El documento describe un seminario sobre tecnologías y diseño de aerogeneradores. Se presenta el diseño estructural de palas de aerogeneradores realizado por el Ingeniero Nicolás Alday de IMPSA. También se describe a IMPSA como una empresa dedicada a soluciones de energía renovable y su unidad de negocio IMPSA Wind, la cual diseña, produce y comercializa aerogeneradores. Finalmente, se introducen conceptos básicos de tecnología eólica como estudios de sitio, funcionamiento, aerodinámica y estructura de palas

1. Seminario “Tecnologías y Diseño de Aerogeneradores”
Conceptos de Diseño – Aerogeneradores
Diseño Estructural de Palas
Ing. Nicolás Alday Hegouaburu
nicolas.alday@impsa.com
Diseño Estructural
IMPSA Wind - Mendoza

2. Energía Eólica
Unidad de Negocio

3. IMPSA WIND
• IMPSA es una empresa global dedicada a producir soluciones integrales para
generación de energía eléctrica a partir de recursos renovables.
• IMPSA ha cumplido cien años.
• Desde su creación en 1907, experimentó un crecimiento permanente hasta llegar
a lo que es en la actualidad: una empresa comprometida con sus Clientes, que
crea soluciones integrales de alto valor, responsable socialmente con las
comunidades en las que trabaja, con profunda conciencia medioambiental y
vocación de largo plazo en la investigación y desarrollo de tecnologías
sustentables.
• En la actualidad la empresa cuenta con un Backlog de proyectos de generación de
energía eléctrica a partir de recursos renovables que supera los 6.000 MW de
capacidad instalada y 1.600 MM de USD.

4. IMPSA WIND

5. IMPSA WIND
IMPSA Wind es una unidad de negocios que diseña, produce y comercializa
generadores eólicos de gran potencia, y desarrolla granjas eólicas en
condiciones EPC.
Es la única compañía en Latinoamérica que tiene su propia tecnología para
este tipo de equipos.
IMPSA Wind nació como el resultado de la sinergia entre las diferentes
unidades de negocios de la compañía.
Unidad de Negocios Tecnología
Mecánica de fluidos y generadores
IMPSA Hydro
sincrónicos
Estructuras altas y conversión de
IMPSA Port Systems
frecuencia
ICSA automatización
Cuenta con su diseño innovador propio (UNIPOWER)® para generadores
eólicos de 1MW, 1.5 MW y 2.1 MW.
Actualmente está expandiendo su concepto a generadores de 3 MW.

6. IMPSA WIND
IMPSA participa en la totalidad de la CADENA DE VALOR del negocio con tecnología
propia.
Generación de
I+D Fabricación Construcción
Energía

7. IMPSA WIND
Productos y Servicios
– Estudio de viabilidad y ejecución de proyectos de granjas eólicas.
– Diseño, fabricación, instalación y puesta en marcha de generadores eólicos.
– Soluciones llave en mano.
– Ejecución de contratos EPC para proyectos de energía eólica.
– Servicios de post-venta.
– Operación & Mantenimiento (O&M).

8. IMPSA WIND
UNIPOWER®, diseño patentado de IMPSA, minimiza las desventajas de las
configuraciones tradicionales de los generadores de transmisión directa
(tamaño y peso), pero mantiene su ventaja principal (sin caja multiplicadora).
UNIPOWER® fusiona en un solo componente las funciones tradicionales del
generador eléctrico y el cubo rotor minimizando las partes activas, reduciendo
las pérdidas y tiempos muertos por mantenimiento.
UNIPOWER® utiliza imanes permanentes y control de potencia por paso de
palas, optimizando la captura de energía a distintas velocidades de viento.

9. IMPSA Wind utiliza tecnología de última generación para el desarrollo completo de
la ingeniería.
• El diseño inicial del equipo comienza con las decisiones sobre los principales parámetros de
operación (potencia y características de viento – turbulencia e intensidad).
• A partir de ese punto es necesario diseñar los perfiles de palas y determinar las cargas máximas,
los parámetros del generador, las principales características mecánicas y la estrategia de control.

10. Proyectos en ejecución
Volta do Río
42 MW
Praia doMorgado CEARA
28.8 MW
Praia deParajur
ú
28.8 MW
Agua Doce
125.8MW SANTA
CATARINA
BomJardín daSerra
90 MW

11. Proyecto Ceara
Desarrollo de granja eólica bajo el marco del
programa PROINFA del Gobierno de Brasil.
Factor de carga: 47%
El contracto es bajo el esquema de “Llave en
mano”, donde IMPSA debe proveer:
• Equipamiento
• Montaje
• Puesta en marcha
• Operación y mantenimiento
Capacidad total ha instalar: 100 MW
Inversión total aprox. US$ 280 MM

12. Proyecto Santa Catarina
Desarrollo de granja eólica bajo el marco del
programa PROINFA del Gobierno de Brasil.
Factor de carga: 37.7%
El contracto es bajo el esquema de “Llave en
mano”, donde IMPSA debe proveer:
• Equipamiento
• Montaje
• Puesta en marcha
• Operación y mantenimiento
Capacidad total ha instalar: 216 MW
Inversión total aprox. US$ 715 MM

13. IMPSA Argentina – Mendoza
Planta I
Dedicada a la producción seriada de
generadores eólicos.
• Capacidad anual de producción:
70 sets de palas
70 generadores
• Superficie de producción: 21,300
m2

14. IMPSA Argentina – Mendoza
Planta II
• Tiene una superficie total de 52 Ha en donde todos los sectores de la compañía
están concentrados (I+D, Ingeniería, Comercial, Operación, Recursos
Humanos, Administración y Finanzas). Dedicado a todos los productos de
IMPSA.
• Operaciones dispone de un Centro de producción formado por las siguientes
naves:
– Nave I – Mecanizado y Estructura;
– Nave III – Estructuras;
– Nave de Generadores;
– Nave IV – Estructuras;
– Nave V – Amolado;
– Nave de Ajuste;
– Nave Trazado y Corte;
– Nave de granallado y pintura.
• La nave más grande es la N°1 (225 x 33 x 35) m.

15. IMPSA Brasil – Suape
Dedicada a la producción seriada de
Generadores Eólicos.
Nuestra planta en Suape ya tiene
ordenes para más de un año de
producción.
• Capacidad de producción anual: 200
unidades
• Superficie de producción: 13,000 m2
• Superficie de administración: 4,000 m2

16. IMPSA Malasia – Lumut
• El principal objetivo de esta planta es la
producción de:
– Grúas de puerto,
– Equipos hidromecánicos,
– Componentes estructurales para
unidades de generación hidráulica,
– Generadores eólicos.
• Superficie de producción: 20.910 m2.
• Capacidad anual de producción: 50
generadores eólicos.

17. INTRODUCCION A LA TECNOLOGIA EOLICA
ESTUDIOS DE SITIO
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
CONFIGURACIONES
AERODINAMICA DE PALAS
ESTRUCTURA DE PALAS
ENSAYOS
MONTAJE

18. Estudio de sitio
• La campaña de medición se realiza durante al menos un año en el lugar que se tiene
que evaluar, gracias a una torre de medición dotada de anemómetros, veletas,
sensores de presión y de temperatura. Esta campaña permite obtener datos
correspondientes, de manera continua, cada diez minutos.
Luego se calcula el potencial eólico del lugar gracias a un software de simulación
WASP, a partir de los datos colectados en la campaña de medición, y de los datos
provenientes de la estación meteorológica más cercana. Después del proceso
estadístico del conjunto de estos datos, se establece el potencial eólico (velocidades
medias, perfil vertical de velocidad, rosa de los vientos...) y se valora la producción de
cada molino de viento del parque eólico.

19. Campaña de Medición
Una campaña de medición implica:
• 1 año de medición como mínimo.
• Selección de todas las magnitudes físicas a medir.
• Selección del equipamiento: Tipo y características.
• Determinar el número y ubicación de las torres.
• Establecer alturas de medición.
• Establecer la frecuencia de muestreo y el intervalo de registro.
• Establecer como será almacenada la información.
• Diseñar todo de acuerdo a los estándares en la materia.
• Diseño del sistema de alimentación.
• Diseño de fundación y configuración de riostras para la erección.
• Montaje de la torre e instrumentos. Cableado. Puesta en marcha.
• Revisión periódica del equipamiento.
• Establecer procedimientos para el procesamiento de los datos
recolectados.

20. Estudio de Sitio
LA ROSA DE LOS VIENTOS: La rosa de los vientos nos suministra información estadística sobre la disponibilidad de
energía eólica y la frecuencia en el tiempo. Son dados los porcentajes de frecuencia del tiempo de ocurrencia del viento
que llega en cada sector, el porcentaje de energía eólica disponible en cada sector, mas allá del nivel de turbulencia. La
dirección de los vientos es importante para el cálculo de la energía generada por una determinada planta eólica y
también para la optimización a la hora de escoger los lugares en que quedarán alineados los aerogeneradores.
Anemómetro: El anemómetro más utilizado es el anemómetro de cazoleta. El anemómetro gira a una velocidad
proporcional a la velocidad del viento originando una señal eléctrica proporcional a la velocidad de giro.
Veleta: La veleta determina la dirección del viento. Ella está formada por un elemento móvil que puede girar libremente
para orientarse en la dirección del viento, y un transductor que permite traducir esa posición a una señal eléctrica.

21. Distribución de Probabilidad
Con las medidas de velocidad se determina cuál es la distribución de velocidades de viento en un lugar, es decir, el
número de horas al año que vamos a tener una determinada velocidad de viento. Se utiliza la distribución de Weibull para
caracterizar la mayoría de los sitios.
Ley exponencial de Hellmann: La velocidad del viento varía
con la altura, siguiendo aproximadamente una ecuación de
14.0%
12.0%
tipo estadístico, conocida como ley exponencial de Hellmann.
Probability Density Function
10.0%
8.0%
Measurements
Weibull fitting. K=2.5. C=9.02
6.0%
4.0%
2.0%
0.0%
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25
Wind Speed [m ]
/s
Valores del exponente de Hellmann en función de la rugosidad del terreno
Lugares llanos con hielo o hierba a=0.08 – 0.12
Lugares llanos (mar, costa) a=0.14
Terrenos poco accidentados a=0.13 – 0.16
Zonas rústicas a=0.2
Terrenos accidentados o bosques a=0.2 – 0.26
Terrenos muy accidentados y ciudades a=0.25 – 0.4

22. Clase de sitio
• Determinación de la clase del sitio:
• Que aerogenerador es acorde a las condiciones en el sitio?
– IEC 61400-1 Clase I, II, III, S
– Parámetros ha calcular a altura de Hub:
• Valores extremos (por ejemplo, a través de una distribución de Gumbel).
• Distribución de probabilidad de intensidad de viento (Weibull).
• Turbulencia.
• Otros (corte, rango de temperatura, salinidad, etc).
Importancia:
Garantizar la integridad estructural del aerogenerador
durante toda la vida del parque y su operación segura bajo
condiciones normales y extremas.

23. Energía capturada
1800 12.0%
1600
10.0%
1400
Power curve corrected by air density 1200
8.0%
Power [kW]
1000
1800 800 6.0%
1600 600
4.0%
1400 400
1200 200
2.0%
Power [kW]
0
1000 Vcut-
Rho=1.225 Kg/m3 -200 0 5 10 15 20 25 0.0%
800 in
Rho=0.997 Kg/m3 Wind speed [m/s]
600
400 Vnom Rho=1.225 Kg/m3 Rho=0.997 Kg/m3 Weibull
200
0 Vcut-
out
-200 0 5 10 15 20 25
Wind speed [m/s]
v cut − out
E ∑ Pi Wi T
E = T ∫ P ( v ) W ( v ) dv
0
AEP
CF = P(V) Pi
Pn T
W(V) Wi

24. Mapas eólicos
En general, contienen información como:
• Velocidad media a distintas alturas.
• Densidad de potencia.
• Rosas de los vientos.
• Topografía.
• Parámetros de Weibull.
• Trazado de líneas de transmisión.
• Temperatura.
• Densidad de aire.

25. Identificación y cuantificación de incertezas
Algunas fuentes y rangos de errores en la medición:
• Calibración de anemómetros (1.0%;5%)
• Variaciones o cambios en la calibración (0.2%;3.0%)
• Anemómetro fuera de la vertical (0.2%;1.5%)
• Overspeeding (0.2%;1.0%)
• Distorsión del flujo generado por la torre (0.5%;2.0%)
• Distorsión del flujo generado por los soportes (0.5%;2.0%)
• Distorsión del flujo generado por otras causas (0.1%;2.0%)
• Incertezas en la cuantificación y almacenamiento de la información (0.2%;1.0%)
Otras fuentes de errores que deben ser cuantificadas:
• Modelo de Shear
• Extrapolación espacial
• Correlaciones a largo plazo
• Incertezas en la curva de medición
Más perdidas deben ser consideradas:
Histéresis.
Degradación de las palas.
Pérdidas eléctricas en la red interna, subestaciones y líneas de transmisión.
Disponibilidad de los aerogeneradores y de la red.
*Valores tomados de la recomendación de la IEA

26. Características
Viento Empuje Aerodinámico Energía
Momento de rotación residual del aire
Energía Cinética Rotor:
del aire
Dispositivo de cambio de paso
Rodamientos del rotor
Seguimiento de la dirección del viento
Freno (mec./aerod.)
Transformación del
momento de rotación
Caja Multiplicadora
Control del momento de rotación
Control de temperatura
Transformación Generador:
Mecánica / Eléctrica
Control de potencia
Control de temperatura
Control:
Consumidor Control General
Sistema de seguridad

27. Energía del Viento
MÁXIMA POTENCIA EXTRAIBLE
Un aerogenerador obtiene su potencia de entrada convirtiendo la
fuerza del viento en un par (fuerza de giro) actuando sobre las palas
del rotor.
La cantidad de energía transferida al rotor por el viento depende de:
densidad del aire
área de barrido del rotor
velocidad del viento.
P = ½ · ρ · v3 · A · η
La animación muestra cómo una porción cilíndrica de aire de 1 metro de
espesor pasa a través del rotor de un aerogenerador típico de 1.000 kW.
Con un rotor de 54 metros de diámetro cada cilindro pesa aproximadamente
2,8 toneladas.

28. Energía del Viento (cont.)
La ley de Betz Cizallamiento
La ley de Betz dice que sólo puede convertirse menos de Depende de las características del
16/27 (el 59 %) de la energía cinética en energía mecánica terreno e influye directamente en la
usando un aerogenerador. Fue formulada por primera vez turbulencia del viento y en la altura de
por el físico alemán Albert Betz en 1919. Su libro "Wind- la torre.
Energie", publicado en 1926, proporciona buena parte del
conocimiento que en ese momento se tenía sobre energía
eólica y aerogeneradores
0.70
Relación de Potencias (P/P0)
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
Relación de Velocidades (V2/V1)
Cuanto mayor sea la energía
cinética que un aerogenerador
extraiga del viento, mayor será la
ralentización que sufrirá el viento
que deja el aerogenerador P = ½ · ρ · v3 · A · η

29. Pot. del viento, Betz y turbina comercial

30. Tipos de Emplazamientos
On Shore

31. Tipos de Emplazamientos
Off Shore

32. Tipos de Aerogeneradores
Turbinas de eje Horizontal Turbinas de eje Vertical

33. Diferencias - Número de palas

34. Diseños Actuales
Aerogeneradores Asíncronos
CAJA
MULTIPLICADORA EJE RÁPIDO
EJE LENTO
GENERADOR
ASÍNCRONO
ROTOR GÓNDOLA
TORRE

35. Diseños Actuales
Aerogeneradores Síncronos
ANILLOS ESTATOR
DESLIZANTES EXTERNO
GÓNDOLA
EJE
ROTOR
TURBINA
POLOS TORRE
BOBINADOS

36. Generador Síncrono - UNIPOWER ®
CUBO ROTOR
UNIPOWER ®
ESTATOR INTERNO POLOS IP

37. Evolución de tamaños
P = ½ · ρ · v3 · A · η

38. Objetivos mundiales
• Máxima eficiencia y confiabilidad
• Mínimo mantenimiento
• Diseño escalable a potencias mayores (fabricación seriada)
Objetivos adicionales (Argentina)
• Independencia tecnológica
• Maximización de componentes nacionales y desarrollo de
proveedores locales
• Precio fuertemente competitivo

39. Flujo sobre una sección alar
Capa limite laminar Capa limite turbulenta
Transición laminar turbulento
Transición laminar turbulento Desprendimiento
Transición laminar turbulento
Recirculación
Flujo desprendido
Transición laminar turbulento

40. Fuerzas sobre un perfil
Fuerza de sustentación
Fuerza de resistencia
Cuerda perfil
Ancho perfil

41. Curvas de una sección a diferentes Re

42. Limitación de potencia

43. Curvas de potencia

44. Distribución y torsión de perfiles
Alto Cl/Cd
No sensible a suciedad
Bajo ruido
Compatible geométricamente
No sensible a suciedad
Buenas características
aerodinámicas
Buenas características
estructurales
Compatible geométricamente

45. Coeficiente de potencia (Cp.) vs. rpm.

46. Potencia y torque vs. rpm.

47. Cp vs. Lambda para varios pitch

48. Cp vs. Lambda para varios pitch

49. Curvas Típicas
26 2600 0.9
24 2400
0.8
22 2200
RPM
20 Pitch 2000
Pot 0.7
18 1800
16 1600 0.6
14 1400 Ct
RPM - PITCH (°)
Potencia (Kw)
0.5 Cp
Cp - Ct
12 1200
10 1000
0.4
8 800
6 600
0.3
4 400
2 200 0.2
0 0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 0.1
-2 -200
-4 -400
0
-6 -600 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
viento (mps) viento (mps)
P = ½ · ρ · v3 · A · η

50. Viento sobre el rotor
Variación en la velocidad del
Velocidad media viento (ráfaga, turbulencia)
Flujo irregular sobre el
rotor debido a: Dirección media
Capa limite a partir del Flujo oblicuo
suelo (perfil vertical)
Oscilación en la velocidad
del viento (ráfagas)
Sombra de
Cambio en la dirección del la torre
viento (flujo oblicuo)
Eje de la máquina
Influencia del viento por el Perfil vertical
mismo aerogenerador
(góndola y torre)

51. Rotores típicos
Turbinas de eje horizontal (HAWT)
Monopala:
• Bajo costo.
• Alto impacto visual.
• Alto nivel de ruido.
• Baja complejidad mecánica .
• Baja eficiencia.
Bipala:
• Costo medio.
• Impacto visual medio.
• Bajo nivel de ruido.
• Alta complejidad mecánica.
• Eficiencia media.
Tripala:
• Alto costo.
• Bajo impacto visual.
• Nivel de ruido medio.
• Complejidad mecánica media.
• Alta eficiencia.
www.windpower.org

52. Configuración base
Soluciones típicas
Pieles: diseñadas para dar forma
aerodinámica.
Telas centrales: diseñadas para
resistir la flexión.
www.owenscorning.com
“Blade manufacturing improvements -
development of the ERS100 blade” SAND2001- Vigas de corte: diseñadas para
1381 mantener la forma aerodinámica.

53. Configuración base
Uniones al rodamiento
“Comportamiento mecánico de las juntas tipo T-
bolt en materiales compuestos gruesos”,
doctoral thesis, D. Víctor Martinez Moll

54. Diseño
Proceso de diseño
Prediseño
Simulación Modelado 3D
aeroelástica
Cargas Materiales
FEA
Planos y
procedimientos
Certificación
del diseño
Fabricación
Ensayos

55. Diseño
Guías y estándares de diseño
Existen muchas fuentes de información
que asisten en el diseño de las turbinas.
•Guías.
•Estándares.
•Publicaciones científicas.
Necesidad de certificar diseño para
obtener márgenes de seguridad. Se
aprovecha el know-how de la indústria.
IEC es un comité internacional.
IEC61400 es específico sobre diseño de
turbinas eólicas.

56. Diseño
Filosofía de factores de seguridad
IEC 61400-1:

57. Diseño
Datos de entrada
Datos Conceptos
1. Geometría: •Blade Element Momentum
• Datos de perfiles. Theory (BEM).
• Distribuciones de cuerda, •Diseño de perfiles.
espesor y alabeo. •Optimización de fabricación.
2. Materiales: •Datos experimentales.
•Propiedades elásticas. •Teoría clásica de placas
laminadas.
•Límites admisibles.
• Modelo Halpin-Tsai.
•Espesor de tela curada
(CPT).
•Casos de carga de diseño.
3. Cargas:
•Clase del viento
•Cargas estáticas de diseño.
•Potencia de salida.
•Cargas dinámicas de
diseño.

58. Diseño
Blade Element – Momentum (BEM)
Disco actuador:
• Flujo axial + rotación.
• Puede analizar eficiencia del rotor
mediante factores de inducción.
Elementos de pala:
• Cada pala se divide por elementos
independientes entre sí.
• Se evalúa el flujo de aire local.
• Permite calcular el arrastre y torque de
cada pala.
• Se puede encontrar la geometría
óptima de la pala.

59. Diseño
Estudios por CFD
Perfiles gruesos:
El creciente aumento del tamaño de las palas
y la necesidad de mantener los costos a
niveles competitivos, obliga a tener un balance
entre conceptos aerodinámicos y
estructurales. Es necesario emplear perfiles
gruesos en zonas cercanas a la raíz donde los
métodos convencionales de cálculo ya no son
válidos y se emplea CFD para superar esta
barrera.
Puntera:
El método BEM asume que cada perfil es
independiente y para las zonas de raíz y punta
agrega coeficientes de ajusta. Se emplea CFD
para verificar estos coeficientes y optimizar el
diseño de la puntera.

60. Diseño
Materiales
Refuerzos
Los refuerzos permiten ajustar las
propiedades
hacia donde son necesarias.
Esta ventaja produce estructuras más
livianas
que reducen las cargas inerciales sobre la
turbina.
www.marinecomposites.com

61. Diseño
Materiales
Matriz
• Mantiene los cabos de refuerzo
unidos (resistencia transversal),
• Protege los refuerzos de la
exposición ambiental.
• Distribuye las cargas entre los cabos.
• Resiste las cargas dinámicas.
www.marinecomposites.com

62. Diseño
Materiales
Espuma Madera
Balsa
www.marinecomposites.com
DIAB group web page

63. Diseño
Ensayo de Materiales
Los materiales
compuestos no
comparten los
milenios de
desarrollo del
acero. Por lo tanto,
se requieren
campañas
extensas de
ensayos para
confirmar las
propiedades
mecánicas.

64. Diseño
Posicionado de telas
Corte a medida:
•Diseño simple.
•Necesidad de corte de plantillas.
•Requerimiento de mano de obra
excesivo.
Cintas:
•Cálculo complejo.
•No necesita plantillas. Rollos de
ancho constante.
•Requerimiento de mano de obra
reducido.

65. Diseño
Naturaleza de las cargas
•Inercial: se consideran la gravedad terrestre, vibración
de componentes y sismos.
•Aerodinámica: se debe fundamentalmente al viento, el
cual se analiza estadísticamente dada su naturaleza
aleatoria.
•Actuadores: se contemplan los efectos del sistema de
control y de seguridad.
“Wind Energy Handbook” – Wiley & sons

66. Diseño
Casos de carga
La vida en servicio de una turbina se
simula mediante un grupo de
situaciones de operación esperables.
Los casos de carga son las
combinaciones más desfavorables de
todas las condiciones de diseño.
El estándar IEC61400-1 da una lista de
los casos de carga mínimos necesarios
que se deben considerar en el diseño.
IEC61400-1 Wind Turbines Part 1: Design
requirements

67. Análisis por elementos finitos
CAD/CAE
Es fundamental integrar las diferentes etapas de diseño para
minimizar errores y reducir costos.
Simulación numérica +
Modelado 3D+
Planos de fabricación

68. Análisis por elementos finitos
El método de elementos finitos
“La base del método consiste en resolver un problema complejo mediante la
integración de un grupo de soluciones elementales conocidas”
Necesidades:
Modelo
•Evaluar concentraciones de tensiones.
geométrico
•Evaluar inestabilidades locales.
•Reducir márgenes de seguridad asociados
Reemplazo de
la estructura a lo desconocido.
Materiales y mediante
espesores elementos Cargas
(Propiedades) conocidos
(Mallado)
Solución local
para cada
elemento
Solución
global

69. Análisis por elementos finitos
Herramientas de cálculo
Estructuras (FEA)
Aerodinámica (CFD)
Las herramientas empleadas han sido validadas
por la industria por más de 30 años.
Es importante conocer las herramientas a fondo
para aprovecharlas al máximo.

70. Análisis por elementos finitos
Software
MSC PATRAN – NASTRAN
•Permite mallar en forma precisa.
•Permite modelar laminados en forma
rápida.
•Visualiza resultados en cada tela.
ANSYS
•Conectividad directa con el CAD.
•Simplifica el manejo de conjuntos.
•Simplifica el análisis de contactos.

71. Análisis por elementos finitos
Propiedades
•Se programó una herramienta
interna para definir el laminado en
cada elemento.
•Una definición correcta de las
propiedades caracteriza el
comportamiento real de la pala.

72. Resistencia estática
Resistencia última
•Se usa un modelo de predicción de
falla que está basado en fenómenos en
vez de coeficientes de ajuste
empíricos.
•Se obtienen índices de falla para la
fibra y la matriz por separado.
•Los índices generados permiten al
diseñador optimizar el entelado.
Dados los coeficientes de seguridad impuestos por los estándares,
las prediciones de falla en realidad son límites de certificación.
La falla real se alcanza bajo cargas muy superiores a las de
diseño.

73. Resistencia estática
Estabilidad (pandeo)
•Se verifica tanto la falla global como
local (importante para estructuras
sandwich).
•Los límites admisibles se especifican
en los estándares de diseño.

74. Resistencia estática
Pretensado
El pretensado reduce las cargas que
absorben los bulones de las palas.
“Comportamiento mecánico de las juntas tipo T-
bolt en materiales compuestos gruesos”,
Doctoral Thesis, D. Víctor Martinez Moll

75. Análisis Modal
Auto valores
•En este análisis se determinan las
frecuencias y modos de vibrar (forma).
•Con estos resultados se comparan el
modelo aeroelástico y el producido por
elementos finitos, asegurando la
precisión en la predicción de cargas.
•También se obtienen los modos de
alabeo que son fundamentales para
analizar la estabilidad aeroelástica.

76. Resistencia dinámica
Diagrama de Campbell
2
1.8
1.6
1X
1.4 2X
Eigenvalue (Hz)
3X •Dado que la turbina opera bajo
1.2
f1
1 f2 un rango de velocidades, los
f1-12 desbalanceos del rotor pueden
0.8 f1+12
forzar los modos propios de la
f2-12
0.6
f2+12 estructura y producir resonancia.
0.4 •El diagrama de campbell muestra
0.2
las zonas que deben evitarse
mediante un control adecuado.
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26
Rotational speed (rpm)
•Las frecuencias de vibración
de las palas aumentan con la
velocidad de rotación.

77. Durabilidad
Resistencia de materiales
•Los plásticos reforzados
con vidrio resisten más los
esfuerzos de fatiga que el
acero convencional dado
que pueden atrapar
fisuras entre las fibras.

78. Durabilidad
Análisis de fatiga
•El viento es aleatorio por naturaleza.
Se requiere una representación
simplificada que permita comparar los
esfuerzos generados con datos de
probetas estandarizadas.
•El espectro completo de cargas se
procesa mediante la técnica de conteo
Rainflow. Este proceso produce señales
senoidales de diferentes valores medios
y alternados.
•Se genera un campo de
deformaciones unitario para
transformar las cargas en
deformaciones.
•Se compara el esfuerzo contra la
resistencia y se determina el daño por
fatiga.

79. Fabricación y ensayos
Modelos

80. Fabricación y ensayos
Moldes

81. Fabricación de Moldes
• Verificación
estructural

82. Fabricación y ensayos
Infusión de palas

83. Fabricación y ensayos
Ensayo estático

84. Banco de ensayo

85. Fabricación y ensayos
Ensayo dinámico

86. SCADA

88. Energía Eólica
¡ Muchas Gracias por
vuestra atención !