Metodología de diseño mecánico de torres para aerogeneradores de baja potencia

Abstract

Este trabajo presenta un análisis teórico y experimental para encontrar las frecuencias naturales de un aerogenerador con torre arriostrada de 1 kW. Debido a sus elementos de diseño, estos pueden ocasionar fenómenos de resonancias cuando sus frecuencias de vibración se acercan entre sí. Además, se requieren de modelos matemáticos precisos para facilitar los cálculos de diseño estructural. Para este estudio se emplea un aerogenerador comercial de tamaño real, montado en una torre abatible y soportado por cuatro cables de acero. Para comprobar la metodología de estudio, se lleva a cabo mediciones de vibración natural en algunos elementos del aerogenerador como: los álabes y los cables, además del aerogenerador completo; cuyos resultados revelaron que es posible alejar la frecuencia fundamental del cable y sus armónicos, modificando los valores de tensión, ya que es el elemento principal que puede ocasionar resonancias en otros elementos del aerogenerador, esto, debido al rango de frecuencias que puede adoptar dependiendo de la tensión a la que esté fijada. También se realiza un estudio teórico comparativo y experimental de la rigidez de los cables, ya que su valor depende de diversos factores, como el diámetro, longitud, el material con que se fabrica, el número de hilos que los componen, entre otros. This paper presents a theoretical and experimental analysis to find the natural frequencies of a 1 kW braced tower wind turbine. Due to their design elements, they can cause resonance phenomena when their vibration frequencies are close to each other. In addition, accurate mathematical models are required to facilitate structural design calculations. For this study, a full-size commercial wind turbine is used, mounted on a folding tower and supported by four steel cables. To verify the study methodology, natural vibration measurements are carried out on some elements of the wind turbine such as: blades and cables, in addition to the complete wind turbine; whose results revealed that it is possible to distance the fundamental frequency of the cable and its harmonics, modifying the voltage values, since it is the main element that can cause resonances in other elements of the wind turbine, this, due to the range of frequencies that it can adopt depending on the voltage at which it is set. A comparative and experimental theoretical study of the rigidity of the cables is also carried out, since its value depends on various factors, such as diameter, length, the material with which it is manufactured, the number of threads that compose it, among others.