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BLOQUE II 6. Cargas Mecánicas. 6.1. Permanentes, cíclicas o transitorias. El estudio de las mismas busca evitar roturas y/o deformaciones permanentes . Por lo tanto se deberá evaluar el tipo de material y las dimensiones de las respectivas piezas. Puede ser de interés en este aspecto la norma IEC G1400-1 "Wind Turbine Generator Systems" en el apartado "Part 1: Desgin Requirements". Respecto a los tipos de cargas conviene conocerlas de un modo cualitativo, y permiten diversas clasificaciones. Según su origen:  Cargas aerodinámicas, producidas por la acción del viento sobre las palas.  Cargas de inercia, producidas por elementos en movimiento.  Cargas asociadas al peso propio. Según la evolución temporal se tiene:  Permanentes o estacionarias. Mantienen su valor a lo largo del tiempo, deben cumplir que el viento sea perpendicular y uniforme. Por otro lado, las condiciones propias del aerogenerador como la geometría de la pala, el ángulo de paso y la velocidad de giro deben ser también permanentes. Un ejemplo es la fuerza de empuje axial a la que se ve sometido el aerogenerador, el efecto de la cual se palia haciendo el rotor inclinado.  Cíclicas. El problema principal que presentan es la fatiga mecánica asociada a estos esfuerzos. Pueden ser producidas por: o El cambio del vector viento a lo largo de la pala con el tiempo, por ejemplo se somete a un esfuerzo mayor a la pala en su extremo superior que en el inferior. El efecto distorsionador de la torre cuando la pala está en la posición inferior. o La desalineación del rotor eólico cuando el viento no es perpendicular al plano de giro de las palas. Esto causa que cuando la pala está en un punto se puedan tener efectos de compresión y cuando la pala está en otro, esos esfuerzos sean de tensión. o El propio peso de las palas. Transitorias. Son las causadas por ráfagas de viento o por modos como el arranque o la parada del aerogenerador. o

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6.2. Sistema mecánico de transmisión. La potencia capturada en el aerogenerador debe ser conducida hasta el generador eléctrico. 6.2.1. Apoyos del sistema de transmisión. Se tienen:  Un eje sobre dos cojinetes: La multiplicadora únicamente debe soportar el par de giro, lo cual permite que sea más pequeña y económica. Los cojinetes deben soportar esfuerzos ordinarios, por lo que son económicos. Finalmente, el hecho de tener tantos elementos hace que sea un montaje 

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demasiado pesado. Cojinete posterior dentro de la multiplicadora: tiene menor peso y mejora el montaje. Sin embargo, la multiplicadora soporta más esfuerzos. Eje integrado en la multiplicadora: se tiene una

multiplicadora no convencional, lo cual la hace más cara. Sin embargo, se consigue una bancada soporte más sencilla. 6.2.2. Caja multiplicadora. La multiplicadora se encarga de poner en contacto a diferentes regímenes de giro; el rápido del generador eléctrico con el lento del aerogenerador. Tiene diversos componentes:  Tipos de engranajes: pueden ser planos o helicoidales.  Tipos de multiplicadoras: puede tratarse de una caja de ejes paralelos, caja planetaria o una mixta de ambas. Se debe elegir uno según se desee un precio más económico con relaciones de multiplicación menores o lo contrario, respectivamente. En la planetaria se tiene que los elementos pueden ser de entrada, salida o fijos.

6.2.3. Frenos mecánicos. Sirven para mantener bloqueado el eje principal. En momentos de velocidad del viento menor que la velocidad de arranque del aerogenerador o cuando la velocidad del viento excede la de parada del rotor eólico. Se implementa un perno en el disco para asegurar que en etapas de mantenimiento el rotor no se mueve. Este elemento debe servir de freno parcial en máquinas pequeñas y 2

Pau Carnero 4º GIE Si necesitas más apuntes puedes encontrarlos en Unybook.com buscando el usuario "pcarnero" medianas; en las grandes se frena primero haciendo variar el ángulo de paso de las palas y se hace uso del mecánico únicamente para el frenado final. Al tratarse de frenos de zapara, se actúa sobre el eje rápido dado que este presenta menor par para la misma potencia que el rotor eólico. Este hecho permite tener un freno de menor tamaño, aunque también causa el efecto negativo de dejar el rotor eólico libre en caso de rotura de la multiplicadora, así como el hecho de someter a esfuerzos cíclicos a la multiplicadora cuando el aerogenerador tiende a girar. 6.2.4. Modelo mecánico de dos masas. En la transmisión de energía en el eje mecánico tiene:

Cuanto mayor sea el valor de J habrá más resistencia a la rotación. Siendo: - : par motor en el eje primario. -

: rozamiento.

: el par resistente del primer eje, asociado a un efecto de torsión. - : par resistente interno en el segundo eje. Según el criterio de signos se le puede asignar uno, normalmente tiene valor numérico negativo. : par motor en el segundo eje. En régimen permanente la derivada segunda se anula y se puede despreciar el efecto del rozamiento.

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Pau Carnero 4º GIE Si necesitas más apuntes puedes encontrarlos en Unybook.com buscando el usuario "pcarnero" 6.2.5. Balance de potencia ante ráfagas de viento. De manera genérica el balance es el siguiente:

Existen las variantes: 

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Aerogenerador con ΩT constante. El valor de la potencia cinética será prácticamente nulo, por imposición física. Eso hará que casi la totalidad de incremento de potencia absorbida por el rotor eólico pueda ser transmitida a la red. Este hecho causa que haya más fatiga en la transmisión mecánica al trasegar más potencia. Además, la calidad de la onda eléctrica es peor asociada a las perturbaciones que recibe la potencia eléctrica generada a causa de ráfagas. Aerogenerador con ΩG variable. Para aumentar el valor de la velocidad de giro se necesita almacenar una determinada cantidad de potencia cinética. Este hecho hace que el aumento de potencia del viento no llegue de manera instantánea a la potencia eléctrica, teniéndose un efecto de atenuación y de retraso del máximo. Con esta configuración se mitigan los efectos anteriores. Aerogenerador con ΩG constante. Se tiene la peor situación de todas. No se emplea porque todos los golpes de potencia generan problemas severos que se traducen, entre otras cosas, es una multiplicadora demasiado grande. Un ejemplo de esta configuración sería la máquina síncrona conectada directamente a la red.

6.3. Torre y cimentación. En la torre se tiene que conforme mayor sea la altura se tiene un mayor coste asociado al material, el transporte, el montaje, etc. Además se debe hacer menor rígida para compensar esfuerzos debido a su gran tamaño. Se tiene como punto positivo una mayor producción. Existen los siguientes tipos:  Con tramos tubulares de acero.  Con tramos tubulares de hormigón y el último de acero.

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Pau Carnero 4º GIE Si necesitas más apuntes puedes encontrarlos en Unybook.com buscando el usuario "pcarnero" En la cimentación se tiene una base rectangular de hormigón armado con una virola de acero en la parte central para alojar la torre. En aquellos terrenos con tensión reducida se podrán implementar unos pilotes de sujeción enterrados en el mismo.

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