Diseño de las Palas y el Buje de un Aerogenerador de 6 MW

Abstract

La energía eólica es un recurso que se ha utilizado a lo largo de la historia para generar energía y realizar diferentes trabajos. En un inicio, los molinos eólicos se empleaban para realizar trabajos relacionados a la obtención de agua, subiéndola desde pozos subterráneos, y para la molienda de grano. Con la llegada de nuevas tecnologías relacionadas con la generación y transformación de energía eléctrica surgieron los primeros aerogeneradores. En la actualidad, los modernos aerogeneradores han optimizado su rendimiento y mejorado sus características gracias al desarrollo de ciencias como la aerodinámica, la mecánica de fluidos o el estudio de materiales avanzados. El objetivo del trabajo se basa en la realización y el estudio de las palas de un aerogenerador y cómo los esfuerzos que se generan en las mismas influyen en el buje y la unión entre las palas y el buje. Para ello se han estudiado diferentes perfiles alares mediante el uso de herramientas de análisis computacional (Computer Aided Engineering; CAE) para realizar estudios de esfuerzos estáticos y dinámicos sobre el buje y las uniones. El estudio comienza entendiendo el marco legal en el que se incluyen las palas de los aerogeneradores, Norma UNE-EN IEC 61400, para poder así determinar las condiciones del entorno que vamos a tener presentes. Una vez conocidos los condicionantes dados por la norma, se procede al análisis aerodinámico de los diferentes perfiles que constituyen la geometría básica de la pala mediante el software XFLR5. Con los resultados obtenidos se ha diseñado el modelo de la pala en SolidWorks y se realizó un estudio de Dinámica Computacional de Fluidos (Computational Fluid Dynamics; CFD) para comprender el comportamiento global de la pala y obtener los resultados asociados a la misma. Una vez se determinen las acciones sobre la estructura, se procedió con el diseño del soporte de las palas, el buje, de manera que resista los esfuerzos con seguridad, prestando especial atención a los métodos de unión. Estos se analizaron mediante el Análisis de Elementos Finitos (Finite Element Analysis; FEA) implementado en el módulo SolidWorks Simulation. En el estudio teórico de los modelos aerodinámicos se han empleado perfiles NACA de cuatro dígitos desarrollados por la NASA (National Aeronautics and Space Administration). Para poder determinar de forma aproximada la masa y los costes se ha empleado el estudio “Wind Turbine Design Cost and Scaling Model” del Laboratorio Nacional de Energías Renovables de Estados Unidos.