MX2008014116A - Sistema de proteccion contra rayos para aspa de rotor de turbina eolica y metodo para fabricar dicha aspa. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un aspa (5) de rotor de turbina eólica que tiene una punta (10) de aspa y un sistema de protección contra rayos. El aspa del rotor incluye al menos un receptor (7) de rayos ubicado en la superficie del aspa a una distancia exterior (Lex) desde el extremo distante de la punta (10) del aspa y una base (11) para los receptores de rayos en el interior del aspa (5) del rotor, dispuesta a una primera distancia interior (Ljl) desde el extremo distante de la punta (10) del aspa. Para evitar la formación de arcos eléctricos internos desde la superficie (18) del aspa hacia la base (11) de los receptores de rayos en caso de que el rayo no pegue en el receptor (7), el aspa del rotor incluye además un medio (22a) para cambiar al menos una propiedad eléctrica del aspa (5) del rotor en la base (11) de los receptores de rayos, en comparación con las propiedades eléctricas del aire ambiental. Estos medios son por medio del llenado de una parte del aspa, por ejemplo, con poliuretano. La invención se refiere a además a un método para fabricar un aspa (5) de rotor de turbina eólica.

Description

SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA RAYOS PARA ASPA DE ROTOR DE TURBINA EÓLICA Y MÉTODO PARA FABRICAR DICHA ASPA CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un aspa de rotor de turbina eólica de conformidad con el preámbulo de la reivindicación 1 y un método para fabricar un aspa de rotor de turbina eólica.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El que los rayos peguen en las turbinas eólicas ha sido siempre un problema . que demanda atención, debido a que los daños que provocan en los componentes de la turbina eólica reducen el tiempo de operación de la misma y a que aumentan los costos de operación de la turbina eólica. La tendencia en la tecnología de las modernas turbinas eólicas ha sido hacia la fabricación de turbinas eólicas cada vez más grandes, lo que aumenta la susceptibilidad de éstas a ser golpeadas por los rayos . Las aspas del rotor son los componentes de una turbina eólica que están en mayor riesgo de ser golpeadas por los rayos . Por lo que se han creado sistemas que protegen a las aspas del rotor de las turbinas eólicas contra la incidencia de rayos.

Algunos de estos sistemas utilizan una capa metálica conductora de corriente, en la superficie exterior de las puntas de las aspas de una turbina eólica, o, incluso, puntas de aspa hechas de metal. La capa metálica o la punta metálica están conectadas con un conductor de bajada a tierra interno al aspa y, en consecuencia, con el potencial de tierra, es decir, actúa como un receptor de rayos de gran tamaño. La solicitud internacional de patente WO 2005/031158 presenta un medio de protección contra rayos, en el cual, la punta del aspa está parcial o totalmente hecha de metal macizo. Otros sistemas tienen, por lo general, uno o más receptores de rayos colocados en la superficie externa del aspa del rotor, el o los cuales están conectados a un conductor de bajada a tierra en el interior del aspa, lo que brinda una trayectoria de baja impedancia a tierra que el rayo seguirá. Un ejemplo de este tipo de sistemas se describe en la solicitud internacional de patente WO 02/48546. Sin embargo, cuando algún rayo pega en el aspa del rotor de una turbina eólica, no siempre lo hace en el o los receptores de rayos . Habrá ocasiones en las que el rayo pegue en la punta del aspa, penetre en la misma y encuentre una trayectoria a tierra formando un arco eléctrico entre la superficie interna del aspa y el conductor de bajada a tierra, aun cuando esta trayectoria a tierra tenga una mayor impedancia, de la que se tendría si el rayo le hubiese pegado directamente al receptor de rayos. La presencia del arco eléctrico en el interior de la punta del aspa del rotor puede provocar daños graves a la misma debido, por ejemplo, al importante aumento en la temperatura dentro del espacio confinado de la punta del aspa del rotor . Por lo tanto, un objeto de la presente invención es presentar un aspa de rotor de turbina eólica que no posea los inconvenientes de los bien conocidos sistemas de protección contra rayos y, en especial, proporcionar un aspa del rotor de turbina eólica que tenga un mejorado sistema de protección contra rayos en lo que respecta a la formación interna de arcos eléctricos. De manera adicional, un objeto de la presente invención es presentar un ventajoso método para producir un aspa de rotor de turbina eólica de conformidad con la presente invención.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La invención proporciona un aspa de rotor de turbina eólica que incluye un medio para cambiar al menos una propiedad eléctrica del aspa del rotor en la base de los receptores de rayos, en comparación con las propiedades eléctricas del aire ambiental al aumentar el campo eléctrico que puede ser resistido o soportado entre la base de los receptores de rayos y la superficie interna del aspa del rotor. De esta manera, al cambiar esa propiedad eléctrica interna, se obtiene un mejorado sistema de protección contra rayos para aspas de turbina eólica. El valor límite, que es cuando se llega a la ruptura dieléctrica dentro del aspa del rotor, aumenta en forma importante y, de esta manera, se evita la formación interna de arcos eléctricos. Cuando el campo eléctrico que puede ser soportado entre la base de los receptores de rayos y la superficie interna del aspa del rotor aumenta, se necesita un valor mucho más elevado para que inicie la ruptura dieléctrica dentro del aspa del rotor. Al aumentar el campo eléctrico soportado hasta un valor que es sustancialmente mayor que el campo eléctrico que puede soportar el aire atmosférico, cuando éste es utilizado como el material de aislamiento interno, puede evitarse la formación de un arco eléctrico dentro de la punta del aspa del rotor y, de este modo, los daños a la misma. Al cambiar la propiedad eléctrica interna, se asegura que la trayectoria del rayo sea por el exterior del aspa, hasta que llegue a un receptor y, en especial, sin que en la superficie del aspa tenga que establecerse una jaula metálica protectora. Con la expresión "base de los receptores de rayos" se hace referencia a cualquier medio para conectar eléctricamente a uno o más receptores de rayos o con un conductor de bajada a tierra de los rayos. Se entenderá que la expresión "propiedades eléctricas" se refiere a la resistividad, conductividad o resistencia dieléctrica. Con la expresión "aire ambiental" se hace referencia al aire atmosférico en el aspa de la turbina eólica y cerca del punto donde se intercepta al rayo. Las propiedades eléctricas del aire ambiental pueden variar con la temperatura, la humedad, la presión, etc . , lo que puede ocurrir en el exterior de un aspa de turbina eólica. En un aspecto de la presente invención, a una segunda distancia interna desde el extremo distante del aspa del rotor se coloca una barrera interna, la cual forma una cavidad definida que va desde la barrera interna hasta el extremo distante de la punta del aspa. De esta manera, la base de los receptores de rayos queda delimitada en el extremo de la punta del aspa del rotor del resto del aspa del rotor dentro de una cavidad definida y cerrada. De aqui que, en el extremo de la punta del aspa del rotor se habilitan varias formas posibles de aumentar la resistencia dieléctrica de la capa de aislamiento entre la superficie interna del aspa del rotor y el conductor de bajada a tierra del rayo. Con la expresión "extremo distante" se hace referencia al extremo de la punta del aspa del rotor que está más alejado de la base del aspa del rotor de la turbina eólica. En otro aspecto de la presente invención, el medio para cambiar al menos una propiedad eléctrica del aspa del rotor aumenta el campo eléctrico soportado entre la base de los receptores de rayos y la superficie interna del aspa del rotor. De aquí que, sea posible aumentar la intensidad del campo eléctrico soportado entre la superficie interna del aspa del rotor y la base de los receptores de rayos y evitar así la formación interna de arcos eléctricos en el caso de les pegue un rayo.

En un aspecto de la presente invención, a una segunda distancia interna Li2 desde el extremo distante del aspa del rotor se coloca una barrera interna, la cual forma una cavidad definida que va desde la barrera interna hasta el extremo distante de la punta del aspa. En un aspecto de la presente invención, la cavidad definida contiene a la base de los receptores de rayos. De esta manera, es posible usar el implante para corregir la posición de la base de los receptores de rayos con respecto a los receptores dentro del aspa del rotor. En un aspecto de la presente invención, la base de los receptores de rayos está incrustada en un implante hecho, por ejemplo, de materiales plásticos o compuestos. De esta manera, mediante un molde es posible crear un implante que tenga la forma precisa y deseada. Por otra parte, es posible, y fácil, ubicar correctamente a la base de los receptores de rayos dentro del implante. En un aspecto de la presente invención, el implante se prefabrica junto con la base de los receptores de rayos y el medio para la conexión con uno o más receptores de rayos y con un conductor de bajada a tierra del rayo. De esta manera, es fácil instalar el sistema de protección contra rayos en la punta del aspa del rotor. En aspectos de la presente invención, el implante tiene una forma que esencialmente está en correspondencia con la de la parte interna de la punta del aspa, como por ejemplo, forma de aleta de tiburón, y tiene aberturas laterales para el contacto entre la base de los receptores de rayos y los receptores, así como eminencias adaptadas para entrar en contacto con la superficie interna del aspa. De esta manera, es posible colocar correctamente al implante y, al mismo tiempo, llenar la mayor parte del volumen interno de la punta del aspa. En un aspecto de la presente invención, una parte de barrera inferior del implante forma parte de la barrera interna. De esta manera, es posible colocar correctamente al implante con respecto a los receptores, al tiempo que establece el volumen de la cavidad cerrada listo para ser llenado con algún tipo de material . En un aspecto de la presente invención, la segunda distancia interna está en el intervalo de 0.2 metros a 2.0 metros y, de preferencia, en el intervalo de 0.2 metros a 0.6 metros del extremo distante de la punta del aspa del rotor de una turbina eólica. De esta manera, los receptores de rayos ubicados en la 52-546 superficie externa del aspa podrían estar colocados a una distancia adecuada del extremo distante del aspa del rotor sin que aumente la probabilidad de que cuando un rayo pegue en el extremo distante del aspa del rotor se formen arcos eléctricos internos. En otros aspectos adicionales de la presente invención, el medio para aumentar el campo eléctrico soportado tiene una resistente dieléctrica sustancialmente mayor que la del aire ambiental, la cual es mayor de 1 x 107 V/m y, de preferencia, está en el intervalo de 2 x 107 a 8 x 107 V/m. Es, de esta manera, que se asegura un adecuado aislamiento eléctrico entre la base de los receptores de rayos y la superficie interna del aspa del rotor. En otro aspecto de la presente invención, el volumen del aire atmosférico dentro de la cavidad definida es menor del 10% del volumen de la cavidad cerrada, de preferencia, menor del 3% del volumen de la cavidad cerrada. Si el material que llena la cavidad cerrada se contamina con un elevado contenido de burbujas de aire atmosférico, la resistencia dieléctrica del material se reduce de manera importante, con lo que la protección contra la formación interna de arcos eléctricos se degrada significativamente, debido a que entre las cavidades 52-546 podrían formarse arcos eléctricos. En otro aspecto de la presente invención, la porción restante del aire atmosférico en el interior de la cavidad definida está distribuido prácticamente en forma homogénea. La distribución homogénea del contenido restante de burbujas de aire dentro de la cavidad cerrada, preferentemente, a lo largo de la transición entre el material que llena la cavidad y la superficie interna del aspa del rotor, asegura que el resto de las burbujas de aire únicamente produzca una reducción pequeña y predecible en la protección del aspa del rotor de la turbina eólica. En un aspecto de la presente invención, el medio para aumentar el campo eléctrico soportado es un material de poliuretano, por ejemplo, un material de poliuretano de dos componentes que no se expande. Este material tiene una elevada resistencia dieléctrica y, por lo tanto, es especialmente adecuado para evitar la formación interna de arcos eléctricos dentro de la cavidad definida. En otro aspecto más de la presente invención, la punta del aspa se prefabrica como una parte separada antes de colocarla en el aspa del rotor de la turbina eólica, por ejemplo, como una unidad para montarse en forma complementaria en un aspa en funcionamiento. De 52-546 esta manera, se aporta otra forma ventajosa para producir una punta de aspa, de conformidad con la presente invención. En un aspecto de la presente invención, la base de los receptores de rayos se conecta a un potencial eléctrico de tierra. De aquí que, se suministra una trayectoria de baja impedancia hacia tierra, misma que será seguida por el rayo y, de este modo, se proporciona la desviación eficaz del rayo. En otro aspecto de la presente invención, al menos una parte del conductor de bajada a tierra del rayo en el interior del aspa del rotor está aislada de los alrededores por medio de una cubierta hecha de un material aislante eléctrico, como por ejemplo, un tubo flexible termocontraible , en toda o en parte de la longitud del conductor de bajada a tierra del rayo. El aislamiento de algunas partes del conductor de bajada a tierra del rayo en el interior del aspa del rotor de la turbina eólica evita la formación interna de arcos eléctricos entre el conductor de bajada a tierra del rayo y otras partes conductoras dentro del aspa del rotor de la turbina eólica y, de este modo, evita los daños a estas partes conductoras y a cualesquiera de los posibles circuitos eléctricos conectados a las mismas. 52-546 En otro aspecto de la presente invención, la base de los receptores de rayos está alojada en un implante prefabricado que contiene un medio para conectar la base de los receptores de rayos con uno o más receptores de rayos y con una conexión a tierra eléctrica. El implante prefabricado proporciona el sustento para la base de los receptores de rayos en el interior de la cavidad cerrada, con lo que es posible colocar con precisión a la base de los receptores de rayos . La invención también proporciona un método para fabricar un aspa de rotor de turbina eólica, donde el método comprende los pasos de : formar al menos dos corazas de aspa; colocar en una de las corazas del aspa la base de los receptores de rayos junto con una conexión hacia un conductor de bajada a tierra del rayo; establecer el contacto al menos entre un receptor de rayos, ubicado en la superficie del aspa a una distancia externa Lex desde el extremo distante del aspa, y la base de los receptores de rayos y entre las dos corazas de aspa; y cambiar al menos una propiedad eléctrica del aspa del rotor en la base de los receptores de rayos, en comparación con las propiedades eléctricas del aire 52-546 ambiental, al aumentar el campo eléctrico soportado entre la base de los receptores de rayos y la superficie interna del aspa del rotor.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La invención se describirá a continuación con referencia a los figuras, en las cuales: La Figura 1 ilustra una turbina eólica grande y moderna . La figura 2 ilustra un sistema estándar de protección contra rayos para un aspa del rotor de una turbina eólica. La figura 3 ilustra la parte interna de un aspa de rotor de una turbina eólica equipada con un sistema de protección contra rayos y el problema de la formación interna de arcos eléctricos . La figura 4a ilustra esquemáticamente una primera modalidad de un sistema de protección contra rayos para el aspa del rotor de una turbina eólica de conformidad con la presente invención. La figura 4b ilustra de manera esquemática otra modalidad de un sistema de protección contra rayos para el aspa del rotor de una turbina eólica de conformidad con la presente invención. Las figuras 5a y 5b ilustran una modalidad preferida de un sistema de protección contra rayos que incluye una base para los receptores de rayos insertada en un implante . La figura 6 ilustra la ubicación del implante con respecto a la superficie interna de un aspa de turbina eólica. La figura 7 ilustra dos corazas de un aspa de rotor de turbina eólica y la construcción del sistema de protección contra rayos de un aspa de rotor de turbina eólica de conformidad con una modalidad preferida de la presente invención. La figura 8 ilustra un método para llenar con un material líquido de relleno la cavidad del extremo distante de un aspa de rotor de turbina eólica.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La Figura 1 ilustra una moderna turbina eólica 1. La turbina eólica 1 tiene una torre 2 montada sobre la cimentación. En la parte superior de la torre 2 hay una góndola 3 de turbina eólica que tiene un mecanismo de orientación. Una flecha de baja velocidad se extiende hacia fuera del frente de la góndola y se conecta con el rotor de la turbina eólica por medio de un buje 4 de turbina eólica. El rotor de la turbina eólica tiene al 52-546 menos un aspa de rotor, en este caso, tres aspas 5 de rotor tal y como se ilustra. Las aspas 5 del rotor pueden cambiar su ángulo de paso con respecto al buje 4, por medio de mecanismos de cambio del ángulo de paso, o pueden estar montadas en forma fija en el buje 4 como aspas inmóviles del rotor. Las aspas 5 del rotor son huecas y, de este modo, tienen una superficie externa y una superficie interna . La figura 2 ilustra un bien conocido sistema de protección contra rayos para un aspa 5 de rotor, el cual incluye uno o más receptores 7 de rayos hechos de un material que conduce la corriente eléctrica. Los receptores están dispuestos en la superficie externa del aspa del rotor y conectados con un conductor 8 de bajada a tierra del rayo, lo cual suministra una trayectoria de baja impedancia hasta una conexión 9 a tierra . Cuando hay tormentas eléctricas, se genera una gran diferencia de potencial eléctrico y, de este modo, un gran campo eléctrico entre las nubes y la superficie de la tierra debido a la acumulación de cargas en las nubes . Cuando la magnitud del campo eléctrico excede la resistente dieléctrica del aire, se presentan las condiciones para una descarga eléctrica 52-546 en forma de un rayo. El elevado potencial eléctrico ioniza las moléculas del aire y llega al punto de ruptura dieléctrica, con lo que las moléculas ionizadas del aire, se convierten en un conductor que se lleva el exceso de carga del campo eléctrico. En el aire atmosférico a temperatura y presión estándar, esto ocurre en el caso de campos eléctricos del orden 3 x 106 V/m. Cuando el rayo 6a pega en un receptor 7 de rayos, el rayo 6a es desviado a través del conductor 8 de bajada a tierra del rayo hasta la conexión a tierra 9. La figura 3 ilustra al sistema de protección contra rayos de la figura 2 y, en especial, lo que puede suceder cuando un rayo pega en la punta 10 del aspa en vez de en el receptor 7 de rayos. El rayo 6a pega inicialmente en la punta 10 del aspa 5 del rotor. Después de lo cual, se acumula un campo eléctrico interno entre la superficie interna 18 del aspa 5 del rotor y el conductor 8 de bajada a tierra del rayo, mismo que está conectado con la conexión a tierra 9. Cuando la magnitud de este campo eléctrico interno excede la resistencia dieléctrica del aire que está entre la superficie interna 18 del aspa 5 del rotor y el conductor 8 de bajada a tierra, donde el 52-546 aire sirve como el medio aislante, entre la superficie interna 18 del aspa 5 del rotor y el conductor 8 de bajada a tierra se forma, por ionización del aire, una trayectoria conductora de electricidad y se genera un arco eléctrico 6b. En especial, dentro del espacio confinado de la punta 10 del aspa del rotor, la generación del arco eléctrico 6b puede provocar graves daños en el aspa 5 del rotor. La figura 4a ilustra la punta extrema de un aspa 5 del rotor de una turbina eólica, la cual está diseñada para evitar la formación interna de arcos eléctricos de conformidad con una primera modalidad de la presente invención. El aspa 5 del rotor de una turbina eólica incluye uno o más receptores 7 de rayos dispuestos a una distancia externa Lex del extremo distante del aspa 5 del rotor. Los receptores 7 de rayos están conectados con la base 11 de los receptores de rayos hecha de un material que conduce la corriente eléctrica. La base 11 está conectada con el conductor 8 de bajada a tierra del rayo, formando para la corriente del rayo una trayectoria de baja impedancia hasta la conexión a tierra 9. Una barrera interna 12 está colocada a una segunda distancia interna Li2 del extremo distante del 52-546 aspa 5 del rotor y forma una cavidad definida y cerrada 13, que se indica por medio del área cuadriculada, donde está colocada la base 11 de los receptores de rayos. Para evitar la formación interna de arcos eléctricos entre la superficie interna 18 del aspa 5 del rotor y la base 11 de los receptores de rayos y, de este modo, con el conductor 8 de bajada a tierra, la cavidad cerrada 13 se llena con un material 22a que tiene una resistencia dieléctrica elevada. La elevada resistencia dieléctrica del material 22a que llena la cavidad asegura el establecimiento de una trayectoria externa para el rayo 6a hasta que llegue a un receptor 7 de rayos . La trayectoria externa tendrá una menor impedancia con respecto al potencial de tierra que una trayectoria interna que va del punto que recibió el rayo en la punta 10 del aspa, que pasa a través del material 22a que llena la cavidad y llega hasta la base 11 de los receptores de rayos. El material 22a puede, en una modalidad preferida, ser un poliuretano de dos componentes que no se expande . Una importante propiedad de este material de poliuretano es su resistencia dieléctrica, debido a que es deseable que resista un campo eléctrico intenso entre la base 11 de los receptores de rayos y, de este modo, entre el conductor 8 de bajada a tierra, y la 52-546 superficie interna 18 del aspa 5 del rotor sin que llegue a la ruptura dieléctrica. Con la finalidad de asegurar la adecuada separación eléctrica entre la superficie interna 18 del aspa 5 del rotor y la base 11 de los receptores de rayos, se prefiere que la resistencia dieléctrica del material de poliuretano, o de los otros materiales dieléctricos que llenan la cavidad, sea considerablemente mayor que la del aire a temperatura, humedad y presión estándar. Es ventajoso que la resistencia dieléctrica sea de al menos 1 x 107 y que, de preferencia, esté en el intervalo de 2 x 107 V/m a 8 x 107 V/m. Debido a que lo que se desea es la propiedad dieléctrica del material de poliuretano, dentro del alcance de la invención se encuentran otros materiales, como por ejemplo, sólidos, líquidos y gases que tengan propiedades dieléctricas semejantes. Un ejemplo de otro material de este tipo podría ser una silicona. Otra importante propiedad del material de poliuretano preferido o de otros materiales adecuados, es que prácticamente no se expandan, debido a que se prefiere que, idealmente, todo el aire atmosférico sea expulsado de la cavidad cerrada 13. Un mayor contenido de aire atmosférico, por ejemplo, en forma de burbujas 52-546 o pequeñas cavidades en el material 22a que llena la cavidad podría arruinar las propiedades dieléctricas de los materiales y, de este modo, la protección contra rayos de la punta 10 del aspa 5 del rotor. Por lo tanto, se prefiere que el volumen de las burbujas de aire atmosférico en la cavidad cerrada 13 no sea mayor del 10% del volumen de la cavidad y, de preferencia, sea menor del 3% del volumen de la cavidad. De manera adicional, se prefiere que todas las burbujas de aire atmosférico remanentes en la cavidad cerrada 13 estén homogéneamente distribuidas entre el material 22a que llena la cavidad y la superficie interna 18 del aspa 5 del rotor. En la figura se ilustra que la base 11 de los receptores de rayos tiene forma de esfera. Por lo general, cuando se trata con voltajes elevados, se prefieren las formas redondas y continuas para evitar que se formen arcos eléctricos entre los bordes. Sin embargo, la base 11 de los receptores de rayos puede adoptar varias formas diferentes. La figura 4b ilustra la punta extrema de un aspa 5 del rotor de una turbina eólica, la cual está diseñada para evitar la formación interna de arcos eléctricos de conformidad con otra modalidad de la presente invención. 52-546 En esta modalidad, los receptores 7 de rayos están conectados con una base 11 para receptores de rayos fabricada como un alambre o varilla directa o como cualquier conexión eléctrica semejante entre los receptores 7. Adicionalmente , la base 11 de los receptores de rayos está conectada con el conductor 8 de bajada a tierra del rayo, formando para la corriente del rayo una trayectoria de baja impedancia hasta la conexión a tierra 9. Las figuras 5a y 5b ilustran una modalidad preferida de un sistema de protección contra rayos que incluye una base 11 para los receptores de rayos y un implante 14. El implante 14 se usa para colocar correctamente a la base 11 de los receptores de rayos dentro de la cavidad 13 definida en la punta del aspa. La figura 5a ilustra al conductor 8 de bajada a tierra del rayo conectado a una base 11 de los receptores de rayos en el extremo del conductor. En una modalidad preferida, se ilustra que la base 11 de los receptores de rayos tiene forma redonda y dos superficies de contacto ubicadas en el lado opuesto de la base. La conexión y la primera parte del conductor 8 de bajada a tierra del rayo cuentan con una cubierta 17, como por ejemplo, un tubo externo o una capa 52-546 exterior de material aislante eléctrico para evitar la formación de arcos eléctricos entre el conductor de bajada a tierra y las demás partes conductoras del aspa 5 del rotor de la turbina eólica. Con un material que tenga una resistencia dieléctrica de al menos 1 x 107 V/m y, de preferencia, de al menos 2 x 107 V/m, se obtendría el aislamiento eléctrico adecuado del conductor 8 de bajada a tierra y de las partes conductoras internas . La figura 5b ilustra al implante con la base 11 de los receptores de rayos insertada, tal y como se observa desde abajo. La línea punteada de la figura ilustra la parte del conductor de bajada a tierra y la base 11 de los receptores de rayos que se insertan en el implante . El implante se forma, de preferencia, en un molde alrededor de la base 11 de los receptores de rayos y la primera parte del conductor 8 de bajada a tierra del rayo está provista de una cubierta 17. El implante puede estar hecho de un plástico o material compuesto cuya resistencia dieléctrica sea considerablemente mayor que la del aire ambiental a temperatura, humedad y presión estándar, por ejemplo, a una T = 20°C, HR = 50% y una P = 1 atm. La resistencia dieléctrica del material del implante pudiera probarse 52-546 utilizando, por ejemplo, la norma AST 149 o la IEC 80243. El implante incluye una parte 16 de barrera inferior que está en correspondencia con la parte interna de la punta del aspa y que tiene forma de cuña en la dirección de la punta del aspa. La parte superior del implante tiene forma de aleta de tiburón con la finalidad de ajustarse dentro de la cavidad definida y, por lo general, llenar dicha cavidad, misma que está cerrada por la parte 16 de barrera inferior. Los dos lados del implante que tienen forma de aleta de tiburón incluyen una abertura 26 de la cual puede extenderse la base 11 de los receptores de rayos para hacer contacto con los receptores 7 integrados en la superficie del aspa del rotor. Uno de los lados del implante también incluye varias proyecciones o eminencias 15 cuya función es colocar correctamente al implante con respecto a la superficie interna 18 del aspa (como se ilustra de manera adicional en la figura 6) . La figura 6 ilustra esquemáticamente la forma en que el implante 14 de la figura 5b está inicialmente fijo con respecto a la superficie interna 18 del aspa 5 del rotor. La superficie interna se ilustra con una 52-546 línea punteada 18 en la cual el implante 14 está establemente colocado con la ayuda de las eminencias 15. Por otra parte, las eminencias aseguran que la distancia entre el implante 14 y la superficie 18 sea la correcta, de tal forma que la superficie de contacto de la base 11 de los receptores de rayos esté en contacto con los receptores 7 de rayos. Después de que el implante 14 ha sido colocado y fijado a la superficie interna 18 del aspa 5 del rotor (como se explicará más adelante en forma adicional) , el volumen de la cavidad está listo para ser llenado con un material 22a de llenado de la cavidad . La figura 7 ilustra de manera esquemática los primeros pasos para producir un aspa 5 de rotor de conformidad con una modalidad preferida de la presente invención . El aspa 5 del rotor incluye una primera coraza 19 de aspa y una segunda coraza 20 de aspa que, cuando se unen con pegamento, forman la porción exterior del aspa 5 del rotor. El primer paso de un método de producción preferido es aplicar el material adhesivo a lo largo de los bordes delantero y trasero de la primera coraza 19 del aspa y de la segunda coraza 20 del aspa.

Parte del material adhesivo participa en el establecimiento de la barrera interna 12 al aplicar en dirección transversal de la primera coraza 19 del aspa y de la segunda coraza 20 del aspa una tira con forma de salchicha a una segunda distancia interna Li2 desde el extremo distante del aspa 5 del rotor. En el segundo paso, el implante 14, prefabricado junto con la base 11 para los receptores de rayos y el conductor 8 de bajada a tierra del rayo, se coloca en la primera coraza de aspa 19 entre la barrera interna 12 y el extremo distante de la primera coraza 19. El implante 14 se fija a la superficie interna por medio tanto de las eminencias del implante como del material adhesivo. El implante prefabricado 14 se utiliza para estabilizar a la base 11 de los receptores de rayos durante el proceso de fabricación posterior. El tercer paso del proceso de producción es unir a la primera coraza 19 del aspa con la segunda coraza 20 del aspa, dejando entre las dos corazas una cavidad cerrada y definida 13, donde se ubicará y fijará el implante prefabricado 14. El siguiente paso es conectar en la parte inferior del aspa 5 una entrada 21 para el material líquido 22b de llenado de la cavidad. Por otra parte, en la parte superior de la cavidad definida y cerrada 13 se conecta una salida 23 para el material líquido 22b de llenado de la cavidad. Después de lo cual, la cavidad cerrada 13 se llena ahora con un material líquido 22b de llenado de la cavidad, como se ilustra en forma esquemática en la figura 8, llena, por ejemplo, con un material de poliuretano no expansivo. La figura 8 ilustra esquemáticamente una vista en sección transversal del extremo de la punta 10 de un aspa 5 de rotor de turbina eólica, de conformidad con una modalidad preferida de la presente invención. Con la finalidad de llenar la cavidad cerrada 13, la entrada 21 para el material líquido 22b de llenado de la cavidad se coloca en la parte inferior de la cavidad cerrada 13 y la salida 23 para el material líquido 22b de llenado de la cavidad se coloca en la parte superior de la cavidad cerrada 13. Para inyectar el material líquido 22b de llenado de la cavidad desde un depósito 25 y a través de la entrada inferior 21 se utiliza una bomba 24 o un medio semejante, expulsando así al aire de la cavidad cerrada 13 a través de la salida superior 23, hasta que la cavidad 13 esté totalmente llena con el material líquido 22b de llenado de la cavidad y prácticamente todo el aire haya sido expulsado de la cavidad definida 13. Después de que la cavidad definida 13 se ha llenado con el material líquido 22b de llenado de la cavidad, a la superficie exterior de la punta 10 del aspa puede aplicarse calor hasta que el material líquido 22b de llenado de la cavidad que está dentro de la cavidad 13 se endurezca o consolide. Finalmente, se retiran tanto la entrada 21 como la salida 23 y a la superficie de la punta 10 se le aplica el acabado. La cavidad puede llenarse con otros materiales, como por ejemplo, un gas inerte a presión tal como hexafluoruro de azufre (SF6) . De manera adicional, el campo eléctrico soportado entre la base 11 de los receptores de rayos y la superficie interna 18 del aspa 5 del rotor puede aumentarse evacuando el aire de la cavidad cerrada 13, formando así un vacío en dicha cavidad. De manera ventajosa, el vacío en la cavidad cerrada 13 se mantiene gracias a una bomba de aire o dispositivo semejante que vacía o evacúa el aire de la cavidad cerrada hasta una presión menor de 2 x 10"3 Pa. De manera alternativa, el aspa del rotor de la turbina eólica de conformidad con la presente invención puede fabricarse en dos partes con una punta 52-546 de aspa separada que contiene a la base de los receptores de rayos y al menos un receptor de rayos dispuesto en la superficie externa de la punta del aspa . La punta del aspa separada puede fabricarse usando una variedad de formas diferentes, por ejemplo, con un implante una cavidad cerrada que está llena con alguno de los materiales arriba mencionados. La invención ha sido ilustrada en lo anterior con referencia a ejemplos específicos de un sistema de protección contra rayos para turbinas eólicas. Sin embargo, debe entenderse que la invención no está limitada a los ejemplos particulares anteriormente descritos, sino que puede ser diseñada y alterada en una multitud de variedades dentro del alcance de la invención como se especifica en las reivindicaciones. 52-546 Lista de referencia En los dibujos, los siguientes números de referencia se refieren a: I. Turbina eólica. 2. Torre de la turbina eólica. 3. Góndola de la turbina eólica. 4. Buje del rotor de la turbina eólica. 5. Aspa del rotor de la turbina eólica. 6a. Rayo. 6b. Arcos eléctrico en el interior del aspa del rotor de la turbina eólica. 7. Receptor de rayos del aspa de turbina eólica. 8. Conductor de bajada a tierra del rayo. 9. Conexión a tierra. 10. Punta del aspa. II. Base de los receptores de rayos. 12. Barrera interna que define una cavidad en el interior de la punta del aspa. 13. Cavidad cerrada definida dentro de la punta del aspa. 14. Implante para ubicar a la base de los receptores de rayos. 15. Eminencias para ubicar al implante en la punta del aspa. 52-546 16. Parte de barrera del implante. 17. Cubierta de material aislante eléctrico. 18. Superficie interna del aspa de turbina eólica . 19. Primera coraza del aspa. 20. Segunda coraza del aspa. 21. Entrada para el material líquido de llenado de la cavidad. 22a. Material de llenado de la cavidad. 22b. Material líquido de llenado de la cavidad . 23. Salida para el aire y el material líquido de llenado de la cavidad. 24. Bomba para bombear hacia la cavidad cerrada un material líquido de llenado de la cavidad. 25. Depósito de un material líquido de llenado de la cavidad. 26. Aberturas laterales en el implante. L±1. Primera distancia interna entre el conductor de bajada a tierra o la base de los receptores de rayos y la parte interna del extremo distante de la punta del aspa. Li2. Segunda distancia interna entre la barrera interna y la parte interna del extremo distante de la punta del aspa. 52-546 Lex: Distancia exterior entre el receptor de rayos y el extremo distante de la punta del aspa. 52-546

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES I 1. Aspa (5) de rotor de turbina eólica que tiene una punta (10) de aspa y un sistema de protección contra rayos, el aspa incluye: al menos un receptor (7) de rayos en la superficie estator del aspa a una distancia externa (Lex) del extremo distante de la punta (10) del aspa y una base (11) para los receptores de rayos en el interior del aspa (5) dispuesta a una primera distancia interna (Lix) desde el extremo distante de la punta (10) del aspa, caracterizada porque el aspa del rotor incluye un medio (22a) para cambiar al menos una propiedad eléctrica del aspa (5) del rotor en la base (11) de los receptores de rayos, en comparación con las propiedades eléctricas del aire ambiental al aumentar el campo eléctrico que puede ser resistido o soportado entre la base (11) de los receptores de rayos y la superficie interna (18) del aspa (5) del rotor. 2. Un aspa (5) de rotor de turbina eólica según la reivindicación 1, caracterizada porque a una segunda distancia interna (Li2) desde el extremo distante del aspa del rotor está colocada una barrera interna (12), que define así una cavidad definida (13) 52-546 desde la barrera interna (12) hasta el extremo distante de la punta (10) del aspa. 3. Un aspa (5) de rotor de turbina eólica según la reivindicación 2, caracterizada por que la cavidad definida (13) contiene a la base (11) de los receptores de rayos . 4. Una aspa (5) de rotor de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que la base (11) de los receptores de rayos está insertada en un implante (14) hecho, por ejemplo, de plástico o de materiales compuestos. 5. Una aspa (5) de rotor de turbina eólica según la reivindicación 4, caracterizada porque el implante (14) está prefabricado junto con la base (11) de los receptores de rayos y el medio para conectarse con uno o más receptores (7) de rayos y un conductor (8) de bajada a tierra del rayo. 6. Un aspa (5) de rotor de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 4 o 5, caracterizada por que el implante (14) tiene una forma que, esencialmente, está en correspondencia con la parte interna de la punta del aspa, por ejemplo, forma de aleta de tiburón, así como aberturas laterales (26) para el contacto entre la base (11) de los receptores de rayos y los receptores (7) . 52-546 7. Un aspa (5) de rotor de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizada por que el implante (14) contiene eminencias (15) adaptadas a la superficie interna del aspa. 8. Un aspa (5) de rotor de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizada por que una parte de barrera inferior (16) del implante (14) forma parte de la barrera interna (12) . 9. Un aspa (5) de rotor de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 8, caracterizada porque la segunda distancia interna (Li2) está en el intervalo de 0.1 a 2.0 metros, por ejemplo, entre 0.2 metros y 0.6 metros desde el extremo distante del aspa (5) del rotor de la turbina eólica. 10. Un aspa (5) de rotor de turbina eólica, según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que el medio (22a) para aumentar el campo eléctrico soportado tiene una resistencia dieléctrica sustancialmente mayor que la del aire ambiental . 11. Un aspa (5) de rotor de turbina eólica según la reivindicación 10, caracterizada porque el material (22a) de llenado de la cavidad tiene una 52-546 resistencia dieléctrica mayor de 1 x 107 Volt/metro, por ejemplo, en el intervalo de 2 x 107 Volt/metro a 8 x 107 Volt/metro. 12. Un aspa (5) de rotor de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 11, caracterizada por que el volumen del aire atmosférico en la cavidad definida (13) es menor del 10 por ciento del volumen de la cavidad, de preferencia, menor del 3 por ciento del volumen de la cavidad. 13. Un aspa (5) de rotor de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 12, caracterizada porque la porción restante del aire atmosférico en el interior de la cavidad definida (13) está esencialmente distribuido en forma homogénea. 14. Un aspa (5) de rotor de turbina eólica, según una o más de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que el medio (22a) para aumentar el campo eléctrico soportado es un material de poliuretano, por ejemplo, un material de poliuretano de dos componentes que no se expande. 15. Un aspa (5) de rotor de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la punta (10) del aspa se prefabrica como una parte separada antes de unirla al aspa (5) del rotor de la turbina eólica, por ejemplo, 52-546 como una unidad para instalarla de manera complementaria en un aspa en funcionamiento. 16. Una aspa (5) de rotor de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que la base (11) de los receptores de rayos está conectada al potencial de tierra eléctrica por medio de un conductor (8) de bajada a tierra del rayo . 17. Un aspa (5) de rotor de turbina eólica según la reivindicación 16, caracterizada por que al menos una parte del conductor (8) de bajada a tierra del rayo en el interior del aspa (5) del rotor está aislada de los alrededores por medio de una cubierta (17) hecha de un material aislante eléctrico, como por ejemplo, tubería flexible termocontraible en una parte o en toda la longitud del conductor (8) de bajada a tierra del rayo. 18. Turbina eólica que tiene un sistema de protección contra rayos y al menos un aspa de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17. 19. Método para fabricar un aspa (5) de rotor de turbina eólica, donde el método comprende los pasos de : formar al menos dos corazas (19 y 20) de aspa; 52-546 colocar en una de las corazas del aspa una base (11) para los receptores de rayos junto con una conexión hacia un conductor (8) de bajada a tierra del rayo ; establecer el contacto al menos entre un receptor (7) de rayos, ubicado en la superficie del aspa a una distancia externa (Lex) desde el extremo distante de la punta (10) del aspa, y la base (11) de los receptores de rayos y entre las por lo menos dos corazas (19 y 20) de aspa; y cambiar al menos una propiedad eléctrica del aspa (5) del rotor en la base (11) de los receptores de rayos, en comparación con las propiedades eléctricas del aire ambiental, al aumentar el campo eléctrico soportado entre la base (11) de los receptores de rayos y la superficie interna (18) del aspa (5) del rotor. 20. Método para fabricar un aspa (5) de rotor de turbina eólica según la reivindicación 19, donde al menos una barrera interna (12) está colocada en el extremo distante de al menos una coraza del aspa (5) del rotor con la finalidad de definir una cavidad definida (13) que se extiende una segunda distancia interna (Li2) desde la barrera interna (12) hasta el extremo distante de la punta (10) del aspa. 21. Método para fabricar un aspa (5) de rotor 52-546 de turbina eólica según las reivindicaciones 19 o 20, donde la base (11) de los receptores de rayos y el conductor (8) de bajada a tierra del rayo están insertados y conectados con un implante prefabricado (14) . 22. Método para fabricar un aspa (5) de rotor de turbina eólica según la reivindicación 21, donde el implante prefabricado (14) está adaptado a una superficie interna (18) del aspa por medio de las eminencias (15) del implante (14) . 23. Método para fabricar un aspa (5) de rotor de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 22, donde una parte (16) de barrera inferior del implante (14) se usa como parte de la barrera interna (12) . 24. Método para fabricar un aspa (5) de rotor de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 20 a 23, donde con un material que tiene una resistencia dieléctrica sustancialmente mayor que la resistencia del aire ambiental se llena la cavidad definida (13) . 25. Método para fabricar un aspa (5) de rotor de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 24, donde se aplica calor en las proximidades del aspa, por ejemplo, en la superficie 52-546 exterior de las corazas del aspa que define al aspa (5) del rotor de la turbina eólica. 26. Método para fabricar un aspa (5) de rotor de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 20 a 25, donde el material llena la cavidad definida (13) desde una posición inferior y la cavidad (13) está ventilada desde una posición superior, por ejemplo, la posición más baja y más alta de la cavidad (13), respectivamente. 52-546