SIMULADOR DE UN AEROGENERADOR ENEOL - Forem

SIMULADOR
DE UN
AEROGENERADOR
1
ENEOL

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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
1

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
2

1. INTRODUCCIÓN
SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
3

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
4

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
5

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
6

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
7

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
8

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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:
9

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
10

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
{?}
11

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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
12

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
13

REGIMEN DE SESIONES
SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
14

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
15
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.

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
16

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
5. EVALUACIÓN DEL RENDIMIENTO DE UN
AEROGENERADOR
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:
17

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
18

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
19

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
20

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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:
21

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
22

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
23

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
24

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
25

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
26

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
6. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN
AEROGENERADOR
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
27

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
28

PALA:
SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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
29

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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
30

TORRE:
SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
31

GENERADOR:
SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
32

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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-
33

TIPOS DE AEROGENERADORES:
SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
34

Por el número de aspas:
SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
- 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
35

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
36
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

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
37

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
38

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
7. MANTENIMIENTO PROGRAMADO DE
AEROGENERADORES
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.
39

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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
Palas
Rotor
Cimentación y Torre:
Grietas fundación.
Pares de apriete.
Fisuras y marcas de grietas.
Decoloraciones y rugosidades.
Borde de ataque.
Fisuras y tornillos soporte cono del buje.
Retenes y engrases rodamientos palas.
Pares de apriete rod.
40

Pala-buje
SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
41

Generador
SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
42

Otros Eléctricos
SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
43

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
44

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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?
45

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
46

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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. Rodamiento principal.
2. Unión eje principal-multiplicadora.
3. Soporte multiplicadora.
4. Soporte multiplicadora.
5. Eje multiplicadora.
6. Acoplamiento.
7. Multiplicadora.
8. Disco de freno.
9. 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

SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
48

ANÁLISIS DEL ACEITE.
SIMULADOR DE UN
AEROGENERADOR
ENEOL
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.
49