Unos sensores ideados por ingenieros de la Universidad de Purdue mejoran la fiabilidad de las turbinas eólicas al proporcionar información crítica en tiempo real al sistema de control para prevenir los efectos, en muchos casos catastróficos, que sobre las turbinas tienen los vientos fuertes.
“La finalidad última es conseguir información de los sensores para que el sistema de control ajuste los componentes con precisión para, de ese modo, optimizar la eficiencia”, comenta Jonathan White, que lidera esta investigación, en un comunicado de la Universidad de Purdue.
Los ingenieros han introducido unos sensores llamados acelerómetros uniaxiales y triaxiales en la pala de una turbina mientras ésta era construida. Esta pala está siendo ahora testada en una turbina de pruebas en un centro de investigación perteneciente al Departamento de Agricultura de los Estados Unidos. Estados Unidos se quiere convertir en una potencia mundial en el uso de la energía eólica en los próximos años.
Esos sensores pueden ser un instrumental que veamos en las turbinas del futuro. Su aspecto sería muy parecido al de los alerones presentes en las alas de los aviones y que están encargados de cambiar sus características aerodinámicas para tener un mejor control sobre el aparato. En el caso de las turbinas eólicas, esos “alerones” cambiarían en tiempo real para responder a las variaciones del viento, por lo que la recogida de datos de manera constante es fundamental.
Sistema combinado
Las pruebas realizadas hasta ahora han puesto de manifiesto que usando los sensores ya mencionados y un software desarrollado por White es posible conocer cuanta fuerza ejerce el viento sobre las palas.
“La industria está muy interesada en identificar las cargas o las fuerzas ejercidas sobre las palas de una turbina para, de ese modo, predecir su desgaste. Este trabajo es un paso para conseguirlo”, comenta White.
Los componentes principales de una turbina son las palas, la caja de engranajes y el generador. Las palas están hechas básicamente con fibra de vidrio y la madera de un árbol llamado balsa. Ocasionalmente están reforzadas con fibra de carbono.
“Lo que queremos es que tanto el generador como la turbina operen con la máxima eficiencia, pero esto es complicado porque la velocidad del viento fluctúa”, dicen sus creadores. “La idea es controlar el generador o el extremo de las palas para optimizar la captación de energía reduciendo las fuerzas sobre los componentes cuando la fuerza del viento es excesiva. Al mejorar la eficiencia se mejora también la fiabilidad. La altura que alcanzan los molinos de viento es de unos 60 metros de alto, por lo que reparar los componentes averiados resulta muy caro”.
Los datos recogidos por los sensores se podrían usar para controlar la velocidad de la turbina ajustando los extremos de las palas automáticamente mientras el generador toma las medidas correctivas necesarias en función de la situación.
También diseñar
Otra de las finalidades de este trabajo es propiciar que los datos obtenidos de esos sensores puedan ser usados para diseñar palas más resistentes. Dichos sensores son capaces de medir la aceleración que ocurre en varias direcciones, lo cual es una información muy valiosa para caracterizar la estructura de las palas así como las pequeñas vibraciones que se generan eventualmente en ellas y que causan desgaste y posibles fallos.
Los sensores miden dos tipos de aceleración. Un tipo, la aceleración dinámica, resulta de las ráfagas de viento, mientras que la otra, llamada aceleración estática, es el resultado de la gravedad y del viento constante.
La investigación sigue en curso, y los ingenieros están ahora trabajando en el diseño de unas palas que puedan acoger mejor los sensores. Esta nueva generación de palas tendría una forma más curvada que la de las actuales.