El ingeniero industrial Antonio Torres ha identificado el mecanismo físico responsable de una inesperada vibración de las palas detectada en un prototipo de aerogenerador de gran tamaño, un fenómeno que no podía reproducirse con los modelos de simulación empleados habitualmente
La explicación forma parte de su tesis doctoral defendida en la Universidad Pública de Navarra, informa el centro docente en un comunicado.
El trabajo también ha permitido desarrollar modelos numéricos para representar este comportamiento y proponer estrategias destinadas a reducir las vibraciones y las cargas estructurales asociadas, ya que ambas pueden acelerar el desgaste de los componentes.
La investigación responde a uno de los desafíos derivados del aumento progresivo del tamaño de los aerogeneradores, que incorporan palas más largas, torres más altas y estructuras más ligeras para producir más electricidad.
Estas características permiten aprovechar mejor el viento, pero también hacen que las máquinas sean más flexibles y puedan verse afectadas por fenómenos dinámicos difíciles de anticipar, como resonancias o vibraciones que incrementan el esfuerzo soportado por sus componentes.
El origen de la tesis se encuentra en una campaña de monitorización realizada en un aerogenerador de gran tamaño para medir las cargas mecánicas que actuaban sobre su estructura durante el funcionamiento.
La vibración de los aerogeneradores
Los registros revelaron una vibración inesperada de las palas a una frecuencia denominada 4P, que indica que la oscilación se repite cuatro veces por cada vuelta completa del rotor, el elemento giratorio de la máquina. La vibración observada provocaba un aumento de las cargas estructurales, pero no aparecía en las simulaciones utilizadas para comprobar el diseño del aerogenerador antes de su puesta en servicio.
La investigación ha permitido demostrar que la vibración observada no era consecuencia del comportamiento aislado de una pala, sino de la interacción dinámica entre distintos elementos del aerogenerador, como las palas, el rotor, la góndola, la torre y el sistema de orientación, encargado de mantener la máquina alineada con la dirección del viento, ha afirmado Torres.
Para estudiar el fenómeno, Torres ha desarrollado modelos matemáticos específicos, simulaciones aeroelásticas y modelos multicuerpo, que representan el aerogenerador como un conjunto de elementos conectados entre sí y permiten analizar cómo el movimiento de una parte influye en las demás.
Uno de los resultados ha sido la creación de un modelo del sistema de orientación que incorpora la flexibilidad de sus componentes y las holguras existentes entre determinadas piezas.
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