ES2297660T3 - Desviador de rayos para conducir la corriente electrica provocada por el rayo y metodo de fabricacion del mismo. - Google Patents
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Abstract
Desviador de rayos para conducir la corriente eléctrica provocada por el rayo y para ser situado sobre estructuras tales como palas de turbinas eólicas, componentes de aviones, cúpulas y similares con el propósito de proteger frente a rayos, donde el desviador comprende una capa de material no conductor de la electricidad (201) con varios segmentos aislados de material conductor de la electricidad (105) y en el que el desviador está caracterizado porque las partes expuestas de dichos segmentos tienen forma cóncava.
Description
Desviador de rayos para conducir la corriente
eléctrica provocada por el rayo y método de fabricación del
mismo.
La presente invención se refiere a un método de
fabricación de un desviador de rayos para conducir una corriente
eléctrica provocada por un rayo y para ser colocado sobre
estructuras tales como alas de turbinas eólicas, componentes de
aviones, cúpulas y similares, con el propósito de proteger frente a
rayos. La presente invención se refiere además al diseño de una
banda de desviación de rayos.
El creciente desarrollo en el sector de las
plantas de energía eólica se refleja en unidades grandes con torres
cada vez más altas y palas más largas que dan lugar a un mayor
riesgo de ser alcanzadas por un rayo. Las plantas típicamente están
protegidas frente a impactos de rayos, de manera que se atrae una
posible corriente del rayo y se conduce a tierra de una manera
controlada a efectos de que no dañe los elementos sensibles de la
planta de energía eólica. Uno de los métodos más populares para
proteger frente a rayos es la instalación de uno o más de los
llamados receptores de rayos, que son elementos conductores y que
están situados, por ejemplo, en la punta de la pala, y están
conectados a cables conductores internos en las palas. Esto se
conoce a partir del documento EP 0783629, por ejemplo.
Un método similar se ha descrito en el documento
US 6457943 según el cual se construye una pala de turbina eólica
con partes largas de material de fibra de carbono en toda la
longitud de la pala. Las fibras de carbono, que son conductoras,
actúan, de esta manera, como un receptor de rayos y se conduce la
corriente del rayo a través del material y en dirección descendente
hacia los cables conductores situados en el interior. Así pues,
este método se refiere a la construcción de toda la pala, y no sólo
requiere el uso de fibras de carbono en las partes largas de la
pala, lo cual no siempre es deseable, sino también un grosor
específico de las partes de fibra de carbono de manera que el
material pueda conducir la corriente del rayo sin ser dañado.
Normalmente, las palas son la parte más larga de
la planta de energía eólica y, por tanto, tienen un mayor riesgo de
ser alcanzadas por un rayo. Las plantas de energía eólica están
ubicadas, por ejemplo, en el mar en gran número, en forma de
granjas de molinos de viento, resultando en el hecho de que el
servicio y el mantenimiento se vuelven bastante caros y complejos
debido a las condiciones atmosféricas y a las difíciles condiciones
de acceso. La sal del aire se deposita, por ejemplo, en las palas,
volviéndolas de esta manera conductoras, lo que de nuevo aumenta el
riesgo de que sean alcanzadas por un rayo.
En el documento WO 01/77527 se sugiere encolar o
pegar bandas de tiras de cobre sobre las palas y conectar las tiras
a los receptores. Se pretende que las tiras conduzcan una corriente
de rayo a un receptor, desde el que se puede conducir a tierra a
través de un cable. Esto implica que las tiras tengan suficiente
conductividad a efectos de ser capaces de soportar una corriente de
rayo que puede superar los 50 kA. Las tiras se deben cambiar
después de que sean alcanzadas por un rayo, debido al daño provocado
por el fuerte calentamiento resultante de la corriente del rayo, lo
que no sólo significa controlar la planta de energía eólica y el
paro técnico durante el cambio, sino también un gran gasto. Además,
también existe el riesgo de que las tiras se aflojen y, en
consecuencia, afecten negativamente a las propiedades aerodinámicas
de la pala. Por otra parte, las tiras deben estar hechas de un
material pesado, dando como resultado un peso extra no deseado sobre
la pala. Uno de los problemas cuando se diseñan palas largas es
disminuir el peso, dado que el peso por sí mismo no sólo hace que
las palas sean más pesadas, sino también el núcleo, la góndola y la
torre.
Los aviones también están expuestos a impactos
de rayos y, por tanto, deben ser protegidos de los mismos. Los
aviones están equipados con instalaciones de radar, por ejemplo, en
conexión con la navegación, que a menudo están situadas en la proa
del avión a efectos de que estén orientados hacia adelante. Cuando
el equipo de radar está situado en la proa del avión, la proa no
está hecha de aluminio como el resto del avión. Preferentemente, se
fabrica de cierto material plástico, dado que de otra manera el
radar sería incapaz de ver a través de la proa. La proa también
debe ser protegida frente a impactos de rayo, pero se debe realizar
de manera específica a efectos de no interferir con el radar. Desde
los años 60, se conoce la idea de proteger frente a rayos por medio
de las llamadas bandas de desviación de rayos, que pueden tener
distintas formas. Se puede observar un ejemplo en el documento US
4237514, en el que se encola una base, provista con polvo de
aluminio, en bandas a la proa de los aviones, por ejemplo.
El polvo de aluminio no constituye un conductor
continuo, sino partículas conductoras bastante fraccionadas o
segmentadas. Cuando estas partículas metálicas y conductoras se
exponen a un fuerte campo eléctrico, como resultado de ser
alcanzadas por un rayo, tiene lugar un cortocircuito entre las
partículas, y se crea un canal conductor ionizado en el aire sobre
las partículas por el que se puede conducir la corriente del rayo a,
por ejemplo, alguna parte metálica del avión. En lugar del polvo de
aluminio, el documento US 4506311 describe piezas metálicas en
forma de botón o de diamante, que se incorporan de manera separada a
una base en forma de cinta. Tanto las cintas como las bandas están
destinadas a ser instaladas en el exterior de la proa del avión,
sobre la que se sitúan simétricamente de manera radial desde la
punta de la proa. Dicha posición proporciona una buena protección,
pero al mismo tiempo da lugar a una perturbación aerodinámica.
Además, estas bandas tienen los inconvenientes de no durar mucho,
dado que los segmentos se arrancan fácilmente de la base en la que
están incorporados, debido tanto al impacto del rayo como al simple
desgaste. Por tanto, estas cintas a menudo necesitan ser renovadas
cuando han sido expuestas al impacto de un rayo. No obstante, en
muchas aplicaciones esto es muy costoso y poco práctico. Además, se
observa que las bandas de desviación según el documento US 4506311
tienen el problema de que la corriente del rayo puede saltar desde
la parte inferior de los segmentos al siguiente segmento, lo cual
aumenta el riesgo de que la corriente salte a la estructura, que se
debería proteger mediante el desviador. Otro inconveniente es que
es difícil fijar las bandas a las superficies sin estirar
involuntariamente un poco las bandas o cintas, variando por tanto de
esta manera las distancias entre los segmentos. Esto varía de nuevo
la capacidad de despegado de la banda, a la vez que provoca pequeñas
aberturas en el material por las que puede penetrar el agua y
comenzar el deterioro del mismo.
Por tanto, es un objetivo de la presente
invención dar a conocer una banda de desviación segmentada con mayor
vida útil que los modelos existentes y con tan poca capacidad de
despegado como sea posible para ser un conductor de rayo eficaz y
aún, al mismo tiempo, ser sencilla y fácil de colocar, incluso sobre
superficies curvadas. Es un objetivo adicional describir un método
de fabricación de bandas de desviación que es rentable y que,
además, ofrece una alta precisión en cuanto a la distancia de
separación de los segmentos y a su adhesión a la capa inferior.
La presente invención describe un desviador de
rayos para conducir una corriente eléctrica provocada por el rayo y
para ser situado sobre estructuras tales como palas de turbinas
eólicas, componentes de aviones, radomos y similares, con el
propósito de proteger frente a rayos, en el que el desviador
comprende una capa de material no conductor de la electricidad con
varios segmentos aislados de material conductor de la electricidad,
y en el que las partes expuestas de dichos segmentos tienen forma
cóncava. De esta manera se obtiene un desviador de rayos en el que
las formas cóncavas, al tener una mayor circunferencia, aumentan la
conectividad de los segmentos al material no conductor de manera
significativa. Esta conectividad prolonga, a su vez, la vida útil
del desviador, dado que los segmentos no se arrancan, ni por el
desgaste habitual ni por las corrientes del rayo. La buena
conectividad asegura además que la corriente provocada por el rayo
no acabará en la estructura sobre la que está fijado el desviador
y, además, evita la penetración del agua, lo que de otro modo
reduciría la vida útil del desviador.
En una realización adicional de la invención un
desviador de rayos según lo anterior presenta la forma de una
banda. De esta manera la corriente provocada por el rayo puede ser
guiada en la dirección de la banda hasta algún tipo de receptor,
por ejemplo, conectado a medios de tierra. Además, una banda es
fácil de orientar sobre una superficie, según las necesidades
específicas.
En otra realización adicional de la invención,
un desviador de rayos, según todo o parte de lo mencionado
anteriormente, está caracterizado por un número de segmentos
aislados que tienen forma de cruz o de estrella. Estas formas son
ventajosas dado que su conectividad al material circundante puede
ser óptima. Además, se puede controlar convenientemente dónde
saltarán las chispas de un segmento al siguiente, por lo que el
desviador puede ser diseñado para obtener una tensión de cebado
específica óptima. Estas formas hacen posible conseguir un
desviador con una tensión de cebado así como una capacidad de
despegado bajas, lo que es favorable en la mayoría de aplicaciones.
También estas formas son ventajosas dado que la banda de desviación
se puede fabricar utilizando el método de fabricación también
descrito en esta invención.
En una realización, un desviador de rayos, según
la invención, también puede comprender una capa de material que
aumenta la rigidez del desviador de rayos en la dirección
longitudinal de la banda. De esta manera se obtiene una banda de
desviación por medios sencillos, que no puede ser estirada
fácilmente en su dirección longitudinal, mediante lo cual se
asegura que las distancias entre los segmentos permanezcan
invariables durante la aplicación del desviador a las superficies.
Esto es importante, dado que estas distancias definen la capacidad
de despegado de la banda y, por tanto, un cambio variaría las
calidades del desviador en consecuencia.
Un desviador de rayos, según la invención, puede
comprender en otra realización una capa más externa de cinta
adhesiva de doble cara. De esta manera, se consigue un desviador que
está preparado y se puede aplicar fácilmente a una superficie. Esto
aumenta adicionalmente la calidad del desviador dado que una buena
fijación del desviador a la estructura expuesta es esencial para su
funcionamiento y aumenta su vida útil.
Además, la invención se refiere a un desviador
de rayos, según parte o todo lo mencionado anteriormente, en el que
los segmentos están fabricados preferentemente de metal, tal como
acero inoxidable, bronce, cobre, bronce recubierto de níquel o
cobre barnizado y/o el material no conductor de la electricidad se
fabrica preferentemente a partir de un adhesivo, tal como polímero
MS o un material termoplástico o goma. Las ventajas de los mismos
son las que se han descrito anteriormente para el método de
fabricación.
La invención describe además una pala para una
turbina eólica, comprendiendo la pala una estructura de pala de
fibra reforzada y medios para conectar a tierra una corriente
eléctrica provocada por el rayo, donde la pala está equipada con al
menos una banda de desviación según una o más de las realizaciones
mencionadas anteriormente. De esta manera se consigue una pala con
las mismas ventajas que se han descrito anteriormente para una banda
de desviación, según la invención, incluyendo que la pala es capaz
de resistir un número de impactos de rayo, dado que la corriente
eléctrica provocada por el rayo se conduce por un canal ionizado en
el aire por encima de la banda de desviación, teniendo las bandas
de desviación, además, bajo peso, no siendo las bandas de desviación
propensas a las grietas, etc.
Finalmente, la invención describe un método de
fabricación de un desviador de rayos según una o más de las
realizaciones mencionadas anteriormente, comprendiendo las etapas de
ejecutar una serie de orificios en una placa de material conductor
de la electricidad, rellenar dichos orificios al menos parcialmente
con uno o más materiales no conductores de la electricidad y,
posteriormente, dividir la placa, mediante lo cual se obtiene una
capa de material no conductor de la electricidad con varios
segmentos aislados de material conductor de la electricidad.
La invención descrita por lo anterior es
ventajosa en cuanto a que es posible fabricar una o más bandas de
desviación con alta precisión y muy bajas tolerancias. Es posible
controlar todos los parámetros importantes del producto tales como
las distancias entre los segmentos de la banda de desviación
resultante, el área superficial y la calidad de los segmentos, el
grosor de la capa de material no conductor debajo de los segmentos y
la adhesión de los segmentos al material no conductor, parámetros
que son muy importantes para la calidad y efectividad de la banda
de desviación final. Al mismo tiempo el método de fabricación según
la invención no necesita ninguna instalación o maquinaria especial
para su fabricación y es un proceso considerablemente sencillo y
rentable. Además, es sencillo cambiar los parámetros del proceso,
por ejemplo fabricar bandas de desviación con formas diferentes de
los segmentos o de un grosor diferente.
La invención se refiere además a un método de
fabricación de un desviador de rayos según la descripción anterior
en el que la placa se divide en bandas. Haciendo que la división de
la placa en bandas sea una de las últimas etapas del método de
fabricación, se consigue que no sea un número de segmentos aislados
el que se tiene que manejar y disponer en el proceso de producción,
sino que es una placa con orificios. De esta manera, el
posicionamiento de los segmentos en el adhesivo se vuelve un
proceso completamente controlado, que en gran medida asegura la
calidad de las bandas de desviación finales.
Además, la invención se refiere a un método de
fabricación de un desviador de rayos según lo anterior en el que
los orificios de la placa se realizan mediante corte,
preferentemente mediante corte láser o troquelado. Estos métodos de
fabricación son ventajosos dado que son rápidos, aún así es posible
cortar los orificios en la placa con el patrón deseado con un alto
grado de precisión y con la posibilidad de realizar esquinas tanto
afiladas como redondeadas.
En una realización de la invención el material
conductor de la electricidad es preferentemente un metal, tal como
acero inoxidable, bronce, cobre, bronce recubierto con níquel o
cobre barnizado. Los metales, en general, son materiales con buenas
propiedades conductoras de la electricidad y, por tanto, son
ventajosos. Son preferentes los metales con baja tendencia a la
oxidación por el aire circundante. Además, los metales tienen alta
resistencia al desgaste al que está sometido una banda de
desviación sobre una superficie expuesta.
En otra realización de la invención el material
no conductor de la electricidad es preferentemente un adhesivo, tal
como un polímero MS o un material termoplástico o goma. Un adhesivo
es ventajoso en cuanto a que es posible conseguir una buena
conectividad entre los segmentos y el material no conductor. Esto
asegura parcialmente que los segmentos permanecerán en su sitio y
no se desprenderán o serán arrancados por la corriente del rayo, lo
que, de otro modo, disminuiría la funcionalidad de la banda de
desviación o incluso la destruiría. Además, los materiales
mencionados no son caros y tienen buenas propiedades de fabricación
en relación al método de fabricación descrito por la invención. Los
adhesivos mencionados también presentan alta flexibilidad, lo que
asegura que la banda de desviación resultante se puede aplicar
igualmente bien a superficies curvadas o irregulares. También, los
materiales mencionados tienen todos buena resistencia a la luz
ultravioleta y tanto a altas como a bajas temperaturas, asegurando
de esta manera una mayor vida útil. Aún otra ventaja es la
posibilidad de teñir el adhesivo según los deseos específicos.
La invención se refiere además a un método de
fabricación de un desviador de rayos según la primera descripción,
en la que los orificios de la placa se rellenan por lo menos
parcialmente presionando la placa hacia abajo en una capa de
material no conductor de la electricidad. Esto describe una manera
sencilla de incorporar los segmentos en el adhesivo y asegurar que
el adhesivo rodee completamente todos los segmentos.
La invención también describe un método de
fabricación de un desviador de rayos según lo anterior y en la que
el método comprende adicionalmente la aplicación de una capa de
material que aumenta la rigidez del desviador de rayos en la
dirección longitudinal de la banda y de una capa adicional de
material no conductor de la electricidad a la primera capa de
material no conductor de la electricidad. Por tanto, se consigue por
medios sencillos que la banda de desviación resultante no se estire
fácilmente a lo largo de su dirección longitudinal, por ejemplo
durante la aplicación de la banda a una superficie. Dicho
estiramiento se debe evitar dado que variaría las distancias de un
segmento de material conductor al siguiente, variando de esta manera
la tensión de cebado y la capacidad de despegado de la banda. Por
otra parte, el método de fabricación descrito anteriormente no
cambia la capacidad de que la banda de desviación de rayos se pueda
aplicar sobre superficies irregulares y no aumenta el coste del
proceso de manera significativa.
En una realización de la invención, el método de
fabricación de un desviador de rayos tal como se ha descrito
anteriormente comprende además la aplicación de una cinta adhesiva
de doble cara a la capa más externa de material no conductor de la
electricidad. Esta cinta adhesiva de doble cara facilita la
aplicación de la banda de desviación de rayos a la superficie que
se está protegiendo frente a los rayos. Además, la cinta se puede
utilizar durante la fabricación para controlar mejor el proceso
guiando la cinta sobre un soporte sólido.
A continuación se describirán las realizaciones
preferentes de la invención en referencia a las figuras, en las
que
la figura 1 muestra una placa de metal con un
patrón cortado en la misma para la fabricación de un banda de
desviación,
la figura 2 muestra una realización de una banda
de desviación tal como se describe en la invención,
la figura 3 ilustra las etapas de un método de
fabricación de una banda de desviación,
la figura 4 muestra una banda de desviación con
una capa de cinta de doble cara,
la figura 5 muestra las etapas en un método de
fabricación adicional de una banda de desviación,
la figura 6 muestra otra realización de una
banda de desviación según la invención,
la figura 7 muestra otra realización adicional
de una banda de desviación según la invención,
la figura 8 muestra diferentes formas de
segmentos para su uso en la banda de desviación,
las figuras 9 y 10 muestran dos diseños de placa
diferentes con diferentes patrones para su uso en la fabricación de
bandas de desviación,
las figuras 11 y 12 muestran una parte de una
pala para una turbina eólica con bandas de desviación sobre la
superficie de la pala.
La figura 1 muestra una placa (101) utilizada en
la fabricación de un desviador de rayos según la reivindicación 1
tal como se describe a continuación. La placa (101) está hecha de un
material con buenas propiedades de conducción de la electricidad,
preferentemente un metal tal como acero inoxidable, cobre, bronce o
similar. Se cortan varios orificios (102) en la placa (101), por
ejemplo, mediante corte por láser o troquelado. Los orificios (102)
se aplican en un patrón diseñado de manera que la placa puede ser
dividida en una o más bandas (103), tal como muestran las líneas a
trazos (104) en las figuras, en las que la banda posteriormente
consistirá en varios segmentos (105) separados y no conectados
entre sí. La banda (103) no tiene que ser recta necesariamente,
sino que puede tener cualquier forma curvada deseada adecuada para
su propósito. En la realización de la placa, tal como se muestra en
la figura 1, el desviador resultante será una banda con diversos
segmentos en forma de cruz. En las figuras 9 y 10 se muestran
diferentes patrones.
Antes de que se divida la placa (101), los
orificios se rellenan con material no conductor de la electricidad,
preferentemente un adhesivo tal como un polímero MS. También podría
ser un material termoplástico o goma. Posteriormente este material
se vulcaniza. El resultado después de cortar la placa en bandas es
una o más bandas de desviación tal como se muestra en la figura 2
en perspectiva y tal como se observa desde el lateral, consistiendo
en una capa de material no conductor de la electricidad (201) en la
que se sitúan varios segmentos de material conductor de la
electricidad (105). En esta realización de la invención los
segmentos (105) tienen forma de cruz, lo que es ventajoso dado que,
de esta manera, la fijación de los segmentos (105) al material no
conductor (201) es óptima. En las siguientes figuras se muestran
otras formas. Los segmentos están expuestos en el lado superior y
actuarán como atrayentes de rayos. Dado que los segmentos están
aislados y no se tocan entre sí, se ionizará el aire por encima de
la banda y la corriente del rayo se desplazará por un canal ionizado
sobre la banda de desviación. Es importante para la eficacia de la
banda de desviación que los segmentos estén completamente cubiertos
por material no conductor por su parte inferior, de manera que la
corriente provocada por el rayo no pueda desplazarse en dirección
descendente hacia la estructura. También las esquinas (202)
considerablemente afiladas en el extremo de las cruces facilitan el
salto de la corriente del rayo de un segmento al siguiente. Dichas
esquinas reducen de esta manera la tensión de cebado así como la
capacidad de despegado de la banda. Por otra parte, las esquinas
interiores en las cruces (203) se redondean a efectos de minimizar
el riesgo de formación de grietas a partir de las mismas.
La forma de los segmentos en una banda de
desviación también puede variar a lo largo de la longitud de la
banda. Otro parámetro de dimensionado de una banda de desviación es
la distancia o separación (204) entre los segmentos. Cuanto menor
sea la distancia más baja será la tensión de cebado de la banda. Por
tanto, una distancia pequeña será ventajosa. Por otra parte, una
distancia demasiado pequeña puede dar como resultado que la
corriente del rayo se desplace a través de la banda, lo que se debe
evitar. En una realización de la invención se varían las distancias
entre los segmentos (204) a lo largo de la longitud de la banda que
comienza la ionización deseada del aire por encima de la banda de
desviación antes que si los segmentos estuvieran todos situados con
las mismas distancias de separación. Dicha variación da como
resultado, además, una banda de desviación con una mayor vida útil.
Los tamaños de las distancias entre los segmentos (204) se
encuentran en el rango de 0,1 a 5 mm, preferentemente 0,3 a 1,5
mm.
Un método de fabricación de la banda de
desviación descrita se ilustra en la figura 3 tal como se observa
en una vista en sección transversal. Consiste en la aplicación de
una capa (301) de material aislante o no conductor de la
electricidad a una superficie plana (302). Si se utiliza un polímero
MS, la fabricación se lleva a cabo con herramientas en caliente a
efectos de controlar mejor los procesos. Posteriormente, una placa
(101) con un número de orificios (102) en un patrón tal como el que
se muestra en la figura 1 simplemente se coloca en la parte
superior de la capa de material aislante permitiendo al adhesivo
rellenar los orificios al menos parcialmente aplicando una ligera
presión a la placa, por ejemplo, presionándola hacia abajo en el
adhesivo tal como se ilustra mediante las flechas (303). Es
importante para la eficacia del desviador asegurar que la placa se
encuentra completamente cubierta por el material aislante (301) de
la parte inferior. En una realización del método, la placa (101) se
pule y se decapa antes de su uso a efectos de mejorar adicionalmente
la conexión entre la placa (101) y el adhesivo (301). En una
realización adicional del método de fabricación aún se aplica una
capa delgada del adhesivo en la parte superior de la placa metálica
a efectos de asegurar que los segmentos están completamente
rodeados por el adhesivo o embebidos en el mismo. Posteriormente se
deja que el material se endurezca o vulcanice. Si se utiliza un
polímero MS se vulcanizará por medio de la humedad del aire.
Posteriormente, la superficie se pule, de manera que la superficie
de la placa de metal está expuesta y abierta a los elementos y se
encuentra libre para atraer rayos. En una realización del método de
fabricación la superficie además, se lava y se enjuaga de manera que
se encuentra totalmente libre de cualquier polvo del pulido, y
entonces el centro de cada banda se cubre con una cinta para
proteger la superficie limpia (no mostrado en la figura).
Posteriormente el producto se divide en bandas alargadas, por
ejemplo, mediante corte, y entonces las bandas están listas para
ser aplicadas a las estructuras a proteger frente a rayos. La cinta
que protege los segmentos pulidos y limpios se retira cuando la
banda de desviación se ha fijado a la estructura expuesta. Debido a
la flexibilidad del material no conductor de la electricidad, la
banda se puede fijar fácilmente con una buena conectividad sobre
las superficies curvadas de las estructuras. Además, la
flexibilidad de las bandas asegura que la banda puede seguir las
deformaciones y el funcionamiento de la estructura sobre la que se
encuentra fijada, de manera que se prolongan la eficacia y la vida
útil de la banda de desviación. La fabricación también se puede
invertir en el sentido en que la superficie superior resultante
está orientada hacia abajo durante la fabricación. Posteriormente la
placa (101) se tiende primero junto a la superficie plana (302) y
entonces se aplica la capa de material no conductor (301) tanto para
rellenar los orificios (102) de la placa (101) como para formar la
capa que aísla los segmentos de la estructura en la banda de
desviación resultante.
A efectos de facilitar la fijación de la banda
de desviación a las estructuras, se puede fijar una capa de cinta
adhesiva de doble cara (401) a la parte inferior del desviador.
Dicha banda de desviación (103) se muestra en la figura 4. Durante
la fabricación, la cinta adhesiva se puede aplicar como una primera
etapa y posteriormente se aplica la capa de material no conductor
en su parte superior, etc., tal como se ha descrito
anteriormente.
En otra realización del método según la
invención ilustrado en la figura 5, el desviador comprende además
un tejido (501) debajo de la placa de metal (101). Entonces, el
método consiste en las siguientes etapas: aplicar la cinta de doble
cara (401) (opcionalmente), aplicar una capa de adhesivo (301).
Posteriormente se aplica el tejido (501) y después una capa
adicional de adhesivo (502) seguida por la aplicación de presión en
la placa de material conductor (101) suavemente en el adhesivo
(502). Finalmente, se puede aplicar una capa delgada final de
adhesivo (no mostrada) sobre la placa para asegurar el relleno
completo de los orificios (102) de la placa. Posteriormente se deja
vulcanizar el producto y después la superficie superior se pule
para que los segmentos queden expuestos y se limpia. Tal como se ha
descrito anteriormente, también se puede aplicar una cinta para
proteger las superficies de los segmentos. Finalmente la placa
combinada se divide o se corta en bandas. El tejido (501) puede
ser, por ejemplo, un fino tejido de vidrio. El tejido (501) sirve
para hacer que la banda no se estire en su dirección longitudinal
para asegurar que la separación de los segmentos y, por tanto, la
capacidad de despegado de la banda se mantengan invariables durante
la manipulación y la fijación de la banda de desviación. Por otra
parte, el tejido (501) no altera la flexibilidad de la banda y su
capacidad de estar conectado de manera óptima a superficies de
estructuras curvadas e irregulares.
Las figuras 6-8 ilustran
diferentes formas de los segmentos (105) del material conductor en
las bandas de desviación (103) según la invención. Las partes
expuestas de los segmentos (105) tienen una forma cóncava tal como,
por ejemplo, una forma en forma de cruz, como en la figura 6, una
forma de estrella, forma de "pie de gallina" (tal como se
esquematiza en la figura 7), o forma de patata. En la figura 8 se
ilustran diferentes realizaciones. La forma de los segmentos en una
banda de desviación también puede variar a lo largo de la longitud
de la banda. Su forma cóncava (o no convexa) aumenta la fijación
entre el segmento (105) y el material no conductor (201)
circundante, parcialmente debido a la mayor circunferencia de los
segmentos. Tal como se ha descrito anteriormente, una esquina
(preferentemente afilada) es ventajosa cuando un segmento es el más
cercano a su segmento adyacente, dado que a este será donde salte la
corriente desde un segmento al siguiente. De esta manera, dicha
esquina disminuirá la tensión de cebado de la banda. Otro parámetro
de dimensionado de una banda de desviación es la distancia o
separación entre los segmentos. Cuanto menor sea la distancia,
menor será la tensión de cebado de la banda. Por tanto, una
distancia pequeña es ventajosa. Por otra parte, una distancia
demasiado pequeña puede dar como resultado que la corriente del rayo
se desplace a través de la banda, lo que se debe evitar. En una
realización de la invención, las distancias entre los segmentos
varían a lo largo de la longitud de la banda, que inicia la
ionización deseada del aire por encima de la banda de desviación
antes que si los segmentos estuvieran todos situados con las mismas
distancias de separación. Dicha variación da como resultado,
además, una banda de desviación con una mayor vida útil. En una
realización adicional de una banda de desviación los segmentos se
extienden un poco desde el material no conductor circundante,
actuando de esta manera como atrayentes más visibles de rayos.
La figura 9 y 10 muestran otras dos
posibilidades de diseño para la placa conductora (101) a utilizar en
la fabricación de la banda de desviación tal como se ha descrito
anteriormente. Únicamente se muestran partes de las placas. Las
placas se rellenan al menos parcialmente de alguna manera con un
material no conductor y posteriormente se dividen en bandas tal
como se muestra mediante las líneas a trazos (104). El patrón de
los orificios (102) en ambas placas es tal que las bandas de
desviación (103) resultantes contendrán segmentos (105) separados
en forma de cruces en ambas figuras pero orientadas de manera
diferente.
La figura 11 muestra una pala para una turbina
eólica, que comprende una estructura (1001) de pala con refuerzos
(1002). La estructura (1001) de pala comprende una superficie
exterior (1003), que está equipada con bandas de desviación (103).
Las bandas de desviación (103) se sitúan en longitud y están unidas
a cables de conducción a tierra. Las bandas de desviación (103) de
la figura 11 están situadas de manera radial desde un receptor
(1005), que está conectado a los cables conductores (no mostrados),
que se pueden conectar a tierra. Las bandas de desviación (103)
pueden disponerse principalmente de forma transversal a la pala
(1001) entre el borde delantero y el borde de cola de la pala, o
pueden estar situadas en forma de estrella tal como se esquematiza
en la figura. En la realización de la figura 11, las bandas de
desviación (103) tienen un efecto de antena con cualquier fibra
conductora, que podría estar presente en la estructura de pala
(1001).
La figura 12 muestra una pala para una turbina
eólica, que comprende una estructura de pala (1001) con refuerzos
(1002). La estructura de pala (1001) comprende una superficie
exterior (1003) que está equipada con bandas de desviación (103).
Las bandas de desviación (103) se sitúan en longitud y en forma
radial desde un receptor (1005), que está conectado a los cables
conductores (no mostrados), que pueden estar conectados a tierra.
En la figura 12, las bandas de desviación (103) están dispuestas
principalmente de forma transversal a la pala (1001) entre el borde
delantero y el borde de cola de la pala. En una realización, la
estructura de pala comprende dos laminados (1101) principales, que
contienen fibras conductoras, tales como fibras de carbono o fibras
de acero. El laminado principal superior (1101) tiene una anchura
tal como se indica mediante las líneas a trazos (1102). Tal como se
ilustra, una banda de desviación (103) se extiende desde un receptor
(1005) y a través de un laminado principal (1101), de manera que
está protegida frente a un impacto de rayo dado que se consigue el
efecto antena mediante la banda de desviación. En la realización
ilustrada el receptor (1005) se sitúa a una distancia del laminado
principal (1101).
Se debe observar que las realizaciones
anteriormente mencionadas ilustran la invención en lugar de
limitarla y que los expertos en la técnica serán capaces de diseñar
realizaciones alternativas sin desviarse del alcance de la
invención tal como se describe en las reivindicaciones adjuntas. La
invención se puede implementar por medio de hardware que comprende
diversos elementos distintos y por medio de un ordenador programado
de manera adecuada.
Claims (18)
1. Desviador de rayos para conducir la corriente
eléctrica provocada por el rayo y para ser situado sobre
estructuras tales como palas de turbinas eólicas, componentes de
aviones, cúpulas y similares con el propósito de proteger frente a
rayos, donde el desviador comprende una capa de material no
conductor de la electricidad (201) con varios segmentos aislados de
material conductor de la electricidad (105) y en el que el desviador
está caracterizado porque las partes expuestas de dichos
segmentos tienen forma cóncava.
2. Desviador de rayos, según la reivindicación
1, caracterizado porque el desviador tiene forma de banda
(103).
3. Desviador de rayos, según cualquiera de las
reivindicaciones 1-2, caracterizado porque un
número de segmentos aislados (105) tienen forma de cruz.
4. Desviador de rayos, según cualquiera de las
reivindicaciones 1-3, caracterizado porque un
número de segmentos aislados (105) tienen forma de estrella.
5. Desviador de rayos, según cualquiera de las
reivindicaciones 1-4, caracterizado porque
comprende una capa de material (501) que aumenta la rigidez del
desviador de rayos en la dirección longitudinal de la banda
(103).
6. Desviador de rayos, según cualquiera de las
reivindicaciones 1-5, caracterizado porque
comprende una capa más externa de cinta adhesiva de doble cara
(401).
7. Desviador de rayos, según cualquiera de las
reivindicaciones 1-6, caracterizado porque
los segmentos (105) están hechos preferentemente de metal.
8. Desviador de rayos, según cualquiera de las
reivindicaciones 1-7, caracterizado porque el
material no conductor de la electricidad (201) está hecho
preferentemente de adhesivo.
9. Pala para una turbina eólica, comprendiendo
la pala una estructura de pala (1001) de fibra reforzada y medios
para conectar a tierra una corriente eléctrica provocada por un
rayo, donde la pala está equipada con al menos una banda de
desviación (103), según cualquiera de las reivindicaciones
1-8.
10. Método de fabricación de un desviador de
rayos, según cualquiera de las reivindicaciones 1-8,
en el que el método comprende las etapas de:
- realizar una serie de orificios (102) en una
placa (101) de un material conductor de la electricidad,
- rellenar dichos orificios (102) al menos
parcialmente con uno o más materiales no conductores de la
electricidad,
- dividir la placa (101)
consiguiendo de esta manera una capa de material
no conductor de la electricidad (201) con una serie de segmentos
aislados de material conductor de la electricidad (105).
11. Método de fabricación de un desviador de
rayos, según la reivindicación 10, en el que la placa se divide en
bandas (103).
12. Método de fabricación de un desviador de
rayos, según cualquiera de las reivindicaciones
10-11, en el que los orificios (102) de la placa
(101) se realizan mediante corte, preferentemente mediante corte por
láser.
13. Método de fabricación de un desviador de
rayos, según cualquiera de las reivindicaciones
10-11, en el que los orificios (102) de la placa
(101) se realizan mediante troquelado.
14. Método de fabricación de un desviador de
rayos, según cualquiera de las reivindicaciones
10-13, en el que el material conductor de la
electricidad preferentemente es un metal.
15. Método de fabricación de un desviador de
rayos, según cualquiera de las reivindicaciones
10-14, en el que el material no conductor de la
electricidad preferentemente es un adhesivo.
16. Método de fabricación de un desviador de
rayos, según cualquiera de las reivindicaciones
10-15, en el que los orificios (102) de la placa
(101) se rellenan al menos parcialmente presionando la placa (101)
en una capa de material no conductor de la electricidad (201).
17. Método de fabricación de un desviador de
rayos, según cualquiera de las reivindicaciones
10-16, en el que el método comprende además la
aplicación de una capa de material (501) que aumenta la rigidez del
desviador de rayos en la dirección longitudinal de la banda (103) y
de una capa adicional de material no conductor de la electricidad
(502) a la primera capa de material no conductor de la electricidad
(301).
18. Método de fabricación de un desviador de
rayos, según cualquiera de las reivindicaciones
10-17, en el que el método comprende, además, la
aplicación de una cinta adhesiva de doble cara (401) a la capa más
externa de material no conductor de la electricidad.
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