ES2391734B1 - Sistema de sensorización de una pala. - Google Patents
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Abstract
Sistema de sensorización de una pala de aerogenerador caracterizado porque la transmisión de datos entre el emisor y el receptor no utiliza elementos físicos como cable de fibra o eléctrico, evitándose los daños que sufren dichos elementos de transmisión con los impactos de rayo. El emisor y el receptor se distancian en función a la atenuación sufrida por el material compuesto de la pala y el material metálico de la góndola, así como el movimiento relativo entre pala y góndola. La batería de larga duración alimenta un captador, un adaptador de señal, un microcontrolador y un transmisor receptor. Todos los elementos se agrupan junto a una antena que mantiene su orientación y polarización durante el giro de la pala.
Description
- SISTEMA DE SENSORIZACION DE UNA PALA
- Objeto de la invención.
- 5
- La presente invención se refiere a la utilización de sensores en un
- aerogenerador, y más concretamente a su distribución en el interior de una
- pala fabricada en material compuesto.
- Antecedentes de la invención.
- 10
- Los aerogeneradores son máquinas sometidas a fuertes cargas, siendo
- las palas los elementos más solicitados. En la actualidad es muy importante
- conocer la capacidad para soportar las cargas a las que está sometida una
- pala y más importante aún conocer el comportamiento de la zona de unión
- 15
- en una pala compuesta por más de una parte.
- Para la obtención de estos datos existen métodos que se basan en la
- utilización de un conjunto de sensores tipo galgas extensiométricas para
- determinar la distribución de la deformación a lo largo de las palas. Ahora
- bien, con el incremento del tamaño de las palas, la cantidad necesaria de
- 2 o
- galgas extensiométricas debe aumentarse lo que implica gran cantidad de
- cables y problemas para estimar adecuadamente la distribución adecuada.
- Otro inconveniente de ese tipo de sistemas es que no es posible
- asegurar que el cable de alimentación dispuesto entre los sensores de la
- pala no vaya a ser afectado por las descargas de rayo a pesar de disponer
- 2 5
- de sistemas de protección para tal efecto. Es más, existe el riesgo de que
- ese cable de alimentación actúe como vía de entrada del rayo al interior del
- buje del rotor y otras zonas del aerogenerador.
- En el sentido de minimizar estos problemas se conocen diversas
- patentes que utilizan sensores conectados a sus receptores mediante fibra
- 3 o
- óptica en sustitución del cable eléctrico convencional. Así la patente
- DE102005017716 especifica que los sensores y transmisores son de fibra
- óptica para evitar interferencias electrónicas y eléctricas con los
- componentes del aerogenerador. Se conectan a un comparador a través de
- fibra óptica. Dichos sensores y transmisores se ubican enfrentados sobre la
- 3 5
- superficie de la pala sin ningún cable entre sí. Su función es la de detectar
- hielo y suciedad.
- La patente PCT/ES2009/000052 del mismo solicitante que la presente
- invención utiliza fibras ópticas unidas o embebidas en la pala. La propia fibra
- óptica se usa como sensor de deformaciones, evitando las galgas
- 5
- extensiométricas y sus paquetes de cableado. Se utiliza para los ensayos
- estáticos de la pala.
- Por otro lado, para evitar los daños por impacto de rayos, las palas
- están equipadas con sistemas de protección contra rayos. Las palas, al estar
- fabricadas con materiales compuestos, constituyen el punto más probable
- 1 o
- para el impacto directo de los rayos. Por este motivo, están equipadas con
- captadores puntuales de rayo en la punta conectados a un cable de
- descarga de rayos que recorre toda la pala desde la punta hasta la raíz. En
- el caso de impacto de rayo sobre la pala, el campo electromagnético
- inducido en las inmediaciones del cable de descarga hace peligrar cualquier
- 15
- elemento conductor adicional que se encuentre en la pala. La normativa de
- protección contra rayos obliga a que cualquier elemento conductor que se
- encuentre en el interior de la pala deba ser conectado eléctricamente con el
- sistema principal de protección de la pala contra rayos.
- Sin embargo, en el caso de que los elementos conductores adicionales
- 2 o
- sean alargados y estén dispuestos en paralelo al conductor principal de
- bajada del sistema de protección de rayo, su efectividad no está garantizada
- ya que no hay ningún sistema que proteja dicho cable frente a los efectos del
- rayo con una efectividad del 100%. Por otra parte el uso de la fibra óptica en
- sustitución del cableado eléctrico mencionado en las patentes anteriores
- 2 5
- acarrea un importante coste en su implementación.
- Descripción de la invención
- Es un objeto de la invención sensorizar una pala de aerogenerador de
- 3 o
- forma que la transmisión de datos entre el sensor-emisor y el receptor no se
- vea afectada por las limitaciones del uso de cable eléctrico o fibra óptica para
- conectar ambos elementos.
- Es otro objeto conseguir que los rayos no dañen el sistema de
- sensorización y concretamente el cableado existente en estos sistemas.
- 3 5
- Es otro objeto de la invención el establecer una distribución de acuerdo
- al material compuesto que compone la pala, tomando en cuenta la
- atenuación de la señal entre el sensor-emisor y el receptor.
- Es otro objeto de la invención garantizar la comunicación con una
- adecuada potencia de transmisión, un tiempo de envío de datos y una
- 5
- cantidad de datos transmitidos entre el sensor-emisor y el receptor para un
- correcto control de la fatiga y cargas extremas que afectan a una pala.
- Todo esto se logra con un sensor dispuesto en la pala, preferentemente
- en el interior de la misma, aunque no se descarta la posibilidad de situarlo en
- el exterior de la pala siempre que se tenga en cuenta el efecto aerodinámico
- 1 o
- que produce en ella. El sensor, tanto sea receptor o emisor, está
- suficientemente separado del sistema pararrayos y de grandes piezas
- metálicas, habiéndose estudiado el comportamiento del emisor dispuesto
- junto a los insertos de la raíz de pala y en el interior de la góndola
- (mayormente metálica). La señal de emisión se recoge finalmente en un
- 15
- procesador de datos, el cual puede ser un ordenador portátil o elemento
- similar. Esta señal forma parte de la gestión del sistema de control del
- aerogenerador.
- La tecnología seleccionada para implementarse en los transmisores
- receptores es la tecnología Zig Bee. Es una tecnología gracias a la cual sus
- 2 o
- componentes consumen menos energía y permite que la duración de la
- batería alcance los dos años. Todo ello en comparación con otras
- tecnologías como la Wifi o la Blue Tooth.
- El sensor objeto de la invención consta de una batería que alimenta al
- captador, alimenta el adaptador de señal, alimenta al microcontrolador y
- 2 5
- alimenta también al transmisor-receptor de tecnología Zig Bee. Todos los
- elementos citados, junto con una antena, se agrupan para formar el sensor
- propiamente dicho. La antena es preferentemente una antena circular
- (orientación constante) para mantener la polarización del equipo a pesar de
- la rotación a la que está sometida la pala.
- 3 o
- De todo lo mencionado anteriormente se desprenden las siguientes
- ventajas del sistema de sensorización de la pala de un aerogenerador. Evitar
- los inconvenientes que los impactos de rayos producen sobre los sensores
- actualmente utilizados. Menor coste de mantenimiento gracias a una
- tecnología de larga duración y a un mantenimiento predictivo. Posible
- 3 5
- implementación en equipos ya existentes, sin utilización de utillajes para
- implementarlos y con un bajo coste, gran sencillez y vesatilidad. Inmediatez
- de uso. Ideal para prototipos, ensayos y validaciones. Reemplazable. Y por
- último, la capacidad del sistema de medir cargas extremas y fatiga en una
- pala bien sea de una sola pieza o compuesta de más de una pieza.
- 5
- Breve descripción de los dibujos.
- Con el fin de explicar cómo está constituida la sensorización de la pala
- según las diferentes realizaciones de la invención, se acompañan las
- 1 o
- siguientes figuras:
- La figura 1 muestra esquemáticamente una góndola, un buje y una pala
- donde se implementa el sistema de sensorización según una primera
- realización.
- La figura 2 muestra el mismo esquema de la figura anterior, con una
- 15
- disposición distinta de los sensores y los receptores, según una segunda
- realización.
- La figura 3 es un diagrama de los diferentes componentes que
- conforman el sensor.
- 2 o
- Descripción de una realización preferencial
- La figura 1 está formada por la combinación de una góndola (1 0), un
- rotor (11) y una pala (12). La góndola (1 O) alberga en su interior el eje, la
- multiplicadora, el generador y otros elementos eléctricos no mostrados en la
- 2 5
- figura que son responsables de transformar la energía capturada por el
- viento en energía eléctrica. El rotor (11) soporta la pala (12) y gira por el
- efecto aerodinámico que el viento incidente origina en la pala (12). El
- material que componen las palas puede ser fibra de carbono o fibra de vidrio
- y el comportamiento de la transmisión es similar en ambos casos. Un sensor-
- 30
- emisor (13) se dispone en el interior de la pala (12) en un punto óptimo para
- el estudio de la fatiga y cargas a la que está sometida la pala. Un receptor
- (14) se dispone en la góndola (10). La longitud máxima a la que puede
- disponerse el sensor-emisor (13) del receptor (14) depende de la atenuación
- de la señal. Los ensayos previos realizados señalan de forma aproximada
- 35
- que
- para una distancia de 25 m. la atenuación es de 68 db m
- para una distancia de 30 m. la atenuación es de 70 db m
- para una distancia de 35 m. la atenuación es de 72 db m
- para una distancia de 40 m. la atenuación es de 75 db m
- 5
- para una distancia de 45 m. la atenuación es de 80 db m
- como la atenuación máxima permitida está alrededor de 95 db m, si le
- aplicamos un margen de seguridad de 15 db m, se considera que la longitud
- L debe oscilar entre los 30 y 40 metros.
- En la figura 2 se muestra una segunda realización sobre la misma
- 10
- combinación de una góndola (10), un rotor (11) y una pala (12). En este caso
- la longitud de la pala (12) obliga a intercalar varios repetidores (15)
- intermedios entre el sensor-emisor (13) y el receptor (14). Esta situación se
- produce con la tendencia existente en la fabricación de grandes
- aerogeneradores que conllevan palas de grandes dimensiones. Los
- 15
- repetidores (15) utilizados garantizan que la atenuación de la señal no
- distorsiona los datos finales. La longitud total entre el sensor-emisor (13) y el
- receptor (14) vendrá calculada por la suma de las longitudes parciales
- L=L1+L2+L3. Tomando en cuenta la atenuación que sufre la señal al atravesar
- el material compuesto que compone la pala (12), la máxima longitud estará
- 2 o
- en el mismo rango que en la realización práctica anterior.
- La figura 3 muestra el interior del sensor detallando los diferentes
- elementos que lo componen. Por una parte se dispone de una batería (16)
- que alimenta el sensor (17) propiamente dicho, el adaptador de señal (18), el
- microcontrolador (19) y el transmisor de radiofrecuencia (20) todo ello según
- 25
- la línea discontinua mostrada en la figura. La batería (16) tiene una
- capacidad de larga duración, próxima a los dos años, evitando al máximo el
- mantenimiento y cuidado durante su vida útil. El captador (17) es una galga
- extensiométrica o elemento similar. El adaptador de señal (18) convierte la
- señal que le envía el captador (17) en una señal eléctrica de milivoltios. El
- 3 o
- microcontrolador (19) recibe la señal que le envía el adaptador (18) y la
- convierte a un formato digital. A su vez el microcontrolador (19) procesa
- todos los datos de adaptación de software, aplicación de algoritmos básicos,
- comunicaciones y proceso de control. Y por último el transmisor (20) recibe
- la señal del microcontrolador (19) y la transmite por medio de la antena (21 ).
- 3 5
- El sensor así formado toma las veces de sensor-emisor, sensor-receptor o
incluso de repetidor según sus funciones específicas y la disposición a lo largo de la pala.
Claims (5)
- Reivindicaciones1.-Sistema de sensorización de una pala fabricada en su totalidad de material compuesto, bien sea fibra de carbono o fibra de vidrio, que incorpora 5 sensores-emisores, sensores-receptores y, en algunas ocasiones,repetidores caracterizado porque
- -
- la separación entre el sensor-emisor respecto al sensor-receptor se establece según una distancia dada por la longitud L en relación con la atenuación permitida para que la señal sea válida,
1 o -la transmisión de las señales entre el sensor-emisor y el sensor-receptor se realiza sin cable o fibra óptica, -el sensor-emisor se ubica en el interior de la pala y el sensor-receptor se dispone en la góndola del aerogenerador.15 2.-Sistema de sensorización de una pala según la reivindicación primera, caracterizado porque la longitud L se establece entre un máximo de 40 metros y un mínimo de 30 metros. - 3.-Sistema de sensorización de una pala según la reivindicación20 primera, caracterizado porque si la distancia entre el sensor-emisor respecto al sensor-receptor supera la longitud L se utiliza al menos un repetidor intermedio.
- 4.-Sistema de sensorización de una pala según la reivindicación2 5 primera, caracterizado porque el sensor-emisor y el sensor-receptor están formados por una batería (16), un captador (17), un adaptador de señal (18), un microcontrolador (19) un transmisor de radiofrecuencia (20) y una antena.
- 5.-Sistema de sensorización de una pala según la reivindicación30 primera, caracterizado porque la batería (16) alimenta el captador (17), el adaptador de señal (18), el microcontrolador (19) y el transmisor de radiofrecuencia (20).
- 6.-Sistema de sensorización de una pala según la reivindicación 3 5 primera, caracterizado porque el transmisor de radiofrecuencia (20) incorporala tecnología ZigBee.
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| ES201000852A ES2391734B1 (es) | 2010-06-30 | 2010-06-30 | Sistema de sensorización de una pala. |
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