ES2377696A1 - Sistema de aportación de aire filtrado al interior de un aerogenerador. - Google Patents
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Abstract
Sistema de aportación de aire filtrado al interior de un aerogenerador (1) de calidad libre de partículas de arena y polvo para la ventilación de los componentes que se encuentran en su interior.El sistema (6) es poco invasivo, se instala en la misma puerta (3) de acceso al interior de la torre (2) de un aerogenerador (1), o bien se puede sustituir la misma (3) por una puerta equipada con este sistema (6).El sistema (6) permite regular el caudal de aire introducido, así como variar la eficacia de filtración en función de las condiciones que requiera el lugar en el que se ubique el aerogenerador (1).
Description
Sistema de aportación de aire filtrado al
interior de un aerogenerador.
La presente invención está relacionada con la
ventilación de los equipos y componentes críticos de un
aerogenerador y más concretamente con un sistema de aportación de
aire de calidad, libre de partículas contaminantes, al interior de
un aerogenerador que evita la contaminación por infiltraciones de
polvo y arena.
Los aerogeneradores funcionan bajo entornos muy
variados, lo que implica que los parámetros operacionales de los
diferentes elementos que lo constituyen se vean afectados por
condiciones medioambientales. El incremento de la velocidad de
funcionamiento de diferentes elementos y equipos, la gestión de
potencias cada vez mayores, y las altas temperaturas ambientales
pueden causar el calentamiento de la multiplicadora, el generador,
el transformador, los elementos eléctricos de potencia, el sistema
de guiado, etc.....
Cuando el aerogenerador está ubicado en lugares
calurosos, como por ejemplo en áreas desérticas, la temperatura
interna del aerogenerador se eleva principalmente por efecto de la
radiación solar y la temperatura ambiente, por lo que puede ser
necesaria la disipación del calor generado por determinados
componentes y sistemas.
Actualmente, el calor se disipa principalmente
por convección natural, aprovechando el tiro natural por efecto
chimenea de la torre del aerogenerador, o bien, por convección
forzada, con pequeños ventiladores instalados, sobre los componentes
más críticos (caso de los armarios con electrónica de potencia). En
ambos casos, se emplea aire del exterior del aerogenerador, sin
embargo este aire se encuentra contaminado de partículas de polvo y
arena que afectan considerablemente al normal funcionamiento de los
componentes de la máquina, por lo que se hace necesaria la
filtración del aire tomado del exterior para la posterior
ventilación de dichos componentes de máquina.
Este problema induce a la necesidad de
implementar un sistema de aportación de aire no contaminado de
partículas de polvo y arena en aerogeneradores ya instalados, que
sea poco invasivo e implementable en cualquier tipo de
aerogenerador, al tiempo que permita regular el caudal de aire
introducido en función de las necesidades de ventilación requeridas,
con la calidad que se precise.
En el Estado de la Técnica se conocen soluciones
para la aportación de aire limpio al interior de aerogeneradores
como es el caso de la patente US6439832 y la PCT WO2008098573 que se
describen de forma general a continuación.
La patente US6439832 de AERODYN describe un
dispositivo para prevenir la entrada de aire húmedo con importante
contenido de sal en aerogeneradores offshore. El dispositivo
introduce aire del exterior, el cual es filtrado por efecto
centrífugo, dejándolo libre de contenido salino.
La patente WO2008098573 de VESTAS describe un
sistema de recirculación con aportación de aire exterior para
ventilación en entornos cerrados (góndola, armarios eléctricos de
potencia...), con posibilidad de alojar un intercambiador para
refrigerar o calentar los componentes del interior del
aerogenerador. Dispone de una abertura con un filtro incorporado
para la aportación de aire desde el exterior, con el fin de evitar
la entrada de aire contaminado al interior de la estructura cerrada,
y al mismo tiempo proporcionar aire limpio de partículas para
ventilación.
Sin embargo, la solución planteada por VESTAS no
soluciona el inconveniente de la implementación de un sistema de
aportación de aire filtrado en aerogeneradores ya instalados, ya que
estos sistemas resultan invasivos, necesitando realizar
modificaciones en la ubicación y estructura de los componentes que
pueden resultar de elevado coste a la par que complicadas de llevar
a cabo. Además, cada equipo y/o componente con problemas de
sobrecalentamiento, precisa de su propio sistema de recirculación de
aire, lo cual implica la instalación de tantos sistemas como equipos
y/o componentes críticos tenga el aerogenerador y el diseño de cada
uno de ellos de acuerdo con las características constructivas y
especificaciones operacionales particulares.
Por último, las soluciones del estado de la
técnica, no permiten realizar una aportación de caudal de aire
variable en función de las necesidades de ventilación en cada
momento, con el consiguiente aumento de la eficiencia energética del
sistema.
De acuerdo con la presente invención se propone
un sistema de aportación de aire de calidad suficiente para la
disipación del calor generado por los componentes críticos de un
aerogenerador ya instalado, que evita la contaminación por
infiltraciones de aire con partículas de polvo y arena, siendo el
sistema poco invasivo y permitiendo la regulación del caudal de aire
introducido en función de las necesidades de disipación.
La invención propone un sistema de aportación de
aire, instalado en el acceso al interior de la torre del
aerogenerador, que gracias a sus características constructivas y
funcionales permite una disposición no invasiva en cualquier tipo de
aerogenerador, garantizando la aportación de aire filtrado de
calidad adecuada a las necesidades de todos los equipos y/o
componentes críticos.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un sistema de aportación de aire tratado que disponga
de una etapa de decantación para partículas de mayor granulometría,
una etapa de filtración para partículas de menor tamaño, una etapa
de estabilización del flujo de aire y una etapa de ventilación, para
forzar el flujo de aire a través de las distintas etapas e
impulsarlo al interior del aerogenerador.
Otro objeto de la invención es proporcionar un
sistema de aporte de aire tratado que disponga de un sistema de
regulación del caudal del aire introducido al interior del
aerogenerador en función del caudal requerido para la disipación del
calor generado por los equipos y/o componentes críticos y del caudal
necesario para sobrepresión del interior del aerogenerador.
Es aún otro objeto de la invención, dotar al
sistema de regulación de caudal de aire de un variador de velocidad,
que actúa sobre la velocidad de giro de los ventiladores mediante el
control de un lazo de regulación.
Es aún otro objeto de la invención, dotar al
lazo de regulación del variador de velocidad de una sonda que
detecte la temperatura límite superior de funcionamiento más baja de
los equipos y/o componentes críticos, y un dispositivo de medición
que detecte el caudal de aire extraído para ventilación por diversos
equipos del aerogenerador, por encima del cual se debe mantener el
caudal de los ventiladores del sistema, para mantener la
sobrepresión en el interior del aerogenerador.
Es aún otro objeto de la invención, dotar al
sistema de regulación de de una solución que permita mantener el
caudal de aire requerido a medida que se vayan colmatando los
filtros de la etapa de filtración. Para ello se integra una sonda de
presión diferencial que actúa sobre el lazo de control del variador
de velocidad de los ventiladores.
Otro objeto de la invención es dotar a la
invención de un sistema que permita detectar la colmatación de los
filtros de la etapa de filtración, empleando para ello una sonda de
presión o presostato para la detección de una caída de presión tal
que haga necesaria la sustitución de dichos filtros.
Otro objeto de la invención es proporcionar un
sistema de aportación de aire tratado cuya etapa de filtración
disponga de filtros fácilmente intercambiables según la eficacia
requerida, pudiendo adaptar el sistema a diferentes entornos, según
las características ambientales.
Aún otro objeto de la invención es proporcionar
unas compuertas con lamas móviles para cierre estanco en las
entradas de aire diseñadas a tal efecto en el aerogenerador ya
instalado para evitar la entrada de aire del exterior cuando el
sistema esté en funcionamiento, favoreciendo el efecto de
sobrepresión del interior del aerogenerador.
Un último objeto de la invención es dotar al
sistema de aportación de aire filtrado de un sistema de apertura y
cierre controlado, que garantice una velocidad angular máxima de
apertura o cierre de la puerta de acceso al aerogenerador, que tenga
un sistema de bloqueo para cualquier posición de apertura,
permitiendo el acceso seguro de los operarios al interior del
aerogenerador, sin peligro de ser golpeados por la puerta debido al
empuje provocado por fuertes ráfagas de viento y que por razones de
seguridad, se desconecte automáticamente cuando el personal acceda
al interior del aerogenerador.
La figura 1 muestra una vista general en alzado
de un aerogenerador convencional.
La figura 2 muestra una perspectiva explosionada
del sistema de aportación de aire objeto de la invención.
La figura 3 muestra una perspectiva posterior
del sistema de aportación de aire objeto de la invención.
La figura 4 muestra una vista en sección del
sistema de aportación de aire objeto de la invención.
La figura 1 muestra un aerogenerador (1)
convencional compuesto por una torre (2) provista de una puerta (3)
de acceso y una góndola (4) provista de palas (5) ubicada en el
extremo superior de la torre (2).
El sistema (6) de aportación de aire, objeto de
la invención, es de instalación en el acceso al interior de la torre
(2) de un aerogenerador (1), es decir, se coloca en lugar de la
puerta (3) de acceso a la torre (2), realizando las funciones de
puerta de acceso y las propias de un sistema de aportación de
aire.
Para ello, el sistema (6) de aportación de aire
presenta la misma forma que una puerta (3) de acceso a una torre (2)
de un aerogenerador (1), ver figura 3 en la que se muestra el
sistema (6) objeto de la invención visto desde el interior de la
torre (2).
Tal y como se observa en la figura 2, dicho
sistema (6) de aportación de aire tratado dispone de una etapa de
decantación (7), una etapa de filtrado (8), una etapa de
estabilización de aire (9) y una etapa de impulsión del aire tratado
(10).
La etapa de decantación (7) realiza la
filtración de las partículas gruesas de polvo y arena que porta el
aire introducido desde el exterior del aerogenerador (1). Para ello,
está constituida por una serie de lamas metálicas (7.1) dispuestas
al tresbolillo. El conjunto determina la forma de una puerta (3) y
dispone en la parte inferior una serie de agujeros (no
representados) por donde cae la arena del aire decantada al golpear
contra las lamas (7.1).
La etapa de filtración (8) realiza la filtración
de las partículas más finas que contiene el aire, después de haber
pasado por la etapa de decantación (7), y está constituida por un
alojamiento rectangular (8.1) estanco, donde se alojan unos filtros
(8.2), los cuales se encuentran dispuestos en V para un mejor
aprovechamiento de la sección de filtración. Dichos filtros (8.2)
serán preferentemente de media sintética, celulósicas o fibra de
vidrio, pudiendo estar impregnadas de resina para mayor eficacia de
filtración, dependiendo de las necesidades derivadas del lugar de
instalación del aerogenerador (1).
La etapa de estabilización de aire (9) consiste
en una cámara de aire, conocida como plenum, dicho alojamiento (9.1)
determina una forma en correspondencia con el alojamiento (8.1) de
la etapa de filtrado (8) y se coloca inmediatamente después de dicha
etapa de filtrado, haciendo que el flujo de aire introducido
proveniente de la etapa de decantación (7) pase por toda la
superficie de filtrado (8.2).
Por último, el sistema (6) determina una etapa
de ventilación de aire (10), la cual permite crear la depresión
necesaria para la aspiración de aire exterior, hacerlo pasar por las
distintas etapas de filtración, e impulsarlo ya tratado al interior
de la torre (2). Esta etapa (10) consiste en un elemento (10.1) en
forma de prisma triangular que determina una de sus caras
rectangulares en correspondencia con el alojamiento (9.1) de la
etapa precedente, es decir el plenum (9), y que dispone de una serie
de ventiladores (10.2) en una de sus caras. La forma del elemento
(10.1) de esta etapa (10) así como la disposición uniformemente
repartida de los ventiladores (10.2), permiten una distribución
homogénea del caudal de aire a través de las etapas anteriores,
mejorando así la eficacia de filtración de todas ellas. Asimismo, el
diseño prismático de esta etapa permite la apertura y cierre del
sistema (6) a modo de puerta (3) sin que golpee en el marco.
Los ventiladores (10.2) asimismo disponen de un
sistema de regulación (no representado) de velocidad que permite
variar el caudal de aire introducido en la torre (2) en función del
caudal requerido para la disipación del calor generado por los
componentes del aerogenerador.
El sistema de regulación, según una realización
preferente, dispone de un variador de velocidad controlado por un
lazo de regulación que varía la velocidad de los ventiladores
(10.2), en función de la temperatura límite superior de
funcionamiento más baja de los equipos y/o componentes críticos
detectada por una sonda de temperatura (no representada), y en
función del caudal de aire extraído para ventilación por diversos
equipos del aerogenerador detectado por una sonda de medida, por
encima del cual se debe mantener el caudal de los ventiladores
(10.2) del sistema para mantener la sobrepresión en el interior del
aerogenerador.
El sistema de regulación mantiene el caudal de
aire requerido a medida que se van colmatando los filtros (8.2) de
la etapa de filtración (8) mediante la sonda de presión diferencial
(no representada) que actúa sobre el lazo de control del variador de
velocidad de los ventiladores (10.2).
La sonda de presión además permite detectar la
colmatación de los filtros (8.2) de la etapa de filtración (8),
mediante la detección de una caída de presión, pudiendo determinarse
la necesidad de sustitución de dichos filtros (8.2).
Por otro lado, (ver figura 4) el sistema (6)
incluye una serie de bisagras (12.1, 12.2) tanto para la apertura
del conjunto (6) compacto para acceder al interior de la torre (2)
del aerogenerador (1), como para el acceso al interior de sus
componentes (7, 8, 9 y 10) para tareas de mantenimiento y montaje.
La primera serie de bisagras (12.1), las de apertura tipo puerta
(3), se ubican entre la etapa de decantación (7) y la de filtrado
(8), mientras que las de apertura del sistema (6) para mantenimiento
y montaje se encuentran entre la etapa de filtrado (8) y el plenum
(9). De esta manera al acceso a los filtros (8.2), los cuales son de
carácter intercambiable, o el acceso a los ventiladores (10.2) de la
última etapa (10), no presenta ninguna dificultad.
Dado que el sistema (6) de aportación de aire
tratado constituye el acceso al interior del aerogenerador (1) para
los operarios encargados del mantenimiento del mismo, se hace
necesario un sistema de seguridad que garantice que la puerta o
sistema (6) no se cerrará como consecuencia de una ráfaga de aire o
cualquier otra causa que pudiera provocar el repentino cierre de la
puerta. Para ello, el sistema (6) incluye un sistema de apertura y
cierre controlado (13) en su parte frontal, constituido
principalmente por un actuador (13.1), que permite enclavar el
sistema (6) en cualquier posición de apertura, tal y como se muestra
en la figura 2.
Claims (16)
1. Sistema de aportación de aire filtrado al
interior de un aerogenerador, del tipo que proporciona aire limpio
de partículas de polvo y arena, caracterizado porque consta
de una etapa de decantación (7) de partículas gruesas, una etapa de
filtrado (8) de partículas finas, una etapa de estabilización de
aire (9) y una etapa de ventilación (10) de aire tratado que forman
un conjunto compacto de instalación en el acceso al interior de la
torre (2) de un aerogenerador (1).
2. Sistema de aportación de aire filtrado al
interior de un aerogenerador, según la primera reivindicación,
caracterizado porque el sistema (6) se instala en lugar de la
puerta (3) de acceso a la torre (2) de un aerogenerador (1).
3. Sistema de aportación de aire filtrado al
interior de un aerogenerador, según la primera reivindicación,
caracterizado porque la etapa de decantación (7) consta de
una serie de lamas (7.1) dispuestas al tresbolillo y una serie de
agujeros en la parte inferior para decantar las partículas de arena
que transporta el aire exterior.
4. Sistema de aportación de aire filtrado al
interior de un aerogenerador, según la tercera reivindicación,
caracterizado porque la etapa de decantación (7) presenta la
misma forma que la puerta (3) de acceso a la torre (2) de un
aerogenerador (1).
5. Sistema de aportación de aire filtrado al
interior de un aerogenerador, según la primera reivindicación,
caracterizado porque la etapa de filtración (8) consta de un
alojamiento estanco (8.1) de forma rectangular preparado para el
montaje de filtros (8.2) intercambiables y dispuestos en V, para el
máximo aprovechamiento de la superficie efectiva de filtración.
6. Sistema de aportación de aire filtrado al
interior de un aerogenerador, según la primera reivindicación,
caracterizado porque la etapa de estabilización (9) de aire
consiste en un plenum cuyo alojamiento (9.1) presenta una forma en
correspondencia con el alojamiento (8.1) de la etapa (8)
anterior.
7. Sistema de aportación de aire al interior de
un aerogenerador, según la primera reivindicación,
caracterizado porque la etapa de ventilación (10) de aire
determina un elemento (10.1) en forma de prisma triangular provisto
de al menos un ventilador (10.2) y al menos de un sistema de
regulación del caudal de aire movido por los mismos.
8. Sistema de aportación de aire al interior de
un aerogenerador, según la séptima reivindicación,
caracterizado porque el sistema de regulación consta de un
variador de velocidad controlado por un lazo de regulación para
variar el caudal de aire introducido al interior del aerogenerador
(1).
9. Sistema de aportación de aire al interior de
un aerogenerador, según la séptima reivindicación,
caracterizado porque el sistema de regulación consta de una
sonda de presión diferencial para detectar la colmatación de los
filtros (8.2) y mantener el caudal objetivo determinado por el lazo
de regulación del variador, y una sonda de temperatura (no
representada) para detectar la temperatura límite superior de
funcionamiento más baja de los equipos del aerogenerador (1).
10. Sistema de aportación de aire filtrado al
interior de un aerogenerador, según la séptima reivindicación,
caracterizado porque el sistema de regulación consta de una
sonda de medida del caudal extraído por cada sistema de ventilación
individual de los equipos del aerogenerador, para establecer el
caudal mínimo indispensable para sobrepresionar el interior del
aerogenerador.
11. Sistema de aportación de aire filtrado al
interior de un aerogenerador, según la primera reivindicación,
caracterizado porque tiene dos juegos de bisagras, siendo el
primer juego (12.1) para la apertura y cierre del conjunto a modo de
puerta (3) de acceso al interior de un aerogenerador (1) y el
segundo juego (12.2) para el acceso al interior del sistema (6).
12. Sistema de aportación de aire filtrado al
interior de un aerogenerador, según la undécima reivindicación,
caracterizado porque el primer juego (12.1) de bisagras se
ubica entre la etapa de decantación (7) y la etapa de filtrado
(8).
13. Sistema de aportación de aire filtrado al
interior de un aerogenerador, según la undécima reivindicación,
caracterizado porque el segundo juego (12.2) de bisagras se
ubica entre la etapa de filtración (8) y la etapa de estabilización
de aire (9).
14. Sistema de aportación de aire filtrado al
interior de un aerogenerador, según la primera reivindicación,
caracterizado porque dispone de un sistema de apertura y
cierre controlado (13) del conjunto (6) para facilitar su apertura y
cierre y enclavarlo cuando sea necesario.
15. Sistema de aportación de aire al interior de
un aerogenerador, según la decimotercera reivindicación,
caracterizado porque el sistema de apertura y cierre
controlado (13) determina un actuador (13.1).
16. Sistema de aportación de aire filtrado al
interior de un aerogenerador, según la primera reivindicación,
caracterizado porque en al menos una rejilla de ventilación
del aerogenerador (1) se instala una compuerta con lamas móviles que
se cierra cuando el sistema de aportación de aire está en
funcionamiento.
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