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Índice CONCEPTO

PÁGINA

1.

INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 3

2.

INTERFAZ DE ACCESO AL SIMULADOR - SESIONES ............................................................ 5

3.

ENTRADA A LA APLICACION. ............................................................................................. 7 IDIOMAS .................................................................................................... 7 AUTENTICACION ......................................................................................... 7 USUARIO ADMINISTRADOR Y CAMBIO DE PARAMETROS DE ACCESO ................. 8 Cambiar Password ......................................................................................................................8 Creación de nuevos usuarios: .....................................................................................................9 Eliminación de usuarios ............................................................................................................10 Ver Estadísticas ........................................................................................................................10 AUTENTICACION DE USUARIO NORMAL ........................................................11 ESTADÍSTICAS ..........................................................................................13 REGIMEN DE SESIONES ..............................................................................14

4.

CUESTIONARIOS TEÓRICOS............................................................................................. 15

5.

EVALUACIÓN DEL RENDIMIENTO DE UN AEROGENERADOR ........................................... 17 MEDICIONES DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO EN LA PRÁCTICA .........................23 CALCULO DE LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA DEL PARQUE .................................25

6.

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN AEROGENERADOR ..................................................... 27 TIPOS DE AEROGENERADORES: ...................................................................34 EMPLAZAMIENTO DE UN AEROGENERADOR. ..................................................35

7.

MANTENIMIENTO PROGRAMADO DE AEROGENERADORES ........................................... 39

8.

ANÁLISIS PREVENTIVO .................................................................................................... 45 SIMULACIÓN DE UNA INSPECCIÓN VISUAL ....................................................46 SIMULACIÓN DE UNA MEDICIÓN DE VIBRACIONES. ........................................47 ANÁLISIS DEL ACEITE. ................................................................................49

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1. INTRODUCCIÓN El presente proyecto de simulación apunta a la creación de una innovadora herramienta de para el estudio de la funcionalidad de un aerogenerador en un soporte multiplataforma que facilite su ejecución a través de un interfaz gráfico donde podamos reproducir las distintas facetas estudiadas. En este sentido, hablamos de un simulador que puede ejecutarse en soporte PC, Mac, Linux, dispositivos móviles o entornos web. Su contexto de trabajo apunta a dos líneas de asimilación de conocimientos: la realización de cuestionarios interactivos para obtener unas nociones de partida y la inmersión en los escenarios donde nos acercaremos con mayor realismo a los órdenes de actuación relacionados con la gestión de un parque eólico y las actuaciones concretas en relación al mantenimiento y conservación de aerogeneradores. En transcurso de la utilización de este recurso se contará así con pruebas de evaluación técnica, escenarios de interacción para el desarrollo de tareas relacionadas con la gestión de un parque eólico y el mantenimiento de aerogeneradores y, finalmente, la implementación continua de elementos de ayuda para guiar al usuario en el aprendizaje y reorientación de la puesta en práctica de los conocimientos progresivamente adquiridos.

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2. INTERFAZ DE ACCESO AL SIMULADOR - SESIONES En el presente simulador, hemos integrado elementos propios de un entorno de reproducción 3D junto con facetas propias del conocimiento exhibidas sobre pantallas planas con información expresada en forma de cuestionarios o diagramas de refuerzo relativo al conocimiento y estudio de las funcionalidades de este tipo de recursos eólicos. Asimismo y dado que constituye un recurso eminentemente didáctico, hemos planteado un sistema de evaluación en el desarrollo de los ejercicios propuestos con objeto de poder calificar el conocimiento del alumno. De esta forma, se hace necesaria la autenticación del alumno de forma que el recurso se plantea para su uso bajo dos perspectivas. Autoconsumo didáctico: previsto para el acceso al simulador a través de la web donde el usuario podrá definirse su propia cuenta y proceder a las subsiguientes autenticaciones con el fin Proceso formativo en grupo: se requiere la presencia de un instructor para facetas de coordinación del proceso. De esta forma, representará la figura del administrador que puede desarrollar las siguientes facetas: 

Dar de alta a los restantes usuarios que participarán del proceso formativo.



Configurar las secuencias formativas destinadas a cada uno de ellos.



Consultar los resultados de las evaluaciones soportadas por el desarrollo de las unidades formativas por cada uno de esos alumnos.

De esta forma, se facilita la idoneidad del producto para ambos perfiles de explotación del mismo. Por lo demás, cada acceso de un usuario al simulador se identifica como una sesión controlando el período de conexión hábil así como la trazabilidad completa de su tránsito por cada ejercicio que desarrolle. Así, de este modo, el simulador registra las actuaciones y movimientos del usuario en el espacio de trabajo del simulador computando los resultados de dicha interactividad tanto en las secuencias de cuestionarios como de cara a planteamientos realizados en los ejercicios. En cada sesión, se crean unas tablas de resultados y evaluaciones para computar promedios de valoración de cada alumno en el desarrollo de cada ejercicio.

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Los ejercicios se pueden repetir según se estime conveniente y, en todo caso, quedarán registrados tantas veces como se desarrollen si bien, cara a ofrecer un promedio de evaluación global, sólo se tendrá en cuenta la máxima puntuación alcanzada. Al final, se considera que un usuario ha podido flaquear el diagrama didáctico del simulador en el instante en que supera un ratio mínimo de 70% en el desarrollo de todos y cada uno de los ejercicios.

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3. ENTRADA A LA APLICACION. IDIOMAS De entrada, comentar que la aplicación tiene un soporte multiidioma, esto es, podremos realizar los ejercicios de cuestionarios o acceder a información de soporte en cualquiera de los idiomas que se nos presentan en la pantalla inicial. De esta forma, antes de autenticarnos y definir nuestro perfil de acceso, habremos de seleccionar el idioma con el que hacemos la entrada en el simulador.

AUTENTICACION De cara al uso del presente simulador, se controlará el acceso de los usuarios al mismo con objeto de realizar una evaluación parcial en el desarrollo de cada ejercicio sea un cuestionario susceptible de valoración en base al número de aciertos o una prueba de emulación práctica en la que se medirán distintos parámetros de destreza. De esta forma, el acceso a la plataforma comienza siempre con una pantalla para facilitar la introducción de las claves y contraseña del usuario que accede a la misma.

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Una vez autenticado, el usuario inicia una sesión en la que se irá registrando la trazabilidad completa de todos y cada uno de sus movimientos por las diferentes opciones y ejercicios. Cada usuario podrá acometer un ejercicio en más de una ocasión con objeto de tratar de mejorar su calificación previa de forma que quedará registrado el tránsito en cada una de esas ocasiones así como los hitos del desarrollo de la prueba (sean preguntas parciales de un cuestionario o pequeñas incidencias en el transcurso de una prueba de simulación) aportando una calificación final. De esta forma, en cualquier momento, se podrán revisar las estadísticas de las pruebas acometidas. USUARIO ADMINISTRADOR Y CAMBIO DE PARAMETROS DE ACCESO Para facilitar la labor del instructor, existirá un perfil de administrador que tendrá la potestad de realizar operaciones de mantenimiento de los usuarios.

A saber: Cambiar Password Le permitiría modificar sus credenciales de administrador como medida de seguridad a tener en cuenta según el tipo de implantación.

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Creación de nuevos usuarios: Incorporación de nuevos perfiles de acceso al sistema. En este sentido y si la instalación fuera local, esos usuarios sólo podrán acceder en el marco de la implantación de un equipo concreto mientras que, caso de que la implantación sea vía web, estaríamos acometiendo un entorno distribuido que sería compartido entre toda la base de datos de usuarios:

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Eliminación de usuarios Por otra parte, tendremos la posibilidad de borrar usuarios ya existentes donde quedará borrada la información referente a todas sus sesiones.

Ver Estadísticas Al igual que en el apartado que luego veremos para la comprobación de estadísticas de cada usuario, el administrador tendrá la capacidad de extraer un informe con las estadísticas de todos los usuarios sumados al entorno de simulación.

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AUTENTICACION DE USUARIO NORMAL Cada usuario no administrador habrá de autenticarse como paso posterior a la selección del idioma:

Una vez autenticados, accederemos a un menú gráfico en el cual podremos apreciar, al margen de las opciones listadas a la izquierda, una información adicional de aquella opción que tengamos preseleccionada con objeto de darnos alguna pista sobre los contenidos de estas alternativas. Cada una de ellas nos conducirá bien a un cuestionario o a un ejercicio de simulación. Los primeros vienen marcados con el siguiente sufijo:

{?}

Para advertirnos de su naturaleza.

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En esta pantalla, se pueden observar otros recursos además del propio menú de acceso.

Desde aquí, cualquier usuario puede modificar, asimismo, su password accediendo a la opción: Cambiar Password

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con objeto de modificar sus credenciales. Cuando desee acceder a alguna opción del menú, habrá de pulsar el botón Comenzar y accederá al escenario correspondiente de cuestionario o simulador. ESTADÍSTICAS En todo momento, podemos acceder a visualizar nuestras estadísticas o resultados de los ejercicios que a, en adelante, iremos comentando. Así, la opción Ver Estadísticas nos conduce a la siguiente pantalla:

Con información relativa a los ejercicios acometidos, la fecha-hora en que los iniciamos y la calificación final obtenida en cada uno de ellos.

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REGIMEN DE SESIONES Las sesiones se abren cada vez que un usuario se autentica y permanece vigente en el desarrollo de las distintas pruebas. Cuando un usuario abandona el programa con la opción Salir de la pantalla principal antes presentada, dicha sesión se inhabilita.

Además, la sesión no soporta una inactividad prolongada. Así, si un usuario no interacciona durante 10 minutos, el sistema cierra su sesión mostrando el siguiente mensaje de advertencia:

Esta opción resulta de vital importancia en los casos en que se trabaja vía web en un sistema compartido del que no esté haciendo un eficaz uso de sus sesiones.

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4. CUESTIONARIOS TEÓRICOS

Como complemento a las pruebas de simulación, la plataforma presenta una serie de cuestionarios preliminares con preguntas concretas asociadas a distintas facetas del mundo de los aerogeneradores. Todos los cuestionarios teóricos presentan la misma estructura, esto es, nos facilitan la navegación a través de una serie de preguntas que, con formato de test, se nos van presentando en pantalla para que elijamos la opción más adecuada.

En el curso de esa navegación con los botones de Anterior y Siguiente iremos aportando respuestas a cada una de las cuestiones planteadas. Lo haremos así hasta llegar a la última interrogación donde nos encontraremos con la opción de Terminar Test que concluirá el ejercicio sin posibilidades de revisión de las preguntas anteriores.

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Cada pregunta tiene una valoración relativa dentro del cuestionario al punto que, en la resolución final, se computarán esos pesos complementarios para dar como resultado una nota final:

En este punto, si la calificación supera 7 podremos dar por “aprobado” el ejercicio mientras que si no lo hace, habríamos de repetir el test. En esta pantalla final, se nos informa de la resolución de cada pregunta, de la puntuación relativa obtenida y se nos da, además, la posibilidad de visualizar pregunta y respuesta correcta a través del botón Ver solución.

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5. EVALUACIÓN DEL AEROGENERADOR

RENDIMIENTO

DE

UN

Con este capítulo, abordamos el desarrollo de los ejercicios prácticos de simulación con ENEOL. Todos ellos muestran un acceso similar a los cuestionarios con la única diferencia de que, una vez hemos ingresado en la correspondiente opción del menú, accedemos a un interfaz 3D donde se van a combinar maniobras propias de interacción en un escenario de simulación con pequeños cuestionarios adjuntos para dar respuestas sobre las intervenciones desarrolladas. Uno de los aspectos al que queríamos dar especial importancia pasaba por definir un esquema de estudio y evaluación del rendimiento de cada máquina aerogeneradora en el contexto de un parque eólico donde podamos aproximar mediciones basadas en un estudio de variables de entrada significativas a la hora de definir la construcción de un parque de estas características. En el supuesto que nos ocupa, partimos de un espacio limitado que facilite los cálculos y especialmente la comprensión de las casuísticas que inciden en la definición y configuración de un espacio de estas características. Por todo ello, hemos preparado un parque eólico limitado a 6 aerogeneradores “estratégicamente colocados” para facilitar los elementos de reciprocidad marcados en las evaluaciones de rendimiento tanto de cada una de las máquinas en particular como de la totalidad del conjunto del parque. Hemos dispuesto las máquinas con la siguiente distribución:

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Como vemos, existen 6 aerogeneraores con una orientación ideal sobre coordenada norte (0º) asumiendo que ésta es precisamente la dirección que toma el viento a la hora de incidir sobre el parque eólico.

Como vemos, este viento de partida no responde al predominante esperado en esta demarcación geográfica que normalmente coincide con la posición de las hélices que muestran uniformemente todas las máquinas.

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En todo caso, esta configuración será igualmente válida para estudiar la influencia de diferentes factores catalogables entre las condiciones de construcción y las derivadas de su perfil meteorológico sobre el rendimiento global y parcial de los aerogeneradores de un parque eólico. Así, si accedemos a la opción de Configurar parque nos encontraremos con diferentes elementos relativos a: 

Condiciones del viento: dirección y velocidad.



Fisonomía del parque: altura de los aerogeneradores y distancias paralelas y perpendiculares al viento dominante.



Tipología de los aerogeneradores: resumidas en un índice de eficacia.

Que, una vez establecidas (botón Activar) redundarán en el comportamiento visual de todos los elementos del parque eólico.

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Además, a partir de este momento, podremos evaluar el rendimiento parcial (individual) de cualquiera de los aerogeneradores del parque pinchando sobre el rotor de cualquiera de las unidades o, incluso, tener unos valores globales de la instalación completa a través del botón:

Ver rendimiento del parque

Que nos presentará valores extremos y medios de productividad.

Como el modelo es permanentemente interactivo, podemos ir haciendo pruebas y sacar conclusiones empíricas sobre el comportamiento de nuestra instalación modelo para, finalmente, poder apuntar a una serie de máximas consecuentes de nuestro estudio.

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Este sería el momento de acceder al cuestionario anexo a través de la opción Responder que nos presentará preguntas pendientes de una respuesta concreta que el sistema evaluará en base a nuestras respuestas:

Para, como sucedía en los cuestionarios antes vistos, poder ofrecer un resultado de la evaluación al usuario:

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Que se sumará en el cómputo global a las calificaciones obtenidas en torno al resto de apartados del menú. Además y como complemento, tendremos una serie de anexos teóricos donde encontraremos fundamentos y claves que explican el desarrollo de este modelo de simulación y que queremos contemplar en el presente manual a lo largo de las siguientes páginas.

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MEDICIONES DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO EN LA PRÁCTICA

La mejor forma de medir la velocidad del viento en una futura localización de una turbina eólica es situar un anemómetro en el extremo superior de un mástil que tenga la misma altura que la altura de buje esperada de la turbina que se va a utilizar. Esto evita la incertidumbre que conlleva el recalcular la velocidad del viento a una altura diferente. Medias de 10 minutos. Las velocidades del viento son medidas en medias de 10 minutos para que sea compatible con la mayoría de programas estándar (y con la bibliografía sobre el tema). Los resultados en las velocidades del viento son diferentes si se utilizan diferentes periodos de tiempo para calcular las medias, como se verá posteriormente. Rosa de los vientos Para mostrar la información sobre las distribuciones de velocidades del viento y la frecuencia de variación de las direcciones del viento, puede dibujarse la llamada rosa de los vientos basándose en observaciones meteorológicas de las velocidades y direcciones del viento.

La rosa está dividida en dieciséis sectores, cada uno indicando una dirección del viento.

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En este caso podemos ver que la dirección de viento dominante es la “Suroeste”. Un vistazo a la rosa de los vientos es extremadamente útil para situar aerogeneradores. Si una gran parte de la energía del viento viene de una dirección particular, lo que deseará, cuando coloque una turbina eólica en el paisaje, será tener la menor cantidad de obstáculos posibles en esa dirección, así como un terreno lo más liso posible. Sin embargo los modelos eólicos pueden variar de un año a otro, así como el contenido energético (normalmente alrededor de un 10 por ciento). Por lo tanto, lo más conveniente es tener observaciones de varios años para poder obtener una media fidedigna. Los proyectistas de grandes parque eólicos cuentan normalmente con un año de medidas locales y utilizan observaciones meteorológicas a largo plazo de las estaciones climáticas cercanas para ajustar sus medidas y obtener así una media a largo plazo fiable.

Se aprecia perfectamente a través de los gráficos el sentido predominante del viento. En este caso los vientos predominantes provienen principalmente sur suroeste, estando estos vientos enfrentados. Es natural, por tanto, que las hileras de aerogeneradores estén posicionadas de forma perpendicular a la misma dirección marcada por el viento predominante para el mayor aprovechamiento de éste. Los molinos tendrán sus palas totalmente enfrentadas al viento, de forma que los dos vientos predominantes sean máximamente explotados.

La potencia del viento: cubo de la velocidad del viento La velocidad del viento es muy importante para la cantidad de energía que un aerogenerador puede transformar en electricidad: la cantidad de energía que posee el viento varía con el cubo (la tercera potencia) de la velocidad media del viento; por ejemplo, si la velocidad del viento es 1, y esta se duplica, la cantidad de energía será ocho veces mayor. En el caso de turbinas eólicas usamos la energía de frenado del viento, por lo que si doblamos la velocidad del viento tendremos dos veces más porciones cilíndricas de viento moviéndose a través del rotor cada segundo, y cada una de esas porciones.

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Descripción de las variaciones del viento: distribución de Weibull Para la industria eólica es muy importante ser capaz de describir la variación de las velocidades del viento. Los proyectistas de turbinas necesitan la información para optimizar el diseño de sus aerogeneradores, así como para minimizar los costes de generación. Los inversores necesitan la información para estimar sus ingresos por producción de electricidad. Si mide las velocidades del viento a lo largo de un año observará que en la mayoría de áreas los fuertes vendavales son raros, mientras que los vientos frescos y moderados son bastante comunes. La variación del viento en un emplazamiento típico suele describirse utilizando la llamada Distribución de Weibull.

Descripción estadística de las velocidades del viento La gente que esté familiarizada con la estadística se dará cuenta de que el gráfico muestra una distribución de probabilidad. El área bajo la curva siempre vale exactamente 1, ya que la probabilidad de que el viento sople a cualquiera de las velocidades, incluyendo el cero, debe ser del 100 por cien.

CALCULO DE LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA DEL PARQUE

Para el estudio de la producción de energía del parque se ha utilizado la denominada distribución de Weibull, anteriormente comentada, y que nos muestra la probabilidad de la velocidad del viento. Con esos datos se puede hacer un estudio de la producción del parque. En el siguiente gráfico se puede observar la probabilidad de que se dé una determinada velocidad de los vientos. La potencia se ha sacado en relación a la velocidad, que se ha obtenido del catalogo de nuestro aerogenerador donde hay una tabla que nos muestra la potencia que da el aerogenerador para una velocidad determinada. A continuación se ha multiplicado la probabilidad de que se de esa velocidad por la potencia que dará el aerogenerador, y la suma de todas esas operaciones.

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Las pérdidas por transporte: Son las pérdidas que se producen en la línea de evacuación del parque (desde el parque a la subestación) y dentro del propio parque en el tendido de media tensión a 20kV. Estas pérdidas son básicamente debidas al calor (efecto Joule) por la intensidad que circula por los conductores. “Pt” Las pérdidas por mantenimiento contemplan todos los momentos en los que el conjunto no puede estar trabajando debido a una parada para el mantenimiento de cualquiera de sus elementos componentes. Ya sea un mantenimiento preventivo como un mantenimiento estipulado a partir de una serie de horas de trabajo. “Pm” Aplicando todos estos factores de pérdidas, obtenemos la producción real de energía de nuestro parque.

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6. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN AEROGENERADOR

DE

UN

En el presente ejercicio se facilita información sobre la estructura interna de un aerogenerador y la secuencia de ensamblado de una máquina de estas características. Queremos estudiar cada una de los componentes principales de un aerogenerador así como la el sistema conjunto en que todos ellos se complementan y describen la funcionalidad combinada. Así, en el presente ejercicio de simulación, estableceremos propiedades de cada uno de los elementos y coordinaremos su montaje final. En el aerogenerador, tenemos los siguientes elementos principales:

1. Cimientos 2. 2. Conexión a la red eléctrica 3. Torre 4. Escalera de acceso 5. Sistema de orientación 6. Góndola 7. Generador 8. Anemómetro 9. Freno 10. Transmisión 11. Pala 12. Inclinación de la pala 13. Buje del rotor

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A continuación, vamos a proceder a explicar todas las partes de un aerogenerador, agregando una imagen visual a la explicación.

GÓNDOLA: Contiene los componentes clave del aerogenerador, incluyendo el multiplicador y el generador eléctrico. El personal de servicio puede entrar en la góndola desde la torre de la turbina.

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PALA: Las palas de rotor suelen construirse utilizando una matriz de mallas de fibra de vidrio impregnadas de un material como el poliéster ("GRP = Glass fibre reinforced polyester"). El poliéster es endurecido después de que ha impregnado la fibra de vidrio. El Epoxi puede ser utilizado en lugar de poliéster. De esta forma la matriz base puede estar fabricada, total o parcialmente, de fibra de carbono, que es un material con alta resistencia más ligero, aunque más caro. En grandes palas de rotor también están siendo utilizados materiales laminares madera epoxy.

BUJE: El buje, consistente en una esfera hueca cortada por tres planos en los que se conforman las bridas de unión a los rodamientos de pala, se fabrica normalmente en fundición de hierro esferoidal ENGJS-400-18-LT, siendo la

verificación a fatiga la más crítica en su diseño. Además, las tensiones en el buje son muy dependientes de la rigidez asociada al interfaz con la pala, por

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lo que es muy importante establecer bien las condiciones de contorno en este interfaz a la hora de realizar las comprobaciones estructurales.

MULTIPLICADORA: La caja multiplicadora es un multiplicador de velocidad que convierte el movimiento rotacional de 18-50 rpm del rotor en aproximadamente 1750 rpm con que rota el generador. La velocidad de giro del generador depende de la frecuencia de la corriente eléctrica y del número de pares de polos de la máquina.

La caja multiplicadora tiene la tarea de acoplar las bajas velocidades de rotación del rotor y las altas velocidades del generador, y soportar las amplias variaciones de la velocidad del viento. La relación de transmisión del multiplicador está determinada por su tren de engranajes, constituido en los aerogeneradores actuales por ruedas dentadas cilíndricas (de ejes paralelos), cuyos dientes al engranar vinculan sus frecuencias de rotación. Los diseños actuales se basan en dos tipos de trenes de engranaje básicos: el tren planetario A y el tren tándem

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TORRE: Soporta la góndola y el rotor. Generalmente es una ventaja disponer de una torre alta, dado que la velocidad del viento aumenta conforme nos alejamos del nivel del suelo. Una turbina moderna de 2 Mw tendrá una torre de entre 67 y 100metros. Las torres pueden ser bien torres tubulares (como la mostrada en el dibujo o torres de celosía. Las torres tubulares son más seguras para el personal de mantenimiento de las turbinas ya que pueden usar una escalera interior para acceder a la parte superior de la turbina. La principal ventaja de las torres de celosía es que son más baratas.

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GENERADOR: El generador de una turbina convierte la energía mecánica en energía eléctrica

Para turbinas de gran potencia, los generadores asincrónicos dobles alimentados se emplean con mayor frecuencia. En este caso, la velocidad de rotación puede ser variada, diferente a cuando se usan generadores asincrónicos convencionales. Otro concepto consiste en emplear generadores sincrónicos. Hay diferencias entre los generadores sincrónicos y asincrónicos. Los últimos se emplean más, ya que pueden conectarse directamente a la red y son más robustos y de menor mantenimiento. Un generador sincrónico de velocidad constante conectado a la red presenta problemas técnicos muy difíciles de eliminar. Por lo anterior, actualmente no existen generadores sincrónicos de velocidad constante, sino de velocidad variable. Éste no se puede conectar directamente a la red de corriente alterna con frecuencia constante, por lo que es preciso utilizar un convertidor de frecuencia como elemento intermedio entre el generador y la red. Esta desventaja de tener que utilizar un complicado sistema adicional para la sincronización se compensa con una mayor eficiencia de la turbina y una mejor compatibilidad con la red. Los generadores de anillo multipolo que trabajan sin caja multiplicadora ya fueron mencionados anteriormente. FRENO MECÁNICO: El freno mecánico se utiliza en caso de fallo del aerogenerador, para evitar su movimiento. En caso de reparación también se activa para evitar que la turbina se ponga en movimiento. Esta situado entre la multiplicadora y el generador.

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SISTEMA DE REFRIGERACIÓN: Los generadores necesitan refrigeración durante su funcionamiento. En la mayoría de turbinas la refrigeración se lleva a cabo mediante encapsulamiento del generador en un conducto, utilizando un gran ventilador para la refrigeración por aire, aunque algunos fabricantes usan generadores refrigerados por agua. Los generadores refrigerados por agua pueden ser construidos de forma más compacta, lo que también les proporciona algunas ventajas en cuanto a rendimiento eléctrico se refiere, aunque precisan de un radiador en la góndola para eliminar el calor del sistema de refrigeración por líquido. En el caso de nuestro aerogenerador la refrigeración es por aceite. CENTRO DE TRANSFORMACIÓN DEL AEROGENERADOR: Consta de la celda de media tensión que comunica al aerogenerador con el resto de la instalación del parque y el transformador situado en el interior del mismo y encargado de elevar la tensión de los 690 voltios entregados por el generador a la correspondiente tensión de la red de recogida del parque fijada en 20Kv. Normalmente por motivos de mantenimiento el transformador suele ser del tipo seco y dadas las tensiones e intensidades que circulan por la celda esta serán del tipo hexaflouro4-

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TIPOS DE AEROGENERADORES:

Atendiendo a una serie de factores, los aerogeneradores pueden clasificarse de varias formas: Por el tipo de eje: - Eje vertical: no son los más habituales debido a su escasa capacidad para producir energía. Su principal característica es que su eje de rotación se encuentra en posición perpendicular al suelo. Son más económicos que los de eje horizontal, al ahorrarse gran parte de infraestructura. - Eje horizontal: son los más habituales. Su principal característica, es que su eje de rotación se encuentra en paralelo al suelo y a la dirección del viento. Son más costosos que los de eje vertical y además sus aspas no soportan grandes velocidades, como ventaja tienen que son más eficaces que los anteriores.

Por la orientación respecto al viento: - A barlovento o a proa: son los más comunes, su principal característica es la de situar el rotor de cara al viento, evitando de esta manera que el cuerpo de la torre se interponga entre el propio rotor y la dirección del viento. - A sotavento o a popa: este tipo de orientación se da en los aerogeneradores de eje vertical. Su principal ventaja es que no necesita mecanismo de orientación de la góndola, presentan como desventaja su escasa eficacia.

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Por el número de aspas: - De un aspa: constituidos de una única pala y de un contrapeso. Presentan velocidades de giro muy elevadas. - De dos aspas: constituidos de dos palas son los más económicos y ligeros, por el contrario, necesitan una velocidad mayor para producir la misma cantidad de energía que el resto. - De tres aspas: la mayoría de los aerogeneradores de hoy en día, presentan esta constitución, la principal razón es que presentan un 4% más de rendimiento que los de dos aspas. - Multipalas: no es muy común en Europa. Presenta multitud de palas y normalmente es utilizado para la extracción de agua en pozos. Por cómo se redireccionan respecto al viento: - Mediante conicidad: son aquellos que usan el motor de orientación para posicionar la góndola en cada momento, dependiendo de la dirección a la que sople el viento. - Mediante veleta: usan una especie de aleta en la parte anterior de la góndola, el viento choca transversalmente con este elemento, y mueve todo el conjunto. Este método solo es apto en pequeños equipos de poco peso. - Mediante molinos auxiliares: básicamente se trata de construir varios molinos en distintas caras de la góndola, de esta manera se consigue que gire uno u otro dependiendo de la dirección del viento. Es un sistema muy poco usado. EMPLAZAMIENTO DE UN AEROGENERADOR. Antes de montar el aerogenerador, la torre, la góndola y el rotor son transportados en grandes camiones. Una vez que han llegado las piezas de la torre se comienza su montaje. El montaje no es algo complicado pero si hay que hacerlo con mucho cuidado. El primer lugar dependiendo del tamaño de aerogenerador se hará de una manera u otra. Para montar la torre se utiliza el mismo sistema, con dos grúas se van cogiendo las diferentes partes, en el caso de la primera se ancla a la virola que está en la plataforma. La forma de ajustar es tornillo- tuerca, y se comprobara si está bien apretado con una llave dinamométrica.

La colocación de las palas se puede dar de dos maneras. La primera, si el tamaño de las palas es inferior a 30metros se colocaran las tres a la vez junto al rotor, la segunda si las palas son mayores de 30m se colocaran una por una vez colocado el rotor en la góndola. En la imagen se muestra el montaje de un molino con palas menores de 30 metros, por eso se aprecia claramente el montaje del rotor con las palas ya colocadas. Una vez colocado el rotor en

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la góndola, este tiene que quedar perfectamente alineado con la góndola. Completado el proceso el molino está listo para usarse.

VIALES: El máximo peso soportado por los mismos corresponde a la grúa de 500 toneladas, que pesa 135 toneladas. Dispone de 8 ejes, con lo que el reparto de toneladas por eje da una presión de 40kg/cm2, que es lo que debe ser capaz de aguantar el vial. Si bien el peso de la grúa es a priori el elemento más desfavorable para dimensionar el vial, la experiencia indica que el mayor deterioro del mismo sucede por el continuo paso de los camiones cargados con los diferentes elementos de la máquina, cuyo peso total junto con el equipo de transporte es de casi 100 toneladas. La composición de las carreteras será una composición genérica constará de material seleccionado + 40cm zahorra artificial. La zahorra artificial es una mezcla de áridos, total o parcialmente machacados, en la que la granulometría del conjunto de los elementos que la componen es de tipo continuo.

En las plataformas lo que se pretende es conseguir el apoyo correcto de la grúa. La composición de la plataforma constará de un buen compactado con una base resistente debajo. Las dimensiones de las plataformas del parque tendrán unas dimensiones de 40x40 metros. Se considera plataforma desde el borde de la cimentación. La pendiente lateral de la plataforma no podrá ser nunca superior al 0,5%. Para el premontaje del rotor en el suelo se debe disponer de una superficie de terreno llano y con base, sin vegetación prominente, de 80x50m, que según la orografía del terreno puede exigir obra civil. Debido a la altura de las torres y los pesos a soportar, nos vemos obligados a trabajar con grúas de celosía. Esto implica que debemos tener un espacio en recto (3m), da igual la dirección, para el montaje de todos los tramos de la celosía con una grúa auxiliar y que esta pueda trabajar junto a la pluma, a ser posible junto al camino de acceso para

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aprovechar éste para la grúa auxiliar. La longitud de este tramo dependerá de las alturas de las torres. La compactación de la plataforma es tan importante como la de los viales. La grúa rara vez se coloca correctamente a la primera maniobra y si no está bien compactada se hundirá. Además, esta plataforma debe ser capaz de aguantar un peso mínimo total de 500 toneladas, que es el peso de la grúa con sus contrapesos y la unidad de carga mayor (nacelle). El ejercicio de simulación concluirá así con el montaje de un aerogenerador.

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7. MANTENIMIENTO PROGRAMADO AEROGENERADORES

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Los objetivos buscados en el mantenimiento programado son: la reparación de componentes con tiempo de ejecución controlada, una mayor previsión en recursos humanos y materiales, optimización de la reparación buscando la solución más adecuada (retrofit), conseguir una pérdida de producción baja. Para la realización del mantenimiento programado se seguirán las instrucciones del fabricante, que normalmente indicara cada cuanto tiempo hay que revisar sus componentes, o también se podrá elaborar un plan de mantenimiento programado basado en nuestra observaciones de cómo se comportan las máquinas. Los trabajos que habitualmente se realizan en el mantenimiento programado se centran en las palas, en la torre, mejora de componentes y revisión de equipos fundamentales.      

A los 3 meses: Reapriete y comprobación de pernos. Menor: Comprobaciones de pares de apriete, engrases. Mayor: Revisión exhaustiva del aerogenerador. Generador: Megado del generador cada año. Cambio de aceite de la multiplicadora: Cada 18 meses. Cambio de aceite del grupo hidráulico: Cada 5 años.

Las grandes operaciones de mantenimiento en los parques eólicos están caracterizadas por su complejidad al intervenir un gran nº de variables, algunas de ellas difícilmente predecibles, y elevado coste y riesgo. Ello requiere exigencias de planificación y control cuidadosos: Para la adecuada planificación y optimización en la gestión de los recursos que se utilizan.     

Disponer de recursos altamente especializados, bien formados y equipados. Sincronización entre los diferentes recursos que intervienen en la operación. Disponer y desplegar los procedimientos de trabajo seguros. Investigación continuada y desarrollo de herramientas de gestión integral. Investigación continuada y desarrollo de nuevas técnicas y herramientas para la realización de trabajos adecuándolos a las condiciones de explotación.

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En el marco del presente simulador, se llevarán a cabo una serie de tareas preventivas que habrá que ir acometiendo a través de desplazamientos interactivos robe la máquina que desembocará en la creación de varios “Check-List” donde iremos apreciando la tarea y la periodicidad de forma que contemplemos el resultado final de los procesos de control. Así y distribuidos por elementos a cotejar: Estructura   

Cimentación y Torre: Grietas fundación. Pares de apriete.

Palas   

Fisuras y marcas de grietas. Decoloraciones y rugosidades. Borde de ataque.

Rotor   

Fisuras y tornillos soporte cono del buje. Retenes y engrases rodamientos palas. Pares de apriete rod.

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Pala-buje    

Aprietes y holguras cajas rodamientos de palas. Uniones rotor y eje principal. Engrase rodamiento eje principal. Comprobación alineación eje principal.

Multiplicadora     

Apriete y holguras de amortiguador. Aceite: análisis, fugas y nivel. Aspecto rodamientos y engranajes. Alineado, ruidos, y vibraciones. Sistema de Refrigeración: bomba aceite, fugas circuito, válvulas, ventilador.

Eje alta velocidad    

Freno: desgastes, fisuras, alabeos. Sistema hidráulico freno: aceite, fugas, precarga. Uniones cardan, juntas, engrases. Rodamientos.

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Generador         

Engrase de rodamientos. Inspección y apriete de caja de bornas. Inspección anillos y escobillas. Limpieza de intercambiador y filtros. Megado devanados estator y rotor. Sistema de cambio de paso Comprobar ajustes: señal y rango entre extremos. Prueba de carrera: carga, puntos duros, etc. Comprobaciones del sistema hidráulico / Servomotores.

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Otros Eléctricos  

Inspección visual, limpieza y comprobación conexiones: ground, auxiliares, cables, terminales, trafo, celda. Megados y comprobación aislamiento eléctrico.

Sistema de orientación    

Inspección dientes y prueba: carga, ruidos, puntos duros. Engrase de corona y superficies deslizantes. Reapriete de discos y holguras rad. placas deslizantes. Comprobación del sistema hidráulico: aceite, presión, frenos.

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8. ANÁLISIS PREVENTIVO El mantenimiento preventivo, es una metodología sobradamente conocida e implantada en todo el espectro industrial, por sus buenos resultados, que mediante la medida, análisis y control de niveles de vibración y otros parámetros, permite:   

Reducir drásticamente los costes de mantenimiento. Reducir el número de averías imprevistas. Aumentar la disponibilidad de los equipos y/o planta.

La correcta aplicación de esta metodología del mantenimiento preventivo a los aerogeneradores está permitiendo, mediante la consecución de los tres objetivos básicos reseñados anteriormente, garantizar una explotación óptima de los parques eólicos. El potencial de esta técnica ha permitido, durante la recepción y período de garantía de los parques, identificar precozmente averías debidas a defectos de diseño en componentes esenciales de los aerogeneradores. Ello ha supuesto, desde el punto de vista del usuario: 1) Argumentación técnica, frente al suministrador, para introducir mejoras y/o modificaciones en los diseños originales. 2) Extensión de períodos de garantía. La experiencia ha demostrado, en este tipo de unidades, que si bien el análisis y control de aceites, que tiene entidad suficiente, puede ser una técnica complementaria de confirmación de diagnóstico, el enorme potencial que actualmente ofrece el control de vibraciones, mediante la obtención de niveles, espectros en frecuencia y análisis de frecuencias ultrasónicas: HDF, SPIKE Energy, etc..., es suficiente para la precoz identificación de defectos en los componentes de los aerogeneradores. De forma general, las especificaciones técnicas de los parques eólicos requieren que el diseño de los componentes garanticen 120.000 horas de funcionamiento y una vida útil del parque de, aproximadamente, 20 años. Así mismo, los períodos de garantía, se establecen en dos años. Frente a este marco contractual, cabe plantearse las siguientes preguntas: • •

¿Qué garantías técnicas puede adoptar el inversor-usuario del parque para asegurarse la rentabilidad de su inversión al disponer de un diseño adecuado? ¿Qué acciones se deben emprender para optimizar la explotación del parque?

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El mantenimiento preventivo, responde adecuadamente ambas preguntas. Respecto a la primera pregunta, la correcta aplicación del mantenimiento preventivo durante la explotación del parque mediante la reducción drástica del número de averías imprevistas y la identificación y seguimiento de defectos hasta su reparación en tiempos muertos, ausencia de viento, permiten un aumento de disponibilidad y una reducción significativa de los costes de mantenimiento. Con relación a la segunda pregunta, la experiencia está demostrando que las dos actuaciones técnicas que permite asegurar la idoneidad del diseño y en consecuencia el futuro de la inversión, son:  

Recepción de unidades aplicando las técnicas de mantenimiento preventivo. Caracterización del parque mediante medidas experimentales de cargas reales en componentes y estudios de ciclos de fatiga (RAINFLOW).

La potencialidad del mantenimiento preventivo, mediante la aplicación de sus técnicas en la fase de recepción de los aerogeneradores, está permitiendo la identificación temprana, antes del vencimiento de los plazos de garantía, de defectos de diseño que se traducen en mejoras ó modificaciones por parte del suministrador. En algunos casos estos defectos ó mejoras, imputables al vertiginoso desarrollo de componentes y/o elementos para su adecuación a la alta demanda, imponen ligeros cambios como mejoras en la lubricación de componentes, aumento de capacidades de carga de rodamientos, etc. que no afectan al diseño global. En otros casos, lamentablemente, el defecto de diseño identificado supone cambios estructurales importantes que dan al traste con la inversión. Es por ello recomendable ejecutar en la fase inicial, incluso en prototipo, las técnicas de mantenimiento preventivo y caracterización o determinación de cargas reales, al objeto de garantizar los objetivos técnico-económicos de cada parque. SIMULACIÓN DE UNA INSPECCIÓN VISUAL El presente simulador nos conduce a una observación de determinados factores que podrían incidir en mantenimiento correctivo.  

Presencia de pitting en grado muy avanzado, incluso con acusadas pérdidas de material, en los trenes helicoidales de los engranajes. Alto contenido partículas metálicas en suspensión en el aceite.

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 

Abundante depósito de partículas en los cárteres de las cajas multiplicadoras. Deterioro de rodamientos.

Estas facetas se desarrollarán como un proceso de inspección visual y habremos de ser capaces de inventariar este tipo de factores. SIMULACIÓN DE UNA MEDICIÓN DE VIBRACIONES. En una segunda fase de simulación, desarrollaremos una serie de mediciones orientadas a percibir la vibración asociada a componentes móviles del conjunto. Con la medición de vibraciones se consigue identificar posibles problemas antes de que vayan a mayor en diferentes partes del aerogenerador, estas medidas son tomadas mediante un colector portátil, en puntos representativos de la figura 3.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Rodamiento principal. Unión eje principal-multiplicadora. Soporte multiplicadora. Soporte multiplicadora. Eje multiplicadora. Acoplamiento. Multiplicadora. Disco de freno. Generador.

A partir de esta medición, extraeremos una tabla de resultados que habremos de ser capaces de interpretar para conducir a la evaluación final. 47

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Análisis de modulación en alta frecuencia (HFD).

El análisis de las tablas precedentes de resultados experimentales, permitirá establecer que, con niveles de vibración ACEPTABLES (lo que revela un comportamiento mecánico-operativo correcto); existen, como lo ponen de relieve los indicadores de alta frecuencia, defectos de lubricación y/o agotamiento prematuro en la vida de los rodamientos.

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ANÁLISIS DEL ACEITE. El análisis del aceite es otra técnica empleada en mantenimiento preventivo como se ha dicho anteriormente, para identificar posibles problemas, ya que el aceite al circular por casi todas las zonas más sensibles puede servir de indicador de su estado a grosso modo, ya que no indicará la pieza concreta que puede estar fallando sino que indicará la zona donde se encuentra, ya que será la zona por donde circule el aceite. El aceite indicara que algo es pasando en una determinada zona si se ven cambios en sus propiedades por ejemplo si contiene más metales, es nos indica desgastes, o si el aceite se oscurece.

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