MX2015001372A - Calentamiento de palas por resistencia cfk. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a una pala de rotor (1) de una instalación de energía eólica (100), que comprende: un dispositivo de calentamiento (33) dispuesto en la pala de rotor (100) en la región de su superficie de pala de rotor, para calentar la pala de rotor (1), en donde el dispositivo de calentamiento (33) presenta tiras de calentamiento eléctricamente conductoras (2); y las tiras de calentamiento (2) se extienden en forma sinusoidal, ondulada o en forma de zigzag, con una amplitud, que define una amplitud sinusoidal, una altura de onda o bien una altura de diente, y una longitud de onda, que define una longitud de periodo, una longitud de onda o bien una separación entre dientes, en donde la amplitud y/o la longitud de onda varían a lo largo de las tiras de calentamiento (2), a efectos de así variar de a secciones una potencia de calentamiento específica por área, del dispositivo de calentamiento (33).

Description

CALENTAMIENTO DE PALAS POR RESISTENCIA CFK Campo de la Invención La invención se refiere a una pala de rotor de calentamiento de una instalación de energía eólica. Además, la invención se refiere a un procedimiento para calentar una pala de rotor de una instalación de energía eólica, y la invención se refiere a una instalación de energía eólica. Además de ello, la presente invención se refiere a un descargador de sobretensiones a ser configurado en una pala de rotor, y la invención se refiere a un dispositivo de calentamiento para calentar una pala de rotor. Por otra parte, la invención se refiere a un procedimiento para diseñar un dispositivo de calentamiento.

Antecedentes de la Invención En las palas de rotor de las instalaciones de energía eólica, bajo temperaturas inferiores a 0 °C o un poco por arriba de los 0 °C, pueden presentarse congelaciones o deposiciones de hielo. De acuerdo con el estado de la téenica, este problema se contrarresta mediante calentadores en las palas de rotor. Un procedimiento para descongelar, o quitar el hielo de, una pala de rotor de una instalación de energía eólica es la conocida del documento EP 0842360. Este procedimiento tiene por objeto hallar un procedimiento lo más sencillo posible desde el punto de vista constructivo y con Ref. 253664 ello económico, pero sin embargo efectivo, para evitar las desventajas resultantes de las congelaciones de las palas de rotor. De acuerdo con el documento mencionado se logra el objetivo haciendo que un medio portador de calor, calentado, después de recorrer un espacio hueco situado en el lado de la nariz de la pala, es guiado bajo correspondiente entrega de calor hacia determinadas regiones de la pared de la pala hacia un espacio hueco situado en el lado de canto posterior de la pala, y es evacuado desde este espacio hueco mencionado en último término. Después de la introducción de aire caliente en la raíz de la pala dicho aire caliente se enfría a lo largo del eje longitudinal de la pala (radio de la pala). Esto tiene la desventaja que el efecto de deshelado en el lugar de la máxima incidencia del hielo, a saber la punta de la pala, ya se ha reducido considerablemente.

Por ello, la invención tiene el objetivo de abordar por lo menos uno de los problemas mencionados en lo que precede. En especial, debería proponerse una solución que pueda poner a disposición un desempeño de calentamiento lo más selectivamente posible, y que se adapte a la correspondiente posición a lo largo de la pala de rotor. Por lo menos debería proponerse una solución alternativa.

Breve Descripción de la Invención De acuerdo con la invención se propone una pala de rotor de conformidad con la reivindicación 1. De conformidad con ella, se propone un dispositivo de calentamiento que está dispuesto en la región de la superficie de la pala de rotor, a efectos de calentar la pala de rotor. La disposición en la región de la superficie de la pala de rotor significa en especial que este dispositivo de calentamiento está dispuesto en una carcasa exterior o envuelta exterior o en la carcasa o envuelta exterior de la pala de rotor. A tal efecto, el dispositivo de calentamiento puede estar incorporado o incrustado en esta carcasa exterior; en especial en el caso de una carcasa exterior hecha de material sintético reforzado con fibras, puede estar incluido por laminación dentro de dicho material. Además, también es posible fijarlo directamente en la parte interior de la carcasa exterior; por ejemplo, puede estar adherida en forma plana.

El dispositivo de calentamiento presenta tiras de calentamiento, y las tiras de calentamiento tienen una configuración sinusoidal, ondulada y/o en forma de zigzag. Su configuración puede explicarse muy bien en idioma usual con ayuda de un desarrollo sinusoidal, lo que a continuación se efectúa parcialmente. Sin embargo, los efectos descritos y utilizados en este caso no se limitan a una forma sinusoidal en el sentido estrictamente matemático. Lo que interesa es que las tiras de calentamiento no se extienden en forma directamente lineal o bien estirada, sino que debido a su configuración sinusoidal, ondulada o en forma de zigzag se desvían de una de tales configuraciones lineales, en especial rectilíneas. Gracias a esta configuración, cada tira de calentamiento está configurada en una franja y con ello en un área, en lugar de solamente a lo largo de una línea. En este caso, las franjas o bien estas áreas están dispuestas paralelamente a la superficie de la pala de rotor en la región correspondiente. Con referencia a la forma sinusoidal esto significa que la misma oscila paralelamente a la superficie de la pala.

Una función sinusoidal tiene una amplitud y un periodo de una duración dada. Junto con una posición de fase que en este caso es de importancia secundaria, estos valores caracterizan un desarrollo sinusoidal. De manera similar, una amplitud caracteriza la altura de la onda en los casos de desarrollo ondulado, y una amplitud caracteriza la altura de los dientes en el caso de un desarrollo en forma de zigzag. La longitud del periodo describe la separación entre un valor de punta y el siguiente, o desde un paso de la curva por cero hasta el siguiente paso por cero. En este sentido, la longitud de onda describe también la separación entre dos crestas de onda en el caso de una configuración ondulada o bien la separación entre dos picos de dientes adyacentes en el caso de la configuración en forma de dientes. A tal efecto, a efectos de resumir y de unificar para el desarrollo sinusoidal, el desarrollo ondulado y también para el desarrollo en forma de zigzag, se habla predominantemente de "longitud de onda".

Ahora bien se propone, que varíe la amplitud y/o la longitud de onda a lo largo de las tiras de calentamiento, a efectos de así variar de a secciones una potencia de calentamiento especifica por de área, del dispositivo de calentamiento.

En este caso, el concepto básico consiste en que mediante la variación de la amplitud y/o de la longitud de onda, manteniéndose fija la distancia entre el punto inicial y punto final de la correspondiente tira de calentamiento, se aumenta sin embargo la longitud efectiva para calentar la tira de calentamiento y con ello se eleva la potencia de calentamiento de este tramo entre los mencionados puntos inicial y final.

Las tiras de calentamiento son eléctricamente conductoras, y para calentar se les aplica una correspondiente corriente eléctrica de calentamiento. De conformidad con el juego de nudos de Kirchoff, esta corriente de calentamiento tiene el mismo valor a lo largo de cada tira de calentamiento y provee por lo tanto la misma potencia de calentamiento en cada sección de tira de igual longitud de la tira de calentamiento. Mediante una reducción de la longitud de onda es posible lograr una mayor cantidad de secciones de igual longitud de una tira de calentamiento sobre la misma área, con lo cual se eleva la potencia de calentamiento de dicha área. De esta manera, aumenta también la potencia de calentamiento específica por área. Una elevación de este tipo es fundamentalmente también posible mediante una elevación de las amplitudes, en donde esto para la consideración de una única tira de calentamiento individual conduciría en primera instancia a un mayor ancho en el que se extiende dicha tira de calentamiento. Si se utilizan varias tiras de calentamiento que se extienden paralelamente y fundamentalmente oscilantes en fase, es posible lograr una elevación de las amplitudes con tan sólo un reducido aumento del ancho de la franja de calentamiento en la cual están dispuestas estas tiras de calentamiento.

Es preferible que en cada caso las amplitudes y las longitudes de onda se extiendan paralelamente a la superficie de la pala de rotor. De esta manera, las tiras de calentamiento configuran una disposición plana, y esta disposición plana está dispuesta paralelamente a la superficie de la pala de rotor y en su proximidad, y puede calentar allí de manera selectiva la superficie de la pala de rotor. Cabe tener presente que el calentamiento tiene el objetivo de impedir una congelación o formación de hielo o de resolver esta situación. En este aspecto, se necesita la potencia de calentamiento en la superficie de la pala de rotor.

Es preferible que las tiras de calentamiento se extiendan en la dirección longitudinal de la pala de rotor. De esta manera, es posible colocar inicialmente las tiras de calentamiento en la dirección desde la raíz de pala hacia la punta de la pala de rotor y de manera correspondiente abarcar regiones largas de la pala de rotor. Gracias a la orientación en el eje longitudinal de la pala de rotor y mediante la variación en especial de la longitud de onda es posible lograr una variación de la potencia de calentamiento específica por área en la dirección longitudinal de la pala de rotor. Con ello y por medio de la variación propuesta de la potencia de calentamiento específica por área en la dirección longitudinal de la pala de rotor es posible tener en cuenta el hecho de que cabe prever una congelación especialmente fuerte en la región de la punta de la pala de rotor. De esta manera, es posible adaptar localmente de modo sencillo la potencia de calentamiento específica, es decir referida a la posición a lo largo de la pala del rotor.

A título preferencia se propone también que las tiras de calentamiento presenten en dirección hacia la punta de la pala de rotor una longitud de onda constante y/o una amplitud menor.

La potencia de calentamiento específica por área se ajusta preferentemente por intermedio de la selección de la correspondiente distancia entre las tiras de calentamiento adyacentes, la selección de la longitud de onda de las tiras de calentamiento y la selección de la amplitud de las tiras de calentamiento.

También es ventajoso que sea posible compensar una amplitud reducida por medio de una reducción de la longitud de onda. Si, por ejemplo, debido a un reducido espacio físico disponible se hace necesaria una reducción de la amplitud, podría esto conducir a una reducción de la potencia de calentamiento específica por área, que podría elevarse nuevamente mediante una reducción de la longitud de onda, a efectos de así crear una compensación.

De conformidad con una modalidad, se propone que las tiras de calentamiento estén incorporadas o incluidas como fibras de carbón o como mechas de fibras de carbón en la pala de rotor. Se propone una configuración de este tipo en especial cuando la pala de rotor, por lo menos en la región de su carcasa exterior, se fabrica de material sintético reforzado con fibras, en especial de material sintético reforzado con fibras de carbón. En este caso, las fibras de carbón o las mechas de fibras de carbón están adaptadas a su utilización en un material de este tipo o bien dentro de una estructura de este tipo. De esta manera, la realización de la carcasa exterior puede limitarse a los materiales ya conocidos.

Sin embargo, cabe tener en cuenta que desde el punto de vista práctico las tiras de calentamiento no pueden proveer ningún aporte a la estabilización de la pala de rotor, por cuanto no están colocadas linealmente. Por ello la estabilidad y con ello el diseño de la estabilidad de la pala de rotor, es independiente de estas tiras de calentamiento. Esto facilita el diseño.

Con ello las tiras de calentamiento hechas de fibras de carbón o de mechas de fibras de carbón pueden preverse de manera y modos sencillos y configuran un material muy adecuado como resistencia eléctrica de calentamiento, por cuanto, dicho en términos simples, poseen una conductividad eléctrica que sin embargo es comparativamente reducida, en todo caso en comparación con los conductores metálicos usuales.

De conformidad con una modalidad se propone que las tiras de calentamiento estén divididas en grupos de calentadores consistentes en varias tiras de calentamiento conectadas en paralelo y que varios grupos calentadores estén conectados entre sí en serie. De conformidad con ello, varias tiras de calentamiento, por lo general muchísimas, que forman parte de un grupo calentador, se conectan paralelamente entre sí y también están conectadas paralelamente entre sí, por el hecho de que eso están acoplados entre sí en un punto inicial en común y en un punto final en común. En cuanto a su forma sinusoidal, forma ondulada y/o forma en zigzag, también es preferible que las tiras de calentamiento de un grupo calentador se extiendan paralelamente entre sí, en especial aproximadamente en fase.

Varios de tales grupos calentadores se conectan eléctricamente en serie, en especial a lo largo de la dirección longitudinal de la pala de rotor, también en una fila. Gracias a esta conexión en serie fluye la misma corriente a través de cada grupo calentador. Si también cada grupo calentador presenta en cada caso la misma cantidad de tiras de calentamiento, que también dentro de un grupo calentador presenten el mismo valor eléctrico, también fluirá la misma corriente en cada tira de calentamiento. Por intermedio de la variación o bien de la diferente selección de las longitudes de onda de las tiras de calentamiento para diversos grupos calentadores, es posible ajustar una potencia de calentamiento específica por área para cada uno de estos grupos calentadores. Sin embargo, de la misma manera o también como alternativa es posible hacer variar de esta manera una potencia de calentamiento específica por área dentro de un grupo calentador.

En términos generales, esta variación de las amplitudes y/o de las longitudes de onda a lo largo del eje longitudinal de la pala de rotor permite un ajuste continuo o bien sin escalas de la potencia de calentamiento específica por área correspondientemente deseada en cada caso. En este aspecto, esto puede tener lugar independientemente de un esquema de conexiones determinado en grupos calentadores o de otra manera, y se hace posible solamente gracias a la variación de las longitudes de onda y/o de las amplitudes.

Es preferible que el dispositivo de calentamiento esté dispuesto en su conjunto o bien en forma de grupos, en dirección perimetral alrededor de la pala de rotor, a saber alrededor del eje de la pala de rotor. Por lo tanto, de conformidad con esta modalidad se evita una subdivisión en dirección perimetral del dispositivo de calentamiento y/o de los grupos calentadores. Para esta disposición se prefiere también que el dispositivo de calentamiento esté incorporado en la carcasa de la pala, en especial que esté incluido en dicha carcasa de pala.

Sin embargo, de conformidad con una modalidad, y a efectos de por ejemplo simplificar una estructuración, es posible proveer de forma unitaria para diversos grupos calentadores diversas amplitudes y/o diversas longitudes de onda. Si se asocia un grupo calentador determinado a una determinada longitud de onda y a una determinada amplitud, es posible de esta manera asociar el grupo calentador a la correspondiente potencia de calentamiento específica por área, para una corriente de calentamiento prefijada.

En otra modalidad se propone que la pala de rotor presente un sistema pararrayos eléctrico, para desviar un rayo. A tal efecto se prevé además que el dispositivo de calentamiento se halle acoplado al sistema pararrayos por intermedio de tramos de chispa o por intermedio de otro equipamiento de protección contra sobretensiones o bien descargador de sobretensiones de manera tal que existe una separación galvánica, siempre y cuando no impacte ningún rayo en la pala de rotor y el descargador de sobretensiones o bien el tramo de chispa sean recorridos o bien puenteados por la corriente eléctrica cuando debido a la descarga de un rayo se induce una tensión eléctrica en el dispositivo de calentamiento de la pala de rotor. Con ello el dispositivo de calentamiento está acoplado al sistema pararrayos, pero en operación normal está separado galvánicamente de éste. Por lo tanto, esta unión con el sistema pararrayos no influye sobre la operación normal del dispositivo de calentamiento.

Un descargador de sobretensiones de este tipo puede estar configurado por ejemplo como un diodo correspondientemente dimensionado o como varistor, o bien contener elementos constructivos de este tipo. Por lo menos parcialmente en función de la dirección de la corriente, tales elementos constructivos conducen la corriente eléctrica recién a partir de una determinada tensión, por lo que presentan una resistencia eléctrica muy elevada, lo que en este caso también significa que no se los designa como galvánicamente conductores. El descargador de sobretensiones desvía sobretensiones y en este aspecto es una protección contra sobretensiones, y en la presente solicitud el concepto "protección contra sobretensiones" se emplea como sinónimo de "descargador de sobretensiones". Una modalidad posible del descargador de sobretensiones es un tramo de chispas que en este aspecto se describe para diversos descargadores de sobretensiones, tampoco expuestos en la presente.

Sin embargo, si ahora incide un rayo en la pala de rotor, puede llevarse a cabo una compensación o equilibrado de potenciales por intermedio de este tramo de chispas. Una compensación de potenciales de este tipo se hace necesaria en especial cuando en la pala de rotor incide un rayo que causa una elevada corriente en el sistema pararrayos y que con ello induce una tensión en el dispositivo de calentamiento, en especial en las tiras de calentamiento. Esta tensión debe ser desviada o bien compensada, en especial para proteger el dispositivo de calentamiento, para lo cual se han previsto las tramos de chispas o bien otros equipamientos de protección contra sobretensiones.

De conformidad con una modalidad, se propone que al inicio y al final del dispositivo de calentamiento y entre cada grupo calentador si halle dispuesto en cada caso un descargador de sobretensiones, en especial un tramo de chispas, para el acoplamiento del dispositivo de calentamiento al sistema pararrayos. De esta manera, se evita una elevada tensión sobre la totalidad del tramo del dispositivo de calentamiento que se induciría en caso de impactar un rayo, ya que se han logrado compensaciones del potencial en las regiones intermedias, a saber entre los grupos calentadores, por intermedio de los tramos de chispas. La tensión máxima aplicable en este caso está delimitada para cada grupo calentador a la tensión que también se induciría en exactamente este grupo calentador antes de que la tensión produzca una chispa en un tramo de chispas.

Es preferible que la pala de rotor presente una raíz de pala y una punta de pala y que el dispositivo de calentamiento esté dividido en dos secciones conectadas en serie. Desde aquí se extiende la primera sección desde la raíz de la pala hacia la punta de la pala y la segunda sección de regreso desde la punta de la pala hacia la raíz de la pala. Estas dos secciones pueden ahora acoplarse de manera sencilla en la región de la raíz de la pala a un suministro de corriente eléctrica, a efectos de poner allí a disposición la corriente eléctrica de calentamiento. La corriente eléctrica de calentamiento fluye, expresada en términos sencillos, a través de la primera sección hacia la punta de la pala y de regreso a través de la segunda sección desde la punta de la pala. Como alternativa, es también posible proveer un conductor de suministro desde la raíz de la pala hasta la punta de la pala, cuando el dispositivo de calentamiento no está subdividido de la manera descrita ni de una manera similar.

Además de ello, de conformidad con la invención se propone una instalación de energía eólica que presente un rotor con por lo menos una pala de rotor. Sin embargo, usualmente se proveen tres palas de rotor. Esta instalación de energía eólica se caracteriza porque sus palas de rotor presentan un dispositivo de calentamiento y en especial están configurada de la manera como se ha descrito en lo que precede de conformidad con por lo menos una modalidad. De esta manera, es posible emplear la instalación de energía eólica también para situaciones en los que puede presentarse una deposición de hielo.

De conformidad con la invención se propone además un descargador de sobretensiones, en especial un tramo de chispas, que están preparados para establecer un acoplamiento entre un sistema eléctrico pararrayos situado en una pala de rotor y un dispositivo de calentamiento para calentar la pala de rotor. El descargador de sobretensiones, o bien los tramos de chispa, están preparados para establecer el acoplamiento de manera tal que haya una separación galvánica mientras no incida ningún rayo en la pala de rotor y que la corriente pasa o salte por arriba del descargador de sobretensiones o bien el tramo de chispa, es decir que tiene lugar un salto de chispas, cuando debido al impacto de un rayo en la pala de rotor, a saber y en especial en el sistema pararrayos, se induce una tensión eléctrica en el dispositivo de calentamiento. Por lo tanto, en operación normal el tramo de chispas impide una unión galvánica. En el caso de impactar un rayo el descargador de sobretensiones o bien el tramo de chispa está dimensionado de manera tal que la tensión que se establece en este caso puede conducir a un salto de chispa. El descargador de sobretensiones o bien el tramo de chispa están también dimensionados de manera tal que la operación de calentamiento normal en el que el dispositivo de calentamiento recibe corriente eléctrica para calentar, no conduce a un salto de chispa en el tramo de chispa. Sin embargo, al mismo tiempo el tramo de chispa u otro descargador de sobretensiones deben estar dimensionados, en especial han de presentar una separación tan reducida, que en caso de una tensión inducida por la descarga de un rayo pueda tener lugar un salto de chispas, antes de que una tensión de este tipo llegue a un nivel de tensión que ponga en peligro el dispositivo de calentamiento.

Es preferible que el descargador de sobretensiones esté realizado en forma en cápsula, en especial en forma de módulo, de manera tal que en caso de la descarga de un rayo y del salto de chispas resultante en el descargador de tensiones se evite el peligro de incendio o explosión para los elementos que rodean el descargador de sobretensiones y sea posible retirar el descargador de tensiones desde fuera desde la pala de rotor (1) y/o insertarlo en la pala de rotor (1) desde fuera. En caso de la descarga de un rayo, en el descargador de sobretensiones pueden presentarse elevadas tensiones y/o elevadas corrientes, de poca duración, cuya influencia sobre los elementos rodantes, en especial sobre las carcasas de pala de rotor u otros elementos de la pala de rotor puede tener un efecto destructivo y se evita gracias al encapsulado propuesto, o por lo menos se limita dicha influencia. A título de ejemplo, en este caso pueden evitarse explosiones en la pala de rotor que en caso contrario podrían originarse debido a un salto de chispa por sobretensión de este tipo.

De conformidad con una modalidad, el descargador de sobretensiones está configurado como tramo de chispas que presenta un receptor y una púa de chispa. El receptor está conectado al sistema pararrayos y representa a tal efecto una unión galvánica. En este aspecto, sobre el receptor puede también incidir un rayo que por intermedio del mismo llega seguidamente al sistema pararrayos. La púa de chispa está unida al dispositivo de calentamiento y fundamentalmente está aislada con respecto al receptor. Se establece una separación de chispas entre el receptor y la púa de chispas, que se elige de manera tal de establecer una tensión de salto de chispa, a saber aquella tensión en la que salta una chispa entre la púa de chispas y el receptor. De esta manera es posible establecer una tensión de salto de chispa por intermedio de la separación entre púa de chispa y receptor, a saber la separación de chispa. Es preferible que la separación de chispa sea regulable. A tal efecto, pueden llevarse a cabo por una parte ajustes durante la instalación, y por otra parte es también posible llevar a cabo una adaptación cuando se haya modificado la separación, por ejemplo, debido a deposiciones o incrustaciones. Una separación de este tipo entre púa de chispa y receptor también puede establecerse de otra manera, y a tal efecto no es necesario utilizar ninguna púa, sino que puede elegirse otra forma, por ejemplo una superficie esférica.

Es preferible que el receptor y por lo menos una púa de chispa o por lo menos un aislador estén firmemente unidos entre sí. En este aspecto la púa de chispa y el receptor, conjuntamente con el aislador y eventualmente otros elementos, pueden configurar una unidad fija. Están preferentemente configurados como módulo, de manera tal que por lo tanto este módulo pueda ser retirado desde la pala de rotor desde fuera o ser insertado en ésta. En especial en el caso de la descarga de un rayo, y basado en ello un salto de chispa entre la púa de chispa y el receptor, puede este tener una influencia sobre la tensión de salto de chispa. Eventualmente es necesario regular la separación entre el receptor y la púa de chispa, llevar a cabo una limpieza y/o reparar algo en este tramo de chispa. A tal efecto, puede ser posible retirar un módulo de este tipo, a efectos de repararlo, o para insertar un módulo de reemplazo.

De conformidad con la invención, se propone también un procedimiento para diseñar un dispositivo de calentamiento, en donde: - el dispositivo de calentamiento presenta tiras de calentamiento eléctricamente conductoras; y - las tiras de calentamiento se extienden en forma sinusoidal, en forma ondulada o en forma de zigzag, con - una amplitud que define una amplitud sinusoidal, altura de onda o bien altura de pico; - una longitud de onda que define una longitud de onda, una longitud de onda o bien una separación entre picos, en donde - la amplitud y/o longitud de onda varían a lo largo de las tiras de calentamiento, a efectos de así variar de a secciones una potencia de calentamiento específica por área, del dispositivo de calentamiento, en donde el dispositivo de calentamiento está subdividido en varias secciones de calentamiento, y se eligen de a secciones la amplitud, la longitud de onda y una separación entre las tiras de calentamiento de manera tal que para una corriente eléctrica de calentamiento se obtenga una potencia de calentamiento específica por área prevista para la sección de calentamiento del caso.

Con ello tiene lugar el diseño de un dispositivo de calentamiento para una pala de rotor de manera tal que se aprovechan selectivamente la amplitud y la longitud de una onda así como también las separaciones entre tiras de calentamiento adyacentes, a efectos de ajustar la potencia de calentamiento específica por área, deseada o establecida como necesaria. Con ello, y gracias a estos tres parámetros es posible tener en cuenta otras magnitudes de influencia, como por ejemplo el tamaño constructivo presente en cada caso, que puede ser tenido en cuenta mediante tiras de calentamiento separadas a menor distancia entre sí, menos separadas entre sí.

Por otra parte, de conformidad con la invención se propone un dispositivo de calentamiento que está previsto para calentar una pala de rotor de una instalación de energía eólica y que está configurado como se ha descrito en lo que precede en conjunto con la descripción de por lo menos una de las modalidades de la pala de rotor.

Por otra parte, de conformidad con la invención se propone un procedimiento para calentar una pala de rotor. Este procedimiento emplea preferentemente un dispositivo de calentamiento de este tipo y se aplica sobre una pala de rotor de conformidad con por lo menos una de las modalidades anteriormente descritas. En este caso se aplica corriente eléctrica sobre el dispositivo de calentamiento de manera tal de calentar el dispositivo de calentamiento y con ello por lo menos una parte de la pala de rotor en cuya región está dispuesto el dispositivo de calentamiento. Esta aplicación de corriente eléctrica tiene lugar cuando deba asumirse o preverse una deposición de hielo sobre la pala de rotor, en especial bajo condiciones meteorológicas correspondientes, a saber temperaturas cercanas al punto de congelación y una determinada humedad del aire y también un intervalo de velocidades del viento. Además, o en lugar de ello también es posible reconocer una deposición de hielo existente, por ejemplo ópticamente o en base al comportamiento de la instalación de energía eólica, para mencionar tan sólo unos pocos ejemplos.

Además, tiene que lograr una descarga de una tensión inducida en el caso de la descarga de un rayo. Si en el caso de la descarga de un rayo en el sistema pararrayos de la pala de rotor, se induce una tensión en el dispositivo de calentamiento debido a este impacto de rayo, por intermedio de por lo menos un tramo de chispa será desviado directamente hacia el sistema pararrayos y/o directamente hacia una conductor de puesta a tierra. Por lo demás, el procedimiento propuesto funciona como se explicó anteriormente en relación a por lo menos una modalidad de una pala de rotor.

Breve Descripción de las Figuras Seguidamente se explica la invención con mayor detenimiento con ayuda de modalidades dadas a título de ejemplo y haciéndose referencia a las figuras adjuntas.

La Figura 1 muestra una pala de rotor de conformidad con una modalidad de la invención.

La Figura 2 muestra una modalidad de un tramo de chispa.

La Figura 3a muestra una sección de una pala de rotor de conformidad con una modalidad de la invención, en una vista esquemática en corte.

La Figura 3b muestra una pala de rotor de conformidad con una modalidad en una vista esquemática en corte.

La Figura 4a muestra un dispositivo de calentamiento y con ello un sistema de calentamiento de fibras de carbón de conformidad con una modalidad de la invención.

La Figura 4b muestra un dispositivo de calentamiento que está subdividido en una primera sección y una segunda sección.

La Figura 4c muestra esquemáticamente un dispositivo de calentamiento de conformidad con la Figura 4b, en donde para una mejor visualización se han representado grupo calentadores individuales como elementos separados. instalación de energía eólica en una representación en perspectiva.

Descripción Detallada de la Invención La Figura 1 muestra esquemáticamente una modalidad de una pala de rotor 1 de conformidad con la invención, que a lo largo de su eje longitudinal está atravesado por tiras de fibra de carbón 2. Ellas se han introducido en forma de una función sinusoidal que oscila paralelamente a la superficie de la pala. La amplitud de la función sinusoidal decrece desde la raíz de pala 3 hacia la punta de pala 4. Dado que el perímetro de la pala se reduce gradualmente hacia la punta de pala, en este caso las tiras estarán más juntas entre sí que en la raíz de la pala. Con ello crece el aporte de energía con respecto a la superficie de la pala. Esto es ventajoso por cuanto en operación la punta de la pala se mueve con una mayor velocidad tangencial u orbital que la raíz de la pala, y por lo que es más propenso a la deposición de hielo. El circuito se cierra mediante un conductor 5 que aquí sólo se ha representado esquemáticamente.

En este caso, con ello aumenta la potencia de calentamiento específica por área forzosamente debido a la disposición más angosta de las tiras de calentamiento, a saber las tiras de fibra de carbón 2. Sin embargo, mediante una selección correspondiente de la longitud de las ondas es posible ajustar la potencia de calentamiento específica deseada por área.

También puede reconocerse que en la dirección del movimiento de la pala de rotor, es decir transversalmente con respecto a la dirección longitudinal de la pala de rotor 1, es posible influir sobre la potencia de calentamiento específica por área modificando las separaciones entre las tiras de calentamiento 2. De esta manera, es posible variar la potencia de calentamiento específica por área tanto en la dirección longitudinal de la pala de rotor, a saber mediante la selección de la longitud de onda y de la amplitud, como también en la dirección transversal con respecto al eje longitudinal de la pala de rotor, a saber en la dirección del movimiento, mediante la selección correspondiente de la separación entre las tiras de calentamiento, en especial tiras de fibras de carbón.

La Figura 1 muestra además una subdivisión del dispositivo de calentamiento 33 en grupos calentadores 35, a saber seis grupos calentadores 35 en el ejemplo mostrado. Cada grupo calentador 35 presenta varias tiras de calentamiento 2, a saber las tiras de fibras de carbón 2, que están conectadas en paralelo entre sí en cada caso en cada grupo calentador 35. En cambio, los grupos calentadores 35 están conectados en serie entre sí. La raíz de pala 3 y la punta de pala 4 presentan en cada caso un nudo eléctrico, en el que las tiras de calentamiento 2 están unidas en cada caso eléctricamente entre sí. En este aspecto, esta raíz de pala 3 y la punta de pala 4 constituyen extremos exteriores del dispositivo de calentamiento 33 o bien un inicio y un final.

Dado que las tiras de fibras de carbón 2 son eléctricamente conductoras, configuran lugares potenciales de descargas de rayos. Por ello tiene sentido acoplar las mismas al sistema pararrayos 6 de la pala, que en este caso solamente se ha representado de manera esquemática. El sistema pararrayos 6 es llevado habitualmente dentro de la pala por un inserto metálico 7 en la punta de la pala que llega a la raíz 3 de la pala. A distancias regulares a lo largo del eje longitudinal de la pala se unen las tiras de fibras de carbón por intermedio de conductores 8 al sistema pararrayos 6. A efectos de no cortocircuitar el circuito de corriente en la operación de calentamiento, en los conductores 8 se ha previsto un tramo de chispa 9.

Sin embargo, en caso de recibirse la descarga de un rayo debería evitarse en todo caso que el rayo incida de hecho en las tiras de fibra de carbón 2, ya que esto debería conducir muy probablemente a la destrucción de las tiras de fibras de carbón 2. Sin embargo, de la misma manera la descarga de un rayo puede ocasionar una elevada corriente en el sistema pararrayos 6 y con ello inducir una tensión en las tiras de fibras de carbón 2 y con ello en todo caso en los grupos calentadores individuales 35. De esta manera, cada grupo calentador 35 está acoplado por intermedio de dos tramos de chispas 9 al sistema pararrayos 6. De este modo, una tensión de este tipo, inducida por la descarga de un rayo, es descargada para cada grupo calentador 35 por intermedio del correspondiente tramo de chispa 9.

La Figura 2 muestra una posible modalidad de los tramos de chispa. La tira de fibras de carbón 2, que en este caso es representativa de varias tiras de fibras de carbón 2 conectadas en paralelo, es unida por intermedio del conductor 8.1 galvánicamente con el elemento púa 10, que presenta una púa de chispa 30, que está dispuesta a una distancia predeterminada con respecto a una contracara 32 del receptor de rayo 12, o bien es esencialmente posible fijar la distancia. A tal efecto se ha previsto una rosca de ajuste 40 y una tuerca de ajuste 42. De esta manera la púa de chispa 30 puede ser atornillada para obtener la distancia deseada en la base 44 del elemento púa 10, y es posible fijar esta posición mediante la tuerca de ajuste 42.

El elemento de púa 10 está separado con respecto al receptor de rayos 12 por intermedio de los aisladores eléctricos 11. El receptor metálico de rayos 12 atraviesa la superficie de la pala rota 1 y sirve para atraer los rayos y para su recepción intencional o selectiva. Está unido al sistema pararrayos puesto a tierra 6.

Si incide un rayo en el sistema pararrayos 6 y genera de esta manera una tensión en las tiras de fibras de carbón 2 en por lo menos un grupo calentador 35, en tal caso aumenta la tensión entre el elemento de púa 10 y el receptor de rayos 12 en un grado tal que entre estos elementos se llega a un salto de chispa. En cambio, durante la operación de calentamiento normal no se presenta un salto de chispa. De esta manera la corriente eléctrica con la cual se carga el dispositivo de calentamiento para el calentamiento, no es descargada durante la operación de calentamiento.

La Figura 3a muestra los receptores de rayos 12 en la superficie de la pala. Estos receptores de rayos también pueden aplicarse sin la unión en los tramos de chispa 9, como muestra la Figura 3b para dos de cuatro de los receptores de rayos 12.

En las Figuras 4a, 4b y 4c pueden observarse modalidades de un dispositivo de calentamiento 33, que también puede llevar la denominación de "sistema de calentamiento de fibras de carbón" 13 . Se ha previsto incorporar este dispositivo de calentamiento 33 o bien el sistema de calentamiento de fibras de carbón 13 en una estructura de material sintético reforzado con fibras de una pala de rotor, y en las Figuras 4a, 4b y 4c se muestra el dispositivo de calentamiento 33 o bien el dispositivo de calentamiento de fibras de carbono 13 separado de la pala de rotor.

Para la preparación de una pala de rotor y con ello también del sistema de calentamiento de fibras de carbón 13 o bien de una parte del éstos, es preferible preparar dos semicarcasas o semienvueltas que se indican como semicarcasas 14 en la Figura 4b. En cuanto a éstas semicarcasas también se muestran solamente los elementos del dispositivo de calentamiento. Estas semicarcasas 14 presentan correspondientes tiras de fibra de carbón 2. Durante la fabricación de la pala son introducidos en las correspondientes semicarcasas de pala o bien la forma correspondiente para la fabricación de las semicarcasas de pala, y en especial se los impregna o embebe con la misma resina, a efectos de ser incorporados en las semicarcasas. A su vez, cada una de las semicarcasas 14 se divide en dirección longitudinal en elementos 15, cada uno de los cuales forma un grupo calentador. De esta manera, es posible entre otros simplificar la fabricación. Además de ello, de esta forma es posible llevar a cabo un esquema de conmutaciones como se muestra en la Figura 1 por medio de los conductores 8.1 y 8.2 y los tramos de chispa 9.

Las semicarcasas 14 pueden seguidamente ser yuxtapuestas y conmutadas en común, como indica la Figura 4a, o también se las puede conectar eléctricamente separados o en serie, para lo cual en por ejemplo la región en la que ha de disponerse la punta de pala 4, se crea una unión, y se establece una conexión a una fuente de alimentación en la región que está prevista para la disposición en la raíz de pala 3.

La Figura 5 muestra una instalación de energía eólica 100 con una torre 102 y una góndola 104. En la góndola 104 se halla dispuesto un rotor 106 con tres palas de rotor 108 y un cubo 110. En operación, el rotor 106 es puesto en un movimiento de rotación por el viento, con lo cual acciona un generador en la góndola 104.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (16)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Pala de rotor de una instalación de energía eólica, caracterizada porque comprende: - un dispositivo de calentamiento dispuesto en la pala de rotor en la región de su superficie de pala de rotor, para calentar la pala de rotor, en donde - el dispositivo de calentamiento presenta tiras de calentamiento eléctricamente conductoras; y - las tiras de calentamiento se extienden en forma sinusoidal, ondulada o en forma de zigzag, con - una amplitud, que define una amplitud sinusoidal, una altura de onda o bien una altura de diente, y - una longitud de onda, que define una longitud de periodo, una longitud de onda o bien una separación entre dientes, en donde - la amplitud y/o la longitud de onda varían a lo largo de la tiras de calentamiento, a efectos de así variar de a secciones una potencia de calentamiento específica por área, del dispositivo de calentamiento.

2. Pala de rotor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la amplitud y la longitud de onda están orientadas, cada una de ellas, paralelamente con respecto a la superficie de la pala de rotor.

3. Pala de rotor de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque las tiras de calentamiento se extienden en la dirección longitudinal de la pala de rotor.

4. Pala de rotor de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque las tiras de calentamiento están incorporadas en forma de fibras de carbón, y/o como mechas de fibras de carbón en la pala de rotor.

5. Pala de rotor de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque: las tiras de calentamiento están divididas en grupos calentadores consistentes en varias tiras de calentamiento conectadas en paralelo; y dos o más grupos calentadores están eléctricamente conectados entre sí en serie.

6. Pala de rotor de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque las tiras de calentamiento por cada grupo calentador presentan diferentes amplitudes y/o diferentes longitudes de onda y/o diferentes separaciones entre tiras de calentamiento adyacentes.

7. Pala de rotor de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque: la pala de rotor presenta un sistema de pararrayos para descargar un rayo; y - el dispositivo de calentamiento está acoplado al sistema de pararrayos mediante descargadores de sobretensiones, en especial tramos de chispa, de manera tal que: - hay una separación galvánica mientras no incida ningún rayo en la pala de rotor; y - el correspondiente descargador de sobretensiones, o bien el correspondiente tramo de chispa es atravesado o bien puenteado por corriente eléctrica, cuando debido a la descarga de un rayo en la pala de rotor se induce una tensión eléctrica en el dispositivo de calentamiento.

8. Pala de rotor de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque al inicio y al final del dispositivo de calentamiento y entre cada grupo calentador se halla dispuesto en cada caso un descargador de sobretensiones o bien un tramo de chispa para el acoplamiento del dispositivo de calentamiento al sistema pararrayos.

9. Pala de rotor de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la pala de rotor presenta una raíz de pala y una punta de pala, y el dispositivo de calentamiento: - se extiende con una primera sección desde la raíz de pala hacia la punta de pala; y - se extiende con una segunda sección de regreso desde la punta de pala hacia la raíz de pala; y - ambas secciones están conectadas eléctricamente en serie, y en la región de la pala de raíz están acopladas a un suministro de corriente eléctrica para la puesta a disposición de una corriente eléctrica destinada a calentar el dispositivo de calentamiento.

10. Instalación de energía eólica caracterizada porque comprende un rotor con por lo menos una pala de rotor, en especial tres palas de rotor de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes.

11. Descargador de sobretensiones, en especial tramo de chispa para establecer un acoplamiento entre - un sistema pararrayos eléctrico de una pala de rotor; y - un dispositivo de calentamiento para calentar la pala de rotor; caracterizado porque el descargador de sobretensiones o bien en el tramo de chispa está preparado para establecer el acoplamiento, porque - hay una separación galvánica mientras no incida ningún rayo en la pala de rotor; y - el descargador de sobretensiones o bien el tramo de chispas es atravesado o puenteado por corriente eléctrica cuando debido a la descarga de un rayo en la pala de rotor se induce una tensión eléctrica en el dispositivo de calentamiento.

12. Descargador de sobretensiones de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el descargador de sobretensiones está realizado de manera encapsulada, en especial como módulo, de manera tal que en caso de incidir un rayo y del resultante salto de chispa de tensión en el descargador de tensiones pueda evitarse un peligro de incendio o de explosión para los elementos que rodean al descargador de sobretensiones y sea posible retirar desde fuera el descargador de sobretensiones de la pala de rotor y/o insertar desde fuera el descargador de sobretensiones en la pala de rotor.

13. Descargador de sobretensiones de conformidad con la reivindicación 11 ó 12, configurado como tramo de chispas, caracterizado porque comprende: un receptor para la unión galvánica con el sistema pararrayos; y - una púa de chispa para la unión galvánica con el dispositivo de calentamiento, en donde - una separación de chispa entre el receptor y la púa de chispa establece una tensión de salto de chispa para la que salta una chispa entre la púa de chispa y el receptor, en donde opcionalmente: - es posible ajustar la separación de chispa.

14. Procedimiento para diseñar un dispositivo de calentamiento, caracterizado porque: - el dispositivo de calentamiento presenta tiras de calentamiento eléctricamente conductoras; y las tiras de calentamiento se extienden en forma sinusoidal, ondulada y o en zigzag con una amplitud, que define una amplitud sinusoidal, altura de onda o bien altura de diente, y una longitud de onda, que define una longitud de periodo, una longitud de onda o bien una separación entre dientes, en donde: la amplitud y/o la longitud de onda varía a lo largo de la tiras de calentamiento, a efectos de así variar de a secciones una potencia de calentamiento específica por área del dispositivo de calentamiento, en donde el dispositivo de calentamiento está subdividido en varias secciones de calentamiento y eligiéndose de a secciones la amplitud, la longitud de onda y una separación entre las tiras de calentamiento de manera tal, que para una corriente eléctrica de calentamiento prefijada se obtiene una potencia de calentamiento específica por área prevista para la sección de calentamiento considerada.

15. Dispositivo de calentamiento para calentar una pala de rotor de una instalación de energía eólica, caracterizado porque el dispositivo de calentamiento ha sido diseñado mediante un procedimiento de conformidad con la reivindicación 14 y presente en especial características como las descritas en una de las reivindicaciones 1 a 9.

16. Procedimiento para calentar una pala de rotor, en especial de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque un dispositivo de calentamiento de la pala de rotor, en especial un dispositivo de calentamiento de conformidad con la reivindicación 15, es cargado con una corriente eléctrica a efectos de calentarse a sí mismo y con ello por lo menos parte de la pala de rotor, cuando cabe asumir o prever una deposición de hielo en la pala de rotor, en donde en caso de incidir un rayo en el sistema pararrayos de la pala de rotor la tensión inducida por esta descarga de rayo en el dispositivo de calentamiento es descargada por intermedio de por lo menos un descargador de tensiones, en especial un tramo de chispa hacia el sistema pararrayos y/o hacia un conductor puesto a tierra.