ES2632587T3

ES2632587T3 - Pala de turbina eólica y procedimiento de fabricación relacionado

Info

Publication number: ES2632587T3
Application number: ES12793244.0T
Authority: ES
Inventors: Esa Peltola; Pauli Vuomajoki; Tomas Wallenius; Raimo Huuhtanen
Original assignee: WICETEC Oy
Current assignee: WICETEC Oy
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2017-09-14
Anticipated expiration: 2032-05-30
Also published as: DK2715128T3; FI20115536A0; CA2837828C; CN103582758A; EP2715128A4; FI20115536A7; WO2012164167A1; US20140086748A1; CA2837828A1; US10632573B2; RU2591369C2; EP2715128B1; RU2013156929A; EP2715128A1; FI20115536L; CN103582758B

Abstract

Una pala (104a, 104b, 104c, 108, 201) para un rotor de una turbina (101) eólica, comprendiendo dicha pala: - un elemento (218) de cuerpo de pala que comprende una superficie portadora para acomodar un elemento calefactor, - un elemento (110, 120, 122, 124, 126, 128, 130, 132, 208, 208a, 208b) calefactor conductor de electricidad, alargado y esencialmente plano, dispuesto sobre la superficie portadora para extenderse longitudinalmente esencialmente a lo largo de por lo menos el borde (108a) frontal de la pala, en el que el elemento calefactor comprende un tejido multiaxial de carbono. - un elemento (112a, 112b, 212, 212a, 212b) conductor que suministra energía eléctrica, situado en un extremo del elemento calefactor; extendiéndose el elemento conductor esencialmente a lo ancho del elemento calefactor en ambos lados opuestos y a lo largo de sus superficies opuestas respectivas, y se acopla eléctricamente al mismo en dichos ambos lados y a través de dichas superficies respectivas, y - una estructura de articulación que comprende por lo menos un elemento (114a, 114b, 214) de articulación conductor de electricidad, en la que por lo menos un elemento de articulación conductor de electricidad cubre esencialmente, en dichos ambos lados del elemento calefactor, las secciones del elemento conductor de electricidad que se extienden a lo ancho del elemento calefactor.

Description

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DESCRIPCION

Pala de turbina eolica y procedimiento de fabricacion relacionado Campo de la invencion

La presente invencion se refiere generalmente a turbinas eolicas. La invencion se refiere, en particular, a la prevencion de la formacion de hielo y a la reduccion de la formacion de hielo en las palas de turbina eolica por medio de calentamiento.

Antecedentes

La congelacion atmosferica tiene lugar cuando gotas de agua en la atmosfera se congelan sobre un objeto en contacto. Por ejemplo, en relacion con aeronaves, el hielo puede aumentar el riesgo de entrada en perdida aerodinamica. De este modo, el hielo acumulado debe detectarse del modo mas precoz y fiable posible. Por ejemplo, puede proporcionarse una sonda electromecanica con un elemento oscilante (vibratorio) de deteccion en el morro de la aeronave, con lo cual el hielo acumulado acto seguido produce cambios en la frecuencia de oscilacion dependiendo del grosor de la capa de hielo. La frecuencia de oscilacion se monitoriza para estimar la cantidad de hielo.

Como otro escenario de uso, las turbinas eolicas de los parques eolicos pueden verse gravemente afectadas por hielo en las palas del rotor. Las palas pueden agrietarse y la eficiencia productiva puede disminuir drasticamente. El desgaste general de la turbina puede incrementarse tambien debido a desequilibrios de tipo masico y aerodinamico y por la friccion resultante provocada por el hielo. Se ha sugerido introducir la mencionada sonda oscilante en la gondola de una turbina eolica, al igual que usar diversos sensores basados en capacitancia, impedancia e inductancia que requieren la incorporacion de sensores espedficos en las palas del rotor. Ademas, se han descrito diferentes sensores opticos que monitorizan el hielo acumulado sobre la superficie de un sensor basandose en, p. ej., los cambios en la reflexion lummica de la superficie.

Para evitar o reducir la formacion de hielo, se han descrito un numero de procedimientos antihielo o deshielo tales como el calentamiento o la estimulacion por microondas, para evitar, reducir o ralentizar la acumulacion de hielo sobre superficies predeterminadas. El calentamiento puede implementarse soplando aire u otro gas caliente, canalizando cables calientes u otros elementos o, p. ej., lfquido, un sistema de circulacion de lfquido hacia la(s) zona(s) afectada(s). Para uso contra la formacion de hielo, las areas objetivo pueden incluir un revestimiento repelente al hielo tal como la pintura de silicona, por ejemplo.

El documento US5971323A desvela un elemento calefactor resistivo para calentar una pala de helicoptero para combatir la formacion de hielo en ella. Varias capas de fibras conductoras superpuestas estan colocadas de tal forma que la energfa termica irradiada a traves de ellas vana a lo largo del borde anterior de la pala.

El documento FR2779314A desvela una disposicion en alguna medida similar disenada para palas de helicopteros y alas de aeronaves. Las disposiciones duales en particular, una para el deshielo y la otra contra la formacion de hielo, pueden implementarse en la misma ala.

Muchas disposiciones conocidas para evitar la formacion de hielo siguen padeciendo problemas de fiabilidad, eficiencia y/o seguridad, por lo menos en determinado tipo de condiciones operacionales.

Por ejemplo, en el contexto de la aviacion y de los parques eolicos, la capacidad de calentamiento requerida puede ser de alrededor de 10 kV/m2 de magnitud. Si la conexion entre la superficie objetivo a calentar y el elemento calefactor aplicado es inadecuada y falla, tanto la superficie como el elemento pueden danarse debido a sobrecalentamiento.

En algunos escenarios, los conductores metalicos extremadamente delgados, tales como los cables o, p. ej., las fibras metalizadas, se han laminado en epoxi y se han proporcionado sobre la superficie objetivo. Sin embargo, estas disposiciones son extremadamente proclives a una rotura mecanica debido a la fatiga provocada por diversos factores potenciales tales como la flexion repetida o la humedad entre las capas laminadas, lo cual conduce facilmente a un fallo de funcionamiento del calentamiento tal como la reduccion o el cese completo del calentamiento sin olvidar, por otro lado, el riesgo de sobrecalentamiento. Ademas, las soluciones contemporaneas pueden ser extremadamente complicadas de disponer sobre la superficie objetivo, tal como una pala de rotor, sin sacrificar algun requisito de diseno de la misma en cuanto al espesor, peso, aerodinamica, etc.

Sumario de la invencion

De este modo, el objetivo es paliar uno o mas de los problemas descritos anteriormente que no han sido abordados aun satisfactoriamente por las disposiciones actuales de calentamiento, y proporcionar una alternativa factible para calentar una superficie objetivo, tal como la superficie de una pala de rotor, ala de aeroplano, o alguna otra superficie vulnerable, sensible al hielo que potencialmente quede expuesta a condiciones de formacion de hielo.

El objetivo se consigue mediante las realizaciones de una pala adecuada para su uso con un rotor de una turbina

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eolica y un procedimiento de fabricacion relacionado de acuerdo con la presente invencion.

En consecuencia, en un aspecto de la presente invencion una pala para un rotor de una turbina eolica comprende:

- un elemento de cuerpo de pala, que opcionalmente comprende fibra de vidrio tal como un material compuesto reforzado de fibra de vidrio, que comprende una superficie portadora para acomodar un elemento calefactor;

- un elemento calefactor, conductor de electricidad, alargado y preferentemente plano, preferentemente un elemento que incluya fibra de carbono, tal como una malla de fibra de carbono o similar, dispuesto encima de la superficie portadora para extenderse longitudinalmente esencialmente a lo largo de por lo menos el borde anterior de la pala, preferentemente alrededor de por lo menos el 50 % de la longitud de la pala, mas preferentemente alrededor de por lo menos el 60 % y lo mas preferentemente alrededor de por lo menos el 70 % respectivamente, en el que el elemento calefactor comprende un tejido multiaxial de carbono;

- un elemento conductor que suministra energfa electrica situado en un extremo del elemento calefactor alargado, extendiendose el elemento conductor esencialmente a lo ancho del elemento calefactor sobre ambos lados opuestos y a lo largo de las superficies opuestas respectivas del mismo, y se acopla electricamente al mismo en dichos ambos lados y a traves de dichas superficies respectivas; y

- una estructura de articulacion que comprende por lo menos un elemento de articulacion conductor de electricidad, cubriendo dicho al menos un elemento de articulacion conductor de electricidad esencialmente, en dichos ambos lados del elemento calefactor, las secciones del elemento conductor de electricidad que se extienden a lo ancho del elemento calefactor.

Preferentemente, hay por lo menos dos elementos conductores anteriormente citados y opcionalmente tambien estructuras de articulacion, una de ambos a cada extremo del elemento calefactor para permitir el flujo de corriente a traves del elemento y el correspondiente calentamiento. Alternativamente, pueden aplicarse estructuras conductoras y/o de articulacion con distinta configuracion, p. ej., en cada extremo, ademas del elemento conductor preferido y/o estructura de articulacion, respectivamente.

El elemento de articulacion que forma o que por lo menos esta incluido en la estructura de articulacion, puede ser un elemento multiseccion que define, p. ej., dos capas, una por cada lado del elemento calefactor. Al menos dos de las secciones pueden conectarse entre st El elemento de articulacion puede por tanto ser un elemento unitario tal como un elemento en forma de “u” con dos o mas secciones integrales como las mitades de la “u”, o se pueden utilizar en la estructura de articulacion multiples elementos de articulacion tales como capas separadas por materiales intermedios. Un elemento de articulacion, o una pluralidad de ellos, puede definir ademas al menos cuarto capas, dos en cada lado del elemento calefactor, preferentemente con las secciones del elemento conductor en medio. El elemento de articulacion puede doblarse de forma que se extienda a lo largo de los dos lados del elemento conductor y/o del elemento calefactor.

En una realizacion, el elemento calefactor puede ciertamente ser esencialmente plano y tener, p. ej., una forma esencialmente rectangular o elfptica. Puede ser una lamina o similar. Adicionalmente o alternativamente, puede ser un elemento compuesto, o “conglomerado”, que comprende multiples secciones situadas en serie a lo largo de la longitud y/o anchura de la pala. Las secciones pueden acoplarse electricamente entre sf mediante conductores entre ellas.

Ademas, en direccion perpendicular, el elemento calefactor puede comprender multiples secciones tales como capas con caractensticas potencialmente diferentes tales como los materiales y/o la orientacion del ingrediente del material. Las capas pueden haberse laminado juntas. Preferentemente, una seccion del elemento conductor puede extenderse entre las capas. El elemento calefactor incluye un material conductor de electricidad tal como una fibra adecuada de carbono o de grafito.

En otra realizacion, ya sea suplementaria o alternativa, el elemento calefactor puede situarse mas cerca de la punta que de la seccion de la rafz de la pala. En algunas realizaciones, el elemento calefactor puede estar curvado a lo largo de la punta y seguir esencialmente la forma de la misma. Por ejemplo, el elemento calefactor curvado puede extenderse desde el borde frontal al borde trasero y/o desde el lado de succion al lado de presion de la pala.

En una realizacion adicional, ya sea suplementaria o alternativa, el elemento calefactor puede tener al menos un extremo ahusado. El elemento calefactor puede estrecharse hacia la punta, por ejemplo.

En una realizacion adicional, ya sea suplementaria o alternativa, el elemento conductor puede ser alargado o al menos comprender una seccion alargada. Este puede incluir una configuracion de tira o de cable, p. ej., una cuerda cilmdrica.

En algunas configuraciones, el elemento conductor puede incluir una seccion dividida con un nodulo y por lo menos dos ramificaciones para permitir la disposicion del elemento en ambos lados (superior/inferior) del elemento calefactor. Una ramificacion puede situarse en un lado y al menos otra ramificacion en el lado opuesto. Adicionalmente o alternativamente, el elemento puede incluir una pluralidad de subelementos separados tales como

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unos cables conductores que pueden dirigirse de manera independiente hacia cualquiera de los lados del elemento calefactor. El elemento puede incluir tambien un cable u otra estructura conglomerada, tal como unos embudos, que aloje de forma colectiva y aisle un numero de subelementos tales como conductores trenzados fuera del area de confluencia con una cubierta comun, por ejemplo.

En algunas de otras realizaciones, suplementarias o alternativas, el elemento conductor, tal como un cable individual, puede curvarse de forma que se extienda sobre el elemento calefactor a ambos lados del mismo. Una curva puede incluir, por ejemplo, una curva esencialmente semicircular o un pliegue agudo.

En una realizacion adicional suplementaria o alternativa, el elemento conductor puede estar tanto dividido como curvado. Por ejemplo, el elemento puede comprender un nodulo que lo divida en dos secciones de ramificacion que se curvan despues para alternar en uno o ambos lados del elemento calefactor.

En otra realizacion adicional, suplementaria o alternativa, dos o mas elementos de la pala pueden construirse, conectarse, fijarse y/o extenderse en capas mediante laminacion. Opcionalmente puede aplicarse un adhesivo.

Todavfa en una realizacion adicional suplementaria o alternativa, el elemento calefactor puede constar de, o por lo menos comprender, un numero de capas de material opcionalmente tejido a base de carbono tal como el tejido de fibra de carbono proporcionado adicionalmente de forma opcional con material de relleno. Opcionalmente, puede utilizarse tejido de carbono multiaxial, tal como biaxial, de multiples capas.

En otro aspecto de la presente invencion, un procedimiento para construir una pala para un rotor de una turbina eolica comprende:

- obtener un elemento de cuerpo de pala que comprende una superficie portadora para acomodar un elemento calefactor; y

- proporcionar un elemento calefactor, conductor de electricidad, alargado y preferentemente plano sobre la superficie portadora para extenderse longitudinalmente esencialmente a lo largo de por lo menos el borde frontal de la pala, preferentemente alrededor de por lo menos el 50 % de la longitud de la pala, mas preferentemente alrededor de por lo menos el 60 % y lo mas preferentemente alrededor de por lo menos el 70 %, respectivamente, en el que el elemento calefactor comprende un tejido multiaxial de carbono, y en el que la conexion que suministra energfa electrica al elemento calefactor se proporciona por medio de un elemento conductor situado en un extremo del elemento calefactor alargado, extendiendose el elemento conductor esencialmente a lo ancho del elemento calefactor sobre al menos dos lados opuestos del mismo y a lo largo de las respectivas superficies opuestas del mismo, y se acopla electricamente al mismo en dichos dos lados y a traves de dichas superficies respectivas, y una estructura de articulacion conductora de electricidad que comprende por lo menos un elemento de articulacion conductor de electricidad, cubriendo dicho al menos un elemento de articulacion conductor de electricidad esencialmente, en dichos dos lados opuestos del elemento calefactor, las secciones del elemento conductor de electricidad que se extienden a lo ancho del elemento calefactor.

Los diversos elementos enumerados anteriormente pueden unirse entre sf, por ejemplo, mediante laminacion.

En una realizacion del procedimiento, se proporciona una capa adicional de material encima de los elementos, incluyendo dicha capa adicional de material de manera opcional fibra de vidrio. La capa adicional puede proporcionar aislamiento y/o proteccion a los elementos subyacentes ademas del efecto estetico potencial. La aerodinamica de la pala tambien se puede optimizar y por tanto elevar la eficiencia de la pala con ello.

Las consideraciones expuestas anteriormente concernientes a las diversas realizaciones de la disposicion pueden aplicarse de forma flexible a las realizaciones del procedimiento mutatis mutandis y viceversa, como puede apreciar una persona experta.

La utilidad de la presente invencion proviene de una pluralidad de cuestiones dependiendo de cada realizacion particular. Primero de todo, el acoplamiento electrico entre el conductor y el elemento calefactor puede asegurarse a lo largo de todo el ancho del elemento calefactor mediante la configuracion aplicada del propio conductor y la ya mencionada estructura de articulacion, que eleva la eficiencia de calentamiento, proporciona un calentamiento uniforme y minimiza los riesgos de cortocircuitos o de interrupciones de contacto. En consecuencia, a partir de ah puede impedirse que en la pala se deposite hielo o puede derretirse y eliminarse el hielo ya acumulado. Se puede alcanzar y mantener una temperatura deseada de la pala. Adicionalmente, la solucion sugerida permite mantener la pala delgada y ligera. Aun asf, su fabricacion sigue siendo relativamente sencilla y rapida.

La expresion “un numero de” se refiere en el presente documento a cualquier numero entero positivo empezando por el uno (1), p. ej., a uno, dos, o tres.

La expresion “una pluralidad de” se refiere en el presente documento a cualquier numero entero positivo empezando por el dos (2), p. ej., a dos, tres, o cuatro.

En las reivindicaciones dependientes se desvelan diferentes realizaciones de la presente invencion.

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Breve descripcion de los dibujos

A continuacion, la invencion se describe en mas detalle con referencia a los dibujos adjuntos en los que

la Fig.1a ilustra un escenario de uso de una realizacion de la presente invencion en un contexto de turbina eolica. La Fig.1b ilustra diferentes realizaciones de la estructura de la pala y elementos relacionados de acuerdo con la presente invencion.

La Fig.2a ilustra una realizacion de la estructura de la pala con particular enfasis sobre el acoplamiento entre el elemento conductor electrico y el elemento calefactor en un extremo del ultimo.

La Fig.2b ilustra una seccion transversal de otra realizacion de la pala.

La Fig.2c ilustra una seccion transversal de una realizacion adicional de la pala.

La Fig.3 es un diagrama de flujo de una realizacion de un procedimiento de acuerdo con la presente invencion. Descripcion detallada de los dibujos

La Fig.la representa un escenario en el que puede aplicarse una realizacion de la presente invencion. Un parque eolico puede incluir un numero de turbinas 101 eolicas, cada una comprendiendo una torre 106, una gondola 102 y un buje de rotor con un numero de palas 104a, 104b, y 104c. Una pala 104a, 104b, 104c puede comprender esencialmente una seccion de la rafz con, p. ej., una seccion transversal de forma cilmdrica para conectar la pala al buje, y una seccion aerodinamica con una seccion transversal con forma aerodinamica. La seccion aerodinamica puede comprender un lado de succion y un lado de presion, conectados en sus bordes frontales y traseros.

La Fig.1b ilustra diferentes realizaciones de la pala y elementos asociados. La pala 108, en la que en la figura se muestra un boceto transversal meramente ilustrativo de la misma, se proporciona con un elemento 110 calefactor alargado que generalmente puede tener, por ejemplo, una forma plana, rectangular. Preferentemente, el elemento 110 calefactor se extiende esencialmente por lo menos a lo largo del borde 108a frontal de la pala 108 a lo largo de una distancia que es por lo menos un 60 % de la longitud de la pala 108 para proporcionar un calentamiento uniforme al mismo. En la figura es visible como solamente la minima seccion de punta de la pala carece de elemento calefactor en la realizacion ilustrada. Preferentemente, la punta por tanto se calienta mediante la solucion sugerida tambien.

Preferentemente, el elemento 110 calefactor se situa mas cerca del extremo de la punta 108c que del extremo de la rafz ya que la punta 108c puede ser mas proclive a la formacion de hielo. Sin embargo, se pueden aplicar tambien posicionamientos simetricos u otras alternativas dependiendo de la realizacion.

En algunas realizaciones tales como en la representada, el elemento 110 calefactor tiene un extremo ahusado. Este puede, de manera especial, estrecharse hacia la punta 108c. En consecuencia, la disipacion de calor cerca de la punta 108c puede mejorarse, que es lo que se prefiere ya que la demanda de calor puede ser mayor allf debido al aumento del enfriamiento de conveccion inducido por la mayor velocidad local. En el extremo de la rafz puede requerirse menos calentamiento.

De ese modo, el elemento calefactor puede cubrir ventajosamente la zona de la pala que es responsable de la mayona de la generacion de energfa. Es decir, hacia la rafz, la contribucion a la generacion de energfa puede disminuir y la pala tambien puede volverse menos proclive a la formacion de hielo debido al efecto geometrico (el perfil aerodinamico es normalmente mas denso) y al efecto aerodinamico (el enfriamiento de conveccion es normalmente mas bajo). Por tanto, el extremo de la rafz de la pala 108 puede, en muchos escenarios, quedar desprotegido, o protegido menos eficazmente, contra la formacion de hielo.

El elemento 110 calefactor puede situarse mas cerca de un lado predeterminado deseado de la superficie de la pala 108, p. ej., la superficie de “succion” o la superficie de “presion”, en relacion al espesor de la pala 108. Las superficies pueden ser, por ejemplo, planas, curvadas o segmentadas. Alternativamente, el elemento 110 calefactor puede situarse simetricamente, p. ej., en el centro, en relacion con las dos o mas superficies de la pala 108. Como una alternativa adicional, pueden proporcionarse elementos calefactores espedficos para multiples superficies, tales como las superficies de succion y de presion. Preferentemente, el elemento 110 calefactor se situa mas cerca del borde 108a frontal que del borde 108b trasero de la pala 108. Alternativamente, el elemento calefactor puede colocarse simetricamente, p. ej., en medio, en relacion con los bordes frontal y trasero.

El elemento 110 calefactor puede comprender fibra tal como la fibra de carbono. Este puede incluir un polfmero reforzado con fibra, por ejemplo, seleccionado de tal forma que se alcancen las cifras de calor y conductividad electrica deseadas.

El elemento 110 calefactor puede conectarse electricamente a la fuente de alimentacion, que no se muestra en la figura, mediante un numero de elementos 112a, 112b conductores de electricidad que se proporcionan por lo menos parcialmente dentro de la pala 108 y las articulaciones 114a, 114b, posicionados preferentemente en los extremos del elemento 108 calefactor alargado y lo mas preferentemente tambien en ambos lados del elemento calefactor, p. ej., el lado orientado al observador de la figura y el lado opuesto.

El extremo del elemento calefactor generalmente puede referirse a una seccion que cubre preferentemente menos

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de alrededor del 20 %, mas preferentemente menos de alrededor del 10 % y lo mas preferentemente menos de alrededor del 5 % de la longitud total del mismo.

En 120, se muestra una realizacion del elemento calefactor en la que el elemento comprende, en direccion longitudinal, por lo menos dos secciones diferentes unidas entre su Alternativamente o adicionalmente, tambien en direccion lateral (a lo ancho) el elemento puede comprender multiples secciones unidas. Las secciones pueden comprender diferentes materiales, orientaciones de materiales y/o diferentes dimensiones. En consecuencia, las propiedades de las secciones, tales como termicas y/o de conductividad electrica, pueden diferir de manera mutua. En 122, una realizacion del elemento calefactor comprende dos secciones preferentemente conectadas entre sf por medio de los conductores electricos. Alternativamente, las secciones pueden conectarse de forma independiente a la fuente de alimentacion o a algun elemento intermedio, por ejemplo. En 124, una realizacion del elemento calefactor comprende una seccion de material (central) integrada en el material circundante. El material integrado puede tener una conductividad termica y/o electrica diferente a la del material circundante, por ejemplo. En 126, una realizacion del elemento calefactor comprende un extremo curvado, o generalmente ahusado. En 128, una realizacion del elemento calefactor comprende un extremo ahusado que tiene una forma de contorno definida por una curva lineal a tramos.

En 130, una realizacion del elemento calefactor comprende una capa de material esencialmente plana. En 132, una realizacion del elemento calefactor comprende multiples capas que se superponen tales como las capas 134, 136 apiladas de material en relacion con el espesor del elemento.

La Fig. 2a muestra, no a escala, una realizacion de la estructura 201 de la pala y los acoplamientos electricos a la fuente de alimentacion relacionados. En la figura, solo se muestra un extremo del elemento 208 calefactor. Este esta situado en el elemento 218 de cuerpo de la pala y las lmeas de puntos representan la parte no visible del mismo que se extiende en la direccion del eje longitudinal asociado. Un numero de elementos 212 conductores de electricidad pueden situarse a lo largo de ambas superficies del elemento 208 calefactor que se situa en una posicion predeterminada del material portador formando por lo menos una parte del cuerpo 218 de la pala. En el escenario representado, se han curvado dos conductores alrededor del elemento 208 para formar esencialmente por lo menos una vuelta en el extremo del mismo en direccion lateral (a lo ancho). El pliegue puede ser agudo, por ejemplo. El bucle formado por el elemento 212 conductor puede estar cerrado comprendiendo un punto de interconexion, o puede estar abierto (con forma de gancho). Un elemento 214 de articulacion, tal como una tira, ha sido curvado de forma que se extiende a lo largo de ambos lados del elemento conductor y el elemento calefactor. El elemento 214 de articulacion tiene forma de “u” en la figura para ilustrar este hecho. En escenarios reales la curva puede ser tambien relativamente de esquinas afiladas.

Alternativamente, uno o mas elementos 214 de articulacion pueden comprender multiples secciones, al menos inicialmente separadas potencialmente, tales como una seccion superior y una seccion inferior que pueden posicionarse de forma independiente sobre cada superficie del elemento 208 calefactor de forma que cubran el conductor 212 intercalado entre ellas. Por lo menos dos extremos de las secciones pueden configurarse para hacer contacto, opcionalmente solaparse, entre sf tras la colocacion.

Se ha proporcionado una capa funcional, tal como una capa 216 protectora que opcionalmente optimiza la aerodinamica, encima de la estructura construida intercalada. La capa 216 puede cubrir la totalidad de la pala 201 o solo secciones seleccionadas de la misma, tales como las secciones de articulacion. Pueden proporcionarse capas adicionales, funcionales y/o esteticas sobre la misma.

La Fig.2b ilustra una seccion transversal de otra realizacion de la pala. El elemento 208a calefactor comprende una pluralidad de secciones tales como capas. Este puede comprender, p. ej., tejido biaxial de carbono. El elemento 212a conductor mostrado situado en un extremo de la pala, tal como el extremo de la punta o el extremo de la rafz, comprende un nodulo que lo divide en multiples ramificaciones, esencialmente en tres. La ramificacion en el medio se extiende entre, o dentro de, dos secciones del elemento 208a calefactor, tales como capas. Una ramificacion puede extenderse generalmente sobre un lado y otra ramificacion sobre el lado opuesto del elemento 208a calefactor o una seccion tal como una capa del mismo. En el caso representado, los elementos 214 de articulacion se extienden sobre las ramificaciones mas externas del elemento 212a conductor. Estas podnan alternativamente llevar los extremos unidos (no se muestra en la figura) para formar un elemento de articulacion unitario con, p. ej., una seccion transversal con forma de bucle o de “u”.

La Fig.2c ilustra una seccion transversal de una realizacion adicional de la pala. El elemento 208 calefactor puede situarse esencialmente en medio de la estructura apilada general formada sobre el elemento 218 de cuerpo de pala. El elemento 212b conductor incluye un nodulo que lo divide en dos ramificaciones. Cada ramificacion esta dirigida hacia un lado espedfico del elemento 208b calefactor. Adicionalmente, cada ramificacion se configura, tal como una curva, de forma que se extiende sobre el ancho del elemento 208b calefactor varias veces, en la realizacion de la figura, esencialmente dos veces. Por lo menos una ramificacion del elemento 212b conductor puede unirse de vuelta al nodulo (no se muestra en la figura) o a otra seccion del elemento para formar un bucle. Se proporciona una pluralidad de capas 214 del elemento de articulacion, esencialmente dos capas, en ambos lados del elemento 208b calefactor. La seccion del elemento 212b conductor se configura para residir entre las dos capas 214 en cada lado. Por lo menos dos capas 214 de elemento de articulacion podnan conectarse mutuamente en los extremos (no se

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muestra en la figura) para formar, p. ej., una forma de “u”.

La Figura 3 desvela, solo a modo de ejemplo, un procedimiento de diagrama de flujo de acuerdo con una realizacion de la presente invencion. En 302, pueden fabricarse, obtenerse y prepararse diferentes materiales y elementos de puesta en marcha. Por ejemplo, los materiales de la pala, cables electricos, cables de senalizacion, materiales del elemento calefactor, materiales del elemento de articulacion, etc. pueden obtenerse y configurarse.

En 304, se obtiene por lo menos un elemento de cuerpo de pala. El elemento de cuerpo de pala puede incluir, por ejemplo, fibra de vidrio y de manera especial, p. ej., plasticos reforzados con fibra de vidrio tales como poliester o epoxi. Este puede contener varias piezas tales como dos mitades que han de unirse entre sf. El elemento de cuerpo de pala puede asemejarse a la pala final o, p. ej., a la mitad de la pala en tamano y/o forma. Analogamente, multiples elementos de cuerpo, tales como dos, pueden unirse entre sf para construir la forma basica de la pala. Diferentes elementos suplementarios, tales como cables de senalizacion, sensores y tambien cables de suministro electrico aplicados para el calentamiento, pueden proporcionarse y de manera opcional fijarse tal como pegados al elemento de cuerpo de pala actuando como un portador de ello. Los elementos suplementarios pueden integrarse en el material del cuerpo.

En 306, ya se ha obtenido por lo menos un elemento calefactor y, de forma opcional, se ha situado en esta fase en el elemento de cuerpo de pala. Una tira de un material adecuado tal como una lamina de fibra de carbono puede cortarse y proporcionarse sobre el elemento de cuerpo de pala, por ejemplo. El elemento calefactor puede situarse de forma que cubra una seccion predeterminada de un lado espedfico del elemento de cuerpo de pala correspondiente, p. ej., el lado de succion o de presion de la pala terminada. De forma opcional, el elemento calefactor puede cubrir, al menos parcialmente, por lo menos un borde del elemento de cuerpo de pala tal como el borde que esencialmente forma, o que por lo menos esta en paralelo con el borde frontal de la pala. Preferentemente, el elemento calefactor se situa mas cerca del borde frontal que del borde trasero a menos que, p. ej., se aplique un posicionamiento mas centrado. El centrado puede aplicarse en relacion con el morro del perfil aerodinamico y/o entre los bordes frontal y trasero, por ejemplo.

En algunas realizaciones el elemento calefactor puede extenderse longitudinalmente esencialmente a lo largo de por lo menos el borde frontal de la pala, preferentemente por lo menos alrededor del 60 % de la longitud de la pala, mas preferentemente por lo menos alrededor del 70 % y lo mas preferentemente por lo menos alrededor del 80 % o 90 % respectivamente, para ventajosamente proporcionar el calentamiento desviado por la punta o un calentamiento uniforme. Alternativamente, en algunas otras realizaciones, por ejemplo, con un escenario de uso y/o aerodinamica de pala diferentes, el alcance del elemento calefactor puede ser mas pequeno.

La superficie del elemento de cuerpo que recibe el elemento calefactor puede limpiarse primero utilizando, p ej., acetona. Sobre el elemento de cuerpo y el elemento calefactor puede proporcionarse una resina adecuada tal como una lamina que incluye fibra de carbono, que puede enrollarse despues o si no proporcionarse encima de este. Las ubicaciones de las articulaciones preferentemente en los extremos del elemento calefactor pueden dejarse sueltas en esta fase para facilitar la subsiguiente construccion de la articulacion en la que el material del elemento conductor y de articulacion esta configurado preferentemente para extenderse tambien entre el elemento de cuerpo y el elemento calefactor.

En 308, un numero de elementos conductores que suministran energfa electrica, tales como cables de cobre, se situan preferentemente en los extremos del elemento calefactor alargado, extendiendose el elemento conductor esencialmente a lo ancho del elemento calefactor en por lo menos dos lados del mismo y acoplandose electricamente al mismo. Los elementos conductores pueden fijarse mediante una resina adecuada. Los elementos conductores estan por lo menos acoplados electricamente a la fuente de alimentacion y pueden conformar la parte interna del cableado electrico instalado en las palas, o estar por lo menos conectados al mismo. Tambien se proporciona una estructura de articulacion conductora de electricidad que incorpora un numero de elementos de articulacion y que cubre esencialmente las secciones del elemento conductor de electricidad que se extienden a lo ancho del elemento calefactor alargado en ambos lados del mismo. Una pluralidad de elementos de articulacion puede proporcionarse inicialmente y por lo menos alguno de ellos opcionalmente conectarse entre sf durante la formacion de las articulaciones dependiendo de la realizacion de la estructura de articulacion como se ha contemplado anteriormente en el presente documento.

En una realizacion, los extremos del elemento calefactor pueden haberse dejado sueltos inicialmente en relacion con el elemento de cuerpo durante el artfculo 306 como se ha mencionado anteriormente, de forma que los elementos de articulacion y conductores puedan situarse ahora entre ellos. Despues de que las necesarias capas de elementos de articulacion y conductores se han situado entre el elemento de cuerpo y el elemento calefactor o por lo menos la capa inferior de un elemento calefactor multicapa, tambien el extremo suelto del elemento calefactor o por lo menos la capa mas inferior del mismo puede fijarse a la estructura conglomerada subyacente de los elementos de cuerpo, conductor y de articulacion, y las capas restantes del elemento conductor, de articulacion y tambien de forma opcional del calefactor (cuyo extremo opcionalmente puede curvarse) pueden proporcionarse encima. En el procedimiento debe aplicarse una resina adecuada.

En una realizacion alternativa, las articulaciones electricas pueden formarse en el elemento calefactor antes de

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situarlo en su ubicacion final sobre el elemento de cuerpo, es dedr, un numero de elementos conductores y de elementos de articulacion pueden situarse primero en el elemento calefactor tras lo cual la entidad conglomerada se situa en el elemento de cuerpo y se fija al mismo.

Las zonas laminadas pueden endurecerse aplicando, p. ej., una bolsa de vado que les induzca presion y una manta electrica que les induzca calor. El tiempo de endurecimiento y la temperatura adecuada dependen ciertamente de la realizacion y de los materiales usados y sus cantidades pero, p. ej., en algunos escenarios pueden necesitarse varias horas y una temperatura elevada de alrededor de 70 grados centigrados.

En 310, una capa adicional que contiene, p. ej., fibra de vidrio puede proporcionarse para al menos cubrir parcialmente el conglomerado de elemento de cuerpo/elemento calefactor/articulacion. Preferentemente, la fibra de vidrio o capa alternativa de proteccion esta dispuesta tal como laminada sobre el elemento calefactor antes del curado del elemento calefactor. Un numero de sensores tales como sensores termicos pueden conectarse a la estructura con el cableado necesario (si lo hubiera, ya que tambien pueden aplicarse sensores inalambricos). Estas acciones pueden haberse ejecutado por lo menos parcialmente anteriormente, en relacion con el artfculo 306, por ejemplo, siempre que el elemento calefactor haya sido situado en el elemento de cuerpo antes de finalizar las articulaciones.

En 312, el procedimiento de ejecucion esta terminado.

La ordenacion mutua y la presencia general de los artfculos del procedimiento de los diagramas del procedimiento desvelados anteriormente pueden cambiarse por una persona experta basandose en los requisitos establecidos para cada escenario de uso en particular. Por ejemplo, una pala puede incluir una pluralidad de elementos calefactores para calentar multiples lados (p. ej., de succion y presion) y/o bordes tales como sus bordes frontales y traseros. De forma opcional, los elementos calefactores de los diferentes lados pueden incluso solaparse en el borde frontal.

Por consiguiente, una persona experta puede, sobre la base de la presente divulgacion y el conocimiento general, aplicar las ensenanzas proporcionadas a fin de implementar el alcance de la presente invencion segun se indica en las reivindicaciones adjuntas en cada caso particular de uso con las necesarias modificaciones, eliminaciones e incorporaciones, de haberlas. Por ejemplo, en vez de una pala de rotor para una turbina eolica, la superficie objetivo a calentar puede referirse a un aerogenerador, una aerobomba, un ala de aeroplano, un ala de misil, etc. En muchas aplicaciones es ventajoso proporcionar el objeto a calentar con por lo menos un elemento calefactor como se desvela en el presente documento complementado por un ejemplo del elemento conductor de electricidad sugerido y de la estructura de articulacion esencialmente en ambos extremos del elemento calefactor. Sin embargo, las disposiciones del conductor y/o las articulaciones pueden tambien diferir entre los extremos. En algunas realizaciones, una disposicion de conductor y/o articulacion puede estar situada incluso en la parte central alejada del extremo del elemento calefactor.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Una pala (104a, 104b, 104c, 108, 201) para un rotor de una turbina (101) eolica, comprendiendo dicha pala:

- un elemento (218) de cuerpo de pala que comprende una superficie portadora para acomodar un elemento calefactor,

- un elemento (110, 120, 122, 124, 126, 128, 130, 132, 208, 208a, 208b) calefactor conductor de electricidad, alargado y esencialmente plano, dispuesto sobre la superficie portadora para extenderse longitudinalmente esencialmente a lo largo de por lo menos el borde (108a) frontal de la pala, en el que el elemento calefactor comprende un tejido multiaxial de carbono.

- un elemento (112a, 112b, 212, 212a, 212b) conductor que suministra energfa electrica, situado en un extremo del elemento calefactor; extendiendose el elemento conductor esencialmente a lo ancho del elemento calefactor en ambos lados opuestos y a lo largo de sus superficies opuestas respectivas, y se acopla electricamente al mismo en dichos ambos lados y a traves de dichas superficies respectivas, y

- una estructura de articulacion que comprende por lo menos un elemento (114a, 114b, 214) de articulacion conductor de electricidad, en la que por lo menos un elemento de articulacion conductor de electricidad cubre esencialmente, en dichos ambos lados del elemento calefactor, las secciones del elemento conductor de electricidad que se extienden a lo ancho del elemento calefactor.
2. La pala de la reivindicacion 1, que comprende por lo menos una capa (216) protectora y aerodinamicamente optimizada dispuesta en el elemento calefactor y tambien en la estructura de articulacion, dicha al menos una capa comprendiendo fibra de vidrio.
3. La pala de cualquier reivindicacion precedente, en la que el elemento (110) calefactor se situa mas cerca de la punta (108c) que de la rafz de la pala.
4. La pala de cualquier reivindicacion precedente, en la que el elemento (110, 126, 128) calefactor tiene un extremo ahusado, en el extremo situado mas cerca de la punta (108c) de la pala.
5. La pala de cualquier reivindicacion precedente, en la que el elemento calefactor comprende un tejido biaxial de carbono.
6. La pala de cualquier reivindicacion precedente, en la que el elemento calefactor comprende fibra de grafito.
7. La pala de cualquier reivindicacion precedente, en la que el elemento calefactor comprende una pluralidad de capas apiladas.
8. La pala de cualquier reivindicacion precedente, en la que el elemento (212) conductor tiene una curva para extenderse sobre ambos lados del elemento calefactor.
9. La pala de cualquier reivindicacion precedente, en la que el elemento (212a, 212b) conductor comprende un nodulo que divide el elemento conductor en por lo menos dos ramificaciones dirigidas hacia lados diferentes del elemento calefactor.
10. La pala de cualquier reivindicacion precedente, en la que el elemento conductor comprende por lo menos dos subelementos separados que estan dirigidos hacia lados diferentes del elemento calefactor.
11. La pala de cualquier reivindicacion precedente, en la que el elemento (212b) conductor tiene una curva para extenderse de forma repetida sobre un lado predeterminado del elemento calefactor.
12. La pala de cualquier reivindicacion precedente, en la que el elemento (208) calefactor comprende dos capas (208a) entre las que se extiende por lo menos una seccion del elemento (212a) conductor.
13. La pala de cualquier reivindicacion precedente, en la que la estructura de articulacion incluye un elemento (214) de articulacion curvado de forma que se extiende sobre ambos lados del elemento (208) calefactor.
14. La pala de cualquier reivindicacion precedente, en la que la estructura de articulacion define por lo menos dos capas, una en cada lado del elemento (208a) calefactor y las secciones del elemento (212a) conductor residen entre las mismas.
15. La pala de cualquier reivindicacion precedente, en la que la estructura de articulacion incluye una pluralidad de elementos de articulacion que definen por lo menos cuatro capas, dos en cada lado del elemento (208b) calefactor, de tal forma que la seccion del elemento (212b) conductor se extiende entre las mismas.
16. Un procedimiento para la construccion de una pala para un rotor de una turbina eolica, que comprende:

- obtener un elemento de cuerpo de pala que comprende una superficie portadora para acomodar un elemento (304) calefactor; y

- proporcionar un elemento calefactor alargado, conductor de electricidad, en la superficie portadora para

extenderse longitudinal y esencialmente a lo largo de por lo menos el borde frontal de la pala (306), en el que el elemento calefactor comprende un tejido multiaxial de carbono; y

en el que la conexion que suministra energfa electrica al elemento calefactor se proporciona por medio de un 5 elemento conductor situado en un extremo del elemento calefactor alargado, extendiendose el elemento conductor esencialmente a lo ancho del elemento calefactor sobre dos lados opuestos y a lo largo de sus respectivas superficies opuestas, y se acopla electricamente al mismo en dichos dos lados y a traves de dichas superficies respectivas, y una estructura de articulacion conductora de electricidad que comprende por lo menos un elemento de articulacion conductor de electricidad, cubriendo dicho al menos un elemento de articulacion conductor de 10 electricidad esencialmente, en dichos dos lados opuestos del elemento calefactor, las secciones del elemento conductor de electricidad que se extienden a lo ancho del elemento (308) calefactor.