Desarrollo e implementación de técnicas no invasivas para pruebas estáticas y dinámicas en palas de aerogeneradores de baja potencia

Abstract

En este trabajo se presenta el desarrollo e implementación de un instrumento de contacto óptico, mediante las técnicas de triangulación láser y fotogrametría, para la reconstrucción geométrica y determinación de parámetros importantes en pruebas estáticas y dinámicas para palas de aerogeneradores de baja potencia, con el objetivo de validar los datos de diseño de la pala y así garantizar la seguridad y fiabilidad del aerogenerador. Se propone el método de triangulación láser para determinar la deflexión y la torsión en palas de aerogeneradores de baja potencia. Una cámara CMOS captura la imagen de una línea proyectada sobre una sección de la pala y, mediante la reconstrucción de la forma aerodinámica se obtiene un perfil de referencia, se aplica una carga conocida en el borde extremo de la pala, para obtener un perfil deflectado y con torsión, y se comparan estos perfiles con el perfil de referencia. Los resultados de la deflexión y la torsión se validan mediante simulaciones empleando el método de elementos finitos y pruebas en laboratorio, respectivamente. En el proceso de reconstrucción experimental de los perfiles se obtuvo una resolución de 0.06 mm, el error relativo de medición de la deflexión es de 0.282% y el error de medición de la torsión es menor a 0.1º. El método presentado es eficaz, preciso y de bajo costo para evaluar los perfiles de las palas de aerogeneradores de baja potencia. Sin embargo, debido a su fácil implementación, se espera que sea capaz de medir cualquier perfil de pala de aerogenerador a escala real de hasta varios metros de longitud. Para realizar análisis modal experimental a palas de aerogeneradores de baja potencia se propone la técnica de fotogrametría. Esta técnica consiste en perturbar la dinámica de la pala en sus condiciones iniciales, como resultado se obtiene una respuesta armónica en el tiempo la cual es muestreada por una secuencia de imágenes capturadas por el sensor CMOS utilizando los desplazamientos del blanco de referencia en el tiempo. Parámetros como la frecuencia natural y la forma modal se obtienen ajustando los datos a una ecuación no lineal cuya solución es una ecuación exponencial/armónica. Los resultados del análisis modal se validan realizando pruebas mediante la técnica de triangulación láser y el uso de acelerómetros. El resultado muestra que el error relativo de la frecuencia natural del primer modo de vibración es menor al 1% y un error de repetibilidad de 0.29 %. El método propuesto es sencillo, eficaz y fiable, y además es un método que no se ha aplicado a la prueba de la vibración natural del primer orden de palas de aerogeneradores, por lo que su aplicación a este tipo de componentes es un área de oportunidad para la validación de parámetros de análisis modal en la industria eólica.