VELETA Y ANEMÓMETRO DE FLEXION Objeto de la invención El objeto de la presente invención, según se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un sensor avanzado para la determinación de la dirección y magnitud del viento en torres de aerogeneradores. Este tipo de sensor para la medida de la dirección y velocidad del viento, está diseñado para ser utilizado en aerogeneradores de mediana y gran potencia. Su funcionamiento está basado en el análisis de la deformación estructural de la torre sustentadora. El método innovador diseñado permite utilizar dicho sensor para fines diagnósticos con vistas a una explotación más eficaz de la máquina.

La orientación de aerogeneradores de mediana y gran potencia, es decir, (>100kVA), es un proceso habitual, que el sistema de control de la máquina efectúa hoy en día con la información suministrada por veletas y anemómetros.

El objeto de esta innovación es situar el eje del rotor en paralelo a la dirección del viento incidente, optimizando el aprovechamiento de la energía a la vez que se disminuyen los esfuerzos mecánicos que soporta la estructura.

Este proceso se basa en el efecto de que la torres sustentadora sufre una deformación al incidir viento en las alas. Esta deformación es función principalmente de la dirección y velocidad del viento, del estado de conexión o desconexión de la máquina, de los modos funcionales de

vibración de la estructura, y en general de los componentes mecánicos fijos o móviles que forman el aerogenerador.

Antecedentes de la invención.

Actualmente, los sensores utilizados son dispositivos que se sitúan en el exterior de la góndola, tras las palas del generador. La información suministrada, consistente en la dirección y velocidad del viento, es utilizada por el sistema de control del aerogenerador para decidir cuándo y cómo actuar sobre los servomecanismos de orientación de la góndola, así como en la conexión o desconexión de la máquina.

En el proceso de conexión del aerogenerador, la información suministrada por los sensores es suficientemente precisa, ya que el flujo de aire llega a estos dispositivos sin distorsión. Sin embargo, una vez la máquina está en generación, la rotación de las palas provoca un flujo de aire turbulento que incide sobre los sensores, distorsionando las medidas suministradas al sistema de control, en particular las referentes a la dirección del viento incidente.

Además, los sensores convencionales necesitan tareas de mantenimiento como son la limpieza y engrase, y sufren desgastes mecánicos, ya que son dispositivos mecánicos con piezas móviles.

Los errores de medida de los sensores tradicionales, causados por los desgastes, falta de limpieza o engrase, y sobretodo por el flujo de aire turbulento, provocan actuaciones incorrectas del sistema de

control de la máquina en el proceso de orientación de la góndola, causando el desalineamiento del aerogenerador.

El desalineamiento del generador ocasiona, además de una pérdida de rendimiento, la aparición de esfuerzos adicionales en la estructura y partes móviles del aerogenerador, que se traducen en un envejecimiento precoz, por fatigas, de la máquina. Esta fatiga es el principal límite para la fabricación de aerogeneradores de más potencia y mayor rendimiento.

Descripción de la invención El sensor avanzado que se trata de describir, tiene por objeto la determinación de la dirección y magnitud del viento en torres de aerogeneradores, conocido como veleta y anemómetro de flexión. Siendo la orientación de aerogeneradores de mediana y gran potencia (>100kVA) es un proceso habitual que el sistema de control de la máquina efectúa hoy en día con la información suministrada por veletas y anemómetros.

La innovación introducida en esta operación es situar el eje del rotor en paralelo a la dirección del viento incidente, optimizando el aprovechamiento de la energía, a la vez que se disminuyen los esfuerzos mecánicos que soporta la estructura.

E1 método se basa en el hecho de que la torre sustentadora sufre una deformación al incidir viento en las palas. Esta deformación es función principalmente de la dirección y velocidad del viento, del estado de conexión o desconexión de la máquina, de los modos fundamentales de

vibración de la estructura, y en general de los componentes mecánicos fijos o móviles que forman el aerogenerador.

El análisis de dicha deformación permite extraer la información necesaria para el proceso de orientación, conexión y desconexión de la máquina, así como vibración de la estructura, que puede ser utilizada con fines diagnósticos, como herramienta para determinación de los algoritmos óptimos de control que minimicen las fatigas o para tareas de mantenimiento predictivo.

Para completar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del método innovador inventivo, se acompaña a la presente memoria descriptiva de unos planos en base a cuyas figuras se comprenderán más fácilmente las innovaciones y ventajas de la protección objeto de la invención.

Breve descripción de los dibujos La figura 1 muestra el diagrama funcional del sistema de adquisición y procesamiento de datos.

La figura 2 muestra la estructura de la torre, en posición vertical, donde se representa el posicionamiento del dispositivo emisor láser ubicado en la parte superior y el sistema de adquisición de datos colocado en la parte inferior de la torre.

La figura 3 nuestra un ejemplo de captura de datos de diana de proyección.

Realización preferente de la invención En la figura 1 se muestra el diagrama funcional del sistema de adquisición y procesamiento de datos, donde (A) es el haz láser, (B) es la óptica de focalización del haz, (C) es la diana de proyección, (D) es la captura de imágenes, (E) es el dispositivo procesador digital de señales (DSP), (F) es el análisis espectral, (G) la velocidad del viento y (H) la dirección del viento, completándose el sistema funcional de adquisición y procesamiento de datos.

Tal y como se representa en la figura 2, donde se muestra la estructura de la torres (1), configurada por un dispositivo emisor láser (2) y (3), que se sitúa solidariamente en la parte superior del interior de la torres sustentadora (1), y el sistema de adquisición y procesamiento de datos (4) (SAPD), situado en la base del interior de la torres de sustentación (1).

A diferencia de los anemómetros de efecto Doppler, que utilizan las variaciones en la longitud de onda del haz láser como medida de la intensidad del viento, este sensor estudia el movimiento de la proyección del haz para medir la flexión de la torre sustentadora, así como las vibraciones. El resultado es un sensor de reducida complejidad, y por tanto más económico.

E1 emisor láser se orienta de forma que el haz incida en el centro de la diana de proyección del (SAPD), figura 3, cuando el aerogenerador se encuentre en situación de desconexión por ausencia de viento. Con idea de

focalizar el haz en la diana de proyección, el sensor utiliza un dispositivo óptico de lentes.

El dispositivo de captura de imágenes se encarga de muestrear la diana de proyección y digitalizar dichas imágenes, enviándolas al procesador digital de señales (DSP), según se muestra en la figura 1, del diagrama de flujo, en posición (E). Cámaras digitales tipo (CCD) han sido evaluadas con éxito, permitiendo soluciones de muy bajo costo.

El procesador digital de señales (DSP) analiza cada una de las imágenes que recibe, extrayendo la información referente a la dirección y velocidad del viento, y efectúa un análisis espectral, transmitiendo estos datos al sistema de control del aerogenerador.

E1 funcionamiento del sensor; en estado de reposo, por falta de viento, el haz láser incide en el centro de la diana. Sin embargo, cuando el generador entra en funcionamiento, la resistencia de las palas al viento incidente hace que la estructura sustentadora se flexione en sentido contrario a la dirección del viento. La deformación de la torres es función de la dirección, velocidad del viento, y del esfuerzo en punta-, provocado por la energía transformada por las palas. E1 efecto es un desplazamiento de la proyección del haz láser en la diana.

Pero además de esta flexión, la estructura vibra en torno al punto de equilibrio de acuerdo con los modos de vibración del aerogenerador, así como del grado de orientación de la góndola respecto al flujo de viento.

El dispositivo de captura y digitalización de imágenes nuestra la diana de proyección, y con ello la posición de la proyección del haz, según figura 3. E1 procesador digital de señales localiza las coordenadas del punto luminoso en cada una de las imágenes, analizando el movimiento de dicho punto en el tiempo, así como el dominio de la frecuencia.

Como resultado de esta análisis, el procesador digital de señales (DSP) extrae la información relativa a la dirección y velocidad del viento, así como los modos de vibración de la máquina. Esta información es enviada al sistema de control del aerogenerador, o a un sistema experto para diagnosis y mantenimiento preventivo de la máquina.

Este nuevo método es inmune a las turbulencias producidas por el giro de las palas cuando el generador está en funcionamiento. Además no contiene ningún elemento móvil, por lo que no sufre problemas de desgaste que reduzcan la vida útil del sensor, y es muy económico, no suponiendo un impacto significativo en el costo global del aerogenerador.

Una vez descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como una forma de llevarla a la práctica, sólo nos queda por añadir que en su conjunto y partes que lo componen es posible introducir cambios de forma, materiales y de disposición, siempre y cuando dichas alteraciones no varíen sustancialmente las características de la invención que se reivindica a continuación.