ES2561389T3 - Control de la potencia, de las cargas y/o de la estabilidad de una turbina eólica de eje horizontal mediante la utilización de un control de geometría variable de las palas - Google Patents

Control de la potencia, de las cargas y/o de la estabilidad de una turbina eólica de eje horizontal mediante la utilización de un control de geometría variable de las palas Download PDF

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Abstract

Una pala de turbina eólica, que comprende - una o varias secciones del perfil alar (1) de forma deformable, donde la superficie exterior de cada una de las secciones del perfil alar (1) de forma deformable es sustancialmente continua en todas sus formas, comprendiendo cada sección del perfil alar (1) de forma deformable una parte sustancialmente no deformable (14) y una o varias partes deformables (10, 12), y - medios de accionamiento (24, 28, 30) para proporcionar los cambios de forma en las secciones del perfil alar (1) de forma deformable, siendo el medio o medios de accionamiento (24, 28, 30) medios activos en el sentido de que proporcionan cambios en la forma al suministrarles energía, en la que - la superficie exterior de por lo menos una de las partes deformables (10, 12) está definida por una piel (32) fabricada de material flexible, por ejemplo caucho, y en la que la piel (32) está fijada a la parte sustancialmente no deformable (14) y en la que el medio de accionamiento (30) está situado en el interior de la piel (32), o en la que - por lo menos una de las partes deformables (10, 12) está fabricada de uno o varios materiales flexibles, por ejemplo caucho, siendo dichos uno o varios medios de accionamiento uno o varios largueros extensibles (24) que se extienden en el interior de los materiales, y los largueros extensibles están fabricados de una composición de material con una o varias prolongaciones, reducciones y/o flexiones que son controlables mediante corrientes eléctricas aplicadas, tal como fabricados de un material inteligente.

Description

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DESCRIPCION
Control de la potencia, de las cargas y/o de la estabilidad de una turbina eolica de eje horizontal mediante la utilizacion de un control de geometna variable de las palas
Las realizaciones preferidas de la presente invencion se refieren a un concepto de diseno mediante el cual la potencia, las cargas y/o la estabilidad de una turbina eolica se pueden controlar mediante una variacion, habitualmente rapida, de la geometna de las palas utilizando un control activo de la geometna (por ejemplo, materiales inteligentes o mediante accionadores incorporados mecanicamente), o utilizando un control pasivo de la geometna (por ejemplo, cambios derivados de la carga y/o de la deformacion de la pala) o mediante una combinacion de los dos procedimientos. La invencion se refiere, en particular, a una pala de turbina eolica, una turbina eolica y un procedimiento de control de una turbina eolica.
Antecedentes de la invencion
Casi todas las turbinas eolicas grandes construidas actualmente tienen cojinetes de paso en el encastre de la pala, de tal modo que el paso de toda la pala puede ser modificado facilmente activando el mecanismo del paso. La regulacion del paso de la pala se utiliza como un freno para detener el rotor, pero se utiliza asimismo para el control de la potencia y de la carga de diferentes maneras. En las turbinas de control activo por perdida se utiliza una variacion relativamente lenta del paso de las palas para ajustar el paso de tal modo que la perdida en la pala se produzca exactamente a la potencia maxima, pero el sistema de paso esta activo asimismo a baja velocidad del viento para maximizar la potencia. En las turbinas eolicas controladas por paso, el paso en viento fuerte se modifica continuamente, de manera que no se excede la potencia maxima. Esto se realiza reduciendo el angulo de afluencia con la pala cuando la velocidad del viento esta aumentando. El sistema de paso se utiliza asimismo a velocidades de viento bajas para maximizar la potencia.
Recientemente, nuevos tipos de turbinas eolicas reguladas por paso utilizan asimismo el sistema de paso para reducir las cargas dinamicas, ya sea mediante paso dclico o mediante paso de palas individuales. Pueden ser utilizadas diferentes senales de entrada para el sistema de control tales como, por ejemplo, la carga en el eje axial.
Aparte de este control del estado de la tecnica con el paso de las palas, se ha propuesto [2] un control de la potencia y de las cargas mediante superficies de control desplazables, pequenas. Una turbina de 550 kW disenada mediante ZOND en U.S.A. utilizo un sistema de alerones de envergadura, parcial para el control de la potencia y de la velocidad rotacional del rotor [1]. El sistema de alerones es similar a los flaps del borde de salida para aeroplanos. Han sido propuestos y analizados [3] (ver la figura 1 de [3]) flaps de Gurney fijados al borde de salida de las palas. La ventaja de una superficie de control pequena es una posible respuesta mas rapida debido a una inercia menor que si se regula el paso de toda la pala. Sin embargo, un inconveniente de los flaps de Gurney es un aumento del ruido aerodinamico a partir de los extremos libres de los flaps de Gurney y de los vanos en la pala en que esta situado el flap de Gurney.
En la industria de la aviacion, han sido investigados y utilizados elementos basculantes del borde de ataque y flaps del borde de salida. En [5] se muestran, ejemplificados en la figura 2 y la figura 3, ejemplos de caractensticas del perfil alar obtenidas mediante dispositivos de este tipo. Es la variacion de los mismos resultados que se desean con esta nueva invencion. Asimismo, se ha investigado la aerodinamica de microaeronaves, en las que se han propuesto perfiles alares flexibles [4].
Resumen de la invencion
Se considera que la invencion puede posibilitar controlar las fuerzas aerodinamicas de manera sustancialmente instantanea y local a lo largo de las palas de un rotor de turbina eolica mediante una variacion continua de la geometna del perfil alar en la zona del borde de ataque y la zona del borde de salida, a lo largo de parte, o a lo largo de la totalidad de la envergadura de la pala. En realizaciones preferidas, esto se facilita mediante una estructura de pala que consiste en una parte ngida portadora de carga en la parte central del perfil alar y una zona del borde de ataque y/o una zona del borde de salida deformables. La conexion entre la parte portadora de carga y la parte deformable debena ser preferentemente continua (es decir, no debena haber bordes que puedan tener como resultado la generacion de ruido).
Por lo tanto, en un primer aspecto la presente invencion se refiere a una pala de turbina eolica que comprende las caractensticas de la reivindicacion 1.
Se debe observar que el punto mas posterior del propio borde de salida puede constituir una discontinuidad, y esta discontinuidad puede permanecer durante, y despues de la deformacion de las secciones deformables del perfil alar. Adicionalmente, se debe interpretar preferentemente, pero no exclusivamente, que la caractenstica "continuo" cuando se utiliza junto con una forma, por ejemplo, de una pala, significa una forma que no deteriora el flujo, tal como generando divisiones en el flujo, mas alla del contorno o de la superficie. Se considera preferentemente, pero no exclusivamente, que un contorno o superficie de una seccion del perfil alar o de una pala es continuo si tiene
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primera, segunda y opcionalmente tercera derivadas que sean suaves y continuas. Ademas, la invencion se da a conocer haciendo referencia a palas de turbina eolica, pero se contempla que la invencion puede ser aplicada a otros cuerpos sustentadores, tales como alas de aeronaves o similares.
Los terminos zona del borde de ataque y zona del borde de salida, tal como se utilizan en el presente documento, se refieren preferentemente, pero no exclusivamente, a una zona cuya extension en la direccion de la cuerda esta comprendida en el intervalo del 20 al 30% de la longitud de la cuerda, tal como en el intervalo del 10 al 20% de la longitud de la cuerda.
Un ejemplo de un diseno basado en la invencion es la utilizacion de materiales inteligentes, o de accionadores mecanicos integrados en un material deformable que cambian la geometna exterior en las zonas de los bordes de ataque y de salida y cambian, de ese modo, las fuerzas aerodinamicas en la seccion de la pala.
En adelante se utiliza el termino material inteligente. Esta comprendido en el significado de este termino un material que se deforme cuando se aplica tension al mismo, tal como el material preferido que es un compuesto
piezoelectrico activo. Sin embargo, en relacion con la presente invencion son aplicables y preferentes otros
materiales cuyas deformaciones puedan ser controladas activamente.
Se pueden conseguir materiales inteligentes utilizando las propiedades de un unico material o combinando las propiedades y funciones de una serie de componentes para constituir el material inteligente. Un sector
particularmente preferido es el sector de los sistemas microelectromecanicos (MEMS, Micro-Electro Mechanical Systems). La utilizacion de la funcionalidad mecanica, termica, electrica, qmmica, biologica y/u optica de los materiales se utiliza para anadir inteligencia a las realizaciones preferidas. Los materiales preferidos incluyen: aleaciones con memoria de forma, materiales piezoelectricos, materiales magnetostrictivos, fluidos electrorreologicos, materiales electrocromicos, polfmeros electroactivos, materiales quirales, polfmeros conductores, materiales fotorreactivos, pelfculas gruesas y delgadas, fibras opticas, dielectricos sintonizables, materiales
autocontrolables, materiales de autoensamblaje, materiales autoreparables/autorregenerables, biomateriales, suministros de alimentacion, fuentes de alimentacion y materiales autoalimentados, multicapa y compuestos y/o compuestos inteligentes.
El accionamiento de las partes deformables del perfil alar se controla activamente, pasivamente o bien como una combinacion de estos. El control activo implica preferentemente un sistema de control de la turbina eolica que monitoriza las cargas, las vibraciones y/o la estabilidad, preferentemente mediante mediciones de la afluencia de la pala, presiones del flujo, galgas extensiometricas y acelerometros en diferentes componentes que proporcionan senales de entrada para los materiales inteligentes o los accionadores que, a continuacion, modifican casi instantaneamente la geometna de las secciones del perfil alar y, por lo tanto, las fuerzas aerodinamicas. El control pasivo comprende preferentemente cambios en la geometna obtenidos por la influencia de la deformacion de la pala, por ejemplo un cambio en la curvatura eficaz por flexion del eje axial de la pala, o por fluctuaciones de presion a partir de la interaccion con el flujo.
Las realizaciones preferidas de la invencion han sido capaces de reducir la carga dinamica por cizalladura en la afluencia media, por turbulencia en la afluencia y por la carga dinamica que genera el auto-movimiento de las palas mediante el control de las fuerzas aerodinamicas instantaneas a lo largo de la pala. Asimismo, se pueden reducir sustancialmente las cargas por influencia de la torre. Las realizaciones preferidas de la invencion pueden posibilitar asimismo reducir el ruido aerodinamico mediante reducir las variaciones dinamicas de presion sobre el perfil alar, por ejemplo en caso de una pala que pase por la estela de una torre.
La utilizacion del concepto de geometna variable de la pala se puede combinar con el control del paso en toda la envergadura, por ejemplo, para su utilizacion en el arranque y la parada de la pala, para la regulacion de la potencia y de las cargas en funcion de la velocidad media del viento y para la reduccion de las cargas en velocidades de viento extremas en un rotor en parada.
Se contempla que las realizaciones preferidas segun la presente invencion pueden proporcionar una o varias de las ventajas siguientes:
• continuidad plena de la superficie de la pala durante las acciones de control, lo que permitira un ruido aerodinamico reducido y una eficiencia aerodinamica elevada
• respuesta rapida, dado que los materiales deformables se pueden fabricar con baja densidad y materiales flexibles dado que no soportan las cargas principales de la pala
• son posibles diferentes acciones de control a lo largo de la pala que pueden ser utilizadas, por ejemplo, para reducir las cargas dinamicas y suprimir las vibraciones en diferentes modos de la pala y, por lo tanto, mejorar la estabilidad de la turbina eolica
• transformacion mas facil de las palas, dado que las partes geometricas deformables de las palas pueden ser montadas en el emplazamiento final.
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En realizaciones preferidas de la pala de turbina eolica, el medio o medios de accionamiento pueden ser medios activos, en el sentido de que proporcionan cambios de forma al ser alimentados con ene^a, al contrario que los disenos en los que las fuerzas externas que actuan sobre las palas proporcionan los cambios de forma. En realizaciones preferidas particulares, cada seccion del perfil alar de forma deformable comprende una parte sustancialmente no deformable y una o varias partes deformables.
La superficie exterior de, por lo menos, una de las partes deformables esta definida mediante una piel fabricada de material flexible, por ejemplo caucho, y en dichas realizaciones por lo menos una de las partes deformables puede ser preferentemente una construccion de carcasa en la que la piel define la carcasa. Adicionalmente, el interior de la construccion de carcasa puede estar ocupado por un material de soporte deformable, tal como una espuma fabricada de plastico o de caucho.
En general, es preferible que la transicion entre la superficie exterior de la parte sustancialmente no deformable y la piel de las partes deformables sea sustancialmente suave, tal como sustancialmente continua.
La parte no deformable puede comprender superficies de apoyo sobre las que se apoya la piel, y las superficies de apoyo estan conformadas preferentemente de tal modo que la transicion entre la superficie exterior de la parte sustancialmente no deformable y la piel es sustancialmente suave, tal como sustancialmente continua. En realizaciones preferidas, las superficies de apoyo pueden estar dispuestas sobre una estructura conectada a la parte no deformable.
En una realizacion, el medio o medios de accionamiento pueden actuar sobre el lado interior de la piel.
El medio o medios de accionamiento son dispositivos extensibles longitudinalmente, siendo preferentemente un dispositivo hidraulico, con un extremo conectado a la piel y el otro extremo conectado a la parte sustancialmente no deformable, o a una estructura conectada a la parte sustancialmente no deformable. Ademas, el dispositivo extensible en longitud esta fijado, en un extremo, en la proximidad de alguno del lado superior o inferior del perfil alar.
El dispositivo o dispositivos extensibles en longitud se pueden extender preferentemente, principalmente en la direccion de la cuerda. El extremo que esta conectado a la piel esta conectado a la piel, preferentemente, en el lado inferior del perfil alar y el extremo que esta conectado a la parte sustancialmente no deformable o a la estructura esta conectado preferentemente en la proximidad del lado superior del perfil alar, o viceversa.
En una realizacion particularmente preferida, en dispositivo o dispositivos extensibles en longitud son dispositivos de piston extensible.
En una realizacion, la piel esta fijada a la parte sustancialmente no deformable y el medio de accionamiento esta situado dentro de la piel. El medio de accionamiento pueden ser preferentemente una o varias composiciones materiales cuyas prolongaciones, reducciones y/o flexiones son controlables por una o varias corrientes electricas aplicadas, por ejemplo siendo un material inteligente. Ademas, la composicion material puede estar intercalada o incorporada en la piel, preferentemente de tal modo que no se produce deslizamiento entre la composicion material y el material de la piel durante la deformacion de la piel. Alternativamente o en combinacion con esto, la composicion material puede estar aplicada a la superficie interior de la piel, preferentemente de tal modo que no se produce deslizamiento entre la composicion material y el material de la piel durante la deformacion de la piel.
Por lo menos una de las partes deformables puede estar fabricada de uno o varios materiales flexibles, por ejemplo caucho, y donde el medio o medios de accionamiento pueden ser uno o varios largueros extensibles, que se extienden en el interior del material o materiales. Adicionalmente, dicha por lo menos una parte deformable puede estar, preferentemente, fabricada exclusivamente de uno o varios materiales flexibles que tienen uno o varios vacfos.
El larguero o largueros extensibles estan fabricados de una composicion material cuyas una o varias prolongaciones, reducciones y/o flexiones son controlables mediante una o varias corrientes electricas, tal como fabricados de un material inteligente.
De acuerdo con realizaciones preferidas segun la presente invencion, el medio o medios de accionamiento pueden ser pasivos en el sentido de que proporcionan cambios de forma como resultado del movimiento de la pala, siendo preferentemente dicho movimiento torsion, flexion y/o rotacion de las palas. El movimiento de la pala es inducido habitualmente por las fuerzas del viento que actuan sobre la pala.
En muchas realizaciones preferidas particulares, la parte sustancialmente no deformable puede ser una parte central de la pala y dichas una o varias partes deformables pueden ser la zona del borde de ataque y/o la zona del borde de salida. La parte sustancialmente no deformable puede ser ventajosamente una parte portadora de carga de la pala. En otro aspecto, la presente invencion se refiere a un procedimiento de control de la condicion o condiciones de funcionamiento de una turbina eolica, que comprende las caractensticas de la reivindicacion 12.
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La turbina eolica puede comprender preferentemente medios de deteccion para detectar dichas una o varias condiciones de funcionamiento, donde dichas una o varias condiciones de funcionamiento detectadas pueden ser introducidas en un sistema informatico que comprende una funcionalidad que determina las deformaciones de forma, que se deben imponer sobre parte o la totalidad de las secciones del perfil alar deformables, en base a dicha entrada.
Preferentemente, los medios de deteccion pueden comprender medios para medir la presion del flujo de la pala, la posicion del rotor y/o galgas extensiometricas, acelerometros o similares, dispuestos preferentemente en uno o varios componentes de la turbina eolica, siendo habitual y preferentemente dichos componentes la pala o palas, la gondola y/o la torre.
Una escala de tiempo habitual para la deformacion que se debe introducir en las secciones del perfil alar deformables, puede ser preferente y ventajosamente menor que la duracion de una rotacion del rotor, preferentemente menor que la mitad de la duracion de una rotacion del rotor, tal como menor que un cuarto de la duracion de una rotacion del rotor, tal como menor que el tiempo que tarda una pala en rotar 10°, tal como 15°, que puede ser aplicable para controlar las deformaciones dentro de un cruce con la estela de la torre.
Adicionalmente, el procedimiento segun la presente invencion puede comprender ademas la etapa de ajustar y/o modificar el paso de toda la envergadura de cada pala.
Un aspecto adicional de la presente invencion se refiere a una turbina eolica que tiene una o varias palas de turbina eolica acordes con la presente invencion. Un aspecto adicional se refiere a una turbina eolica que esta controlada mediante el procedimiento acorde con la presente invencion.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
A continuacion se describira en detalle la invencion, y en particular realizaciones preferidas de la misma, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
la figura 1 muestra un esbozo de un perfil alar con un flap de Gurney desplazable situado en el borde de salida;
la figura 2 muestra esquematicamente la sustentacion frente al angulo de ataque, con y sin un elemento basculante del borde de ataque (las mediciones correspondientes a la figura 2 se pueden encontrar, por ejemplo, en [5]);
la figura 3 muestra la sustentacion frente al angulo de ataque, con y sin un flap del borde de salida (la medicion correspondiente a la figura 2 se puede encontrar, por ejemplo, en [5]);
la figura 4 muestra un esbozo de un perfil alar de acuerdo con realizaciones preferidas de la presente invencion, con curvatura continua y con zonas deformables de los bordes de ataque y de salida;
la figura 5 muestra una vista en seccion transversal de una zona del borde de salida del perfil alar, de acuerdo con realizaciones preferidas de la presente invencion;
la figura 6 muestra una vista en seccion transversal de una zona del borde de salida del perfil alar, de acuerdo con realizaciones preferidas de la presente invencion;
la figura 7 muestra una vista en seccion transversal de una zona del borde de salida del perfil alar, de acuerdo con realizaciones preferidas de la presente invencion;
la figura 8 muestra una vista en seccion transversal de una zona del borde de ataque del perfil alar, de acuerdo con realizaciones preferidas de la presente invencion; y
la figura 9 muestra una vista en seccion transversal de una zona del borde de ataque del perfil alar de acuerdo con realizaciones preferidas de la presente invencion: control pasivo del movimiento mediante la desviacion de la pala. Las lmeas de puntos pequenos muestran la zona del borde de salida en situacion desviada.
Las flechas muestran el movimiento de cizalladura del material y los correspondientes movimientos de la zona del borde de salida.
Descripcion detallada de realizaciones preferidas de la invencion
En la figura 4 se muestra esquematicamente una seccion del perfil alar 1 que tiene dos partes deformables, es decir una zona deformable del borde de ataque y una zona deformable del borde de salida. La seccion del perfil alar 1 tiene una forma inicial indicada por lmeas continuas donde la zona del borde de ataque 10 y la zona del borde de salida 12 no estan deformadas, y una forma deformada indicada por lmeas de puntos donde la zona del borde de
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ataque y la zona del borde de salida estan deformadas en la zona del borde de ataque y la zona del borde de salida indicadas por los numerales 10a y 12a en la figura 4. Ademas, la seccion del perfil alar 1 comprende una parte no deformable 14 que esta disenada para soportar la carga producida por la seccion del perfil alar. Tal como se indica en la figura 4, las deformaciones de la seccion del perfil alar 1 no introducen ninguna discontinuidad en la superficie exterior de la seccion del perfil alar 1, que se mantiene suave durante la deformacion y despues de la misma.
El ala puede tener partes deformables que se extienden en toda la envergadura, que pueden estar fabricadas como una seccion deformable que se extiende por todo el ala, o el ala puede tener localmente a lo largo de la envergadura partes deformables, teniendo de ese modo una serie de secciones deformables dispuestas a lo largo de la envergadura. Ademas, en algunas zonas el ala puede tener solamente una zona del borde de ataque o una zona del borde de salida deformable.
En la figura 5 se muestra una vista en seccion transversal de una zona del borde de salida 12 del perfil alar. De nuevo, las lmeas continuas indican la forma inicial de la zona del borde de salida 12 y las formas deformadas de la zona del borde de salida 12a se indican mediante lmeas de puntos. La zona del borde de salida deformable 12 esta fabricada de un material flexible, preferentemente caucho, que tiene vacms 20. La zona del borde de salida 12 comprende una construccion 22 en la que esta fijado un larguero 24 fabricado de material inteligente. La construccion 22 esta empernada a la parte no deformable 14 y el larguero 24 se extiende en la direccion longitudinal de la seccion del perfil alar 1 desde la construccion 22 y hasta la proximidad del punto de remanso 26 de la zona del borde de salida 12, tal como se indica en la figura 5. Cuando el larguero 24 del material inteligente es excitado aplicando tension al material (tal como se indica mediante "+" "+" en la figura 5), el larguero se desviara hacia arriba o hacia abajo en funcion de la polarizacion de la tension, teniendo por lo tanto como resultado una deformacion de su forma inicial (la forma de la zona del borde de salida en la que no hay tension aplicada al larguero).
En la figura 6 se muestra una vista en seccion transversal de una zona del borde de salida del perfil alar. En esta realizacion, la zona del borde de salida 12 comprende una piel 32 de resistencia suficiente para resistir la presion del fluido circundante que actua sobre la superficie, con el fin de evitar la deformacion de la piel debida a esta presion. La piel 32 esta fabricada de un material flexible (por ejemplo caucho) y esta fijada a la parte no deformable 14 mediante la construccion 22. Un conjunto de piston 28, tal como una disposicion de piston hidraulico, que puede aumentar o reducir su extension longitudinal y puede controlar activamente el movimiento de la zona del borde de salida, controla la deformacion de la zona del borde de salida. El conjunto de piston 28 esta fijado, en uno de sus extremos distales, a una estructura 22 similar a la mostrada en la figura 5 en una posicion proxima al lado superior del perfil alar - o en general, en una posicion sobre la lmea de cable de la seccion del perfil alar. En el otro extremo distal, la disposicion de piston 28 esta fijada al lado interior del lado inferior de la piel 32. Tras la activacion de la disposicion de piston 28, por ejemplo una prolongacion o una reduccion del piston, la zona del borde de salida se deformara a una forma deformada en la que la zona del borde de salida esta flexionada hacia arriba o bien hacia abajo. 12a en la figura 6 indica dichas dos formas. Se debe observar que se puede obtener un resultado similar o incluso igual fijando uno de los extremos distales del conjunto de piston 28 a la estructura 22 en una posicion proxima al lado inferior del perfil alar, o en general por debajo de la lmea de cuerda del perfil alar, y fijando el otro extremo distal al lado interior de la piel en el lado superior del perfil alar. Se debe observar ademas que el conjunto de piston puede ser sustituido por otros dispositivos extensibles en longitud, tal como una varilla fabricada de material inteligente.
En la figura 7 se muestra una vista en seccion transversal de una zona del borde de salida del perfil alar. La zona del borde de salida comprende una piel 32 similar a la piel 32 de la realizacion mostrada en la figura 6. Dentro de la piel 32 esta situada una lamina de material inteligente 30 en el lado superior y/o en el lado inferior del perfil alar. La lamina de material inteligente 30 puede controlar activamente el movimiento de la zona del borde de salida aplicando tension a la misma. La lamina del material inteligente 30 puede actuar asimismo como un refuerzo de la piel 32.
En la figura 8 se muestra una vista en seccion transversal de una zona del borde de ataque del perfil alar. La zona del borde de ataque es estructuralmente similar a la zona del borde de salida expuesta en la figura 7. Por lo tanto, la piel de la zona del borde de ataque esta fabricada de caucho o similar, y dentro de la piel una o varias laminas de material inteligente que pueden controlar activamente el movimiento de la zona del borde de ataque estan situadas en los lados superior y/o inferior del perfil alar.
Tal como aparece, por ejemplo, en la figura 8, la piel 32 esta en una posicion 34a y 34b (figura 8) fijada a la construccion 22 habitualmente mediante una combinacion de encolado y empernado. La construccion 22 define superficies de apoyo en estas posiciones, de manera que una vez que la piel esta fijada a la construccion, las transiciones son suaves, vistas en la direccion circunferencial desde la piel 32 hacia la superficie exterior de la parte no deformable 14. La fijacion de la piel a estas superficies de apoyo es tal que durante la deformacion de la piel 32, la piel seguira en apoyo con las superficies de contacto de tal modo que las deformaciones introducidas en la piel no tendran como resultado la introduccion de ninguna disrupcion en la piel en la proximidad de la posicion en la que la piel 32 esta fijada a la construccion 22.
La extension circunferencial del material inteligente esta preferentemente limitada de manera que no hay presente material inteligente en la proximidad de la posicion en la que la piel 32 esta fijada la construccion 22. Ademas, es
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preferible utilizar laminas independientes de material inteligente 30 para las partes superior e inferior, por ejemplo, de la zona del borde de ataque y/o de salida, para poder controlar de manera mutuamente independiente la deformacion de los lados superior e inferior del perfil alar.
El material inteligente se ha expuesto anteriormente como una lamina de material que esta intercalada en la piel o incorporada en la misma. Sin embargo, el material inteligente puede ser asimismo una lamina de material aplicada la superficie interior y/o exterior de la piel. En ambas situaciones, el material inteligente esta fijado al/dentro del material de la piel de tal modo que no se produce ningun deslizamiento entre el material inteligente y la piel del material durante la deformacion de la superficie del perfil alar.
Se contempla que las realizaciones mostradas en las figuras 7 y 8, en lugar de estar controladas mediante material inteligente que se extiende dentro de la piel, pueden estar dotadas de un larguero de material inteligente o un piston similar a las realizaciones de las figuras 5 y 6.
Para aumentar la estabilidad, por ejemplo, de las secciones deformables, tales como la zona del borde de ataque y la zona del borde de salida, los vados en el interior de las secciones deformables definidas por la piel 32 o los vados 20 pueden estar ocupados por un material de soporte, tal como espuma fabricada de plastico o de caucho. De este modo, se puede aumentar la capacidad de la piel para recoger las fuerzas de presion que actuan sobre la misma, permitiendose al mismo tiempo las deformaciones inducidas por el material inteligente y/o la disposicion de piston.
La deformacion de las secciones deformables del perfil alar se controla utilizando un sistema de control que comprende un sistema informatico que recibe entradas de sensores dispuestos en componentes de la turbina eolica y que proporciona, en respuesta a las entradas, senales de control para que los accionadores, por ejemplo el material inteligente 24 o el conjunto de piston 28, ejecuten una deformacion de la forma. La ejecucion tiene como resultado, preferentemente casi de forma instantanea, un cambio casi instantaneo en las fuerzas aerodinamicas. Por instantaneo se entiende preferentemente que no se construye deliberadamente ningun retardo en el sistema de control, y que el retardo en la ejecucion de una deformacion se produce como resultado, por ejemplo, de las constantes de tiempo del material, de los retrasos en la transmision o similares.
Mediante modelos de simulacion para el flujo del perfil alar es posible calcular la fuerza de sustentacion y la fuerza de resistencia para una condicion de afluencia dada (dentro del significado de condiciones de afluencia, se considera preferentemente la magnitud del vector velocidad de la afluencia y angulo del vector velocidad de la afluencia con respecto a la lmea de cuerda del perfil alar, denominado asimismo el angulo de ataque, pero pueden ser utilizadas ventajosamente otras medidas por los modelos de simulacion). Entonces, para un perfil alar con perfil alar de geometna variable se puede realizar el mismo calculo de sustentacion y resistencia en las mismas condiciones de afluencia, en cambios de geometna de pequenas etapas, desde una geometna extrema exterior hasta la geometna extrema opuesta. A continuacion se realizan los calculos a partir de una serie de diferentes condiciones de afluencia, lo que significa una serie de angulos de ataque diferentes. De este modo, se realiza una tabla de sustentacion y resistencia para diferentes angulos de ataque y diferentes etapas de cambios de la geometna.
En un bucle final de control en una turbina en funcionamiento, el sistema de control calculara en cada etapa de tiempo si es necesario un aumento o una reduccion de la carga aerodinamica, y mediante la utilizacion de la tabla anterior se decide el correspondiente cambio de geometna.
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15 WO0114740 "Modified wind turbine airfoil" ("perfil alar de turbina eolica modificado"), Ris0 National Laboratory

Claims (16)

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    REIVINDICACIONES
    1. Una pala de turbina eolica, que comprende
    - una o varias secciones del perfil alar (1) de forma deformable, donde la superficie exterior de cada una de las secciones del perfil alar (1) de forma deformable es sustancialmente continua en todas sus formas, comprendiendo cada seccion del perfil alar (1) de forma deformable una parte sustancialmente no deformable (14) y una o varias partes deformables (10, 12), y
    - medios de accionamiento (24, 28, 30) para proporcionar los cambios de forma en las secciones del perfil alar (1) de forma deformable, siendo el medio o medios de accionamiento (24, 28, 30) medios activos en el sentido de que proporcionan cambios en la forma al suministrarles energfa,
    en la que
    - la superficie exterior de por lo menos una de las partes deformables (10, 12) esta definida por una piel (32) fabricada de material flexible, por ejemplo caucho, y en la que la piel (32) esta fijada a la parte sustancialmente no deformable (14) y en la que el medio de accionamiento (30) esta situado en el interior de la piel (32),
    o en la que - por lo menos una de las partes deformables (10, 12) esta fabricada de uno o varios materiales flexibles, por ejemplo caucho, siendo dichos uno o varios medios de accionamiento uno o varios largueros extensibles (24) que se extienden en el interior de los materiales, y los largueros extensibles estan fabricados de una composicion de material con una o varias prolongaciones, reducciones y/o flexiones que son controlables mediante corrientes electricas aplicadas, tal como fabricados de un material inteligente.
  2. 2. Una pala de turbina eolica acorde con la reivindicacion 1, en la que por lo menos una de las partes deformables (10, 12) es una construccion de carcasa en la que la piel (32) define la carcasa.
  3. 3. Una pala de turbina eolica acorde con la reivindicacion 2, en la que el interior de la construccion de carcasa esta ocupado por un material de soporte deformable, tal como espuma fabricada de plastico o de caucho.
  4. 4. Una pala de turbina eolica acorde con la reivindicacion 2 o 3, en la que la transicion entre la superficie exterior de la parte sustancialmente no deformable (14) y la piel (32) de las partes deformables (10, 12) es sustancialmente suave, tal como sustancialmente continua.
  5. 5. Una pala de turbina eolica acorde con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en la que la parte no deformable (14) comprende superficies de apoyo sobre las que se apoya la piel (32), estando conformadas las superficies de apoyo de tal modo que la transicion entre la superficie exterior de la parte sustancialmente no deformable (14) y la piel (32) es sustancialmente suave, tal como sustancialmente continua.
  6. 6. Una pala de turbina eolica acorde con la reivindicacion 1, en la que el medio o medios de accionamiento son una o varias composiciones materiales (24, 30) cuyas una o varias prolongaciones, reducciones y/o flexiones son controlables mediante una o varias corrientes electricas aplicadas, por ejemplo siendo un material inteligente.
  7. 7. Una pala de turbina eolica acorde con la reivindicacion 6, en la que la composicion material (30) esta intercalada o incorporada en la piel (32) de tal modo que no se produce ningun deslizamiento entre la composicion material (30) y el material de la piel (32) durante la deformacion de la piel (32).
  8. 8. Una pala de turbina eolica acorde con la reivindicacion 1, en la que dicha por lo menos una parte deformable (10, 12) esta fabricada exclusivamente de uno o varios materiales flexibles y tiene uno o varios vacfos (20).
  9. 9. Una pala de turbina eolica acorde con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la parte
    sustancialmente no deformable (14) es una parte central de la pala y en la que dichas una o varias partes
    deformables (10, 12) son la zona del borde de ataque (10) y/o la zona del borde de salida (12).
  10. 10. Una pala de turbina eolica acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en la que la parte sustancialmente no deformable (14) es una parte portadora de la carga.
  11. 11. Una turbina eolica que tiene una o varias palas de turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.
  12. 12. Un procedimiento de control de una o varias condiciones de funcionamiento de una turbina eolica que
    comprende una varias palas segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, siendo preferentemente dichas una o varias condiciones de funcionamiento la carga sobre la pala o palas, la potencia producida por la turbina eolica, el ruido inducido por el aire, la estabilidad de la turbina eolica y/o similares; comprendiendo dicho procedimiento
    controlar la forma de las secciones del perfil alar deformables (1), donde los cambios de forma se realizan de tal
    modo que no se introducen discontinuidades en las superficies de las secciones del perfil alar (1).
  13. 13. Un procedimiento acorde con la reivindicacion 12, en el que la turbina eolica comprende medios de deteccion para detectar dichas una o varias condiciones de funcionamiento, en el que dichas una o varias condiciones de funcionamiento son introducidas en un sistema informatico que comprende funcionalidad para determinar las deformaciones de forma, que se deben imponer sobre parte o la totalidad de las secciones del perfil alar
    5 deformables (1) en base dicha entrada.
  14. 14. Un procedimiento acorde con la reivindicacion 13, en el que dicho medio o medios de deteccion comprenden medios para medir la presion del flujo de la pala, la posicion del rotor y/o galgas extensiometricas, acelerometros o similares dispuestos en uno o varios componentes de la turbina eolica, siendo habitual y preferentemente dichos
    10 componentes la pala o palas, la gondola y/o la torre.
  15. 15. Un procedimiento acorde con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en el que una escala de tiempo habitual para una deformacion que se debe introducir en las secciones del perfil alar deformables, es menor que la duracion de una rotacion del rotor, preferentemente menor que la mitad de una duracion de la rotacion del rotor, tal como
    15 menor que la cuarta parte de la duracion de una rotacion del rotor, tal como menor que el tiempo que tarda una pala en rotar 10°, tal como 15°.
  16. 16. Procedimiento acorde con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, que comprende ademas la etapa de ajustar y/o modificar el paso en toda la envergadura de cada pala.
    20
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