ES2330500B1 - Pala de aerogenerador con elementos hipersustentadores. - Google Patents
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Abstract
Pala de aerogenerador con elementos
hipersustentadores en el borde de ataque y/o borde salida (siendo
este último con alto espesor relativo) situados en la zona de la
raíz, de forma que se mejora el comportamiento aerodinámico y por
tanto la cantidad de energía extraída del viento respecto de palas
tradicionales con raíz cilíndrica u ovalada.
Description
Pala de aerogenerador con elementos
hipersustentadores.
El objeto de la presente patente de invención es
una pala de aerogenerador con elementos hipersustentadores en la
zona de raíz de la pala, donde dichos elementos son de dos tipos:
elementos hipersustentadores en la zona de borde de ataque y en la
zona de borde de salida, de tal forma que dicha pala sea optimizada
aerodinámicamente en toda su geometría para aumentar la producción
energética del aerogenerador.
Las palas tradicionales de los aerogeneradores
se unen al buje a través de una zona cilíndrica conocida como raíz,
cuya longitud característica suele ser de varios metros. Para la
mayoría de los aerogeneradores, la función de dicha zona es
típicamente estructural y no contribuye significativamente a la
producción del aerogenerador, ya que no está optimizada
aerodinámicamente.
En el actual estado de la técnica se describen
elementos postizos en la zona de raíz para mejorar las prestaciones
de la pala, sin embargo, se caracterizan por tener un borde de
salida afilado y una longitud de cuerda en la unión con la raíz muy
grande.
Así, por ejemplo, tenemos el documento WO
2007/131937 que describe una pala para un generador eólico con un
elemento postizo del borde de salida postizo a la estructura de la
propia pala.
Para paliar el problema comentado, se presenta
la pala de aerogenerador con elemento hipersustentador, objeto de
la presente patente de invención. Dichos elementos
hipersustentadores son de dos tipos diferenciados en función de su
posición y uso en la pala:
- (i)
- Elemento hipersustentador de la zona de borde de salida de aerogeneradores;
- (ii)
- Elemento hipersustentador de la zona de borde de ataque de aerogeneradores.
El elemento hipersustentador de borde de salida
es una pieza fija, y no móvil como en otros elementos aerodinámicos
de borde de salida relatados en el estado de la técnica. El borde
de salida de este élemento es de un espesor mayor que los bordes de
salida conocidos, obteniéndose un mayor coeficiente de sustentación,
lo que a su vez permite construir el postizo con una menor longitud
total (menor cuerda). Es decir, que para una misma sustentación,
con un mayor espesor relativo de borde de salida se obtiene un
elemento con una menor longitud o cuerda. El dispositivo permite
además una construcción de la pala con una menor torsión, debido a
que dispone de un mayor ángulo de entrada en pérdidas a altos
ángulos de ataque. Este elemento hipersustentador puede formar
parte de una pala enteriza y no sólo coma elemento adicional o
postizo.
El elemento hipersustentador de borde de ataque
es uno seleccionado entre:
- (i)
- un primer elemento hipersustentador de borde de ataque, de curva suave adaptada a la raíz de la pala sin puntos de inflexión en su superficie exterior;
- (ii)
- un segundo elemento hipersustentador de borde de ataque, con una menor superficie de contacto con la raíz de la pala y un punto de inflexión en su superficie externa, en la parte inferior, mejorando su comportamiento de trabajo;
- (iii)
- un tercer elemento hipersustentador de borde de ataque, de perfil externo pronunciado, sin puntos de inflexión en dicha superficie y una zona de contacto con la raíz inferior a las del primer y segundo elemento;
- (iv)
- un cuarto elemento hipersustentador de borde de ataque, con una zona de contacto mínima con la raíz, lo que a su vez propicia un punto de inflexión muy pronunciado en la superficie externa de este cuarto elemento, incrementando el coeficiente de sustentación máximo.
El uso combinado de ambas configuraciones (borde
de salida y borde de ataque) se obtienen las siguientes ventajas
técnicas:
Se obtiene una mayor energía producida por el
aerogenerador, al mejorar el coeficiente aerodinámico de las
palas.
Se obtiene una mejora en el rendimiento a
velocidades de viento incidentes más bajas, dado que el ángulo de
incidencia del viento se ha mejorado.
Se puede utilizar en palas ya instaladas,
también se mejora y facilita su producción y transporte.
A continuación se pasa a describir de manera muy
breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la
invención y que se relacionan expresamente con una realización de
dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de
ésta.
La figura 1 es una vista en planta de una pala
de aerogenerador con elementos hipersustentadores incorporados, tal
y como se describe en la presente invención.
La figura 2 es una sección transversal de la
pala de aerogenerador con el primer elemento hipersustentador de
borde de ataque incorporado.
La figura 3 es una sección transversal de la
pala de aerogenerador con el segundo elemento hipersustentador de
borde de ataque incorporado.
La figura 4 es una sección transversal de la
pala de aerogenerador con el tercer elemento hipersustentador de
borde de ataque incorporado.
La figura 5 es una sección transversal de la
pala de aerogenerador con el cuarto elemento hipersustentador de
borde de ataque incorporado.
La figura 6 es una vista en perfil de un
aerogenerador con elementos hipersustentadores incorporados, según
la presente invención.
Tal y como puede observarse en las figuras
adjuntas, la pala de aerogenerador con elementos hipersustentadores
comprende, al menos, un elemento hipersustentador de borde de
salida (1) con un final romo y una longitud de cuerda (C) entre un
5% y un 30% inferior a un perfil convencional para el mismo
coeficiente de sustentación; y porque el radio de la zona de unión
está relacionado con el radio de la raíz (4) de la pala (3), así
como con el espesor de dicho elemento hipersustentador de borde de
salida (1).
El primer elemento hipersustentador de borde de
salida (1) puede ser postizo o integrado en una pala enteriza.
El elemento hipersustentador de borde de ataque
(2) es uno seleccionado entre:
- (i)
- un primer elemento hipersustentador de borde de ataque (20), de curvatura suave adaptada a la raíz (4) de la pala (3) sin puntos de inflexión en su superficie exterior;
- (ii)
- un segundo elemento hipersustentador de borde de ataque (21), con una menor superficie de contacto con la raíz (4) de la pala (3) y un punto de inflexión en su superficie externa, en la parte inferior;
- (iii)
- un tercer elemento hipersustentador de borde de ataque (22), de perfil externo pronunciado, que mantiene un hueco entre si mismo y la raíz de forma que deja pasar cierta cantidad de flujo de aire entre el intradós y el extradós del perfil para energizar la capa límite del extradós del perfil y mejorar el comportamiento aerodinámico, donde además este tercer elemento (22) puede ser móvil (rotatorio respecto del centro del cilindro y conocido en aerodinámica como "slot") de tal forma que se adapta mejor a las condiciones de operación fijadas por el flujo incidente mediante la modificación de C_{L} y \alpha_{stall};
- (iv)
- un cuarto elemento hipersustentador de borde de ataque (23), con una zona de contacto mínima con la raíz (4), lo que a su vez propicia un punto de inflexión muy pronunciado en la superficie externa de este cuarto elemento (23), donde además este cuarto elemento hipersustentador de borde de ataque (23) o "slot" puede ser móvil (rotatorio, ídem), de tal forma que se optimice la relación C_{L} y \alpha_{STALL}.
En el diseño dedos elementos hipersustentadores
que se acoplaran a la pala del aerogenerador, tanto en el borde de
ataque como en el borde de salida, además de tener en cuenta una
optimización de la relación entre el coeficiente de sustentación
C_{L} y el ángulo de ataque \alpha_{STALL}, debe tener en
cuenta una distancia de seguridad entre los límites geométricos de
los postizos y la propia máquina.
En la figura 6 se muestra una realización del
aerogenerador completo representándose la torre (8), la góndola (9)
y la pala (3) y donde específicamente se muestra la incorporación
de dichos postizos hipersustentadores en la pala de un
aerogenerador en la que se señalan gráficamente las distancias de
seguridad de los diferentes elementos: distancia de seguridad del
buje (5), distancia de seguridad de la góndola (6) y distancia de
seguridad de la torre (7), para una longitud de cuerda máxima, de
manera que se obtiene una distancia de seguridad de unos 300 mm en
la góndola, de unos 300 mm en el buje y de unos 400 mm en la
torre.
Claims (4)
1. Pala de aerogenerador con elementos
hipersustentadores caracterizada porque comprende al
menos
- -
- un elemento hipersustentador de borde de ataque (2), integrado en la raíz de la pala, con movimiento relativo entre el elemento postizo de borde de ataque y la raíz de pala
- -
- un elemento hipersustentador de borde de salida (1) integrado en la raíz de la pala dando continuidad a la superficie de la pala en una longitud de cuerda (C) y con un final romo.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Pala de aerogenerador con elementos
hipersustentadores de la reivindicación 1 caracterizada
porque el elemento hipersustentador de borde de ataque (2) es uno
seleccionado entre:
- (i)
- un primer elemento hipersustentador de borde de ataque (20), de curvatura suave adaptada a la raíz (4) de la pala (3) sin puntos de inflexión en su superficie exterior;
- (ii)
- un segundo elemento hipersustentador de borde de ataque (21), con una menor superficie de contacto con la raíz (4) de la pala (3) y un punto de inflexión en su superficie externa, en la parte inferior;
- (iii)
- un tercer elemento hipersustentador de borde de ataque (22), de perfil externo pronunciado, sin puntos de inflexión en dicha superficie y una zona de contacto con la raíz inferior a las del primer (20) y segundo elemento (21);
- (iv)
- un cuarto elemento hipersustentador de borde de ataque (23), con una zona de contacto mínima con la raíz (4), lo que a su vez propicia un punto de inflexión muy pronunciado en la superficie externa de este cuarto elemento (23).
\vskip1.000000\baselineskip
3. Pala de aerogenerador con elementos
hipersustentadores, según la reivindicación 1, caracterizada
porque comprende, al menos, un elemento hipersustentador de borde
de salida (1) con un final romo y una longitud de cuerda (C) entre
un 5% y un 30% inferior a un perfil convencional con un mismo
coeficiente de sustentación.
4. Pala de aerogenerador con elementos
hipersustentadores de la reivindicación 1 caracterizada
porque el radio de la zona de unión está relacionado con el radio de
la raíz (4) de la pala (3), así como con el espesor de dicho
elemento hipersustentador de borde de salida (1).
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