ES2637399T3

ES2637399T3 - Turbina eólica con deflectores de aire desplegables

Info

Publication number: ES2637399T3
Application number: ES09251327.4T
Authority: ES
Inventors: Jonathon P. Baker; Kevin Lee Jackson; Edward A. Mayda; Cornelis P. Van Dam
Original assignee: GE Infrastructure Technology LLC
Current assignee: GE Vernova Infrastructure Technology LLC
Priority date: 2008-05-16
Filing date: 2009-05-15
Publication date: 2017-10-13
Anticipated expiration: 2029-05-15
Also published as: DK2128385T3; US10844837B2; EP2128385A3; US20120263601A1; EP2128385A2; US20090285682A1; EP2128385B1; US8192161B2

Abstract

Una turbina eólica que comprende: un generador eléctrico; y un rotor acoplado al generador eléctrico, teniendo el rotor una pala de rotor, teniendo la pala de rotor un deflector de aire, siendo móvil el deflector de aire entre una posición extendida en la que el deflector de aire se extiende hacia el exterior desde una superficie exterior de la pala del rotor, en una parte de ataque de la misma en el sentido de la cuerda, y una posición retraída en la que el deflector de aire no se extiende hacia el exterior desde la superficie exterior de la pala del rotor, en la que la superficie superior del deflector de aire, cuando está en la posición retraída, forma una parte de la superficie exterior de la pala del rotor, y caracterizada porque toda una superficie superior del deflector de aire, cuando está en la posición extendida, se eleva separándose de la superficie exterior de la pala del rotor en una localización sobre la parte de ataque a en el sentido de la cuerda para provocar la separación del flujo en la proximidad del borde de ataque de la pala del rotor.

Description

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DESCRIPCION

Turbina eolica con deflectores de aire desplegables Referencia cruzada a solicitudes relacionadas

La presente Solicitud reivindica la prioridad sobre la Solicitud de Patente de Estados Unidos N.° de Serie 12/122.584, titulada “WIND TURBINE WITH GUST COMPENSATING AIR DEFLECTOR” y presentada el 16 de mayo de 2008, cuyo contenido se incorpora en el presente documento por referencia en su totalidad.

Campo tecnico

La presente invencion se refiere en general al diseno y control de una turbina eolica. Mas espedficamente, la invencion se refiere a la modificacion de la aerodinamica de una pala de turbina eolica.

Antecedentes

Las turbinas eolicas crean potencia proporcionalmente al area barrida por sus palas. La eleccion de los atributos del rotor para una turbina eolica, tal como su diametro, es un compromiso de diseno entre palas mas largas para mayor produccion de energfa con vientos debiles y palas mas cortas para limitacion de la carga con vientos fuertes. Por ello, la turbina eolica que tenga palas mas largas incrementara el area barrida, lo que su vez produce mas potencia. Sin embargo, a elevadas velocidades del viento, una turbina eolica que tenga las palas mas largas presenta mayores demandas sobre los componentes y crea situaciones en las que la turbina debe pararse para evitar danos de los componentes. Incluso en situaciones en las que la velocidad promedio del viento no es suficientemente alta para producir danos, rafagas de viento periodicas que cambien tanto la velocidad como la direccion del viento, aplican fuerzas que pueden ser suficientemente intensas para danar el equipo.

Se han intentado enfoques con niveles variables de exito para conseguir una potencia mas alta, menores paradas, y menores casos de danos a los componentes. Por ejemplo, se ha usado el control del paso de palas para variar el paso de la pala (es decir, el angulo de la pala). En una turbina eolica con paso controlado, el controlador electronico en la turbina comprueba la produccion de potencia de la turbina. Cuando la produccion de potencia excede un cierto umbral, el mecanismo de paso de palas gira las palas del rotor para reducir las cargas sobre las palas del rotor. Las palas se giran de vuelta posteriormente cuando de nuevo cae el viento. Sin embargo, un control de paso puede ser claramente lento para responder a cambios en el viento y es relativamente ineficaz para las cargas impuestas por rafagas de viento subitas.

El control de la entrada en perdida es otro enfoque que se ha usado en un intento de conseguir una potencia mas alta, y para reducir paradas y danos a los componentes. En turbinas eolicas con control de perdida de tipo pasivo, las palas del rotor se montan en el buje con una orientacion angular fija. El control de la perdida se consigue pasivamente por la forma de la pala que es tal que la pala pasa a perdida aerodinamica (destruyendo el empuje) cuando la velocidad del viento excede un cierto umbral. Existen turbinas eolicas con control de perdida de tipo activo. En dichos sistemas, las palas del rotor se ajustan para crear una perdida a lo largo de la pala. Sin embargo, ambos tipos de sistemas de control de perdida pueden ser diffciles de optimizar y lentos en responder, y pueden padecer de una predictibilidad de los resultados mas baja de lo deseable. Estos inconvenientes se amplfan en condiciones de vientos erraticos y rafagas de viento.

Se han usado tambien sistemas de pala de rotor de longitud variable como un intento para conseguir una potencia mas alta, y experimentar menos paradas y menos danos a los componentes. En dichos sistemas, las palas de la turbina eolica son telescopicas de modo que su longitud puede ajustarse basandose en la velocidad del viento. Esto proporciona ventajas porque las palas del rotor pueden extenderse para proporcionar una produccion mayor con condiciones de viento debil y retraerse a cargas mas bajas con condiciones de viento mas fuerte. La Patente de Estados Unidos N.° 6.902.370 divulga un sistema de turbina eolica que tiene unas palas de rotor de turbina eolica telescopicas. Aunque los sistemas de pala de rotor de longitud variable tienen ciertas ventajas, pueden padecer de inconvenientes en condiciones de viento erraticas o pueden ser demasiado lentos en responder cuando se experimenta una rafaga de viento.

Dado que la electricidad es cada vez un servicio mas valioso, y dado que las turbinas eolicas presentan una solucion medioambientalmente amigable para resolver los problemas de escasez de electricidad, es por ello deseable un diseno de turbina eolica que supere los inconvenientes anteriormente mencionados y proporcione una potencia incrementada y disminuya las paradas de la turbina y danos a los componentes.

El documento WO 2004/099608 describe una pala de turbina eolica que incluye medios ajustables de regulacion del empuje dispuestos sobre o en la superficie de la pala de la turbina eolica, proporcionandose dichos medios de regulacion del empuje con medios de activacion por medio de los que pueden ajustarse y alterar asf las propiedades aerodinamicas de la pala. Los medios de regulacion del empuje y los medios de activacion estan adaptados y dispuestos de modo que mediante la activacion de los medios de activacion, puede reducirse el empuje en una zona que se extiende en la direccion longitudinal de la pala desde una primera posicion adyacente a la punta de la pala a una segunda posicion entre la primera posicion y la rafz de la pala y esta segunda posicion es variable en la

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direccion longitudinal de la pala mediante el ajuste de los medios activos. Los medios de regulacion del empuje estan formados por al menos un flap flexible.

El documento WO 02/29247 describe un metodo y un dispositivo para regulacion del flujo de aire alrededor de la pala de un molino eolico. El dispositivo comprende un aleron, que se proporciona con una cavidad. El aleron se monta en una superficie de la pala en conexion con otra unidad de regulacion del flujo, y el aleron puede cambiar el flujo de aire alrededor de la pala asumiendo diferentes formas. Cuando el aleron esta en una forma desactivada no tiene lugar ningun cambio particular en el flujo de aire, dado que el aleron se mueve continuamente y sigue el contorno de la pala. Cuando el aleron esta en una forma activada se cambia, sin embargo, el flujo de aire porque el aleron ya no sigue los contornos de la pala y crea una discontinuidad o al menos cambia el perfil de la pala de tal manera que se cambian las condiciones del flujo de aire. En particular las condiciones del flujo de aire pueden cambiarse de modo que el efecto de la segunda unidad de regulacion del flujo se elimine completa o parcialmente. El cambio de la forma tiene lugar suministrando un fluido, tal como aire comprimido o aceite hidraulico, a la cavidad en el aleron. El cambio del flujo de aire es una ventaja porque es posible asf regular la velocidad de rotacion del rotor, en el que se monta la pala.

El documento WO 2003/0218102 describe pestanas de traslacion micro-electromecanicas (MEM) para la mejora y el control de la carga aerodinamica de las superficies de empuje. Estas micro-pestanas se montan en o cerca del borde de salida de las superficies de empuje, se despliegan aproximadamente normales a la superficie, y tienen una altura de despliegue maxima del orden del grosor de la capa lfmite. El despliegue de este tipo de dispositivo cambia de modo efectivo la combadura, afectando de ese modo al empuje generado por la superficie. El efecto de estas micro-pestanas sobre el empuje es tan poderoso como superficies de control convencionales tales como alerones. La aplicacion de esta mejora en el empuje simple, aunque innovadora y del dispositivo de control permitira la eliminacion de algunos de los sistemas de control voluminosos convencionales de alto empuje y dara como resultado la reduccion global en el peso, complejidad y coste del sistema.

Breve sumario

Lo que sigue presenta un sumario simplificado de la invencion para proporcionar una comprension basica de algunos aspectos de la invencion. Este sumario no es una vision general extensa de la invencion. No se pretende que identifique elementos claves o cnticos de la invencion o delimite el alcance de la invencion. El siguiente sumario presenta meramente algunos conceptos de la invencion en una forma simplificada como un preludio para la descripcion mas detallada proporcionada a continuacion.

Para superar las limitaciones de la tecnica anterior descritas anteriormente, y para superar otras limitaciones que seran evidentes tras la lectura y comprension de la presente especificacion, la presente invencion se dirige a un dispositivo y sistema para contrarrestar incrementos subitos en la carga o cambios en el entorno operativo tal como cuando una rafaga incrementa subitamente la magnitud del viento o cambia la direccion del viento experimentado por un rotor de turbina eolica.

De acuerdo con la presente invencion se proporciona una turbina eolica que comprende: un generador electrico; y un rotor acoplado al generador electrico, teniendo el rotor una pala de rotor, teniendo la pala de rotor un deflector de aire, siendo movil el deflector de aire entre una posicion extendida en la que el deflector de aire se extiende hacia el exterior desde una superficie exterior de la pala del rotor, en una parte de ataque en el sentido de la cuerda del mismo, y una posicion retrafda en la que el deflector de aire no se extiende hacia el exterior desde la superficie exterior de la pala del rotor, en el que la superficie superior del deflector de aire, cuando esta en la posicion retrafda, forma una parte de la superficie exterior de la pala del rotor, y en el que toda la superficie superior del deflector de aire, cuando esta en la posicion extendida, se eleva separandose de la superficie exterior de la pala del rotor en una localizacion sobre la parte de ataque en el sentido de la cuerda para provocar la separacion del flujo en la proximidad del borde de ataque de la pala del rotor.

Se exponen caractensticas preferidas de la invencion en las reivindicaciones dependientes.

En una realizacion una turbina eolica incluye una pala de rotor de perfil aerodinamico que tiene un deflector de aire. El deflector de aire puede configurarse para extenderse desde una superficie exterior de la pala de rotor de perfil aerodinamico cuando se detecta un cambio en la carga o magnitud o angulo de una rafaga de viento. En esta forma, el deflector de aire actua para contrarrestar dichos cambios. En una disposicion, el deflector de aire puede localizarse sobre un lado de ataque de la pala de rotor de perfil aerodinamico tal como se define por un borde de ataque y un borde de salida de la pala. Por ejemplo, el borde de ataque y superficie pueden corresponder a un borde o superficie de la pala de rotor de perfil aerodinamico mas proxima a un origen del viento. El deflector de aire puede moverse adicionalmente a una posicion retrafda en condiciones de operacion normales (por ejemplo, cuando no es excesiva la carga) de modo que el deflector de aire no se extienda hacia el exterior desde la superficie de la pala de rotor de perfil aerodinamico.

En otra realizacion de una turbina eolica esta incluye una pala de rotor de perfil aerodinamico que es telescopicamente extensible y que tiene al menos un deflector de aire. Para contrarrestar cargas excesivas y otros factores medioambientales, la pala de rotor de perfil aerodinamico puede extenderse o retraerse en conjunto con la

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extension o retraccion de al menos un deflector de aire. Por ejemplo, cuando tiene lugar un cambio subito, el deflector de aire puede activarse dado que el deflector de aire puede extenderse muy rapidamente. Para cambios mas graduales, puede usarse la extension o retraccion de la pala dado que no es tan cntica la compensacion rapida. En otras disposiciones, el deflector de aire puede extenderse para reducir adicionalmente las cargas en casos en los que la pala de rotor de perfil aerodinamico se haya retrafdo tanto como es posible.

En otra realizacion se proporciona un modulo para contrarrestar una rafaga de viento o carga conectado a una pala de perfil aerodinamico. El modulo de contrarrestado puede incluir un deflector de aire, un controlador para el control de la extension y retraccion del deflector de aire y un sensor configurado para detectar varias condiciones. En una o mas configuraciones, la pala de perfil aerodinamico puede incluir multiples modulos de contrarrestado, incluyendo cada uno un deflector de aire, un controlador y un sensor. El uso de modulos puede facilitar la extraccion, insercion o sustitucion de deflectores de aire u otros componentes asociados con ellos sin tener que modificar toda la pala de perfil aerodinamico.

De acuerdo con uno o mas aspectos adicionales, una pala de rotor puede incluir una pluralidad de deflectores de aire, cada uno de los cuales puede controlarse selectiva e independientemente. Pueden desplegarse varios deflectores de aire o combinaciones de los mismos dependiendo de un requisito de control dado tal como reduccion de carga, extension de palas, reduccion en un ciclo de trabajo del paso, reduccion de cargas asimetricas, amortiguacion de resonancias en el sentido del borde y parada de emergencia. En una o mas disposiciones, los deflectores de aire pueden categorizarse en seis zonas de una pala de rotor: borde de ataque de la superficie superior, cuerda media de la superficie superior, borde de salida de la superficie superior, borde de ataque de la superficie inferior, cuerda media de la superficie inferior y borde de salida de la superficie inferior. En un ejemplo, cada zona de deflectores de aire puede controlarse como una unica unidad. Alternativamente, cada deflector de aire puede desplegarse independientemente de todos los otros.

Breve descripcion de los dibujos

Puede adquirirse una comprension mas completa de la presente invencion y las ventajas de la misma mediante referencia a la siguiente descripcion teniendo en consideracion los dibujos adjuntos, en los que numeros de referencia iguales indican caractensticas iguales, y en los que:

La Figura 1 es una vista en perspectiva de una turbina eolica de acuerdo con una primera realizacion de la invencion.

La Figura 2 es una seccion transversal a traves de la pala del rotor que representa un primer dispositivo de contrarrestado de rafagas de viento con el deflector de aire en una posicion extendida.

La Figura 3 es una seccion transversal a traves de la pala de rotor que representa un segundo dispositivo de contrarrestado de rafagas de viento con el deflector de aire en una posicion extendida.

Las Figuras 4 y 5 son vistas en seccion isometricas a traves de la pala del rotor que representan el dispositivo de contrarrestado de rafagas de viento de la Figura 2 con el deflector de aire en una posicion retrafda (Figura 4) y en una posicion extendida (Figura 5).

Las Figuras 6 y 7 representan vistas isometricas de una realizacion ilustrativa del dispositivo de contrarrestado de rafagas, aislado, con el deflector de aire mostrado en una posicion retrafda (Figura 6) y en una posicion extendida (Figura 7).

La Figura 8 es una seccion transversal esquematica de una pala de rotor mostrando una disposicion de separacion ilustrativa para una serie de dispositivos de contrarrestado de rafagas.

La figura 9 es una seccion transversal esquematica de una pala de rotor longitudinalmente telescopica mostrando una disposicion de separacion ilustrativa para una serie de dispositivos de contrarrestado de rafagas.

La Figura 10 es una vista en seccion esquematica de una pala de rotor que representa el flujo de aire bajo condiciones de viento normales.

La Figura 11 es una vista en seccion esquematica de una pala de rotor que representa el flujo de aire bajo una primera situacion de rafagas.

La Figura 12 es una vista en seccion esquematica de una pala de rotor que representa el flujo de aire bajo una primera situacion de rafaga que representa esquematicamente un deflector de aire del lado de baja presion en una posicion extendida y el efecto sobre el flujo de aire.

La Figura 13 es una vista en seccion esquematica de una pala de rotor que representa el flujo de aire bajo una situacion de rafaga alternativa que representa esquematicamente un deflector de aire en el lado de alta presion en una posicion extendida y el efecto sobre el flujo de aire.

La Figura 14 es un grafico que representa el empuje y la resistencia sobre las palas del rotor en funcion del

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angulo de ataque del viento y los efectos operacionales de la posicion de los deflectores de aire (desplegados o re^dos) sobre los lados de alta y baja presion de las palas del rotor.

La Figura 15 es un diagrama de control esquematico que representa una realizacion controlada localmente del dispositivo de contrarrestado de rafagas.

La Figura 16 es un diagrama de control esquematico que representa una realizacion controlada centralmente del dispositivo de contrarrestado de rafagas.

La Figura 17 es un diagrama de control esquematico que representa una realizacion de control distribuido del dispositivo de contrarrestado de rafagas.

Las Figuras 18a y 18b son diagramas esquematicos que representan una disposicion de piston/cilindro para la extension y retraccion de un deflector de aire de acuerdo con uno o mas aspectos descritos en el presente documento.

La Figura 19 ilustra un flujo de aire alrededor de una pala de rotor que tiene un dispositivo deflector de aire de la superficie inferior del borde de salida desplegado de acuerdo con uno o mas aspectos descritos en el presente documento.

La Figura 20 ilustra una configuracion de ejemplo de zonas sobre una pala de rotor de acuerdo con uno o mas aspectos descritos en el presente documento.

La Figura 21 es un grafico que ilustra los efectos de la generacion de potencia de una pala de rotor que tiene un dispositivo deflector de aire de la superficie inferior del borde de salida desplegado.

La Figura 22 ilustra el flujo de aire alrededor de una pala de rotor que tiene un dispositivo del borde de salida de

la superficie superior desplegado de acuerdo con uno o mas aspectos descritos en el presente documento.

La Figura 23 ilustra un flujo de aire de bajo angulo de ataque alrededor de una pala de rotor que tiene un dispositivo de la cuerda media de la superficie superior desplegado de acuerdo con uno o mas aspectos descritos en el presente documento.

La Figura 24 ilustra un flujo de aire de elevado angulo de ataque alrededor de una pala de rotor que tiene un

dispositivo de la cuerda media de la superficie superior desplegado de acuerdo con uno o mas aspectos

descritos en el presente documento.

La Figura 25 ilustra un flujo de aire alrededor de la pala de rotor que tiene un dispositivo de la cuerda media de la superficie inferior desplegado de acuerdo con uno o mas aspectos descritos en el presente documento.

La Figura 26 ilustra un ejemplo de configuracion del dispositivo deflector de aire en una pala de rotor de acuerdo con uno o mas aspectos descritos en el presente documento.

La Figura 27 es una vista en seccion transversal de la pala de rotor de la Figura 25 tomada en la lmea A-A.

La Figura 28 ilustra un flujo de aire alrededor de una pala de rotor que tienen una combinacion de dispositivos deflectores de aire desplegados de acuerdo con uno o mas aspectos descritos en el presente documento.

La Figura 29 es un diagrama de flujo que ilustra un metodo para el control del despliegue selectivo de dispositivos deflectores de aire de acuerdo con uno o mas aspectos descritos en el presente documento.

La Figura 30 ilustra varias configuraciones de despliegue en asociacion con diferentes escenarios de acuerdo con uno o mas aspectos descritos en el presente documento.

La Figura 31 ilustra un metodo de ejemplo para la activacion selectivamente de uno o mas dispositivos deflectores de aire de acuerdo con uno o mas aspectos descritos en el presente documento.

La Figura 32 ilustra la carga en el sentido del borde de una pala de rotor antes y despues del despliegue de un dispositivo deflector de aire de acuerdo con uno o mas aspectos descritos en el presente documento.

La Figura 33 ilustra una pala de rotor de ejemplo que tiene una configuracion de despliegue alternativa del deflector de aire en el sentido de la envergadura de acuerdo con uno o mas aspectos descritos en el presente documento

Descripcion detallada

En la siguiente descripcion de las diversas realizaciones, se hace referencia a los dibujos adjuntos, que forman parte de la misma, y que muestran a modo de ilustracion varias realizaciones en las que puede ponerse en practica la invencion. Se ha de entender que pueden utilizarse otras realizaciones y pueden realizarse modificaciones estructurales y funcionales sin apartarse del alcance de la presente invencion.

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Los aspectos de la presente invencion estan dirigidos a un dispositivo desplegable y combinaciones de sus atributos que puede montarse sobre una pala de rotor en varias aplicaciones para ayudar rapidamente a contrarrestar rafagas de viento. Ademas, aspectos de la presente invencion estan dirigidos a una pala de rotor que tenga un dispositivo desplegable, y a una turbina eolica con una pala de rotor que tenga el dispositivo desplegable.

La Figura 1 muestra una turbina eolica 2 sobre una cimentacion 4 con una torre 6 que soporta una gondola 8. Se fijan una o mas palas 10 a un buje 12 a traves de una brida 14 de pernos. En la realizacion representada, la turbina eolica incluye tres palas 10. El buje 12 se conecta a una caja de engranajes, un generador, y otros componentes dentro de la gondola 8. Las palas 10 pueden tener una longitud fija o pueden ser de tipo de longitud variable, es decir telescopicas, tal como se muestra en la Figura 1. Como se muestra en la Figura 1, cada pala 10 de longitud variable incluye una parte 16 de rafz o base y una parte 18 de punta. La parte 18 de punta es movil con respecto a la parte 16 de rafz de modo que incremente y disminuya de forma controlable la longitud de la pala 10 de rotor y, a su vez, incremente y disminuya respectivamente el area barrida por las palas 10 del rotor. Puede usarse cualquier sistema de accionamiento deseable, tal como un accionamiento por tornillo, un piston/cilindro, o una disposicion de polea/correa para mover la parte 18 de punta con respecto a la parte 16 de rafz. Dichos sistemas de accionamiento se describen en la Patente de Estados Unidos 6.902.370, que se incorpora en el presente documento por referencia. La turbina eolica 2 incluye adicionalmente un accionamiento de orientacion y un motor de orientacion, no mostrados.

Las Figuras 2-5 muestran una seccion transversal de una pala 10 de turbina eolica que contiene al menos un dispositivo 30 de contrarrestado de rafagas. La pala 10 tiene un borde 20 de ataque, un borde 22 de salida, un lado 24 de alta presion y un lado 26 de baja presion. Puede definirse una lmea c de cuerda como una lmea entre el borde 20 de ataque y el borde 22 de salida de la pala 10. Se identifica que el lado de ataque de la pala 10 del rotor corresponde a la mitad de ataque de la pala 10 del rotor y el lado de salida de la pala 10 del rotor a la mitad de salida de la pala 10 del rotor.

La pala 10 representada en las figuras es meramente un diseno de seccion transversal ilustrativo y se admite que pueden usarse variaciones de seccion transversal infinitas como parte de la presente invencion. La pala de rotor de perfil aerodinamico puede fabricarse de cualquier construccion y materiales adecuados, tales como fibra de vidrio y/o fibra de carbono.

Como puede verse en las secciones transversales de las Figuras 2 y 3, la pala 10 de rotor incluye adicionalmente al menos un dispositivo de contrarrestado de rafagas, referenciado genericamente con el numero de referencia 30, pero al que se hace referencia espedficamente con los numeros de referencia 30a y 30b con referencia a un lado espedfico de la pala 10 del rotor. La Figura 2 representa una localizacion de un primer dispositivo 30a de contrarrestado de rafagas de viento para afectar al flujo de aire sobre el lado 26 de baja presion de la pala 10 del rotor. La Figura 3 representa una localizacion de un segundo dispositivo 30b de contrarrestado de rafagas de viento para afectar al flujo de aire sobre el lado 24 de alta presion de la pala 10 del rotor. Se admite que durante el uso, la superficie 26a mas curvada y la superficie 24a menos curvada opuesta crean la dinamica del lado 26 de baja presion y del lado 24 de alta presion debido a los bien conocidos principios de la aerodinamica. Esto, en combinacion con el flujo de aire sobre la pala 10 del rotor, crea un efecto conocido como “empuje” que ayuda a la rotacion del rotor.

En una realizacion, cada pala 10 de rotor incluye al menos un primer dispositivo 30a de contrarrestado de rafagas de viento para afectar al flujo de aire sobre el lado 26 de baja presion y al menos un segundo dispositivo 30b de contrarrestado de rafagas de viento para afectar el flujo de aire sobre el lado 24 de alta presion. Esto es, incluye dispositivos 30a y 30b de contrarrestado de rafagas de viento, y estos dispositivos 30a, 30b pueden espaciarse longitudinalmente a lo largo de la pala 10 del rotor. Puede usarse cualquier numero deseado de estos dispositivos 30a, 30b. En otra realizacion, cada pala 10 del rotor incluye al menos un dispositivo 30a de contrarrestado de rafagas de viento para afectar al flujo de aire sobre el lado 26 de baja presion y ningun dispositivo de contrarrestado de rafagas de viento sobre el lado 24 de alta presion. Puede usarse cualquier numero deseado de los dispositivos 30a sobre el lado 26 de baja presion. En otra realizacion mas, cada pala 10 del rotor incluye al menos un dispositivo 30b de contrarrestado de rafagas de viento sobre el lado 24 de alta presion y ningun dispositivo de contrarrestado de rafagas de viento sobre el lado 26 de baja presion. Puede usarse cualquier numero deseado de los dispositivos 30b en el lado 24 de alta presion.

Cada dispositivo 30a, 30b de contrarrestado de rafagas de viento incluye un deflector 32 de aire. El deflector 32 de aire es movil entre una posicion extendida en la que el deflector 32 de aire se extiende desde una superficie exterior de la pala 10 del rotor de perfil aerodinamico y una posicion retrafda en la que el deflector 32 de aire esta sustancialmente a nivel con, rebajado, o en otra forma no se extiende materialmente desde la superficie exterior de la pala 10 del rotor de perfil aerodinamico. Las Figuras 2 y 3 muestran ambas el deflector 32 de aire en una posicion extendida en la que el deflector 32 de aire se extiende desde la superficie exterior de la pala 10 del rotor. La Figura 4 es una vista en seccion isometrica a traves de la pala 10 del rotor representando el dispositivo 30a de contrarrestado de rafagas de viento.

En una primera disposicion, la localizacion de los deflectores 32 de aire con respecto al borde 20 de ataque y el borde 22 de salida de la pala 26 del rotor de perfil aerodinamico esta en la mitad de ataque, es decir, entre el 0 %- 50 % de la longitud de la cuerda c cuando se mide perpendicularmente a la misma desde el borde 20 de ataque al borde 22 de salida. En otra disposicion, la localizacion de los deflectores 32 de aire con respecto al borde 20 de

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ataque y el borde 22 de salida de la pala 26 del rotor de perfil aerodinamico esta entre el 5 %-25 % de la longitud de la cuerda c cuando se mide perpendicularmente a la misma desde el borde 20 de ataque al borde 22 de salida. En otra disposicion mas, la localizacion de los deflectores 32 de aire con respecto al borde 20 de ataque y al borde 22 de salida de la pala 26 de rotor de perfil aerodinamico esta entre el 5 %-15 % de la longitud de la cuerda c cuando se mide perpendicularmente a la misma desde el borde 20 de ataque al borde 22 de salida.

El deflector 32 de aire puede dimensionarse basandose en el parametro de la condicion de la turbina eolica deseado y adicionalmente a la vista del numero de dispositivos de contrarrestado de rafagas usados. El deflector de aire puede fabricarse de cualquier material adecuado, tal como fibra de vidrio, fibra de carbono, acero inoxidable y/o aluminio. El deflector 32 puede ser de cualquier ancho deseado, por ejemplo, desde unos pocos centimetros a treinta centfmetros. Adicionalmente, el deflector 32 puede extenderse desde la superficie de perfil aerodinamico de cualquier altura deseada, por ejemplo, desde menos de uno por ciento a un pequeno porcentaje de la cuerda c (Figura 3), y pueden tener cualquier grosor adecuado basandose en el material elegido, tfpicamente menos de dos centimetros y medio.

Las Figuras 4 y 5 son vistas en seccion isometricas a traves de la pala 10 del rotor que representan el lado de baja presion del dispositivo 30 de contrarrestado de rafagas de viento con el deflector 32 de aire en una posicion retrafda (Figura 4) y en una posicion extendida (Figura 5). El dispositivo 30 de contrarrestado de rafagas de viento se monta adecuadamente mediante una interfaz para mantener sustancialmente el contorno superficial de la pala 10 del rotor. Esto puede conseguirse mediante el uso de una o mas placas 34 de cobertura contorneadas que se fijan de modo fijo tanto al dispositivo 30 de contrarrestado de rafagas como a la estructura de la pala. Alternativamente, la cara de ataque del dispositivo 30 de contrarrestado de rafagas de viento puede contornearse adecuadamente y fijarse a la estructura de la pala. En otra disposicion, la cara de ataque del dispositivo 30 de contrarrestado de rafagas de viento puede montarse en el lado inferior de la pala. Pueden usarse disposiciones de fijacion adecuadas tales como equipos y adhesivos.

Las Figuras 6 y 7 representan vistas isometricas de una realizacion ilustrativa de un dispositivo 30 de contrarrestado de rafagas, aislado, con el deflector 32 de aire mostrado en una posicion retrafda (Figura 6) y en una posicion extendida (Figura 7). En una primera disposicion, el dispositivo 30 de contrarrestado de rafagas incluye un marco 33 fabricado de primera y segunda partes 34a y 34b. Las partes 34a y 34b se interrelacionan de modo que definen una ranura 35 en la que se desplaza el deflector 32 de aire. Si se desea, los bordes enfrentados de la primera y segunda partes 34a y 34b incluyen escapes 36 de aire. Los escapes 36 de aire se usan en general en configuraciones neumaticas (es decir, en donde el deflector 32 de aire es actuado mediante aire presurizado) para liberar el aire presurizado retenido, permitiendo de ese modo que el deflector 32 de aire vuelva a una posicion alternativa (por ejemplo, retrafda o extendida). La operacion del escape de aire como los escapes 36 de aire se explica con detalle adicional a continuacion con respecto a las Figuras 18a y 18b.

De acuerdo con un aspecto, el dispositivo 30 de contrarrestado de rafagas puede incluir muescas de grna (no mostradas) que actuan como un seguimiento para el deflector 32 de aire. Por ejemplo, la parte inferior del deflector 32 de aire puede incluir proyecciones (no mostradas) que se dimensionan, espacian y conforman de modo complementario a las muescas de grna. Las proyecciones pueden seguir entonces la pista correspondiente a las muescas cuando el deflector 32 de aire es extendido o retrafdo. Dicha disposicion proporciona una alineacion incrementada y soporte estructural adicional. Puede usarse cualquier disposicion deseada, tales como tornillos y otros equipos 38, para fijar unidas la primera y segunda partes 34a y 34b al dispositivo 30 de contrarrestado de rafagas. Si se adaptan aberturas de la pala 10 del rotor para que sean del mismo tamano, el deflector 30 de aire y sus caractensticas modulares separadas, facilitan una facil sustitucion frente a danos potenciales, tal como si son alcanzados por rayos, o sustitucion seleccionada para finalidades de personalizacion. Adicional o alternativamente, puede proporcionarse un orificio 40 como un acoplamiento de conducto de fluidos, por ejemplo, para conectar una fuente de aire presurizado a traves de un tubo de aire o similar.

Como se ha descrito anteriormente, si se usa mas de un dispositivo 30 de contrarrestado de rafagas en cada pala 10 del rotor, pueden estar longitudinalmente espaciados a lo largo de la longitud de la pala 10 del rotor segun se desee. La Figura 8 representa una disposicion espacial ilustrativa para una serie de dispositivos 30 de contrarrestado de rafagas con los deflectores 32 de aire. La Figura 9 representa una pala 10 de rotor longitudinalmente telescopica mostrando una serie de dispositivos 30 de contrarrestado de rafagas longitudinalmente espaciados con deflectores 32 de aire tanto en la parte 16 de base del rotor 10 como en la parte 18 de punta del rotor 10. Para cada disposicion, y basandose en restricciones de espacio dentro de la pala 10 del rotor, puede ser deseable espaciar longitudinalmente los dispositivos 30 de contrarrestado de rafagas a intervalos mas amplios de modo que puedan alternar entre localizaciones sobre el lado 24 de alta presion (Figura 2) y el lado 26 de baja presion (Figura 2).

La funcionalidad del dispositivo 30a y 30b de contrarrestado de rafagas se describe en general en el presente documento con respecto a las Figuras 10-14. La Figura 10 muestra una pala 10 de rotor que esta sometida a un flujo de aire bajo condiciones de viento normales en donde el angulo de ataque del viento, es decir, el angulo entre la lmea c de cuerda y la direccion del viento relativa, esta dentro de las condiciones de operacion deseadas normales. Dichas condiciones se reflejan en el grafico de la Figura 14 en donde el angulo de ataque esta entre las lmeas representadas por a1 y a2. En ese intervalo, los deflectores de aire permanecenan preferentemente en una posicion retrafda dado que las condiciones del viento estan consiguiendo el empuje deseado con baja resistencia. La capa

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Ifmite del flujo de aire del lado 26 de baja presion esta completamente fijada. Esto puede conseguir los resultados de operacion deseados bajo condiciones de viento normales.

La Figura 11 muestra la pala 10 del rotor que esta sometida a un flujo de aire bajo una condicion de rafaga que incrementa rapidamente el angulo de ataque del viento por encima de a-i. Esto crea un empuje incrementado y puede superar las cargas deseadas. Como se ha descrito anteriormente, esto puede danar los componentes y forzar una parada. Las caractensticas de empuje y resistencia sobre la pala 10 del rotor bajo estas condiciones se muestran en el grafico de la Figura 14 por los segmentos de lmea a la derecha de a1 que contienen el punto G1.

La operacion del dispositivo 30a de contrarrestado de rafagas en el lado 26 de baja presion bajo estas condiciones contrarresta los efectos negativos de dicha rafaga. Dichos efectos se muestran en la Figura 12. La Figura 12 representa condiciones de viento similares relativas a la pala de rotor como las mostradas en la Figura 11. En la Figura 12, se despliega el dispositivo 30a de contrarrestado de rafagas (por ejemplo, el dispositivo de control de carga) para mover el deflector 32 de aire a la posicion extendida. Esto induce una separacion del flujo superior adyacente o en un mmimo mas proximo al borde 20 de ataque. Esto crea un aumento significativo en la resistencia y una gran reduccion en el empuje. Dado que el dispositivo 30a de contrarrestado de rafagas puede mover el deflector 32 de aire desde la posicion retrafda a la posicion extendida en una fraccion de segundo, la carga sobre la pala del rotor y los otros componentes puede reducirse de la misma forma en una fraccion de segundo para preservar mejor los equipos e impedir fallos.

Las caractensticas de empuje y resistencia sobre la pala 10 del rotor bajo estas condiciones se muestran sobre el grafico de la Figura 14 por los segmentos de lmea a la derecha de a1 que contienen el punto G2. Espedficamente, la disminucion en el empuje con el deflector 32 de aire extendido se representa por la diferencia entre los elementos de lmea a la derecha de a1 que contienen el punto G1 y G2, respectivamente. Adicionalmente, el incremento en la resistencia con el deflector 32 de aire extendido se representa por la diferencia entre los segmentos de lmea a la derecha de a1 que contienen el punto G2 y G1, respectivamente. Cuando el angulo de ataque se mueve de vuelta a condiciones normales, el deflector 32 de aire puede moverse de vuelta a su posicion retrafda.

La Figura 13 es una vista en seccion esquematica de una pala de rotor que representa el flujo de aire bajo una rafaga alternativa o condiciones de parada de emergencia del rotor de la turbina eolica y que representa esquematicamente un deflector 32 de aire del lado de alta presion en una posicion extendida y el efecto sobre el flujo de aire. En las condiciones como las representadas en la Figura 13, el angulo de ataque ha cafdo por debajo de a2 (vease la Figura 14). Sin el despliegue del deflector 32 de aire del lado de alta presion, el empuje continuana disminuyendo segun se representa en la Figura 14.

Sin embargo, cuando se mueve el deflector 32 de aire sobre el lado de alta presion a una posicion extendida, se induce inmediatamente una separacion del flujo superficial menor. Esto a su vez incrementa la resistencia, pero tiene el efecto de reducir el empuje negativo no deseado. Las caractensticas de empuje y resistencia sobre la pala 10 del rotor bajo estas condiciones se muestran en el grafico de la Figura 14 por los segmentos de lmea a la izquierda de a2 que contienen el punto G3. Este desplazamiento del empuje negativo no deseado reduce las cargas aerodinamicas sobre la turbina eolica durante indeseables condiciones de rafaga de viento o condiciones de parada de emergencia del rotor de la turbina eolica. Cuando el angulo de ataque se mueve de vuelta a condiciones normales, el deflector 32 de aire puede moverse de vuelta a su posicion retrafda.

El deflector 32 de aire es beneficioso bajo otras condiciones de rafaga, tales como un incremento subito en la velocidad del viento sin un cambio en el angulo de ataque. Mediante el movimiento rapidamente del deflector 32 de aire desde la posicion retrafda a la posicion extendida, en cualquiera o en ambos del lado 26 de baja presion (como se muestra en la Figura 2) o en el lado 24 de alta presion, se altera la forma de la pala 10 del rotor alrededor o cerca del borde 20 de ataque. Esto cambia a su vez drasticamente las propiedades de empuje y resistencia de la pala 10. Por ello, una fuerte rafaga de viento que incremente la velocidad del viento y transmita una carga incrementada sobre el equipo, puede contrarrestarse en una fraccion de segundo mediante el despliegue de uno o mas deflectores 32 de aire. De ese modo, actua de modo efectivo como incremento instantaneo de la resistencia, de modo similar al funcionamiento como un freno de aire.

Puede usarse cualquier accionador deseado para mover los dispositivos 30 de contrarrestado de rafagas de viento que puede mover su deflector 32 de aire respectivo entre su posicion extendida y retrafda. En una disposicion ilustrativa en la que se usa un fluido tal como aire para controlar el movimiento de los deflectores 32 de aire, se acopla operativamente una fuente centralizada de aire presurizado a un orificio de los dispositivos 30 de contrarrestado de rafagas de viento (por ejemplo, el orificio 40 de las Figuras 6 y 7) a traves de un conducto (por ejemplo, el conducto 58 de la Figura 15). Dentro de los dispositivos 30 de contrarrestado de rafagas de viento, se usa un solenoide actuado por presion de aire o piston/cilindro y una valvula para accionar el deflector 32 de aire entre sus posiciones extendida y retrafda. Puede controlarse electronicamente una valvula para el control del flujo de aire presurizado, por ejemplo, la valvula 73 de las Figuras 18a y 18b, si se desea. En una disposicion, la senal para accionar la valvula y mover el deflector 32 de aire viaja a traves de una fibra optica. Si se desea, puede usarse un resorte para impulsar el deflector 32 de aire a cualquier posicion como un fallo seguro. Aunque puede necesitarse alguna pequena cantidad de electricidad para operar este sistema, y la potencia puede proceder de una fuente local tal como una batena o remotamente desde un hilo conductor, esta disposicion tiene atributos ventajosos porque

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minimiza el consumo de potencia y minimiza la probabilidad de ser alcanzado por un rayo. Se admite que pueden usarse sistemas de accionamiento alternativos. Por ejemplo, puede usarse un resorte para impulsar el deflector 32 de aire a una posicion extendida, para retraer posteriormente el deflector 32 de aire, puede usarse un motor. Pueden usarse tambien otros mecanismos y sistemas electromecanicos.

Las Figuras 18a y 18b ilustran una disposicion de piston/cilindro 76-78, una valvula 73 y un controlador para extender y retraer un deflector 79 de aire. En la posicion extendida mostrada en la Figura 18a, el deflector 79 de aire (es decir, una parte superior del piston 76) se extiende sobrepasando una superficie del modulo de contrarrestado de rafagas en la que se aloja la disposicion piston/cilindro 76/78 y una superficie 81 exterior de una pala de rotor de perfil aerodinamico correspondiente (no mostrada). Se configuran y se colocan topes 77 para impedir que el deflector 79 de aire y el piston 76 se extiendan sobrepasando cierto punto, controlando de ese modo una cantidad en la que el deflector 79 de aire puede sobresalir desde la superficie 81. En la Figura 18b, el deflector 79 de aire esta en una posicion retrafda y los topes 77 impiden que el piston 76 y el deflector 79 se retraigan sobrepasando cierto punto. En la posicion retrafda, la parte superior del deflector 79 de aire puede estar a nivel con la superficie 81 exterior de la pala de rotor de perfil aerodinamico.

El controlador 71 se configura para controlar la valvula 73 (por ejemplo, una valvula de cinco vfas) para permitir el flujo de aire presurizado al interior de una camara superior (es decir, una zona por encima de la base del piston 76) o a una camara inferior (es decir, una zona por debajo de la base del piston 76) del cilindro 78. Mediante la inyeccion de aire presurizado dentro de la camara superior, por ejemplo, el piston 76 puede forzarse hacia abajo a una posicion retrafda (como se muestra en la Figura 18b). La inyeccion de aire dentro de la camara inferior, por otro lado, fuerza al deflector 79 y al piston 76 hacia arriba a una posicion extendida (como se muestra en la Figura 18a). En una disposicion, el aire presurizado puede retenerse en cualquiera de las camaras inferior o la superior para mantener el deflector 79 y el piston 76 en una posicion correspondiente. En consecuencia, no necesita inyectarse continuamente aire presurizado dentro de una camara particular para mantener el deflector 79 en una posicion particular en dicha disposicion. Para mover el deflector 79 y el piston 76 posteriormente desde una posicion extendida a una posicion retrafda, o viceversa, el aire presurizado actualmente retenido en cualquiera de las camaras inferior o superior puede evacuarse desde el cilindro 78 traves de una o mas valvulas 75 de liberacion de aire (u otro mecanismo de liberacion del aire) y liberar adicionalmente el modulo de contrarrestado de rafagas a traves del canal 85 de escape. De acuerdo con un aspecto, el canal 85 de escape puede permitir que el aire escape a la atmosfera. Las valvulas 75 de liberacion del aire pueden controlarse electronicamente, por ejemplo, por el controlador 71 y/o incluir sistemas de control mecanicos.

Los dispositivos de contrarrestado de rafagas tales como los dispositivos 30 pueden activarse basandose en lecturas desde uno o mas de varios sensores y/o el controlador que usa valores detectados para determinar si se han excedido los umbrales predeterminados o cuando debena moverse un deflector de aire basandose en un algoritmo. Dichos sensores pueden incluir uno o mas de los siguientes: acelerometros, extensometros, sensores de presion absoluta y diferencial, veletas y detectores de velocidad del viento.

Como puede verse en la Figura 15, los dispositivos 30 de contrarrestado de rafagas pueden controlarse cada uno localmente. De acuerdo con esta disposicion, cada uno de los dispositivos 30 de contrarrestado de rafagas tendnan un controlador 50 y uno o mas sensores 52 acoplados al controlador 50. Tras la determinacion de que se ha excedido un umbral predeterminado (por ejemplo, basandose en una lectura del sensor 52), el controlador 50 enviana una serial para operar la valvula 54 para controlar el flujo de aire presurizado y mover el deflector 32 de aire. De acuerdo con esta disposicion, cada uno de los dispositivos 30 de contrarrestado de rafagas puede acoplarse a una fuente 56 comun de aire presurizado a traves de un conducto 58 de fluido.

Como puede verse en la Figura 16, los dispositivos 30 de contrarrestado de rafagas pueden controlarse tambien centralmente. De acuerdo con esta disposicion, cada dispositivo 30 de contrarrestado de rafagas estana funcionalmente acoplado a un controlador 60 comun. El controlador 60 podna enviar senales para controlar individual o comunmente los dispositivos 30 de contrarrestado de rafagas. Las senales pueden enviarse por el controlador 60 a cada dispositivo 30 de contrarrestado de rafagas a traves de una fibra optica 62 y/u otros mecanismos de senalizacion por cable o inalambricos. De modo similar a la realizacion de la Figura 15, cada uno de los dispositivos 30 de contrarrestado de rafagas puede acoplarse a una fuente 56 comun de aire presurizado a traves de un conducto 58 de fluido. En esta realizacion centralmente controlada, hay mas flexibilidad para usar sensores 52 adicionales tales como sensores separados del dispositivo 30 de contrarrestado de rafagas. Adicionalmente, el controlador 60 puede acoplarse al sistema 64 de accionamiento de palas de rotor para controlar telescopicamente la longitud efectiva de las palas 10 del rotor.

Adicionalmente, en otra disposicion, los dispositivos 30 de contrarrestado de rafagas se controlan de acuerdo con un sistema que contiene sustancialmente los detalles de las Figuras 15 y 16. Como se ilustra en la Figura 17, los dispositivos 30 de contrarrestado de rafagas pueden controlarse cada uno de forma distribuida. De acuerdo con esta disposicion, cada uno de los dispositivos 30 de contrarrestado de rafagas tendna un controlador 50 local y uno o mas sensores 52 acoplados al controlador 50 local. Por ello, cada controlador 50 local puede controlar independientemente la extension y retraccion de su deflector 32 correspondiente basandose en condiciones locales detectadas para cada controlador 50. Adicionalmente, los controladores 50 locales se acoplan a un controlador 60 central. El controlador 60 central puede enviar senales a los controladores 50 locales para controlar individual o

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comunmente los dispositivos 30 de contrarrestado de rafagas. Cada controlador 50 local puede enviar adicionalmente senales al controlador 60 central para informar al controlador 60 central de un estado de cada uno de los dispositivos 30 de contrarrestado de rafagas. La informacion de estado recogida puede usarse entonces por el controlador 60 central para determinar un esquema o una forma global en la que controlar los controladores 50 locales y deflectores 32 (por ejemplo, para reducir la carga y/u optimizar la captura de potencia). En esta realizacion de control distribuido, puede haber tambien flexibilidad para usar sensores 52 adicionales tales como sensores separados del dispositivo 30 de contrarrestado de rafagas. Adicionalmente, el controlador 60 puede acoplarse al sistema 64 de accionamiento de la pala de rotor para controlar telescopicamente la longitud efectiva de las palas 10 del rotor. Dicho sistema distribuido puede proporcionar tambien redundancia. En cada disposicion de control, los controladores 50, 60 pueden ser cualquier circuito de control deseado o conocido incluyendo, pero sin limitarse a microprocesadores.

De acuerdo con uno o mas aspectos, los dispositivos deflectores de aire tales como los dispositivos 30a y 30b de contrarrestado de rafagas (Figura 1) pueden usarse bajo condiciones distintas a rafagas. Por ejemplo, los dispositivos deflectores de aire pueden usarse para compensar turbulencias normales, cargas asimetricas, resonancia en el sentido del borde y similares. La colocacion y el despliegue de dispositivos deflectores de aire pueden variar basandose en un efecto o resultado deseado. Por ejemplo, en una o mas configuraciones, puede desplegarse un subconjunto apropiado de dispositivos deflectores de aire instalados sobre la pala de rotor para controlar la produccion de empuje y resistencia bajo condiciones de flujo de aire extremas. Mediante la modificacion de la produccion de empuje y de resistencia, los dispositivos deflectores de aire pueden crear efectos deseados sobre cargas, generacion de potencia, frenado aerodinamico, fatiga y similares. Cada dispositivo deflector de aire puede ser desplegable individual e independientemente de modo que pueden emplearse diversas configuraciones de despliegue dependiendo de la situacion. Con referencia de nuevo a la Figura 15, por ejemplo, cada dispositivo 30 deflector de aire puede incluir su propio controlador 50 que controla una valvula 54 de aire presurizado para el despliegue de los deflectores 32 de aire. Alternativamente, puede usarse un controlador central que se configura para controlar individualmente un mecanismo de activacion tal como una valvula presurizada para cada dispositivo deflector de aire como se ilustra en la Figura 16.

De acuerdo con otro aspecto, los deflectores 32 de aire pueden desplegarse a alturas variables. Si, por ejemplo, se desea una resistencia mas alta, puede desplegarse un deflector de aire a una altura mayor que si se desea menor resistencia. La altura del deflector de aire puede ser incremental de modo que un deflector de aire pueda desplegarse a una primera altura en un primer punto en el tiempo y posteriormente a una segunda altura en un segundo punto en el tiempo sin tener que volver a una posicion no desplegada. En una configuracion un deflector de aire puede desplegarse a una altura que no supere un orden de magnitud del grosor de la capa lfmite de la seccion de pala local. Un orden de magnitud puede definirse como un multiplo del grosor de la capa lfmite entre 1 y 10.

La Figura 19 ilustra una configuracion de despliegue de deflector de aire y un flujo resultante alrededor de la pala de rotor. En particular, la colocacion y despliegue del deflector 1909 de aire permite al sistema incrementar la produccion de empuje mientras minimiza la penalidad en resistencia en comparacion con el despliegue del deflector 1909 en otras localizaciones. La pala 1900 de rotor incluye un borde 1901 de ataque, un borde 1903 de salida, un lado 1905 de baja presion, un lado 1907 de alta presion y un deflector 1909 de aire localizado en el lado 1907 de alta presion. En una o mas disposiciones, el deflector 1909 de aire puede localizarse en el borde 1903 de salida del lado 1907 de alta presion, por ejemplo, entre 0,9 (90 %) a 1,0 (100 %) de la longitud de la cuerda c. La colocacion y el despliegue del deflector 1909 de aire cerca del borde 1903 de salida de la superficie 1907 inferior dan como resultado un incremento efectivo en la combadura de perfil aerodinamico local, incrementando de ese modo el empuje. El incremento de la produccion de empuje permite, a su vez, la generacion de una potencia mayor en una longitud de pala particular. Adicional o alternativamente, para minimizar la penalidad de resistencia potencial que acompana al despliegue del deflector 1909 de aire, la altura del deflector 1909 de aire puede estar en el orden del grosor de la capa lfmite. Esto es, en algunas disposiciones, la altura del deflector 1909 de aire podna no exceder el grosor de la capa lfmite dado que la resistencia se incrementa con la altura del deflector 1909 de aire. Adicionalmente, los dispositivos deflectores tales como el deflector 1909 de aire pueden desplegarse en una direccion perpendicular a la superficie del rotor 1900. Alternativamente, el deflector 1909 de aire puede desplegarse en un angulo.

La Figura 20 ilustra una definicion de ejemplo de la zona 2001 del borde de ataque, zona 2003 de cuerda media y zona 2005 del borde de salida. La zona 2001 del borde de ataque puede definirse como la zona del lado de alta y baja presion entre el 0 % y el 15 % (0,15) de la cuerda c mientras que el borde 2003 de salida puede definirse como la zona del lado de alta o baja presion entre el 90 % (0,90) y 100 % (1,0) de la cuerda c. La zona 2003 de la cuerda media puede definirse como la zona entre la zona 2001 del borde de ataque y la zona 2005 del borde de salida (es decir, entre el 15 % (0,15) y el 90 % (0,90) de la cuerda c). Pueden emplearse definiciones alternativas. Por ejemplo, la zona 2001 del borde de ataque puede expandirse al 0 % al 25 % (0,25) de la cuerda c o reducirse al 0 % al 10 % (0,10) de la cuerda c. Pueden realizarse modificaciones similares a las definiciones de la zona 2003 de cuerda media y zona 2005 del borde de salida. En una o mas configuraciones, pueden existir espacios entre varias zonas 2001, 2003 y 2005. Es decir, la zona 2001 del borde de ataque, la zona 2003 de la cuerda media y la zona 2005 del borde de salida pudieran no cubrir la totalidad de la superficie de la pala del rotor o cada zona pudiera no estar a tope con la otra zona.

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En una o mas disposiciones, las zonas 2001, 2003 y 2005 del borde de ataque, cuerda media y borde de salida, respectivamente, podnan dividirse adicionalmente en una zona de superficie superior y una zona de superficie inferior. Por ejemplo, la zona 2001 del borde de ataque podna incluir una parte 2001a de superficie superior (o superficie de baja presion) y una parte 2001b de superficie inferior (o superficie de alta presion). La zona 2003 de cuerda media y la zona 2005 del borde de salida podnan incluir de modo similar partes de superficie superior e inferior tales como 2003a y 2003b y 2005a y 2005b, respectivamente.

La Figura 21 ilustra el incremento en la generacion de potencia de la turbina resultante del despliegue de un deflector de aire a lo largo de la superficie inferior del borde de salida de una pala de rotor. Como se ha ilustrado en el grafico 2100 de potencia respecto a velocidad del viento, el despliegue de un dispositivo del borde de salida de la superficie inferior permite una mayor generacion de potencia con velocidades del viento menores. Por ejemplo, la generacion de potencia alcanza la plataforma 2110 a menores velocidades de viento en disposiciones que despliegan un deflector de aire a lo largo de borde de salida de la superficie inferior que sin el uso del dispositivo deflector de aire en el borde de salida de la superficie interior de las palas del rotor. En consecuencia, puede maximizarse la generacion de potencia en un intervalo mas amplio de velocidades de viento.

La Figura 22 ilustra un flujo alrededor de una pala de rotor que ilustra la colocacion y despliegue de un dispositivo deflector de aire para disminuir la produccion de empuje mientras minimiza la penalidad sobre la resistencia. La disminucion de la produccion de empuje puede ayudar a disminuir y controlar la cantidad de carga experimentada por una turbina (no mostrado). La colocacion y despliegue del deflector 2209 de aire sobre un borde 2203 de salida de la superficie 2205 superior de la pala 2200 de rotor proporciona una disminucion efectiva de la combadura del perfil aerodinamico local debido al flujo de aire desviado hacia arriba (es decir, a diferencia del despliegue del deflector 1900 de aire de la Figura 19). Segun disminuye la combadura de perfil aerodinamico local, asf lo hace el empuje. La altura extendida del deflector 2209 de aire puede usarse para controlar el cambio en el empuje, correspondiendo los incrementos de altura a disminuciones mayores en el empuje. Por ello, si se desea una gran disminucion del empuje, puede desplegarse un deflector 2209 de aire a una altura mayor que si se necesitara una disminucion mas pequena en el empuje.

Las Figuras 23 y 24 ilustran flujos alrededor de una pala de rotor que tiene desplegado un deflector de aire en la cuerda media. En particular, el uso de un dispositivo en la cuerda media de la superficie superior tal como dispositivo 2309, permite una reduccion de la produccion de empuje y un incremento en la resistencia. En una o mas disposiciones, la reduccion de la produccion de empuje puede ser proporcional al incremento en la resistencia. Para bajos angulos de ataque, como se muestra en la Figura 23, el dispositivo 2309 induce una separacion del flujo local aguas abajo. El flujo puede reunirse, sin embargo, aguas abajo, por ejemplo, en el punto A. Las perdidas momentaneas en la capa lfmite del perfil aerodinamico pueden provocar posteriormente que el flujo se separe de nuevo, por ejemplo, en el punto B, previamente al borde de salida de perfil aerodinamico. La separacion del flujo provocada por el dispositivo 2309 incrementa de modo efectivo la presion sobre la superficie superior y da como resultado una fuerza aerodinamica neta inferior (es decir, en combinacion con la presion sobre la superficie inferior).

Para elevados angulos de ataque como se muestra en la Figura 24, sin embargo, el dispositivo 2309 puede provocar un flujo separado sobre toda la superficie a popa del dispositivo. Esto es, el flujo no se reune en la superficie de la pala 2300 como es el caso ilustrado en la Figura 23 para bajos angulos de ataque. De acuerdo con una realizacion, el dispositivo 2309 puede posicionarse y desplegarse entre 0,3 y 0,7 de la cuerda c sobre la superficie superior de la pala 2300.

La Figura 25 ilustra el flujo de aire alrededor de una pala de rotor que tiene un deflector de aire posicionado y desplegado en una zona de cuerda media de la superficie inferior. La colocacion y despliegue en esta zona proporciona un incremento en la produccion de resistencia mientras minimiza el cambio en el empuje. El deflector 2509 de aire provoca la separacion del flujo local en la proximidad del dispositivo 2509, pero debido a un gradiente de presion favorable, el flujo se reune rapidamente. La rapida reunion de flujo da como resultado una zona de separacion mas pequena y por ello, un impacto menos significativo sobre el empuje en comparacion con los efectos de un dispositivo en la cuerda media de la superficie superior tal como el dispositivo 2309 de las Figuras 23 y 24. La resistencia se incrementa debido a la resistencia del dispositivo (es decir, la presencia del dispositivo 2509 en el flujo de alta velocidad). En una o mas realizaciones, el dispositivo puede posicionarse entre 0,2 y 0,8 de la cuerda c sobre la superficie inferior de la pala 2500.

Como se ilustra en las Figuras 19 y 21-25, los efectos de los deflectores de aire pueden variar dependiendo de la colocacion del dispositivo sobre una pala de rotor. De acuerdo con uno o mas aspectos, una pala de rotor puede incluir multiples deflectores de aire colocados en localizaciones variables sobre la pala del rotor. Las Figuras 26 y 27, por ejemplo, ilustran una configuracion de pala de rotor en la que se colocan multiples deflectores 2609 de aire a lo largo tanto de la superficie superior como de la superficie inferior de la pala 2600. Los dispositivos 2609 pueden colocarse en la superficie superior e inferior sobre el borde de salida, el borde de ataque y la zona de cuerda media, dando como resultado un total de seis conjuntos de dispositivos 2609, como se muestra en la Figura 27. Cada conjunto de dispositivos 2609 puede extenderse a lo largo de una longitud especificada de la pala 2600. Las Figuras 26 y 27 solo ilustran una posible configuracion de deflectores de aire 2609. Pueden usarse configuraciones alternativas basandose en los resultados deseados.

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Como se describe en el presente documento, cada uno de los dispositivos 2609 o conjuntos de los mismos pueden controlarse individualmente y activarse selectivamente. Dicho de modo diferente, un dispositivo de la superficie superior del borde de salida tal como el dispositivo 2609a puede desplegarse sin tener en cuenta e independientemente de un dispositivo de la superficie inferior del borde de salida tal como el dispositivo 2609d o un dispositivo de la cuerda media de la superficie superior tal como el dispositivo 2609b. De modo similar, pueden desplegarse multiples conjuntos de dispositivos 2609 independientemente de un resto de los dispositivos 2609. Proporcionar un control independiente de cada uno de los dispositivos 2609 o conjuntos de dispositivos 2609 permite a un sistema de control desplegar ciertos dispositivos 2609 o combinaciones de dispositivos 2609 basandose en las condiciones actuales y un resultado deseado.

La Figura 28 ilustra un ejemplo de una pala de rotor en la que se despliega una combinacion de deflectores de aire. Por ejemplo, la pala de rotor 2800 incluye dispositivos de la cuerda media y de salida de la superficie superior, dispositivos 2809a y 2809b, respectivamente, y dispositivos del borde de ataque, de la cuerda media y del borde de salida de la superficie inferior 2809c, 2809d y 2809e, respectivamente. Todos los dispositivos 2809 se despliegan para proporcionar frenado aerodinamico. Esto es, mediante el despliegue de todos los dispositivos 2809 en combinacion, se maximiza la perturbacion del flujo, creando un flujo sustancialmente separado tanto en la superficie superior como la inferior. En consecuencia, en condiciones altamente turbulentas o de flujo de aire extremo, por ejemplo, puede usarse dicha configuracion de despliegue para reducir las cargas sobre la pala del rotor 2800 y una turbina asociada (no mostrada). En algunos casos, el despliegue de los dispositivos 2809 puede usarse para detener el giro de la pala 2800 si, por ejemplo, las condiciones atmosfericas extremas y las cargas resultantes provocanan una cantidad significativa de danos a la pala 2800 y a la turbina asociada.

Pueden definirse y usarse modos de control de despliegue variables para condiciones espedficas o para producir un resultado deseado. Por ejemplo, pueden desplegarse diferentes combinaciones de deflectores de aire durante una turbulencia normal, condiciones extremas y condiciones que empeoranan cuando se incrementa la longitud de la pala. De modo similar, pueden desplegarse combinaciones de deflectores de aire para proporcionar una reduccion en el ciclo de trabajo del paso, reduccion de cargas asimetricas, reduccion de carga de parada de emergencia y amortiguacion de resonancias en el sentido del borde. La reduccion del ciclo de trabajo del paso se refiere generalmente a minimizar la necesidad de cambiar el paso de las palas del rotor para reducir cargas.

La Figura 29 ilustra un metodo de control para activar dispositivos deflectores de aire. En la etapa 2900, un sistema de control puede determinar las condiciones de carga actuales sobre la turbina. Las condiciones de carga pueden medirse usando una variedad de sensores que incluyen acelerometros, extensometros, sensores de presion y similares. Las cargas pueden medirse en varios puntos sobre una pala de rotor, sobre el cuerpo de la turbina o una combinacion de los mismos. En la etapa 2905, el sistema de control puede determinar o identificar un conjunto de uno o mas deflectores de aire a activar basandose en las condiciones de carga determinadas. Por ejemplo, pueden definirse reglas de modo que si las condiciones de carga requieren una reduccion de las cargas asimetricas sobre las palas, el sistema de control puede activar dispositivos deflectores de aire del borde de salida. En la etapa 2910, el sistema de control puede determinar adicionalmente una altura de despliegue para los uno o mas dispositivos deflectores de aire que se activen. Por ejemplo, el sistema de control puede desear limitar la altura de despliegue si se ha de minimizar la resistencia o mantener bajo un umbral especificado. Pueden usarse tambien otras consideraciones tales como la generacion de potencia para determinar una altura de despliegue. Una vez que se ha identificado un conjunto de deflectores de aire para activacion y determinado a la altura de despliegue, el sistema de control puede activar posteriormente los deflectores identificados en la etapa 2915 independientemente de otros deflectores de aire sobre la pala del rotor. Los deflectores de aire pueden desplegarse adicionalmente de acuerdo con la altura determinada. En uno o mas casos, el conjunto identificado de deflectores de aire puede incluir menos que todos los deflectores de aire disponibles sobre la pala del rotor.

La Figura 30 ilustra varios requisitos de control junto con configuraciones de despliegue posibles que pueden usarse para cumplir con estos requisitos de control. Las configuraciones ilustradas representan las zonas en las que pueden desplegarse deflectores de aire para cumplir los requisitos de control correspondientes. No se requiere necesariamente el despliegue de deflectores de aire en todas las zonas indicadas. En un ejemplo, durante una turbulencia o carga normal, pueden desplegarse uno o mas de los dispositivos del borde de salida sobre tanto la superficie superior como la inferior y los dispositivos de la cuerda media de la superficie superior para reducir la magnitud de las fluctuaciones de carga. En otro ejemplo, para compensar la resonancia en el sentido del borde, pueden desplegarse uno o mas de los dispositivos del borde de ataque de la superficie exterior y dispositivos de la cuerda media de la superficie y superior e inferior para amortiguar la carga de vibracion. Pueden usarse tambien varias otras combinaciones y configuraciones. Las configuraciones ilustradas representan areas en las que puede desplegarse un deflector de aire y no son indicativas o representativas de ninguna forma o estructura particular de los deflectores de aire.

La turbulencia normal, en algunas disposiciones, puede caracterizarse por una carga media lentamente cambiante con una variacion superpuesta de la carga de baja amplitud, alta frecuencia. Las cargas provocadas por fluctuaciones normales pueden medirse usando extensometros colocados en la rafz o en estaciones de pala en el sentido de la envergadura local. Alternativamente, la carga de la pala puede determinarse aerodinamicamente usando sensores de presion o estimarse usando el angulo de ataque medido. Debido a la naturaleza de la turbulencia normal (promedio lentamente cambiante con variacion de alta frecuencia en la velocidad del viento), una

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configuracion de dispositivos de ejemplo puede incluir dispositivos de la cuerda media de la superficie superior y/o del borde de salida, y/o dispositivos de la superficie inferior del borde de salida en varias estaciones en el sentido de la envergadura, como se muestra en la Figura 30. Cada uno de los dispositivos de la cuerda media de la superficie superior, dispositivo del borde de salida de la superficie superior y dispositivo del borde de salida de la superficie interior pueden desplegarse individual e independientemente. La colocacion y el numero de dispositivos usados puede depender de la cantidad de cambio de carga que se desee/requiera y la forma de perfil aerodinamico de la seccion de pala.

La Figura 31 ilustra una estrategia de control que puede usarse para cada dispositivo o una coleccion de dispositivos independiente. En la etapa 3100, el controlador puede recibir lecturas de sensores. Basandose en estas lecturas de sensores, el controlador puede determinar posteriormente las condiciones de carga instantanea en la etapa 3105 basandose en los valores de carga absolutos, desviaciones del promedio operacional, o la tasa de cambio de los valores absolutos. Alternativa o adicionalmente, el control puede determinar el par del rotor, velocidad del rotor u otras caractensticas del rotor o la turbina para controlar el despliegue de deflectores de aire. En la etapa 3110, el controlador puede determinar a continuacion uno o mas dispositivos deflectores de aire a desplegar basandose en las condiciones de carga determinadas. Por ejemplo, el controlador puede determinar si el despliegue o retraccion del dispositivo esta garantizado para cada dispositivo, coleccion de dispositivos, o subconjunto de la coleccion de dispositivos basandose en una carga de umbral, par del rotor, velocidad y similares. En la etapa 3115, pueden desplegarse el (los) dispositivo(s) deflector(es) de aire determinado(s).

Generalmente, el despliegue de un dispositivo depende del efecto aerodinamico deseado. Si la carga (empuje, resistencia, y/o momento) cae, provocando consecuentemente una reduccion en la produccion de potencia, puede desplegarse un dispositivo, o un conjunto de dispositivos, del borde de salida de la superficie inferior para incrementar el empuje, incrementando por ello la produccion de potencia. Si la carga se incrementa mas alla de un valor aceptable (por ejemplo, la potencia se hace demasiado alta, o hay excesivas cargas de fatiga), se requiere una reduccion de carga. En este caso, se requiere un dispositivo del borde de salida de la superficie superior. El dispositivo del borde de salida podna no ser siempre efectivo, sin embargo, debido a limitaciones aerodinamicas. Brevemente, con altos angulos de ataque del dispositivo del borde de salida quedara limpio por entrada en perdida, es decir se hara inefectivo. Por ejemplo, las modernas turbinas que cambian el paso para entrar en perdida funcionan tipicamente con angulos de ataque mas altos (es decir cerca de la perdida) cerca de la potencia nominal. En esta situacion (cerca de perdida), si fueran a tener lugar una rafaga o alguna otra actividad de turbulencia, un dispositivo del borde de salida podna no funcionar debido a que el dispositivo esta dentro del flujo separado. Es aqu donde puede usarse un dispositivo de la cuerda media, dado que el patron de perdida se inicia tfpicamente en el borde de salida y trabaja en esta forma hacia adelante. De ese modo, por ejemplo, si los dispositivos sensores indican al controlador que la pala esta con un elevado angulo de ataque, podna usarse la logica de control para decidir que dispositivo desplegar: un dispositivo del borde de salida para la reduccion de empuje maxima con una minima resistencia o un dispositivo de la cuerda media para la produccion de empuje con resistencia mas alta. Otra metodologfa del controlador usa mediciones de carga desde los indicadores de pala o sensores de presion. Con esta informacion, el despliegue por defecto para la reduccion de carga puede ser un dispositivo del borde de salida de la superficie superior. Con el dispositivo desplegado, si las cargas o tasa de cambio de las cargas, etc., no vuelve a niveles aceptables se desplegana el dispositivo de la cuerda media de la superficie superior.

Las cargas asimetricas, por otro lado, pueden ser el resultado de efectos dclicos provocados por error de orientacion, cizallamiento del viento, sombra de la torre, etc., lo que provoca variacion en la carga de la pala dependiendo del azimut de la pala. Con cargas asimetricas, es necesaria una fuerza de equilibrio para equilibrar la cantidad de carga de las diversas palas para reducir fatiga, ciclo de trabajo del motor de paso, etc. Como con turbulencia normal, las cargas pueden medirse usando extensometros colocados en la rafz o en estaciones de pala locales en el sentido de la envergadura. Alternativamente, la carga de la pala puede determinarse aerodinamicamente usando sensores de presion o estimarse usando el angulo de ataque medido. Pueden usarse tambien otros tipos de sensores, disposiciones y colocaciones.

Para mitigar las cargas asimetricas, pueden usarse dispositivos del borde de salida colocados sobre la superficie superior y/o inferior. Pueden ser necesarias varias localizaciones en el sentido de la envergadura dependiendo de la cantidad de cambio de carga a contrarrestar. Como se ha descrito anteriormente, los dispositivos del borde de salida son utiles para incrementar (colocacion en la superficie inferior) y disminuir (colocacion en la superficie superior) el empuje con minima penalidad de resistencia (comparados con dispositivos similares colocados adicionalmente avanzados). El mantenimiento de la resistencia en un mmimo es importante debido a sus implicaciones en la produccion de potencia y en la eficiencia de la turbina.

El controlador podna usar datos de carga instantaneos para determinar que dispositivo desplegar basandose en condiciones de tolerancia (cargas absolutas, tasa de cambio la carga, etc., como se ha descrito anteriormente). Alternativamente, debido a que las cargas asimetricas tienden a tener un componente cfclico debido a la rotacion de la pala, podna desarrollarse una planificacion para desplegar o retraer un dispositivo basandose en el azimut de la pala. Este esquema de control, sin embargo, podna no ser capaz de manejar fluctuaciones turbulentas u otras en condiciones de viento. Los metodos de control pueden incluir control de realimentacion para determinar que dispositivo desplegar para dispositivos individuales, o una coleccion de dispositivos.

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Las resonancias en el sentido del borde se refieren en general a un incremento en la carga en el sentido del borde (carga de pala en el plano rotacional) debido a perturbaciones que coinciden con la frecuencia de resonancia de la pala. La resonancia en el sentido del borde puede ser particularmente problematica debido a que las palas de la turbina tienen muy poca amortiguacion en el sentido del borde. La carencia de amortiguacion en un sistema ffsico puede conducir a fallos dramaticos en condiciones de resonancia. (Por ejemplo, el puente en Tacoma Narrows). Para impedir o anular la resonancia, es necesario incrementar la amortiguacion en el sentido del borde de la pala.

La resonancia en el sentido del borde puede medirse usando acelerometros o extensometros. Estos sensores pueden colocarse en la rafz de la pala o en alguna otra localizacion en el sentido de envergadura. En ambos casos (acelerometros o extensometros), la resonancia puede distinguirse mediante la deteccion del “florecimiento” —un incremento en la carga acoplada con frecuencia superpuesta— alrededor de la firma de carga en el sentido del borde normal, dclica provocada por la masa de la pala y el giro. La Figura 32 ilustra dichas cargas en el sentido del borde antes y despues de que se haya desplegado un dispositivo de la cuerda media de la superficie inferior.

La reduccion de la resonancia puede llevarse a cabo aerodinamicamente usando dispositivos deflectores de aire (por ejemplo, los dispositivos 2609) para incrementar la resistencia, incrementando de ese modo la amortiguacion en el sentido del borde de la pala. Los dispositivos que pueden usarse para esta aplicacion pueden localizarse sobre la superficie superior e inferior en una zona de la cuerda media y sobre la superficie inferior en la zona del borde de ataque (como se muestra en la Figura 30). Los dispositivos en cada una de estas zonas pueden controlarse independientemente con una base individual o basandose en la zona o en alguna otra agrupacion especificada.

El despliegue de dispositivos en la cuerda media provoca en general incrementos dramaticos (en comparacion con otras localizaciones) en resistencia, acompanados por cambios en el empuje. Los dispositivos de la cuerda media de la superficie superior tienden a producir grandes incrementos de resistencia con grandes cambios en el empuje; la magnitud de estos efectos depende de la localizacion en la cuerda y a la altura del dispositivo. Los dispositivos de la cuerda media de la superficie inferior tienden a provocar de modo similar grandes incrementos de resistencia, tfpicamente con un impacto mas pequeno en el empuje. Dependiendo del perfil aerodinamico y de la colocacion del dispositivo, puede ser posible desplegar simultaneamente un dispositivo de la cuerda media de la superficie superior y un dispositivo de la cuerda media de la superficie inferior, de tal manera que se minimicen los efectos sobre el empuje. Otra planificacion de despliegue puede incluir la alternancia en el sentido de la envergadura entre el despliegue de dispositivos de la cuerda media de la superficie superior e inferior.

La Figura 33 ilustra una pala de rotor de ejemplo que tiene una configuracion en el sentido de la envergadura alternada de dispositivos deflectores de aire de la superficie superior e inferior. Como se ilustra, en una primera estacion en el sentido de la envergadura puede desplegarse un dispositivo 3303a de la superficie inferior. En la siguiente estacion en el sentido de la envergadura, se despliega un dispositivo 3303b de la superficie superior. Este patron puede repetirse para todas las estaciones en el sentido de envergadura. Las secciones AA y bB ilustran la posicion de los dispositivos deflectores de aire de la superficie superior y la superficie inferior en estaciones en el sentido de la envergadura indicadas.

Para reducir la resonancia en el sentido del borde, podna no desearse el cambio del empuje. En consecuencia, puede usarse un dispositivo del borde de ataque de la superficie inferior. El dispositivo de borde de ataque de la superficie inferior no influye en el empuje positivo (empuje con angulos de ataque positivos) pero provoca un incremento en la resistencia. Aunque el incremento en la resistencia no sea tan grande como con los dispositivos de la cuerda media, dando por ello menor amortiguacion en el sentido del borde, la carencia de cambio en el empuje puede ser beneficiosa.

Una parada de emergencia se define generalmente como una “parada rapida de la turbina eolica activada por una funcion de proteccion o por intervencion manual” (Comision Electrotecnica Internacional (IEC) 61400-1, ed. 2005, pag. 10). Esta condicion es indicada tfpicamente por el estado de marcha de la turbina del controlador de turbina. En un ejemplo de condicion de parada de emergencia, el controlador de turbina (separado o integrado con el controlador del dispositivo deflector de aire) puede enviar una orden especial de que ha tenido lugar algun fallo. En esta situacion, se usa todo el frenado aerodinamico y mecanico disponible para detener el giro del rotor de la turbina eolica. Se usa el sistema de paso para cambiar rapidamente el paso de las palas para reducir las cargas aerodinamicas. El freno mecanico se aplica una vez que la velocidad del rotor se reduce a traves del paso de las palas. Este enfoque de cambio del paso y a continuacion frenado puede provocar cargas transitorias dramaticas y potencialmente daninas a todo el sistema de la turbina (palas, torre, caja de engranajes, etc.). Usando dispositivos tales como los mostrados en la Figura 30, pueden reducirse las cargas transitorias mediante la rapida eliminacion de las cargas aerodinamicas, mas rapido de lo que pueden funcionar los sistemas de paso actuales.

En condiciones de parada de emergencia, puede ser beneficioso tener dispositivos sobre las superficies superior e inferior en localizaciones del borde de ataque, borde de salida y cuerda media en varias estaciones en el sentido de la envergadura a lo largo de la pala. Puede desarrollarse un controlador para leer un codigo de parada de emergencia desde el controlador de turbina. El controlador del dispositivo podna desplegar entonces todos estos dispositivos (como se muestra en la Figura 28), simultaneamente o en una secuencia determinada, lo que provocana que el flujo se separe en toda la seccion de la pala (en la proximidad de los dispositivos) reduciendo muy rapidamente la carga aerodinamica.

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Otra categona de condiciones que pueden proporcionarse para permitir bajo un esquema de control el despliegue independiente de dispositivos deflectores de aire, son las condiciones extremas. Las condiciones de viento extremas, por ejemplo, se refieren generalmente a “eventos de cizallamiento del viento, as^ como velocidades de viento de pico debido a tormentas y cambios rapidos en la velocidad y direccion del viento” (IEC 61400-1, ed. 2005, pagina 25). Otras condiciones extremas pueden incluir hielo y perdida de la red de energfa electrica. Las condiciones extremas pueden dar como resultado la aparicion de altas cargas mas rapido de lo que los sistemas de la turbina eolica existentes pueden responder.

En algunas condiciones extremas, el viento puede cambiar rapidamente de direccion y magnitud provocando fluctuaciones de carga de la pala. El enfoque actual para mitigar estas fluctuaciones sena activar el sistema de paso para cambiar las cargas aerodinamicas. Sin embargo, el sistema de paso podna no ser capaz de manejar las condiciones debido a las tasas de control del sistema y la lentitud relativa de la respuesta aerodinamica a cambios del paso. Los dispositivos descritos, por otro lado, son capaces de desplegarse rapidamente debido a su tamano y afectan rapidamente a la aerodinamica de la pala debido a que afectan directamente al momento del flujo en la capa lfmite.

Las condiciones de viento extremas pueden determinarse usando el momento de flexion de la rafz de la pala, angulo de ataque de la pala local, y carga de la pala local a partir de los datos de sensores de presion. Para manejar condiciones extremas, puede ser necesario instalar dispositivos en todas las localizaciones previamente descritas (localizaciones de la superficie superior/inferior, borde de ataque (LE) / cuerda media (MC) / borde de salida (TE)) debido a que ciertas localizaciones son mas efectivas bajo varias circunstancias, tal como se ha descrito anteriormente. Usando sensores, tales como los descritos en el presente documento, puede configurarse un sistema de control para detectar un evento de viento transitorio y elegir los dispositivos requeridos a desplegar basandose en los valores de carga locales o absolutos globales, desviacion de los valores de carga, o la tasa de cambio de los valores de carga. El controlador puede determinar entonces que dispositivo(s) desplegar basandose en la informacion de carga instantanea desde los sensores.

Una condicion extrema que incluye la perdida de la red electrica puede provocar que la turbina experimente rapidos cambios en las cargas. Ademas de los sensores de determinacion de carga descritos en el presente documento, podna usarse el estado de marcha del controlador de turbina (o estado de fallo) por un controlador del dispositivo para determinar si ha ocurrido un fallo electrico. En este caso, pueden desplegarse todos los dispositivos (superficie superior/inferior, localizaciones LE/MC/TE, estaciones en el sentido de la envergadura multiples) para proporcionar frenado aerodinamico y ayudar a impedir la condicion de embalamiento de la turbina. Alternativamente, podna usarse informacion del sensor y estado de marcha combinados para desplegar dispositivos de tal forma que proporcione frenado aerodinamico mientras mitiga tambien la carga excesiva.

El hielo en la pala de turbina es otra preocupacion de condicion extrema debido a la carga incrementada debido al peso anadido del hielo y al cambio en la carga aerodinamica debido a la alteracion de la forma de la pala. Podnan colocarse dispositivos en la superficie superior e inferior cerca del borde de ataque para separar el hielo cuando se forma sobre la pala mediante la extension y retraccion de los dispositivos. En este caso, podna usarse la temperatura y la humedad relativa para determinar si es probable hielo y podnan desplegarse los dispositivos a intervalos regulares con duraciones muy cortas para despegar cualquier formacion de hielo.

Debena entenderse que cualquiera de las etapas, procedimientos o funciones del metodo descritas en el presente documento pueden implementarse usando uno o mas procesadores en combinacion con instrucciones ejecutables que hacen que los procesadores y otros componentes realicen las etapas, procedimientos o funciones del metodo. Tal como se usan en el presente documento, los terminos “procesador” y “ordenador” tanto si se usan solo como en combinacion con instrucciones ejecutables almacenadas en una memoria u otros medios de almacenamiento legibles por ordenador debena entenderse que engloban cualesquiera de los diversos tipos de estructuras de calculo bien conocidas, incluyendo pero sin limitarse a, uno o mas microprocesadores, chips de ordenador de finalidad especial, procesadores de senal digital (DSP), matrices de puertas programables en campo (FPGA), circuitos integrados de aplicacion espedfica (ASIC), combinaciones de hardware/firmware/software, u otros circuitos de procesamiento de finalidad especial o general.

Los metodos y caractensticas enumerados en el presente documento pueden implementarse adicionalmente a traves de cualquier numero de medios legibles por ordenador que sean capaces de almacenar funciones legibles por ordenador. Ejemplos de medios legibles por ordenador que pueden usarse incluyen RAM, ROM, EEPROM, memoria flash u otra tecnologfa de memoria, CD-ROM, DVD u otros almacenamientos en disco optico, casetes magneticas, cinta magnetica, almacenamientos magneticos y similares.

Aunque la materia objeto se ha descrito en un lenguaje espedfico para las caractensticas estructurales y/o actos metodologicos, se ha de entender que la materia objeto definida en las reivindicaciones adjuntas no esta necesariamente limitada a las caractensticas o actos espedficos descritos anteriormente. Por el contrario, las caractensticas y actos espedficos descritos anteriormente se divulgan como formas de ejemplo de implementacion de las reivindicaciones.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Una turbina eolica que comprende:

un generador electrico; y

un rotor acoplado al generador electrico, teniendo el rotor una pala de rotor, teniendo la pala de rotor un deflector de aire, siendo movil el deflector de aire entre una posicion extendida en la que el deflector de aire se extiende hacia el exterior desde una superficie exterior de la pala del rotor, en una parte de ataque de la misma en el sentido de la cuerda, y una posicion retrafda en la que el deflector de aire no se extiende hacia el exterior desde la superficie exterior de la pala del rotor,

en la que la superficie superior del deflector de aire, cuando esta en la posicion retrafda, forma una parte de la superficie exterior de la pala del rotor, y caracterizada porque toda una superficie superior del deflector de aire, cuando esta en la posicion extendida, se eleva separandose de la superficie exterior de la pala del rotor en una localizacion sobre la parte de ataque a en el sentido de la cuerda para provocar la separacion del flujo en la proximidad del borde de ataque de la pala del rotor.
2. La turbina eolica segun la reivindicacion 1, en la que la pala del rotor tiene un lado de alta presion definido por una primera superficie de la pala del rotor entre un borde de ataque y un borde de salida de la pala del rotor, y un lado de baja presion definido por una segunda superficie de la pala del rotor entre el borde de ataque y el borde de salida de la pala del rotor, formando la segunda superficie el lado de baja presion que es opuesto a la primera superficie que forma el lado de alta presion, en la que se desarrolla un empuje desde el lado de alta presion al lado de baja presion cuando se hace girar la pala del rotor, en la que el deflector de aire se extiende hacia el exterior desde la primera o segunda superficie cuando esta en la posicion extendida.
3. La turbina eolica segun la reivindicacion 2, en la que el deflector de aire es un primer deflector de aire dispuesto en una primera posicion a lo largo de una cuerda de la pala del rotor, comprendiendo adicionalmente la turbina eolica un segundo deflector de aire que es movil entre una posicion extendida en la que el segundo deflector de aire se extiende hacia el exterior desde la superficie exterior de la pala del rotor sobre el lado de ataque y una posicion retrafda en la que el segundo deflector de aire no se extiende hacia el exterior desde la superficie exterior de la pala del rotor, en la que el segundo deflector de aire esta dispuesto en una segunda posicion a lo largo de una cuerda de la pala del rotor y se extiende desde la primera superficie cuando esta en la posicion extendida, en la que la segunda posicion es una posicion en el sentido de la cuerda diferente de la primera posicion, y

en la que el primer deflector de aire y el segundo deflector de aire son desplegables y controlables de modo independiente entre ellos.
4. La turbina eolica segun la reivindicacion 1, en la que se define una cuerda como una lmea recta entre un borde de ataque y un borde de salida de la pala del rotor, en la que el deflector de aire, cuando esta extendido, esta localizado a lo largo de la cuerda cuando se mide perpendicularmente a la misma, entre el 5 % al 25 % y preferentemente entre el 5 % al 15 % de la distancia desde el borde de ataque al borde de salida.
5. La turbina eolica segun la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente un controlador acoplado opticamente al deflector de aire a traves de un conducto optico, en la que el deflector de aire es activado opticamente mediante una serial optica enviada a traves del conducto optico, preferentemente en respuesta a la deteccion de una rafaga de viento.
6. La turbina eolica segun la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente:

una pluralidad de palas de rotor, incluyendo cada una un deflector de aire; y

un controlador central configurado para controlar el movimiento del deflector de aire de cada una de la pluralidad de palas del rotor entre una posicion extendida y una posicion retrafda.
7. La turbina eolica segun la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente un modulo conectado a la pala del rotor, en la que el deflector de aire esta localizado en el modulo cuando esta en la posicion retrafda y en la que el modulo incluye un controlador configurado para controlar el movimiento del deflector de aire entre la posicion extendida y la posicion retrafda.
8. La turbina eolica segun la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente un controlador configurado para:

determinar una carga sobre la pala del rotor mediante la determinacion de una cantidad umbral de resonancia en el sentido del borde; y

en respuesta a la determinacion de la cantidad umbral de resonancia en el sentido del borde, activar selectivamente uno o mas de: un deflector de aire del borde de salida de la superficie inferior, un deflector de aire de la cuerda media de la superficie superior y un deflector de aire de la cuerda media de la superficie inferior.