ES2393332B2

ES2393332B2 - Perfil aerodinámico con sustentación híbrida para una pala de aerogenerador

Info

Publication number: ES2393332B2
Application number: ES201201072A
Authority: ES
Inventors: Juan Carlos Sáenz-Díez Muro; Emilio Jiménez Macías; Julio Blanco Fernández; Juan Manuel Blanco Barrero; Eduardo MARTÍNEZ CÁMARA
Original assignee: Universidad de La Rioja
Current assignee: Universidad de La Rioja
Priority date: 2012-10-22
Filing date: 2012-10-22
Publication date: 2013-10-10
Anticipated expiration: 2032-10-22
Also published as: ES2393332A1

Abstract

Perfil aerodinámico con sustentación híbrida (2) para una pala de aerogenerador (1), con un borde de ataque (10), un borde de salida (11), y lados de intradós o de sobrepresión (12) y de extradós o de depresión (13), comprendidos ambos entre el borde de ataque (10) y de salida (11), caracterizada porque, el borde de ataque (10) se compone de un borde de ataque exterior (10?), formado por un cilindro hueco rotatorio (100) y un borde de ataque interior (10??) con forma cóncava.

Description

Titulo: Perfil aerodinamico con sustentacion hibrida para una palae

5r

Campo de lan

La invencion se situa en el ambito de la mecanica de fluidos, y mas concretamentee

10 la maquinaria para aprovechamiento de la energia del viento. La invencion es para cubrir todo el rango de potencias y preferentemente formard parte de unr eolico para generar energia electrica. La invencion se refiere a una palae aerogenerador de tipo perfil aerodinamico optimizada aerodinamicamente.

15s

El elemento basic° de un aerogenerador es la aeroturbina o rotor eolico, quea formado por una o varias palas. Cada pala tiene un perfil que normalmente tienea aerodinamica. 20 La terminologia basica empleada en perfiles aerodinamicos es la:

Partes y regiones de un:

Borde de ataque.-Es la parte delantera del perfil alar. Se le denomina asia que es la primera parte que toma contacto con la corriente de aire,o que esta se bifurque hacia el intrados y el extrados. Normalmentea forma.

25 •

Borde de salida.-Llamado tambien borde de fuga. Corresponde al punto enl que el aire proveniente del intrados y el proveniente del extrados confluyen y abandonan el perfil. Normalmente presenta forma aguda o den cuadrada.

30 •

35 • Linea de cuerda.-Linea recta que une el borde de ataque y el borde de salida.

• Cuerda.-Longitud de la linea de cuerda.

Extrados.-Llamado tambien trasdos, es un termino generic° que denota lae 40 exterior de una estructura. Es la parte del perfil en la que se generaa depresi6n.

• Intrados.-Termino generic° que denota la parte interior de una estructura. Esa

parte del perfil en la que se genera la sobrepresion. 45

▪

•

Parametros geometricos de un:

• Radio del borde de ataque.-Define la forma del borde de ataque. Su longitude

expresa en % del valor de la cuerda. Varia desde el 0%, para perfiless supersonicos, hasta un 2%, para perfiles obtusos o romos de velocidades bajas.

•: Linea de cuerda.-Linea recta que une el borde de ataque y el borde de salida.

•: Cuerda.-Longitud de la linea de cuerda.

•: Espesor.- Es un segmento trazado desde un punto del perfil. El valor deu ordenada y abscisa como valor de posicion, se expresa por lo general en %e la longitud de la cuerda. SegUn la convencion americana, sera perpendicular a la linea de curvatura media, y segUn la convencion britanica, serar

ala linea de cuerda.

• Espesor maximo: Distancia maxima entre la superficie del extrados y lal intrad6s. El valor de su ordenada y abscisa como valor de posici6n, sea por lo general en % de la longitud de la cuerda, variando alrededor del 2%,a

perfiles muy delgados (velocidad supersonica), y del 20% para perfiless (baja velocidad).

•: Linea de curvatura media.-Es la linea equidistante entre el extrad6s yl intrados.

•: Curvatura maxima: Distancia maxima entre la linea de curvatura media ya linea de cuerda.

Se les da distintos nombres a los perfiles segUn su geometria. Sen biconvexos si el intrados y el extrados son convexos, plano-convexos si tienel extrados convexo y el intrad6s piano, y de doble curvatura si el intrados y els

son .

El laboratorio nacional Riso (en (lanes: ForskningscenterRiso) es unae

investigacion cientifica en Roskilde, Dinamarca, concretamente un institutoe investigacion sectorial dependiente del Ministerio Danes de Ciencia Tecnologia e Innovacion, que define tres sub-familias de perfiles de ala NACA, del aplicacion en turbinas de viento: NACA63, NACA54 y NACA 65. La serie des NACA fue desarrollada, a partir de 1929, para el sector aeronautic° por elNational Advisory Conmittee of Aeronautics (NACA), es decir el Comite Nacionale Aeronautica. El propio laboratorio Riso ha diseliado una familia de perfilesa para turbina de viento, con la designacion RISO-AX.

TheAeronauticalResearch InstituteofSweden(FFA) tambien ha disefiado unaa de perfiles especifica para turbinas de viento, con la designacion FFA-W3-XXX.

•

Las palas del rotor eolico de un aerogenerador, en su parte mas alejada de su ejee giro, mantienen semejanza con las alas de un avion, pero difieren de formae en su parte mas cercana de su eje de giro, donde el perfil es mucho mas.

Las palas de los aerogeneradores tienen tres regiones bien diferenciadas,s desde mas cerca a mas lejos al eje de giro del rotor:

- regi6n de raiz, que cuenta: -subregion inferior.

-subregi6n superior. -regi6n intermedia.

- regi6n de.

Se conocen diferentes optimizaciones de perfiles aerodinamicos empleados ens palas de los aerogeneradores. Para cada regi6n de la pala los perfiles tienens caracteristicas funcionales, adoleciendo todos ellos de un escaso rendimiento

energetic°en laregi6nderaiz,ymejorableen laregi6n intermedia.

Perfiles aerodinamicos como los citadas pueden observarse en los documentos: ES2320962B1; ES2343397B1; ES2330500B1; ES2310958B1; ES2310958B1;e muchos.

Estos perfiles aerodinamicos presentan una problematica que sea fundamentalmente en los siguientes:

-En la region de la raiz de la pala, el coeficiente de sustentacion CL suele ser bajo,exigiendoparaaumentarloun perifldeelevadacuerdayaltamentetorsionado, lo queprovoca un encarecimientode lapala.Poresemotivo,noseempleanniexistenen elestadodelatecnica perfilesaerodinamicosdealtaeficienciapara laregionde laraiz de lapala.

-En la region de la raiz de la pala, se requieren perfiles de elevado espesor, siendoestosmuysensiblesa lasuciedad.

- Paravelocidadesdevientobajas, losperfilesaerodinamicosempleadosen las

tresregionesde lapalayconocidosampliamenteenelestadode latecnica,tienenbajo

coeficiente de sustentacion CL, y por lo tanto generan bajo par de arranque, lo que

ocasiona que se necesite una velocidad de viento inicial importante para que la

maquina arranque, y que no se pueda aprovechar la energia de los vientos que no alcancen dicha velocidad.

Para velocidades de viento altas, superiores a la maxima deo nominal, es necesario realizar la parada del aerogenerador, siendo esta unan critica porque implica cargas y fatigas mecanicas elevadas para los componentesl

aerogenerador. La operacion de parada incluye el paso de girar las palas con ele

..

de salida apuntando en la direcci6n del viento hasta que alcanzan su posici6ne

bandera. Este fi-enado aerodinamico se complementa con un frenado mecanico.

El perfil aerodinamico que la invencion preconiza resuelve de formae 5 satisfactoria la problematica anteriormente expuesta, en todos y cada uno des diferentes aspectos comentados, segan se describe en el presente document°.

Fundamentos de lan

10 La invenciOn preconiza un perfil aerodinamico optimizado, que presenta un variable, controlable, y elevado coeficiente de sustentacion CL, mediante la disposicion den cilindro hueco rotatorio que hace las veces de borde de ataque. El cilindroo rotatorio esta unido mecanicamente a la pala, mediante dos pares cinematicos (unor

15 cada extremo), disponiendo de un grado de libertad (rotacion sobre su eje de rotaci6n).

Un cilindro rotatorio experimenta, al girar sobre su eje de revolucion, una fuerzae sustentacion cuando esta inmerso en un fluido en movimiento. A este principio see denomina efecto Magnus (1852). •

20

..

Los modelos teoricos matematico-fisicos del efecto Magnus son altamente complejos, . . por lo que se tienen que emplear aproximaciones basadas en la teoria de flujol ajustadas con datos experimentales o emplear tecnicas computacionales dea de fluidos (CFD).

25 La fuerza de sustentaci6n generada es perpendicular al piano formado por lan del viento o de traslaciOn del objeto y el eje de rotacion. • •

Para una pala, la velocidad especifica o relacion de velocidad periferica TSR (Tp 30 SpeedRatio)vieneexpresadapor:

•4•

Velocidad perifericade lapala (m/s)

TSR =

Vx, (m/s) • •

Andlogamente, para un cilindro que carezca de movimiento de translacion oe rotaci6n respecto de otro eje distinto al suyo, se define el coeficiente de velocidadesp como:

35 Velocidad perifericadelcilindro (m/s)

(P —

Voc, (m/s)

En el caso de la invencion trabajaremos con (p gt; 1.

En el caso de la invencion, tendremos velocidades de viento 1/co que oscilan entre 5 y 40 25 m/s, y longitudes caracteristicas Lc que en este caso corresponden como minimol

espesor maxim() del perfil, entre 0,02 y 0,20 m. El niimero de Reynolds Re,e expresado :

V„, (m/s) • Lc (m)

Re =

v (m/s2)

5 Para una viscosidad cinematica v (m/s2) del aire de 1,5.10-5 m/s2 tendremos uno de Reynolds comprendido entre 6.666,6 y 333.333,3, por lo ques aceptable la aproximaci6n Regt;104, pese a que en ciertos casos estemose por debajo de ese valor.

10 Efecto Magnus para niimeros de Reynolds altos (Re gt;)

Para numeros de Reynolds altos, las fuerzas de inercia son mucho mas importantese las debidas a la viscosidad. El comportamiento difiere para valores de y lt; 1 y gt;1. 15 Influencia de la velocidada

De acuerdo con las tecnicas CFD, se deduce que el comportamiento difierea

valores de y lt; 1 y gt;1. El caso de (f) lt; 1 no es relevante para la invencion. Para 9 gt; 1,

20 la capa limite se vuelve totalmente turbulenta y los parametros CL y CD son practicamente independientesdelnilmerodeReynolds.LarelaciondeCL/CDconyes creciente,debidoalaumentode lavelocidadderotacion.Segimsepuedeveren la tablasiguiente,obtenidaenreiteradassimulaciones,yen laque,

25 Itc,(m/s), es la velocidad de viento impuesta en la condicion de contorno como entrada. n (rpm), es la velocidad de giro del cilindro hueco rotatorio.

o (rad/s), es la velocidad anterior expresada en unidades del S.I. d (m), es el diametro exterior del cilindro hueco rotatorio.

30 Vp(m/s), es la velocidad lineal periferica del cilindro hueco rotatorio. cp, es el coeficiente adimensional de velocidades. CD, es el coeficiente de arrastre o C. CL, es el coeficiente de sustentacion o C. CL/CD, es la relacion entre coeficientes.

35 P(W/m), es la potencia por unidad de longitud necesaria para mantener elo del cilindro hueco rotatorio.

5: 0 0, 0 0, 15 0, 00 0, 0 0, 76 1, 01 1, 33 0, 00

5: -250 26, 2 0, 15 1, 96 0, 4 0, 62 1, 36 2, 19 0, 01

5: -500 52,4 0, 15 3, 93 0, 8 0, 62 1, 89 3, 05 0, 03

5: -1000 104, 7 0, 15 7, 85 1, 6 0, 61 2, 52 4, 13 0, 13

5: -1500 157, 1 0, 15 11, 78 2, 4 0, 55 2, 51 4, 56 0, 33

I. •

•

•• •■ • ••

•

5: -2000

5: -2500

5: -3000

5: -3500

5: -10000

5

6

209,4 261, 8 314, 2 366, 5 1047, 2: 0, 15 0, 15 0, 15 0, 15 0, 15 15, 71 19, 63 23, 56 27,49 78, 54 3, 1 3, 9 4, 7 5, 5 15, 7 0, 53 0, 52 0, 51 0, 50 0, 37 2, 54 2, 70 2, 90 3, 14 3, 77 4, 79 5, 19 5, 69 6, 28 10, 19 0, 69 1, 34 2, 26 3, 57 84, 82

0,0 0,48 2,39 4,98

Podemos comprobar la tendencia de la relacion CL/CD con cp, y podemos comprobar los diferentes valores de CL y CD, en relacion con un perfil aerodinamico normal (de identicas caracteristicas pero con un borde de ataque convencional), que nos sirve de

5 elemento de control, y cuyos valores se pueden ver en la Ultima fila de la tabla.

Influencia de la relacion de aspecto del cilindro X = L/d:

10 De acuerdo con las tecnicas CFD, se deduce que tanto CL como CD dependen del parametro X, del cilindro. Para valores de (pgt;4, un aumento en k, produce un incremento importante de CL (tendiendo a su limite asintotico) y un decremento de CD. •

El valor optimo se da para )opt?10.

15 Por lo tanto se debe fijar primero el diametro exterior del cilindro hueco rotatorio en S. • funcion de la anchura maxima del perfil, y despues se determina la longitud minima de • •• cada tramo en base a la ecuaci6n indicada anteriormente. Cuantos mas tramos independientes tengamos en la pala mas eficiente sera el funcionamiento de la misma,

•

20 aunque tambien se encarezca el coste fijo inicial. El diametro interior no influye en la

•

aerodinamica, y se determinard mediante un sencillo calculo mecanico. El material • •• preferente para el cilindro hueco rotatorio sera aluminio o plastic°, pudiendose optar en construirlo hueco o macizo vaciando los extremos donde se alojaran los motores de •• • rotor extern°.

25

*•

Optimizacion de Cl/CD del cilindro hueco rotatorio a lo largo de la pala

De acuerdo con las tecnicas CFD, una vez fijada la geometria del cilindro hueco rotatorio se debe determinar la velocidad de giro optima del cilindro hueco rotatorio, y 30 se deduce que sera diferente segim la region de la pala en la que nos encontremos, asi como de la velocidad de viento de ese momento. Los generadores eolicos monitorizan en tiempo real la velocidad de viento que les llega, mediante un anemometro, y ademas disponen de un Controlador LOgico Programable (PLC), por lo que para el control optimo de los cilindros huecos rotatorios solo habra que programar las

35 ecuaciones o tablas de datos, que se indican a continuacion, en dicho PLC, y disponer de los motores de rotor extern° ampliamente conocidos en el estado de la tecnica. El cableado de los motores se realizard por el interior de la pala hasta llegar al buje y de aqui ir al cuadro electric° de la gondola.

-Raiz de la pala:

La componente proyectada de la FD (Fuerza de arrastre) sobre el piano perpendicular al eje de giro del rotor, en esta region, es muy pequefia. En esta regi6n la optimizaciOn 5 consiste en maximizar CL sin tener en cuenta el valor que adquiere CD.

-Parte intermedia de la pala:

10 Las componentes proyectadas de la FD (Fuerza de arrastre) y de la FL sobre el piano perpendicular al eje de giro del rotor, en esta region, tienen ambas importancia. En esta region la optimizacion consiste en maximizar la relacion CL/CD. Por lo tanto interesa mantener constante a lo largo de la region el valor de cp. Para mantener constante procederemos de la siguiente forma:

15 La velocidad incidente de viento, en un cilindro, cuando describe un movimiento de rotacion alrededor del eje, vendra expresada por:

=

vi jVc2o (wrotor •Lpala)2

20 y el coeficiente de velocidades por:

Velocidadperifericadelcilindro (m/s)

=

Vi (m/s)

sustituyendo y desarrollando la expresion anterior, tendremos.

(Oca • rcil

= VV002 _4_ (

Wrotor •

'Tata) 25 Lpaia, variable, es la longitud comprendida entre el eje de rotacion del rotor y la seccion de la pala objeto de estudio. Varia desde 0 hasta LPALA (siendo esta la longitud total de la pala).

30 Para mantener constante cp, tenemos que el denominador es dependiente de variables externas e impuestas en el disefio del aerogenerador, y de la variable Lpaia, por lo que actuaremos en el numerador, existiendo dos estrategias posibles:

a) Mantener constante reii y variar coo: 35

(P • vc2 Lpaia)2

.0 (wrotor •

(A)ct i =

variando por tanto la velocidad de rotaciOn del cilindro de ataque.

b) Mantener constante co cil y variar rcii:

(P • va) (wrotor •Lpata)2

rat

coca

5 variando por tanto el radio del cilindro de ataque. -Puntade lapala:

Lacomponenteproyectadade laFD(Fuerza dearrastre)sobreelpianoperpendicularal ejedegirodelrotor,enestaregi6n,es importante.Laoptimizacionconsisteahoraen 10minimizarCDymaximizarCL.Por lotantoenestaregionnoesadecuadoutilizarel perfilobjetode lainvencion,yesmasadecuadoemplearperfilesdeespesorreducido.

Sumario de la inveneion

15 Un primer objetivo de la presente invencion es dotar a la tecnica de una pala de aerogenerador mejorada u optimizada para que maximizar el coeficiente de sustentacion CL en la raiz de la pala. En esta zona no es critico el coeficiente de

•

arrastre CD, por lo que aumentando la velocidad de rotacion del cilindro hueco

•

rotatorio aumentaremos CL, no necesitandose perfiles de elevada cuerda ni altamente 20 torsionados, lo que reduce de forma importante los costes de fabricacion de la pala.

• a•

0.6,0

Un segundo objetivo de la presente invencion, es dotar a la tecnica de una pala de aerogenerador mejorada u optimizada, que mejore o maximice la relacion CL/CD en la

..

parte intermedia de la pala.

25 Ow Un tercer objetivo de la presente invencion, es dotar a la tecnica de una pala de aerogenerador mejorada u optimizada para permitir el arranque y fimcionamiento de la maquina a velocidades de viento netamente inferiores a las necesitadas actualmente • •

•

••

con los dispositivos existentes. *

30 Un cuarto objetivo de la presente invencion, es dotar a la tecnica de una pala de • aerogenerador mejorada u optimizada para permitir el funcionamiento de la maquina a velocidades de viento superiores a las nominales, mediante un frenado aerodinamico suave en tres etapas, de menor a mayor intensidad de fi-enado, actuando en el cilindro 35 hueco rotatorio: reduciendo la velocidad, eliminando la velocidad, realizando el giro a contraconiente.

Un quinto objetivo de la presente invencion es dotar a la tecnica de una pala de aerogenerador optimizada, que permita realizar la operaci6n critica de parada mediante 40 el giro a contracorriente del cilindro hueco rotatorio, reduciendo costes de construccion en el freno mecanico.

Los objetivos citados y otros, los proporciona la presente invencion mediante un perfil aerodinamico con sustentacion hibrida para una pala de aerogenerador, con un borde de ataque, un borde de salida, y lados de intrados o de sobrepresion y de extrados o de depresion, comprendidos ambos entre el borde de ataque y de salida, y en el que el horde de ataque se compone de dos partes bien diferenciadas:

un borde de ataque exterior, formado por un cilindro hueco rotatorio, unido

mecanicamente a la pala mediante un par cinematic° por cada extremo, disponiendo de un grado de libertad de rotacion sobre su eje de rotaci6n y de diametro relativo en el rango 25%-100% respecto del ancho maxim° del perfil.

-unborde de ataque interior, con forma concava, formado por un arco de circunferencia concentrica con el cilindro hueco rotatorio y de diametro relativo en el rango 26%-150%, respecto del ancho maxim del perfil.

Breve descripcion de las figuras

La figura 1, muestra una vista esquematica en planta de una realizacion preferente, segan la presente invencion, de una pala de aerogenerador.

La figura 2, muestra una vista en perspectiva isometrica de una realizacion preferente, segim la presente invencion, de un borde de ataque exterior.

La figura 3, muestra una vista en seccion de un perfil aerodinamico convencional.

La figura 4, muestra una vista en seccion de una realizacion preferente, segim la presente invencion, de un perfil aerodinamico optimizado.

La figura 5, muestra una vista en perspectiva de una realizacion preferente, segim la presente invencion, de un tramo basic° de una pala de aerogenerador, en el que se puede apreciar el borde de ataque interior.

La figura 6, muestra una vista en perspectiva isometrica de contornos de una realizacion preferente, segim la presente invencion, de un tramo basic° de una pala de aerogenerador, en el que se puede apreciar el borde de ataque interior.

La figura 7, muestra una vista en perspectiva isometrica de una realizacion preferente, segim la presente invencion, de un tramo basic° de una pala de aerogenerador, en el que se puede apreciar el horde de ataque exterior.

La figura 8, muestra una vista en perspectiva isometrica de contornos de una realizacion preferente, segim la presente invencion, de un tramo basic° de una pala de aerogenerador, en el que se puede apreciar el borde de ataque exterior.

La figura 9, muestra una vista en perspectiva isometrica de una realizacion preferente, segUn la presente invencion, de varios tramos basicos corridos de una pala de aerogenerador, donde se puede apreciar el borde de ataque exterior formado por tramos independientes.

La figura 10, muestra una vista en perspectiva isometrica de contornos de una realizacion preferente, segUn la presente invencion, de varios tramos basicos corridos de una pala de aerogenerador, donde se puede apreciar el borde de ataque exterior formado por tramos independientes.

La figura 11, muestra una grafico de vectores de velocidad de viento obtenido mediante un software de simulacion de CFD, al que se ha sometido el perfil optimizado de la presente invencion con una entrada de viento de 5m/s y una rotaci6n del cilindro hueco rotatorio de 0 rpm.

• •-•

La figura 12, muestra una grafico de vectores de velocidad de viento obtenido

I. • 411

mediante un software de simulacion de CFD, al que se ha sometido el perfil optimizado de la presente invencion con una entrada de viento de 5m/s y una rotaci6n del cilindro hueco rotatorio de 3.500 rpm. • •

••••-e• •

1•• • •

La figura 13, muestra una grafico de contornos de presion estatica obtenido mediante un software de simulacion de CFD, al que se ha sometido el perfil optimizado de la presente invencion con una entrada de viento de 5m/s y una rotacion del cilindro hueco rotatorio de 0 rpm.

La figura 14, muestra una grafico de contornos de presion estatica obtenido mediante un software de simulacion de CFD, al que se ha sometido el perfil optimizado de la presente invencion con una entrada de viento de 5m/s y una rotacion del cilindro hueco rotatorio de 3.500 rpm.

Descripcion detallada de las realizaciones preferidas

•

• a •

La figura 1, muestra una vista esquematica en planta de una realizacion preferente, segUn la presente invencion, de una pala de aerogenerador (1). Consta de tres regiones

bien diferenciadas:

a) regi6n de raiz (1A), compuesta por subregion inferior (1A') y subregion superior (1Aquot;). b)region intermedia (1B). c) region de punta (1C).

El perfil aerodinamico con sustentacion hibrida (2) que preconiza la invencion se aplicard a todas las zonas de la pala exceptuando a la subregion inferior (1A'), por ser normalmente una superficie cilindrica con Unica mision estructural, y a la region de punta (1C), en la que se dispondra de perfil aerodinamico (0) convencional.

La figura 2, muestra una vista en perspectiva isometrica de una realizacion preferente, segim la presente invencion, de un borde de ataque exterior (10'), formado principalmente por un cilindro hueco rotatorio (100), sendos motores de rotor extern° (101I, 101D), y sendos ejes de fijacion estaticos (1021, 102D). Dichos ejes se fijaran rigidamente a la pala de forma que el motor de rotor extern° transmita su movimiento giratorio al cilindro hueco rotatorio (100). Normalmente solo funcionard un motor por cilindro, si bien el hecho de colocar dos se debe a que permite que uno de ellos funcione en un rango de velocidades y el otro to haga en un rango de velocidades superior; esto permite aumentar la eficiencia en el funcionamiento. Alternativamente se pueden disponer dos motores identicos y funcionar en alternancia, to que permite

aumentar la disponibilidad o la robustez.

La figura 3, muestra una vista en secci6n de un perfil aerodinamico (0) convencional.

La figura 4, muestra una vista en seccion de una realizacion preferente, segun la

presente invencion, de un perfil aerodinamico hibrido (2). Dispone de un borde de

ataque exterior (10'), formado fundamentalmente por un cilindro hueco rotatorio (100),

que produce una fuerza de sustentacion por efecto Magnus y dispone de un borde de ataque interior (10quot;), de forma concava, que junto al intrados (12), extrados (13) y borde de salida (11), producen una fuerza de sustentacion amplificada por la rotacion del cilindro hueco rotatorio (100). En la figura el viento incide en el borde de ataque, de izquierda a derecha y el cilindro girard, para producir sustentacion, en sentido horario (-).

La figura 5, muestra una vista en perspectiva de una realizacion preferente, segUn la presente invencion, de un tramo basic° de una pala de aerogenerador, donde se puede apreciar el borde de ataque interior (10quot;). Pueden observarse las zonas laterales a dicho horde, donde encajaran los ejes de fijacion estaticos (1021, 102D). El tramo basic° esta incompleto hasta que se monte el horde de ataque exterior (10').

La figura 6, muestra una vista en perspectiva isometrica de contornos de una realizacion preferente, segiin la presente invencion, de un tramo basic° de una pala de aerogenerador, donde se puede apreciar el borde de ataque interior (10quot;). Esta vista se ha incluido para claridad.

La figura 7, muestra una vista en perspectiva isometrica de una realizacion preferente, segUn la presente invencion, de un tramo basic° de una pala de aerogenerador, donde se puede apreciar el borde de ataque exterior (10'). El tramo basic° esta. completo.

La figura 8, muestra una vista en perspectiva isometrica de contornos de una realizacion preferente, segun la presente invencion, de un tramo basic° de una pala de aerogenerador, donde se puede apreciar el horde de ataque exterior (10'). Esta vista se ha incluido para claridad.

La figura 9, muestra una vista en perspectiva isometrica de una realizacion preferente,

segim la presente invencion, de varios tramos basicos corridos de una pala de

aerogenerador, donde se puede apreciar el horde de ataque exterior (10') por tramos

independientes. La pala aerodinamica hibrida (1) preferentemente estard formada por varios tramos de horde de ataque exterior (10') independientes. Un motivo es para evitar el pandeo del cilindro hueco rotatorio (100), ademas de para evitar que un cilindro largo pueda entrar en resonancia. Otro motivo es para, segun se ha descrito anteriormente, poder optimizar el funcionamiento haciendo que cada tramo trabaje a diferentes velocidades de rotacion.

La figura 10, muestra una vista en perspectiva isometrica de contornos de una realizacion preferente, segUn la presente invencion, de varios tramos basicos corridos de una pala de aerogenerador, donde se puede apreciar el borde de ataque exterior (10') formado por tramos independientes. Esta vista se ha incluido para claridad.

La figura 11, muestra un grafico de vectores de velocidad de viento obtenido mediante

un software de simulacion de CFD, en el que se ha simulado el perfil optimizado de la

presente invencion con una entrada de viento de 5m/s y una rotacion del cilindro hueco

rotatorio (100) de 0 rpm. El perfil aerodinamico (0) normal, en estas condiciones, presenta un CD de 0,48, un CL de 2,39, y un CL/CD de 4,98. El perfil hibrido (2) optimizado, en estas condiciones, presenta un CD de 0,76, un CL de 1,01, y un CL/CD de 1,33. Es decir, cuando el cilindro no gira el perfil hibrido objeto de la invencion presenta un comportamiento netamente peor.

La figura 12, muestra un grafico de vectores de velocidad de viento obtenido mediante un software de simulacion de CFD, en el que se ha simulado el perfil optimizado de la presente invencion con una entrada de viento de 5m/s y una rotaci6n del cilindro hueco rotatorio (100) de 3.500 rpm. El perfil hibrido (2) optimizado, en estas condiciones, presenta un CD de 0,5, un CL de 3,14, y un CL/CD de 6,28. Es decir, cuando el cilindro gira, el perfil hibrido objeto de la invencion presenta un comportamiento netamente superior. Observese comp efecto curios° que el coeficiente de mastre CD mejora, fi-ente al perfil aerodinamico (0) normal, ademas de mejorar evidentemente el

coeficiente de sustentacion CL.

La figura 13, muestra un grafico de contornos de presion estatica obtenido mediante un software de simulacion de CFD, al que se ha sometido el perfil optimizado de la presente invencion con una entrada de viento de 5m/s y una rotaci6n del cilindro hueco rotatorio (100) de 0 rpm. El grafico de presiones es un indicativo del comportamiento de un perfil aerodinamico en funcionamiento.

La figura 14, muestra un grafico de contornos de presion estatica obtenido mediante un software de simulacion de CFD, al que se ha sometido el perfil optimizado de la presente invencion con una entrada de viento de 5m/s y una rotaci6n del cilindro hueco rotatorio (100) de 3.500 rpm. Observese c6mo aumenta la zona de presi6n y de succi6n por el efecto de la rotacion.

Nº solicitud19/09/2013F.OEPM13/09/2013F.Efectiva

Claims

REIVINDICACIONES

1. Perfil aerodinámico con sustentación híbrida (2) para una pala de

5 aerogenerador (l), con un borde de ataque (lO), un borde de salida (11), y lados de intradós o de sobrepresión (12) y de extradós o de depresión (13), comprendidos ambos ,entre el borde de ataque (lO) Y de salida (l1), caracterizado porque, el borde de ataque (10) se compone de dos partes bien di ferenciadas

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un borde de ataque exterior (lO'), formado por un cilindro hueco rotatorio (100), unido mecánicamente a la pala mediante un par cinemático motriz por cada extremo formado por sendos motores de rotor externo (1011, 101D) dispuestos en el interior de dicho cilindro 15 hueco y sendos ejes de fijación estáticos (1021, 102D), Y cuyos ejes están fijados rigidamente a la pala de forma que el motor de rotor externo transmita su movimiento giratorio al cilindro hueco rotatorio (100), disponiendo de un grado de libertad de rotación sobre su eje de rotación, y de diámetro exterior relativo en el rango 25%-100% respecto

2 O al ancho máximo del perfil;

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un borde de ataque interior (lOquot;), con forma cóncava, formado por un

arco de circunferencia concéntrica con el cilindro hueco rotatorio (100)

y de diámetro relativo en el rango 26%-150% respecto al ancho

25 máximo del perfil.
2. Perfil aerodinámico con sustentación híbrida (2) para una pala de aerogenerador (1), según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho perfil

3 O conformará la pala en la región de la raíz (lA) y en concreto en la subregión superior (lAquot;) yen la región intermedia (1B).
3. Perfil aerodinámico con sustentación híbrida (2) para una pala de

35 aerogenerador (1), según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque el borde de ataque exterior (10') Y el borde de ataque interior (10quot;) se distribuirán en la longitud de pala a cubrir, en una pluralidad de tramos independientes, con una longitud de cilindro hueco rotatorio (100) que como mínimo decuplique su diámetro.