de succión entre el borde de ataque y el borde de salida, que comprende en al menos una parte de la pala una región del borde de salida cuya sección transversal se incrementa en la dirección del borde de salida.
En un aspecto de la invención, la citada región del borde de salida tiene una forma "divergente" (comparada con la forma "convergente" de los perfiles estándar), debido principalmente a que su lado de presión tiene una forma cóncava curvada.
En otro aspecto de la invención, la parte de la pala de aerogenerador que tiene una región del borde de salida "divergente" es una parte con un perfil grueso, i.e., un perfil con un elevado espesor en relación con la cuerda del ala.
Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue en relación con las figuras que se acompañan.
Breve descripción de las figuras
La Figura 1 es una vista esquemática de un perfil conocido de pala de aerogenerador con una aleta Gurney.
La Figura 2 es una vista esquemática de un perfil conocido de pala de aerogenerador.
La Figura 3 es una vista esquemática de un perfil de pala de aerogenerador según la presente invención.
La Figura 4 es una vista esquemática del funcionamiento del perfil de pala de aerogenerador según la presente invención.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
La Figura 2 muestra un perfil 3 conocido estándar de una pala de aerogenerador que comprende un borde de ataque 11, un borde de salida 13 moderadamente romo y una superficie de sustentación 15, con un lado de succión 17 y un lado de presión 19. La cuerda 21 es una línea imaginaria dispuesta entre el borde de ataque 11 y el borde de salida 13.
Con respecto al perfil 3 estándar, la Figura 3 muestra el perfil 5 de una pala de aerogenerador según la invención con las modificaciones siguientes, en particular en lo referente a las zonas 31, 33 del lado de presión y del lado de succión cerca del borde de salida 13 (se incluyen con líneas discontinuas zonas 31', 33' similares en el perfil estándar):
-
la zona 31 del lado de presión tiene geometría cóncava
-
la zona 33 del lado de succión tiene una forma para configurar un borde de salida 13 más grueso.
Como consecuencia de las citadas modificaciones, el perfil 5 tiene una región del borde de salida TER cuya sección transversal se incrementa en la dirección del borde de salida 13. En otras palabras, las citadas zonas 31, 33 cerca del borde de salida tienen una forma "divergente" comparada con la forma "convergente" del perfil 3 conocido estándar.
Por otro lado (ver Figura 4), el borde de salida 13 más grueso que resulta de la configuración "divergente" de la región del borde de salida TER, origina un área separada de flujo con baja presión debajo de la región del borde de salida TER que, en un principio, tiende a aumentar la resistencia, pero esa área de baja presión ocasiona un efecto de succión en la capa límite hacia el borde de salida, lo cual estabiliza la capa límite. Esto origina un retardo en la separación lo que aumenta la sustentación máxima y reduce la resistencia cuando se opera en torno a la sustentación máxima. Este efecto es más pronunciado si el borde de ataque es rugoso, como consecuencia de la adherencia de insectos u otro tipo de objetos extraños. La desventaja es una resistencia ligeramente aumentada para pequeños ángulos de ataque, que no es importante para la parte interior de la pala de un aerogenerador, que normalmente opera con ángulos de ataque relativamente altos.
Por otro lado, la configuración "divergente" de la región del borde de salida TER aumenta el coeficiente de sustentación máxima del perfil 5. La forma cóncava de la zona 31 en el lado de presión 19 actúa de forma similar a la aleta Gurney, desviando el flujo hacia abajo, aumentando la circulación y por lo tanto cambiando la curva de sustentación hacia ángulos de ataque más negativos y una sustentación más elevada, pero siendo más eficiente que la aleta Gurney, ya que se evita la burbuja de desprendimiento delante de la aleta Gurney al emplear una forma suavemente curvada. La desventaja es una resistencia aumentada para bajos coeficientes de sustentación, aunque el aumento de resistencia es menor que con la aleta Gurney. Además, este efecto no es importante para la parte interior de la pala de un aerogenerador, que normalmente opera con ángulos de ataque relativamente altos.
En otra realización preferida, el ángulo B entre las hipotéticas líneas tangentes a las citadas zonas 31, 33 está en el intervalo de 0º a 45º. En perfiles estándar el ángulo B es normalmente negativo, en el intervalo de -20º a 0º.
En otra realización preferida, el espesor Te del borde de salida está en el intervalo del 2% al 20% de la longitud de la cuerda C.
En otra realización preferida, la región del borde de salida TER se extiende desde una sección transversal 23 correspondiente a una posición de cuerda en el intervalo del 72% al 100% de la longitud de cuerda C, medida desde el borde de ataque 11.
En otra realización preferida, la parte de la pala de aerogenerador con una región del borde de salida "divergente" es una parte en la cual la relación entre el máximo espesor T y la longitud de cuerda C está en el intervalo del 30% al 100%. Los perfiles gruesos están especialmente optimizados con una región del borde de salida TER "divergente" que reduce la sensibilidad a la rugosidad del borde de ataque, debido a que tienen un comportamiento normalmente pobre con la rugosidad del borde de ataque.
Aunque la presente invención se ha descrito enteramente en conexión con realizaciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas modificaciones dentro del alcance de, no considerando éste como limitado por las anteriores realizaciones, las reivindicaciones siguientes.

Claims (6)

1. Pala de aerogenerador de perfil aerodinámico (5) con un borde de ataque (11), un borde de salida (13) y lados de presión y de succión (19, 17) entre el borde de ataque (11) y el borde de salida (13), caracterizada porque el citado perfil (5) comprende en al menos una parte de la pala del aerogenerador una región del borde de salida (TER) cuya sección transversal se incrementa en la dirección del borde de salida (13).
2. Pala de aerogenerador según la reivindicación 1, caracterizada porque la zona (31) del lado de presión (19) de la región del borde de salida (TER) tiene una superficie curvada cóncava.
3. Pala de aerogenerador según la reivindicación 2, caracterizada porque el ángulo B entre una hipotética línea tangente a la citada zona (31) y una hipotética línea tangente a la zona (33) del lado de succión (17) en la región del borde de salida (TER) está en el intervalo de 0º a 45º.
4. Pala de aerogenerador según una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizada porque la región del borde de salida (TER) se extiende desde una sección transversal (23) correspondiente a una posición de cuerda en el intervalo del 72% al 100% de la longitud de la cuerda C, medida desde el borde de ataque (11) hasta el borde de salida (13).
5. Pala de aerogenerador según una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizada porque el espesor Te del borde de salida (13) está en el intervalo del 2% al 20% de la longitud de la cuerda C.
6. Pala de aerogenerador según una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizada porque la parte de la pala de aerogenerador con una zona de borde de salida (TER) que tiene una sección transversal que aumenta en la dirección del borde de salida (13), tiene una relación entre el máximo espesor T y la longitud de cuerda C que está en el intervalo del 30% al 100%.
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