ES2613578A1 - Pala de aerogenerador que comprende un sistema pararrayos equipada con material absorbente de radar - Google Patents

Pala de aerogenerador que comprende un sistema pararrayos equipada con material absorbente de radar Download PDF

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Abstract

Sistema pararrayos para palas de aerogeneradores equipadas con Material Absorbente de Radar (RAM). El RAM y el sistema pararrayos están dispuestos para garantizar el rendimiento del sistema pararrayos y la integridad del RAM. El sistema pararrayos comprende receptores de rayos (21, 21', 21'') situados en una región de punta (12) y uno o dos conductores de bajada (23, 23') dispuestos en el interior de la pala de aerogenerador (10) para conducir corrientes de rayo a tierra. El RAM cubre toda pala de aerogenerador (10), excepto la región de punta (12) y comprende al menos una capa funcional (31) y una capa reflectante (33) conectada a uno o dos conductores de bajada (23, 23') por medio de cables auxiliares (29, 29').

Description

PALA DE AEROGENERADOR QUE COMPRENDE UN SISTEMA PARARRAYOS EQUIPADA CON MATERIAL ABSORBENTE DE RADAR
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
5
La inclusión de material absorbente de radar (RAM, iniciales de “Radar Absorbing Material”) en palas de material compuesto de aerogeneradores para reducir su reflectividad al radar de modo que no interfieran con sistemas de radar tales como sistemas de control de tráfico aéreo, sistemas meteorológicos o sistemas marinos es conocida. 10
WO 2010/122350 A1 describe un combinado de material preimpregnado que comprende una primera y una segunda capas impregnadas con un material de matriz tal como una resina para ser utilizado particularmente en palas de aerogeneradores. La primera capa es una capa funcional de RAM y la segunda capa es una capa ligante que comprende un medio ligante para facilitar la unión 15 del combinado de material preimpregnado a un revestimiento de gel.
US 2012/0207612 A1 describe una pala de aerogenerador que comprende una estructura multicapa de material compuesto que incluye una primera capa reflectante y una segunda capa con una pluralidad de elementos análogos a un circuito resistivo (CA, iniciales de “Circuit Analogue”). Los 20 elementos CA están sintonizados con el fin de interactuar con dicha primera capa para proporcionar una absorción de energía electromagnética (EM) en un rango de frecuencia deseado. Los parámetros de los elementos de CA pueden variarse para proporcionar la sintonización de frecuencia y para mantener la absorción en un rango específico de frecuencias a pesar de una separación 25 variable de capas y para asegurar al mismo tiempo que las propiedades mecánicas de la capa CA son compatibles con la integración en la pala de aerogenerador.
WO 2015/061670 A1 describe un laminado de material compuesto para palas de aerogeneradores apropiado para la atenuación de la reflexión de la 30 radiación electromagnética en las bandas S o X hasta un máximo de -20 dB. El laminado de material compuesto comprende en particular una o más capas
funcionales que tienen un circuito impreso para la absorción de la radiación electromagnética incidente sobre el laminado de material compuesto y una capa conductora.
Ninguna de dichas solicitudes de patente menciona ninguna relación entre el RAM y la protección contra rayos. 5
US 2014/0118177 A1 describe una pala de aerogenerador en el que el RAM incluye un elemento de tierra que tiene una conductividad eléctrica y/o una constante dieléctrica que es mayor en presencia de un campo eléctrico con una frecuencia mayor o igual a 1 GHz que en presencia de un campo eléctrico que tiene una frecuencia menor o igual de 10 MHz. El elemento de tierra puede ser 10 ajustado para ser altamente reflectante en las frecuencias de radar y poco reflectante en las frecuencias de descargas de rayos.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
15
La invención proporciona una pala de aerogenerador con RAM y un sistema pararrayos que están dispuestos para garantizar el rendimiento del sistema pararrayos y la integridad del RAM. El sistema pararrayos comprende receptores de rayos situados en una región de punta situada entre el extremo de la pala y una sección transversal en un radio R que tiene una longitud que oscila 20 entre el 80-90% de la longitud de la pala y uno o dos conductores de bajada dispuestos en el interior de la pala de aerogenerador para conducir la corriente del rayo a tierra. El RAM cubre toda la pala de aerogenerador, excepto la región de punta, y comprende al menos una capa funcional y una capa reflectante en el laminado de cada concha de la pala de aerogenerador. Las capas reflectantes 25 están conectadas al/a los conductor/es de bajada en al menos dos secciones transversales en radios R1, R2 de una longitud que oscila, respectivamente, entre el 0-20% y entre el 80-90% de la longitud de la pala por medio de cables auxiliares.
En una realización, se elimina el tramo del conductor de bajada entre dos 30 parejas de cables auxiliares.
En una realización, la pala de aerogenerador comprende además “caps” hechos de un material compuesto de fibra de carbono ya sea en las zonas interiores de las conchas o en las vigas de pala que también están conectados a los cables auxiliares. Si la pala de aerogenerador comprendiera “caps” hechos de un material compuesto de fibra de vidrio no estarían conectados a los cables 5 auxiliares.
Ventajosamente, las capas reflectantes son mallas metálicas hechas de uno de los siguientes materiales: cobre, latón, aluminio, acero, acero inoxidable.
Ventajosamente, las capas reflectantes y los “caps” hechos de material compuesto de fibra de carbono comprenden primeros y segundos terminales 10 (tales como pletinas metálicas) embebidos en el laminado de material compuesto de las conchas de la pala de aerogenerador para facilitar su conexión a los cables auxiliares.
En una primera realización, la capa externa del laminado de las conchas es una capa funcional. 15
En una segunda realización, el laminado de las conchas comprende al menos una capa funcional y una capa reflectante embebidas entre capas de material compuesto de fibra de vidrio.
En una tercera realización, el laminado de las conchas comprende dos capas funcionales y una capa reflectante embebidas entre capas de material 20 compuesto de fibra de vidrio.
Otras características deseables y ventajas de la invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada y de las reivindicaciones adjuntas en relación con las figuras que se acompañan.
25
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Las Figuras 1a, 1b y 1c son vistas esquemáticas en sección transversal de tres realizaciones de un laminado de material compuesto de una concha de una pala de aerogenerador con Material Absorbente de Radar. 30
Las Figuras 2a y 2b son vistas esquemáticas en planta y en sección transversal de una pala de aerogenerador que tiene conchas de un material
compuesto que incluye Material Absorbente de Radar y un sistema pararrayos según la invención.
Las Figuras 3a, 3b, 3c y 3d son diagramas esquemáticos que ilustran la protección contra rayos del Material Absorbente de Radar de la pala de aerogenerador en cuatro realizaciones de la invención. 5
Las Figuras 4a-4b y 5a-5b son diagrama esquemáticos y vistas en sección transversal de una pala de aerogenerador que incluye “caps” de material compuesto de fibra de carbono ilustrando dos realizaciones de la protección contra rayos del Material Absorbente de Radar.
10
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Como se señaló en los Antecedentes, el laminado de las conchas de una pala de aerogenerador formado por capas de material compuesto deberá incorporar como Material Absorbente de Radar (RAM) una o más capas 15 funcionales con características específicas de resistividad y una capa reflectante conductora para evitar que reflejen emisiones electromagnéticas incidentes de sistemas de radar.
Las capas de material compuesto se componen de materiales de resina y fibras con altas propiedades mecánicas que forman láminas rígidas unidas 20 entre sí después del curado proporcionando la resistencia mecánica requerida mecánica (dureza, resistencia a la tracción, etc.). Las capas de material compuesto pueden comprender telas de fibra de vidrio o fibra de carbono y resinas de epoxi o poliméricas. También pueden comprender otras fibras tales como aramidas, fibras de basalto o fibras de boro, así como resinas poliméricas 25 tales como poliésteres o ésteres de vinilo.
Los documentos de patente mencionados en los Antecedentes describen diversas alternativas para las capas funcionales y la capa reflectante. Por ejemplo el documento WO 2015/061670 describe una capa funcional hecha de fibra de vidrio y tinta conductora (basada en carbono) y una capa reflectante 30 que puede ser una hoja, malla o lámina hecha de aluminio, cobre o carbono.
Respecto a la disposición de las capas mencionadas en el laminado de las conchas de las palas de aerogenerador según la presente invención se incluyen, en particular, laminados con una capa funcional 31 como capa externa del laminado y una capa reflectante 33 embebida entre capas 30 de un material compuesto de, preferentemente, fibra de vidrio (ver Figura 1a), laminados con 5 una capa funcional 31 y una capa reflectante 33 embebidas entre capas 30 de un material compuesto de, preferentemente, fibra de vidrio (ver Figura 1b) y laminados con dos capas funcionales 31, 31’ y una capa reflectante 33 embebidas entre capas 30 de un material compuesto de, preferentemente, fibra de vidrio (ver Figura 1c). 10
El laminado de las conchas de las palas de aerogenerador puede incluir también un recubrimiento (no mostrado en las Figuras) de un material apropiado para protegerlo de la erosión y otros daños causados por agentes atmosféricos tales como el viento y la lluvia.
A fin de evitar que el RAM puede ser dañado por un rayo, la invención 15 propone, en primer lugar, separar claramente una primera parte 11 de la pala de aerogenerador 10 que incorpora RAM de una segunda parte 12 que incluye unos receptores de rayos 21, 21', 21'' en una región de punta extendida desde un radio R que tiene una longitud comprendida entre el 80-90% de la longitud de la pala de aerogenerador hasta el final de la pala y, en segundo lugar, conectar 20 las capas reflectantes 33 (embebidas en los laminados de material compuesto de las conchas 13, 15) a un conductor de bajada 23 (o a dos conductores de bajada 23, 23' unidos a los largueros 14, 16 de la pala) del sistema pararrayos de la pala de aerogenerador 10 que conduce a tierra las corrientes recibidas por receptores de rayos 21, 21', 21'' por medio de cables auxiliares 29, 29' que equi-25 potencializan las capas reflectantes 33 de las conchas 13, 15 y el conductor de bajada 23 (ver Figuras 2a, 2b).
Las capas funcionales 31, 31' de las conchas 13, 15 no están conectadas al conductor de bajada 23 o conductores de bajada 23, 23' debido a que tienen una porción muy baja de material metálico y por consiguiente el riesgo de ser 30 dañadas por cualquier flujo de corriente de rayo es muy bajo. En diversas
realizaciones las capas funcionales 31, 31' comprenden elementos metálicos que no están conectados entre ellos de modo que no son capas conductoras.
La invención es aplicable a palas de aerogenerador 10 con capas reflectantes 33 hechas de cualquier material conductor y particularmente aplicable a palas de aerogenerador 10 que tienen una malla metálica de cobre, 5 latón, aluminio, acero o acero inoxidable como capas reflectantes 33. La distancia entre una capa reflectante 33 y una capa funcional 31 o 31' puede estar entre 0.3-40mm.
En la realización ilustrada en la Figura 3a las capas reflectantes 33 de las conchas 13 y 15 están conectadas a través de dos parejas de cables auxiliares 10 29, 29' en secciones transversales en unos radios R1, R2 que tienen, respectivamente, unas longitudes comprendidas entre el 0-20% y entre el 80-90% de la longitud de la pala a un primer tramo 24’ del conductor de bajada 23 en la región de punta y a un segundo tramo 24’’ desde la segunda pareja de cables auxiliares 29, 29’ hasta su conexión a tierra. 15
En la realización ilustrada en la Figura 3b las capas reflectantes 33 de las conchas 13 y 15 están equi-potencializadas con un conductor de bajada 23 a través de dos pares de cables auxiliares 29, 29' en secciones transversales en unos radios R1, R2 que tienen, respectivamente, unas longitudes comprendidas entre el 0-20% y entre el 80-90% de la longitud de la pala. 20
En la realización ilustrada en la Figura 3c las capas reflectantes 33 de las conchas 13 y 15 están equi-potencializadas con un conductor de bajada 23 a través de dos pares de cables auxiliares 29, 29' en secciones transversales en unos radios R1, R2 que tienen, respectivamente, unas longitudes comprendidas entre el 0-20% y entre el 80-90% de la longitud de la pala y a través de dos 25 pares adicionales de cables auxiliares 29, 29' en radios intermedios entre R1 y R2.
En la realización ilustrada en la Figura 3d las capas reflectantes 33 de las conchas 13 y 15 están equi-potencializadas con dos conductores de bajada 23, 23' a través de dos pares de cables auxiliares 29, 29' en secciones transversales 30 en unos radios R1, R2 que tienen, respectivamente, unas longitudes comprendidas entre el 0-20% y entre el 80-90% de la longitud de la pala.
En la realización ilustrada en las Figuras 4a y 4b las conchas 13 y 15 comprenden también “caps” 19 de material compuesto de fibra de carbono en sus áreas interiores que, como las capas reflectantes 33, están equi-potencializadas con un conductor de bajada 23 a través de dos pares de cables auxiliares 29, 29' en secciones transversales en unos radios R1, R2 que tienen, 5 respectivamente, unas longitudes comprendidas entre el 0-20% y entre el 80-90% de la longitud de la pala.
En la realización ilustrada en las figuras 5a-5b las conchas 13 y 15 comprenden también “caps” 19 de material compuesto de fibra de carbono en sus áreas interiores que, como las capas reflectantes 33, están equi-10 potencializadas con los conductores de bajada 23, 23' a través de dos pares de cables auxiliares 29, 29' en secciones transversales en unos radios R1, R2 que tienen, respectivamente, unas longitudes comprendidas entre el 0-20% y entre el 80-90% de la longitud de la pala.
Como se ilustra en las Figuras 3a-3c, 4a y 5a las capas reflectantes 33 15 están provistas de terminales 37 (típicamente pletinas metálicas) que permanecen embebidas en el laminado de material compuesto de las conchas 13, 15 para facilitar su conexión con los cables auxiliares 29, 29'. Del mismo modo los “caps” 19 ilustrados en las Figuras 4a, 5a están provistos de terminales apropiados 39. 20
La principal ventaja de la invención es que garantiza el funcionamiento del sistema pararrayos de la pala de aerogenerador 10 y la integridad del Material Absorbente de Radar después de un impacto de rayo permitiendo con ello la instalación de aerogeneradores en ubicaciones cercanas a aeropuertos, radares meteorológicos y otras ubicaciones de emisiones de radar. 25
Aunque la presente invención ha sido descrita en relación con diversas realizaciones, se apreciará a partir de la descripción que se pueden hacer diversas combinaciones de elementos, variaciones o mejoras en ella, y están dentro del alcance de la invención según se define en las reivindicaciones adjuntas. 30
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