Optimización de la Velocidad en Motores y Tipos de Torres para Aerogeneradores

Variación de Velocidad en Motores

Variando la Tensión

Con este método se consigue variar muy poco la velocidad y se pierde mucho par, aumentando el deslizamiento. Esto incrementa las pérdidas y disminuye el rendimiento. Si se baja mucho la tensión, el motor puede sobrecargarse e incluso calarse. No tiene ninguna ventaja.

Variando el Número de Polos del Estator

Ns=60*f / P. Se necesitan motores con varios devanados y distinto número de polos.

Variando Frecuencia y Tensión

Ns=60*f / P. Si disminuimos la frecuencia, también varía la velocidad de sincronismo. Manteniendo la tensión y reduciendo la frecuencia se produce más par, debido a que el campo magnético estatórico tiene más inducción y más flujo, pero menos velocidad. Este aumento de las características magnéticas por encima de las nominales, produce saturación en los circuitos magnéticos, lo cual no es viable en la práctica. Si queremos reducir la frecuencia sin alterar el flujo, debemos reducir también la tensión en la misma proporción, manteniendo constante la relación V/F. La curva se desplaza a la izquierda sin deformarse, manteniendo el par y el deslizamiento. (Variadores de frecuencia)

Torres para Aerogeneradores

Torres Reticuladas

Son de acero soldado, para aeros de baja potencia. Ya no se usan por impacto visual. El inconveniente es la complejidad de su ensamblaje y posterior montaje. Se comercializan para mini-eólica y para instalaciones aisladas, dado que su costo es bastante menor que el de las torres tubulares.

Torres con Riendas

Para aeros de baja potencia. Permiten abatir la torre para bajar el aerogenerador a nivel del suelo y realizar tareas de mantenimiento. Son fáciles de montar y pueden instalarse tanto en terrenos planos como irregulares. Desventaja: inutilizan el espacio alrededor del mástil.

Torres Tubulares de Acero

Compuestas por tramos prefabricados de acero, unidos in situ. Diámetro creciente hacia la base para mayor firmeza y más flexibilidad en el tramo superior. Acceso a la góndola por el interior. Las restricciones para el transporte y las posibilidades estructurales y económicas del acero limitan la altura de estas torres a 80 m, por lo que, en general, son empleadas para aerogeneradores de potencia hasta 3MW. La fabricación de estas torres consta de los siguientes procedimientos:

1. Recepción y control de calidad de las planchas de acero.
2. Curvado.
3. Soldado.
4. Granallado, pintado y secado.
5. Ensamblaje de elementos auxiliares.

Torres de Hormigón

Utilizando hormigones prefabricados de alta resistencia permiten alcanzar longitudes mayores a 80 m. Sus ventajas son: la libertad de geometría, que da mayor control de su frecuencia natural y respuesta dinámica; la amortiguación del ruido; su gran durabilidad; y el poco mantenimiento necesario. Respecto a torres metálicas equivalentes, al tener mayor peso son más estables, por lo tanto, requieren menos inversión en las fundaciones y, además, reducen las solicitaciones de fatiga en los equipos, contribuyendo a una mayor vida útil de los mismos. La desventaja que puede presentar el hormigón es el debilitamiento y disminución de rigidez debido a variaciones de temperatura. Aún están en etapa experimental.

Torres Híbridas de Hormigón y Acero

Consisten en un tramo inferior de hormigón al que se acopla una estructura metálica. La combinación de materiales logra rigidez en la base de la torre y más flexibilidad en la parte superior. Permiten alcanzar longitudes mayores a 100 m.

Multiplicadora

Funciones

• Transmitir la potencia de giro del rotor al generador.
• Convertir el par de fuerza del rotor en altas rpm.
• Multiplicar las rpm dependiendo del diámetro del rotor.

De Tipo Planetario

• Alta relación de transformación.
• Varias multiplicaciones con un juego de engranajes.
• Menor espacio de trabajo y compacto.
• Soporta mayores cargas.

Lubricación

Dispone de una bomba que se encarga de recircular el aceite y distribuirlo por los circuitos internos. Puede ser integrada o externa a la multiplicadora.

Filtrado en Línea

Filtros instalados en circuitos de refrigeración de aceite. Mejora la calidad del aceite, evita daños mayores a la multiplicadora e indica problemas de contaminación.

Filtrado Fuera de Línea

Es un circuito cerrado con su propia bomba y filtro. Filtración continua incluso con máquina parada, mayor poder de filtrado, gran cantidad de filtrado, alarga la vida de la multiplicadora y reduce la contaminación.

Sistema de Caldeo y Refrigeración

Para mantener la viscosidad del aceite en valores normales.

Offshore

Subestación

La subestación offshore será la encargada de elevar la tensión de 30 kV a los 220 kV de la línea de transmisión; es decir, es el elemento que conecta el parque a la red española de transporte de 220 kV.

Cimentaciones

Monopilote

Consiste en un alargamiento del mástil, que se introduce en una perforación en el fondo submarino. Se aplica para muy poca profundidad (menos de 15 m). Es una estructura complicada que depende mucho del tipo de suelo en el que se instale. Esto puede derivar en problemas de resistencia a esfuerzos o incluso en problemas de resonancia y vibraciones. Por este motivo, es una cimentación que se suele evitar.

Trípode

La turbina descansa sobre 3 o más pilotes. A día de hoy son consideradas la solución óptima a la cimentación de aerogeneradores. Se puede utilizar a profundidades mayores que las anteriores sin llegar a los elevadísimos costes de las plataformas flotantes. Consiste en adaptar el diseño del monopilote y, con el mismo mecanismo de perforación, realizar tres pilotes en lugar de solo uno. El tener tres puntos de apoyo da mayor estabilidad y resiste mejor las cargas momentáneas sobre la turbina.

Cimentación Gravitacional

Consiste en una gran base, generalmente de hormigón, que descansa sobre el fondo marino. La turbina se mantiene vertical debido al efecto de la gravedad (de ahí su nombre) y a la forma plana y alargada de la base, que evita que se gire por los momentos soportados en ella debidos a las fuerzas a las que está sometido el otro extremo de la torre, es decir, el aerogenerador en sí. Sobre la base se suele ubicar un cono con la finalidad de evitar el depósito de hielo en las zonas de aguas frías y menos saladas.

Cables

Las características del cable son:

• Tensión nominal: 30 kV
• Tensión máxima del material (Um): 36 kV
• Distribución: poca separación entre cables
• Intensidad nominal: 315 A
• Sección del conductor: 95 mm²
• Material del conductor: cobre
• Material del aislamiento: XLPE