NORMA TÉCNICA                                                       NTCCOLOMBIANA                                         ...
PRÓLOGOEl Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC, es el organismonacional de normalización, segú...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                                NTC 5725                                                      CONT...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                                NTC 5725                                                          ...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                                NTC 5725                                                          ...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                                     NTC 5725                                                     ...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                                    NTC 5725                                                      ...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                  NTC 5725AEROGENERADORES.REQUISITOS DE DISEÑO PARA AEROGENERADORES PEQUEÑOS0.    ...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                   NTC 5725Se recomienda usar esta norma junto con las normas IEC e ISO adecuadas ...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                        NTC 57253.      TÉRMINOS Y DEFINICIONESPara el propósito de esta norma se ...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                           NTC 57253.16 Condiciones externas (aerogeneradores). Factores que afect...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                               NTC 57253.28 Velocidad media del viento. Media estadística de los v...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                        NTC 57253.41 Longitud de rugosidad. Altura extrapolada en la cual la veloc...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                                     NTC 5725NOTA   Los perfiles comúnmente utilizados son el perf...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                         NTC 5725        k       es el parámetro de forma de la función de Weibull...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                    NTC 5725Coh    función de coherencia                                          ...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                     NTC 5725Mshaft momento de flexión combinado para el eje en el primer cojinete...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                      NTC 5725Td       vida útil de diseño                                        ...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                     NTC 5725Zhub   altura del buje del aerogenerador                             ...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                   NTC 5725ωyaw    rata de orientación                                            ...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                     NTC 5725NTM    Modelo de turbulencia normal (Normal Turbulence Model)S      C...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                                  NTC 5725                                                        ...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                   NTC 57255.2    MÉTODOS DE DISEÑOEl método de diseño para las turbinas tratadas ...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA            NTC 5725                        SWT con tensión                         < 1000 V c.a. ...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                  NTC 57256.     CONDICIONES EXTERNAS6.1    GENERALIDADESLos aerogeneradores peque...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                               NTC 5725                           Tabla 1. Parámetros básicos para...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                                    NTC 57256.3.2   Condiciones normales de viento6.3.2.1 Distribu...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                                                              NTC 5725                            ...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                                 NTC 5725                                    Ve50 ( z ) = 1,4Vref ...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                                                                   NTC 5725                       ...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                                                                             NTC 5725En las Figura...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                                                              NTC 5725                            ...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                                                                         NTC 5725                 ...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                    NTC 5725Deben tomarse en consideración al menos las siguientes condiciones amb...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                    NTC 57256.4.3   Otras condiciones ambientales extremas6.4.3.1 GeneralidadesOtr...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                  NTC 5725-      Desbalance de tensión: la proporción de la componente de secuenci...
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA                      NTC 5725cimentación. Los esfuerzos de ruptura y resistencia a la fatiga de l...
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725
Próxima SlideShare
Cargando en…5
×

50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725

2.081 visualizaciones

Publicado el

0 comentarios
3 recomendaciones
Estadísticas
Notas
  • Sé el primero en comentar

Sin descargas
Visualizaciones
Visualizaciones totales
2.081
En SlideShare
0
De insertados
0
Número de insertados
2
Acciones
Compartido
0
Descargas
112
Comentarios
0
Recomendaciones
3
Insertados 0
No insertados

No hay notas en la diapositiva.

50588155 norma-colombiana-aerogeneradores-50566772-ntc5725

  1. 1. NORMA TÉCNICA NTCCOLOMBIANA 5725 2009-11-18AEROGENERADORES.REQUISITOS DE DISEÑO PARA AEROGENERADORESPEQUEÑOSE: WIND TURBINES. DESIGN REQUIREMENTS FOR SMALL WIND TURBINES.CORRESPONDENCIA: esta norma es una adopción modificada (MOD) IEC61400-2:2006DESCRIPTORES: energía eólica; aerogenerador; generación de energía; requisitos de diseño; requisitos de seguridad.I.C.S.: 27.180.00Editada por el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC)Apartado 14237 Bogotá, D.C. - Tel. (571) 6078888 - Fax (571) 2221435Prohibida su reproducción Editada 2009-11-25
  2. 2. PRÓLOGOEl Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC, es el organismonacional de normalización, según el Decreto 2269 de 1993.ICONTEC es una entidad de carácter privado, sin ánimo de lucro, cuya Misión es fundamentalpara brindar soporte y desarrollo al productor y protección al consumidor. Colabora con elsector gubernamental y apoya al sector privado del país, para lograr ventajas competitivas enlos mercados interno y externo.La representación de todos los sectores involucrados en el proceso de Normalización Técnicaestá garantizada por los Comités Técnicos y el período de Consulta Pública, este últimocaracterizado por la participación del público en general.La NTC 5725 fue ratificada por el Consejo Directivo de 2009-11-18.Esta norma está sujeta a ser actualizada permanentemente con el objeto de que responda entodo momento a las necesidades y exigencias actuales.A continuación se relacionan las empresas que colaboraron en el estudio de esta norma a travésde su participación en el Comité Técnico 185 Energía eólicaACODAL METÁLICAS SIERRAEMPRESAS PÚBLICAS DE MEDELLÍN TRONEX BATTERY COMPANY S.A.ENERGÍA PROYECTAR UNIDAD DE PLANEACIÓN MINEROESCUELA DE INGENIEROS MILITARES ENERGÉTICA -UPME-GREEN LOOP UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA YINDUSTRIAS JOBER TECNOLÓGICA DE COLOMBIAAdemás de las anteriores, en Consulta Pública el Proyecto se puso a consideración de lassiguientes empresas:ACQUAIRE LTDA. SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOSANDESCO PÚBLICOSCODENSA UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIAEMGESA UNIVERSIDAD DE LOS ANDESESCUELA DE INGENIERÍA JULIO GARAVITO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE COLOMBIAFULGOR ENERGÍA S.A. UNIVERSIDAD CENTRALIPSE UNIVERSIDAD DE LA SALLELABORATORIO TECNOELÉCTRICO UNIVERSIDAD DE LOS ANDESMINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIAMINISTERIO DEL MEDIO AMBIENTE WAYUU E.S.P.SUPERINTENDENCIA DE INDUSTRIA YCOMERCIOICONTEC cuenta con un Centro de Información que pone a disposición de los interesadosnormas internacionales, regionales y nacionales y otros documentos relacionados. DIRECCIÓN DE NORMALIZACIÓN
  3. 3. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5725 CONTENIDO Página0. ACLARACIÓN..............................................................................................................11. OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN ........................................................................12. NORMAS DE REFERENCIA........................................................................................23. TÉRMINOS Y DEFINICIONES .....................................................................................34. SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS..................................................................................84.1 SÍMBOLOS...................................................................................................................84.2 SISTEMA CARTESIANO ...........................................................................................145. ELEMENTOS PRINCIPALES ....................................................................................145.1 GENERALIDADES.....................................................................................................145.2 MÉTODOS DE DISEÑO .............................................................................................165.3 ASEGURAMIENTO DE LA CALIDAD .......................................................................166. CONDICIONES EXTERNAS ......................................................................................186.1 GENERALIDADES.....................................................................................................186.2 CLASES DE AEROGENERADORES PEQUEÑOS (SWT) .......................................186.3 CONDICIONES DEL VIENTO ....................................................................................196.4 OTRAS CONDICIONES AMBIENTALES ..................................................................266.5 CONDICIONES DE CARGA ELÉCTRICA.................................................................287. DISEÑO ESTRUCTURAL ..........................................................................................29
  4. 4. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5725 Página7.1 GENERALIDADES.....................................................................................................297.2 METODOLOGÍA DE DISEÑO ....................................................................................307.3 CARGAS Y CASOS DE CARGA ...............................................................................307.4 MODELO DE CARGA SIMPLIFICADO .....................................................................317.5 MODELADO AEROELÁSTICO .................................................................................397.6 MEDICIONES DE CARGA .........................................................................................427.7 CÁLCULO DE ESFUERZO........................................................................................427.8 FACTORES DE SEGURIDAD....................................................................................437.9 ANÁLISIS DEL ESTADO LÍMITE ..............................................................................448. SISTEMA DE PROTECCIÓN Y PARADA .................................................................458.1 GENERALIDADES.....................................................................................................458.2 REQUISITOS FUNCIONALES DEL SISTEMA DE PROTECCIÓN...........................468.3 PARADA MANUAL ....................................................................................................468.4 PARADA PARA MANTENIMIENTO ..........................................................................469. ENSAYOS ..................................................................................................................469.1 GENERALIDADES.....................................................................................................469.2 ENSAYOS PARA VERIFICAR LOS DATOS DE DISEÑO ........................................479.3 ENSAYO TÉCNICO DE CARGA ...............................................................................489.4 ENSAYO DE DURACIÓN ..........................................................................................499.5 ENSAYO DE LOS COMPONENTES MECÁNICOS ..................................................539.6 SEGURIDAD Y FUNCIÓN..........................................................................................549.7 ENSAYO AMBIENTAL...............................................................................................549.8 ELÉCTRICO ...............................................................................................................55
  5. 5. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5725 Página10. SISTEMA ELÉCTRICO ..............................................................................................5510.1 GENERALIDADES.....................................................................................................5510.2 DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN............................................................................5510.3 DISPOSITIVOS DE DESCONEXIÓN .........................................................................5510.4 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA ............................................................................5610.5 PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS ......................................5610.6 CONDUCTORES Y CABLES ELÉCTRICOS ............................................................5610.7 CARGAS ELÉCTRICAS ............................................................................................5611. ESTRUCTURA DE SOPORTE...................................................................................5811.1 GENERALIDADES.....................................................................................................5811.2 REQUISITOS DINÁMICOS ........................................................................................5811.3 FACTORES AMBIENTALES .....................................................................................5811.4 CONEXIÓN A TIERRA...............................................................................................5811.5 CIMENTACIÓN...........................................................................................................5811.6 CARGAS DE DISEÑO DE ACCESO A LA TURBINA...............................................5912. REQUISITOS DE DOCUMENTACIÓN ......................................................................5912.1 GENERALIDADES.....................................................................................................5912.2 INSTALACIÓN ...........................................................................................................5912.3 FUNCIONAMIENTO ...................................................................................................6012.4 MANTENIMIENTO E INSPECCIÓN DE RUTINA ......................................................6013. RÓTULOS DEL AEROGENERADOR .......................................................................62
  6. 6. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5725 PáginaBIBLIOGRAFÍA......................................................................................................................97DOCUMENTO DE REFERENCIA..........................................................................................98+ANEXOSANEXO A (Informativo)CERTIFICACIÓN TIPO DE LOS AEROGENERADORES PEQUEÑOS...............................63ANEXO B (Normativo)PARÁMETROS DE DISEÑO PARA DESCRIBIR AEROGENERADORESDE CLASES ...........................................................................................................................66ANEXO C (Informativo)MODELOS DE TURBULENCIA ESTOCÁSTICA..................................................................68ANEXO D (Informativo)DESCRIPCIÓN DETERMINÍSTICA DE LA TURBULENCIA ................................................71ANEXO E (Informativo)FACTORES DE SEGURIDAD PARCIAL PARA LOS MATERIALES ..................................73ANEXO F (Informativo)DESARROLLO DE LAS ECUACIONES DE DISEÑO SENCILLO .......................................84FIGURASFigura 1. Definición del sistema de ejes para HAWT ........................................................15Figura 2. Ruta de decisión según IEC 61400-2 ..................................................................17Figura 3. Turbulencia característica del viento......................................................................21Figura 4. Ejemplo de ráfaga extrema en funcionamiento (N = 1, Vhub = 25 m/s) .............23Figura 5. Ejemplo de cambio de dirección extrema del viento en magnitud..................24(N = 50, D = 5 m, zhub = 20 m)Figura 6. Ejemplo de cambio de dirección extrema del viento(N = 50, Vhub = 25 m/s)...........................................................................................................24Figura 7. Ráfaga coherente extrema(Vhub = 25 m/s) (ECG) ...............................................25
  7. 7. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5725 PáginaFigura 8. Cambio de dirección para ECD ...........................................................................26Figura 9. Desarrollo del tiempo del cambio de dirección para Vhub = 25 m/s..................26TABLASTabla 1. Parámetros básicos para las clases de aerogeneradores .................................19Tabla 2. Casos de carga de diseño para el método de cálculo decarga simplificado ................................................................................................................33Tabla 3. Coeficientes de fuerza, Cf ......................................................................................38Tabla 4. Grupo mínimo de casos de carga de diseño para modelos aeroelásticos ......40Tabla 5. Esfuerzos equivalentes .........................................................................................43Tabla 6. Factores de seguridad parcial para los materiales.............................................44Tabla 7. Factores de seguridad parcial para las cargas ...................................................44
  8. 8. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5725AEROGENERADORES.REQUISITOS DE DISEÑO PARA AEROGENERADORES PEQUEÑOS0. ACLARACIÓNEsta norma es modificada (MOD) con respecto a la norma IEC 61400: 2006, en los siguientesaspectos:- En el numeral en el texto del documento se incluyen algunas NTC idénticas a las normas IEC correspondientes.- Se omitió la expresión “esta parte de la IEC 61400”- Inclusión del Anexo G (informativo) en el cual se establecen aclaraciones de algunas definiciones contempladas en el numeral 3.- En el numeral 12.1 “Requisitos de documentación” se estableció que esta debe estar en el idioma original y en español, con el propósito de que el usuario en Colombia cuente con la documentación en su idioma.1. OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓNEsta norma aborda la filosofía de seguridad, el aseguramiento de la calidad y la integridad de laingeniería, también especifica los requisitos de seguridad para aerogeneradores pequeños,incluyendo diseño, instalación, mantenimiento y operación en condiciones externas específicas.Su propósito es brindar un grado adecuado de protección contra el daño debido a peligrosderivados de estos sistemas durante su vida útil planificada.Esta norma concierne a cualquier subsistema de los aerogeneradores pequeños tales como losmecanismos de protección, sistemas eléctricos internos, sistemas mecánicos, estructuras desoporte, bases (fundaciones) y la interconexión eléctrica con la carga.Aunque esta norma es similar a la NTC 5363 (IEC 61400-1), ella simplifica y hace cambiossignificativos con el objeto de poderla aplicar a turbinas pequeñas.Esta norma se aplica a aerogeneradores con una área de barrido del rotor inferior a 200 m2 (8metros de radio) y que generan una tensión inferior a 1 000 V c.a o a 1 500 V c.c. 1 de 98
  9. 9. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5725Se recomienda usar esta norma junto con las normas IEC e ISO adecuadas (véase el numeral 2).2. NORMAS DE REFERENCIALos siguientes documentos de referencia son indispensables para la aplicación de estedocumento. Para referencias fechadas únicamente se aplica la edición citada. Para referenciassin fecha, se aplica la edición más reciente del documento mencionado (incluyendo todas lasenmiendas).IEC 60034-1, Rotating Electrical Machines. Part 1: Rating and Performance. (NTC 2805)IEC 60034-2, Rotating Electrical Machines. Part 2: Methods for Determining Losses andEfficiency of Rotating Electrical Machinery from Tests (Excluding Machines form TractionVehicles). (NTC 3477).IEC 60034-5, Rotating Electrical Machines. Part 5: Degrees of Protection Provide by the IntegralDesign of Rotating Electrical Machines (IP code). Classification. (NTC-IEC 34-5).IEC 60034-8, Rotating Electrical Machines. Part 8: Terminal Markings and Direction of Rotation.(NTC 1545)IEC 60038:1983, IEC Standard voltagesAmendment 1 (1994)Amendment 2 (1997)lEC 60204-1, Safety of Machinery. Electrical Equipment of Machines. Part 1: General Requirements.lEC 60364-5-54, Electrical Installations of Buildings. Part 5-54: Selection and Erection ofElectrical Equipment. Earthing Arrangements, Protective Conductors and Protective BondingConductors.lEC 60721-2-1, Classification of environmental conditions. Part 2-1: Environmental conditionsappearing in nature. Temperature and humidity.lEC 61400-1, Wind Turbines. Part 1: Design Requirements. (NTC 5363)IEC 61400-12-1, Wind Turbines. Part 12-1: Power Performance Measurements of ElectricityProducing wind Turbines.IEC 61400-13, Wind Turbines. Part 13: Measurement of Mechanical Loads.IEC 61400-23, Wind Turbines. Part 23: Full-Scale Structural Testing of Rotor Blades.IEC 61643-1, Low-Voltage Surge Protective Devices. Part 1: Surge Protective DevicesConnected to Low-Voltage Power Distribution Systems. Requirements and Tests.ISO/IEC 17025:2005, General Requirements for the Competente of Testing and CalibrationLaboratories.ISO 2394, General Principles on Reliability for Structures. 2
  10. 10. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 57253. TÉRMINOS Y DEFINICIONESPara el propósito de esta norma se aplican los siguientes términos y definiciones:NOTA Para la aclaración de conceptos relacionados con las definiciones de los numerales 3.14, 3.24, 3.30, 3.32,3.33, 3.44 y 3.45 véase el Anexo G.3.1 Promedio anual. Valor promedio de un conjunto de datos medidos con tamaño y duraciónsuficiente para servir de estimación del valor esperado de la magnitud.NOTA El intervalo de tiempo promediado debe ser un número entero de años para calcular el promedio de losefectos no estáticos tales como las variaciones debidas a las estaciones.3.2 Promedio anual de la velocidad del viento. Velocidad del viento promediada conforme ala definición del promedio anual.3.3 Ciclo de autoreconexión. Evento con un periodo de tiempo que varia aproximadamentedesde 0,01 s a unos pocos segundos, durante el cual un interruptor que se abre tras una fallade la red se cierra automáticamente y la línea se vuelve a conectar a la red.3.4 Freno (aerogeneradores). Dispositivo capaz de reducir la velocidad del rotor o parar elmovimiento de rotación.3.5 Falla catastrófica (aerogeneradores). Desintegración o colapso de un componente oestructura, cuyo resultado es la pérdida de la función vital que deteriora la seguridad.3.6 Valor característico (de una propiedad del material). Valor que tiene una probabilidadprescrita de no ser alcanzado en una serie de ensayos ilimitada e hipotética.3.7 Sistema de control (para aerogeneradores). Subsistema que recibe la información acercade la condición del aerogenerador y/o su entorno y ajusta el generador con el objeto demantenerlo dentro de límites de funcionamiento.3.8 Velocidad de arranque de viento (velocidad de inicio), Vin. La menor velocidad mediadel viento a la altura del buje en la que el aerogenerador, según el diseño, empieza aproducir energía.3.9 Velocidad de corte de viento, Vout. La mayor velocidad media del viento a la altura delbuje a la cual el aerogenerador esta diseñado para producir energía.3.10 Límites de diseño. Valores máximos o mínimos utilizados en un diseño.3.11 Situación de diseño. Modo posible de funcionamiento del aerogenerador, por ejemploproduciendo energía, parqueado, etcétera.3.12 Velocidad del viento de diseño. Velocidad del viento que se utiliza como entrada paralas ecuaciones del diseño sencillo (igual a 1,4 Vave).3.13 A sotavento. En la dirección dominante del viento.3.14 Parada de emergencia (aerogeneradores). Parada rápida del aerogenerador provocadapor un sistema de protección o por una intervención manual.3.15 Condiciones ambientales. Características del medioambiente (altitud, temperatura,humedad, etc.) que pueden afectar al comportamiento del aerogenerador. 3
  11. 11. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 57253.16 Condiciones externas (aerogeneradores). Factores que afectan al funcionamiento de unaerogenerador que incluyen el régimen del viento, otros factores climáticos (nieve, hielo,etcétera.), terremotos y condiciones de la red eléctrica.3.17 Velocidad extrema del viento. Valor promedio más alto de la velocidad del viento,promediado en t segundos, que probablemente se experimente en un periodo de tiempoespecificado (periodo de recurrencia) de T años.NOTA Periodos de recurrencia de T = 50 años y T = 1 año e intervalos de tiempo promediados de t = 3segundos y t = 10 minutos se usan en varias normas. En lenguaje popular, con frecuencia se utiliza eltérmino menos preciso "velocidad de supervivencia del viento". Sin embargo, en la práctica, el sistemaaerogenerador se diseña usando la velocidad extrema del viento para los casos de la carga de diseño.3.18 A prueba de fallas. Propiedad en el diseño de un dispositivo que previene las fallas queresulten de las averías críticas.3.19 Plegado (Furling). Mecanismo pasivo de control del exceso de velocidad mediante lareducción del área de barrido proyectada o expuesta.3.20 Ráfaga. Variación breve y repentina de la velocidad del viento por encima de su valormedio.NOTA Una ráfaga puede caracterizarse por su tiempo de ascenso, su magnitud y su duración.3.21 Aerogenerador con eje horizontal. Turbina eólica cuyo eje de rotor es sustancialmenteparalelo al flujo del viento.3.22 Buje (aerogeneradores). Elemento de unión de las palas o del conjunto de palas con eleje del rotor.3.23 Altura del buje (aerogeneradores). Altura del centro del rotor del aerogenerador porencima de la superficie del suelo. Para un aerogenerador con eje vertical, la altura del buje esla altura del plano ecuatorial.3.24 Ralentí (aerogeneradores). Condición de un aerogenerador en rotación lenta sinproducción de energía.3.25 Estado límite. Estado de una estructura y de las cargas que actúan sobre ella por encimadel cual la estructura no satisface las exigencias de diseño.[ISO 2394, 2.2.9, modificada]NOTA El propósito de los cálculos en el diseño (es decir los requisitos de diseño para el estado límite) es limitar laprobabilidad de que un estado límite pueda alcanzarse por debajo de un cierto valor prescrito para el tipo deestructura considerada (ISO 2394).3.26 Caso de carga. Combinación de una situación de diseño y una condición externa que dacomo resultado una aplicación de carga estructural.3.27 Ley logarítmica de cizallamiento del viento. Ley matemática que expresa lasvariaciones en la velocidad del viento como una función logarítmica de la altura por encima delsuelo. 4
  12. 12. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 57253.28 Velocidad media del viento. Media estadística de los valores instantáneos de lavelocidad del viento, promediados durante un intervalo de tiempo determinado que puedevariar desde unos segundos a varios años.3.29 Góndola. Alojamiento que contiene la transmisión y otros elementos, en la parte superiorde la torre de un aerogenerador de eje horizontal.3.30 Parada normal (aerogeneradores). Parada en la cual todas las etapas están bajo laacción del sistema de control.3.31 Límites de funcionamiento. Conjunto de condiciones definidas por el diseñador delaerogenerador que gobiernan la activación del sistema de control y protección.3.32 Aerogenerador parqueado. Dependiendo del diseño del aerogenerador, parqueado serefiere al estado de parada o de ralentí de la turbina.3.33 Parqueado. Situación a la cual vuelve un aerogenerador después de una parada normal3.34 Ley exponencial de cizallamiento del viento. Ley matemática que expresa lasvariaciones de la velocidad del viento como una ley exponencial en función de la altura porencima del suelo.3.35 Potencia de salida. Potencia suministrada por un dispositivo de una forma específica ypara un propósito especificado.NOTA Para aerogeneradores, ésta es la energía eléctrica suministrada por un aerogenerador.3.36 Sistema de protección (aerogeneradores). Sistema que garantiza que el sistema delaerogenerador permanezca dentro de los límites de diseño.3.37 Distribución de Rayleigh. Función de distribución de probabilidad que se utiliza confrecuencia para las velocidades del viento. La distribución depende de un parámetro ajustable -el parámetro escalar, el cual controla la velocidad promedio del viento.NOTA La distribución de Rayleigh es idéntica a la distribución de Weibull (véase 3.55) con parámetro de forma 2.3.38 Velocidad de referencia del viento, VrefParámetro básico para la velocidad del viento que se utiliza para definir las clases deaerogeneradores pequeños (SWT). Otros parámetros climáticos relacionados con el diseño sederivan de la velocidad de referencia del viento y de otros parámetros básicos de la clase deaerogenerador.NOTA Una turbina diseñada para una clase SWT con una velocidad de referencia del viento, Vref, está diseñada parasoportar climas para los cuales la velocidad extrema promedio del viento de 10 minutos con un periodo de recurrencia de 50 añosa la altura del buje de la turbina es inferior o igual a Vref (véase el numeral 3.17).3.39 Resonancia. Fenómeno que aparece en un sistema oscilatorio, en el cual el periodo deuna oscilación forzada en muy cercano al de la oscilación libre.3.40 Velocidad del rotor (aerogeneradores)Velocidad rotacional del rotor del aerogenerador alrededor de su eje 5
  13. 13. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 57253.41 Longitud de rugosidad. Altura extrapolada en la cual la velocidad media del viento esigual a cero, si se asume que el perfil vertical del viento tiene una variación logarítmica con laaltura.3.42 Vida segura. Vida del servicio prescrita con una probabilidad declarada de fallacatastrófica.3.43 Mantenimiento programado. Mantenimiento preventivo que se realiza de acuerdo con uncronograma establecido.3.44 Detención o parada (de aerogeneradores) (Shutdown). Estado transitorio de unaerogenerador entre la producción de energía y el estado de ralentí o parado.3.45 Parado. Condición de un sistema aerogenerador inmovilizado.3.46 Estructura de soporte (aerogeneradores). Parte de un aerogenerador que comprende latorre y la cimentación.3.47 Velocidad de supervivencia (no usado). Nombre popular para la velocidad máxima delviento que una construcción está diseñada para soportar.NOTA Este término no se utiliza en la serie de normas IEC 61400; en lugar de ello, las condiciones de diseño serefieren a la velocidad extrema del viento (véase el numeral 3.17).3.48 Aerogenerador pequeño, SWT. Sistema con área de barrido del rotor de 200 m2 omenos que convierte la energía cinética del viento en energía eléctrica.3.49 Área de barrido. Área proyectada perpendicular a la dirección del viento que describiráun rotor durante una rotación completa.3.50 Intensidad de turbulencia. Relación entre la desviación estándar de la velocidad delviento y la velocidad media del viento, determinada a partir del mismo conjunto de muestras dedatos medidos de la velocidad del viento, y que se toma durante un periodo específico detiempo.3.51 Estado límite máximo. Estado límite que generalmente corresponde a la máximacapacidad de carga soportada.3.52 Mantenimiento no programado. Mantenimiento que se realiza sin que esté de acuerdocon un cronograma establecido, sino después de recibir una indicación con respecto al estadode un elemento.3.53 A barlovento. En la dirección opuesta a la dirección dominante del viento.3.54 Aerogenerador con eje vertical. Aerogenerador cuyo eje del rotor es vertical.3.55 Distribución de Weilbull. Función de distribución de probabilidad que se usa confrecuencia para las velocidades del viento. Esta función de distribución depende de dosparámetros, el parámetro de la forma que controla el ancho de la distribución y el parámetroescalar que a su vez controla la velocidad promedio del viento.NOTA Véase 3.60, distribución de la velocidad del viento.3.56 Perfil del viento - ley de cizallamiento del viento. Expresión matemática para unavariación supuesta de la velocidad del viento a una altura sobre el suelo. 6
  14. 14. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5725NOTA Los perfiles comúnmente utilizados son el perfil logarítmico (ecuación 1) o el perfil exponencial (ecuación 2). ln ( z / z o ) V ( z ) = V ( zr ) . (1) ln ( z r / z o ) α ⎛ z ⎞ V ( z ) = V ( zr ) . ⎜ ⎜ z ⎟ ⎟ (2) ⎝ r ⎠en donde V(z) es la velocidad del viento a la altura z; z es la altura sobre el suelo; zr es una altura de referencia por encima del suelo utilizada para ajustar el perfil; Zo es la longitud de rugosidad; α es el exponente (o potencia elevada) de cizallamiento del viento.3.57 Cizallamiento del viento. Variación de la velocidad del viento en el plano perpendicular ala dirección del viento.3.58 Exponente de cizallamiento del viento. También usualmente conocido como exponentede la ley exponencial (véase 3.56, perfil del viento - ley de cizallamiento del viento).3.59 Velocidad del viento. En un punto especificado del espacio, es la velocidad dedesplazamiento de una minúscula porción de aire que rodea a dicho punto.NOTA La velocidad del viento también es la magnitud de la rapidez del viento local (vector) (véase elnumeral 3.61).3.60 Distribución de las velocidades del viento. Función de distribución de probabilidad,utilizada para describir la distribución de las velocidades del viento sobre un intervalo de tiempoprolongado.NOTA Las funciones de distribución usuales son las leyes de Rayleigh PR(Vo) y de Weibull Pw{Vo). [ PR{V < Vo } = 1−exp − π (Vo / 2Vave )2 ] (3) [ PW { < Vo } = 1−exp − (Vo / C ) V k ] ⎧ 1 ⎫ ⎪CΓ(1 + k ) ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ avec V ave = ⎨ ⎬ (4) ⎪ ⎪ ⎪C π / 2, si k = 2 ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎭en donde P (Vo)) es la función de probabilidad acumulada, es decir, la probabilidad de que V < Vo; Vo es la velocidad del viento (límite); Vave es el valor promedio de V; C es el parámetro de escala de la función de Weibull; 7
  15. 15. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5725 k es el parámetro de forma de la función de Weibull; Γ es la función gamma.Ambos valores C y k pueden evaluarse a partir de datos reales. La función de Rayleigh es idéntica a lafunción de Weibull si se elige k = 2 y los valores de C y Vave satisfacen la condición establecida en laecuación (4) para k = 2.Las funciones de distribución expresan la probabilidad acumulada de que la velocidad del viento seamenor que Vo. Así, [P(V1) - P(V2)] si se evalúa entre los límites especificados de V1 y V2, indicará lafracción de tiempo en que la velocidad del viento se encuentra entre esos límites. Derivando lasfunciones de distribución se obtienen las correspondientes funciones de densidad de probabilidad.3.61 Vector de velocidad del vientoVector que indica la dirección del movimiento de una cantidad minúscula de aire alrededor delpunto en consideración, la magnitud del vector es igual a la velocidad del movimiento de esta“porción” de aire (es decir la velocidad del viento local).NOTA De este modo, el vector en cualquier punto es la derivada del tiempo del vector de posición de la "porción"de aire que se mueve en dicho punto.3.62 Orientación. Rotación de eje del rotor alrededor de un eje vertical (únicamente paraaerogeneradores de eje horizontal).3.63 Rata de orientación. Rata de cambio del ángulo de orientación con respecto al tiempo.3.64 Desviación de la orientación. Desviación horizontal de eje del rotor del aerogeneradorcon relación a la dirección del viento.4. SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS4.1 SÍMBOLOSA área de sección transversal [m2]Aproj área componente proyectada sobre un plano perpendicular o paralela a la dirección del viento [m2]a pendiente para el modelo de desviación estándar de la turbulencia [-]B cantidad de palas [-]C parámetro escalar de la función de distribución de Weibull [m/s]Cd coeficiente de arrastre [-]Cf coeficiente de fuerza [-]Cl coeficiente de elevación [-]Ct coeficiente de empuje [-] 8
  16. 16. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5725Coh función de coherencia [-]D diámetro del rotor [m]er distancia desde el centro de gravedad del rotor hasta el eje de rotación [m]F fuerza [N]FzB fuerza sobre la base de la pala, en dirección a lo largo de la pala [N]Fx-shaft carga axial en el eje [N]ƒ frecuencia [s-1]ƒk valor característico para la resistencia del material [-]G relación entre el par de torsión nominal y el par de torsión de cortocircuito para un generador [-]g aceleración debida a la gravedad: 9,81 [m/s2]lB momento de inercia de la masa de la pala alrededor del eje del flap* en la base de la pala [kgm2] * componente de sustentación de la palal15 valor característico de la intensidad de turbulencia a la altura del buje para una velocidad promedio de 15 m/s durante 10 min. [-]k parámetro de forma de la función de distribución de Weibull [-]K función modificada de Bessel [-]L parámetro escalar integral de la turbulencia isotrópica [m]Llt distancia entre el punto de elevación y la punta de la torre [m]Lrt distancia entre el centro del rotor y el eje de orientación [m]Lrb distancia entre el centro del rotor y el primer cojinete [m]Lc parámetro escalar de coherencia [m]Lk parámetro escalar integral de la componente de la velocidad [m]MxB, MyB momentos de flexión de la base de la pala [Nm]Mbrake par de torsión en el eje de baja velocidad producido por el freno [Nm]Mx-shaft momento de torsión del eje del rotor en el primer cojinete [Nm] 9
  17. 17. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5725Mshaft momento de flexión combinado para el eje en el primer cojinete [Nm] (más próximo al rotor)Mtower momento de flexión en la torre en el dispositivo del punto de elevación [Nm]mB masa de la pala [kg]moverhang masa de la torre entre el punto de elevación y la punta de la torre [kg]mr masa del rotor que equivale a la masa de las palas más la masa del buje [kg]mtowertop masa de la góndola y el rotor combinadas [kg]N(.) es el número de ciclos hasta la falla en función del esfuerzo (o la deformación) indicada por un argumento (es decir, la curva característica S-N) [-]N periodo de recurrencia para situaciones extremas [años]n velocidad del rotor [r.p.m]ni número contado de ciclos de fatiga en el intervalo de carga i [-]O fracción de tiempo operativo [%]P potencia eléctrica [W]PR(Vo) distribución de probabilidad acumulativa de Rayleigh, es decir, la probabilidad de que V < Vo [-]Pw(Vo) distribución de probabilidad acumulativa de Weibull [-]p probabilidad de supervivencia [-]Q par de torsión del rotor [Nm]R radio del rotor [m]Rcog distancia radial entre el centro de gravedad de una pala y el centro del rotor [m]r magnitud de la proyección del vector de separación [m]Sl(f) función de densidad de la potencia espectral [m2/s]Sk espectro de la componente de la velocidad en un solo lado [m2/s]si nivel de esfuerzo (o deformación) asociado con el número de ciclos en el intervalo i [-]T tiempo característico de la ráfaga [s]t tiempo [s] 10
  18. 18. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5725Td vida útil de diseño [s]TE tiempo excluído [h]TN tiempo durante el cual la turbina no está funcionando [h]TT tiempo total transcurrido en el ensayo de duración [h]TU tiempo desconocido [h]V velocidad del viento [m/s]V(z) velocidad del viento a la altura z [m/s]Vave velocidad del viento promedio anual a la altura del buje [m/s]Vcg magnitud coherente extrema de ráfaga en el área completa de barrido del rotor [m/s]Vdesign velocidad del viento de diseño [m/s]VeN velocidad extrema esperada del viento (promediada en 3 s), con un intervalo de tiempo de recurrencia de N años. Ve1 y Ve50 para 1 año y 50 años respectivamente [m/s]VgustN magnitud mayor de ráfaga con un periodo de recurrencia esperado de N años [m/s]Vhub velocidad del viento a la altura del buje promediada durante 10 min [m/s]Vin velocidad de arranque de viento [m/s]Vmáx,shutdown velocidad máxima del viento en la cual el fabricante permite una parada normal [m/s]Vo velocidad límite del viento en el modelo de distribución de velocidad del viento [m/s]Vout velocidad de corte del viento [m/s]Vref velocidad de referencia del viento promediada durante 10 min [m/s]Vtip velocidad en la punta de la pala [m/s]V(z,t) componente longitudinal de la velocidad del viento para describir la variación transitoria en condiciones extremas de ráfaga y cizallamiento [m/s]W módulo de sección usado en los cálculos de esfuerzo [m3]x,y,z sistema cartesiano utilizado para la descripción del campo de vientos; viento delantero (longitudinal), viento oblicuo (lateral) y altura respectivamente [m] 11
  19. 19. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5725Zhub altura del buje del aerogenerador [m]zr altura de referencia sobre el suelo [m]zo longitud de rugosidad para el perfil logarítmico del viento [m]α exponente de la ley exponencial de cizallamiento del viento [-]β parámetro para el modelo de cambio de dirección extremo y el modelo de ráfaga de operación extremo [-]Γ función gamma [-]γf factor de seguridad parcial para las cargas [-]γm factor de seguridad parcial para los materiales [-]Δ rango [-]θ(t) cambio transitorio de la dirección del viento [°]θcg ángulo de la desviación máxima de la dirección de la velocidad promedio del viento en condiciones de ráfaga [°]θeN cambio de dirección extremo con un periodo de recurrencia de N años [°]η eficiencia de los componentes entre la salida eléctrica y el rotor (por lo general el generador, la caja multiplicadora y el sistema de conversión) [-]Λ1 parámetro escalar de la turbulencia definido como la longitud de onda en que la densidad espectral de potencia longitudinal; 2 adimensional, fS1(f)/σ 1 , es igual a 0,05 [m]λ relación de la velocidad en la punta [-]ρ densidad del aire, se asume aquí como 1,225 [kg/m3]σ1 desviación estándar de la velocidad longitudinal del viento a la altura del buje [m/s]σ2 desviación estándar de la velocidad vertical del viento a la altura del buje [m/s]σ3 desviación estándar de la velocidad lateral del viento a la altura del buje [m/s]σd esfuerzo de diseño [MPa]σk desviación estándar de la velocidad del viento del componente k-ésimo a la altura del buje (K = 1, 2 o 3) [m/s]ωn velocidad rotacional del rotor [rad/s] 12
  20. 20. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5725ωyaw rata de orientación [rad/s]Subíndices:Ave promedioB paladesign parámetro de entrada para las ecuaciones simplificadas de diseñoe50 una vez para cada extremo de 50 años (promediado durante 3 s)hub bujemax máximor rotorshaft ejex en la dirección xy en la dirección yz en la dirección zAbreviaturas:c.a. corriente alternac.c. corriente continuaDLC Caso de carga de diseño (Design Load Case)ECD Ráfaga extrema coherente con cambio de dirección (Extreme Coherent Gust with Direction Change)ECG Ráfaga extrema coherente (Extreme Coherent Gust)EDC Cambio extremo de dirección del viento (Extreme Wind Direction Change)EMC Compatibilidad electromagnética (Electromagnetic Compatibility)EOG Ráfaga extrema en funcionamiento (Extreme Operating Gust)EWM Modelo de velocidad del viento extrema (Extreme Wind Speed Model)F FatigaGFCI Interruptor de corriente de falla a tierra (Ground Fault Circuit Interruptor)HAWT Aerogenerador con eje horizontal (Horizontal Axis Wind Turbine)NWP Modelo de perfil de viento normal (Normal Wind Profile Model) 13
  21. 21. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5725NTM Modelo de turbulencia normal (Normal Turbulence Model)S Clase especial IEC de aerogeneradorSWT Aerogenerador pequeño (Small Wind Turbine)U Límite de ruptura (Ultimate)4.2 SISTEMA CARTESIANOPara definir las direcciones de las cargas, se usa el sistema de ejes que se ilustra en la Figura 1.5. ELEMENTOS PRINCIPALES5.1 GENERALIDADESEn los capítulos siguientes se dan los requisitos técnicos y de ingeniería para garantizar laseguridad de los sistemas estructural, mecánico, eléctrico y de control de los aerogeneradores.Esta especificación de los requisitos se aplica en el diseño, la fabricación, la instalación y elmantenimiento del aerogenerador y en el proceso de gestión de la calidad asociado.El Anexo A proporciona guía sobre la forma en que esta norma se puede usar en lacertificación tipo de aerogeneradores pequeños. 14
  22. 22. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5725 zPala x Pala yPala zEje yEje x Eje z y xTorreX es positivo en la dirección a sotavento, z apunta hacia arriba, y completa el sistema de coordenadas a la derecha.El sistema de la torre es fijo.EjeEl eje en dirección x es tal que un momento positivo alrededor del eje x actúa en la dirección rotacional.El eje en direcciones y y z no se usan, sólo se usa el momento combinado.El sistema de ejes (dirección) del eje gira con la góndola.PalaLa pala en dirección x es tal que un momento positivo alrededor del eje x actúa en la dirección rotacional.La pala en dirección y es tal que un momento positivo actúa para doblar la punta de la pala a sotavento.La pala en dirección z es positiva hacia la punta de la pala.Observe que el sistema de coordenadas de la pala cumple la convención hacia la derecha para un rotor que gira enel sentido de las manecillas del reloj y la convención hacia la izquierda para un rotor que gira en el sentido contrarioa las manecillas del reloj, cuando se observa desde un sitio a barlovento.El sistema de ejes de la pala rota con el rotor. Figura 1. Definición del sistema de ejes para HAWT 15
  23. 23. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 57255.2 MÉTODOS DE DISEÑOEl método de diseño para las turbinas tratadas en esta norma se describe en la Figura 2. Sepermite un método simplificado para una variedad de configuraciones de la turbina. Para lasturbinas con un área de barrido del rotor inferior a 2 m2, la torre no se considera parte deldiseño.Los datos primarios de la turbina se miden en un "ensayo de datos de diseño" (véase elnumeral 9.2) después del cual se deben obtener los valores de cargas predichas de diseño enuna de las siguientes tres maneras o en una combinación de ellas:- Para algunas configuraciones de turbina, se suministra un método de cálculos simplificado. En la Sección 7.4 se suministra un conjunto limitado de casos de cargas con fórmulas sencillas y condiciones externas simplificadas.- Usar un modelo dinámico estructural en combinación con el ensayo de los datos de diseño y mediciones limitadas de cargas a plena escala para verificar el modelo. Este modelo se debe utilizar para determinar las cargas en un rango de velocidades del viento, utilizando las condiciones de turbulencia y otras condiciones extremas del viento que se definen en el numeral 6.3, y situaciones de diseño que se definen en el numeral 7.5. Se deben analizar todas las combinaciones pertinentes de condiciones externas y situaciones de diseño. Un conjunto mínimo de dichas combinaciones se ha definido como casos de carga en esta norma.- Mediciones de carga a plena escala con extrapolación de la carga.Cada uno de estos métodos tiene incertidumbre diferente. Por lo tanto, se pueden aplicardiferentes grupos de factores de seguridad dependiendo del método de estimación de la cargaque se utilice (véase el numeral 7.8).Para todas las turbinas, se requiere un ensayo estático de la pala (véase el numeral 9.5). Paraverificar la idoneidad de otros componentes que soportan cargas se requiere cálculo o ensayo.Las condiciones de ensayo deben reflejar las cargas de diseño incluyendo los factores deseguridad pertinentes.Finalmente, para todas las turbinas, se requiere de ensayo de seguridad y función (véase elnumeral 9.6) y ensayo de duración (véase el numeral 9.4).5.3 ASEGURAMIENTO DE LA CALIDADEl aseguramiento de la calidad debe ser una parte integral del diseño, la adquisición, laconstrucción, la instalación, el funcionamiento y el mantenimiento de los aerogeneradores y detodos sus componentes.Se recomienda que el sistema de calidad, cumpla con los requisitos de la serie ISO 9000. 16
  24. 24. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5725 SWT con tensión < 1000 V c.a. o 1500 V c.c. No Se debe usar Área < 200 m²? IEC 61400-1 Si No es necesario Si Área < 2 m²? incluir sistema de soporte No Ensayo de datos de diseño (9.2) Cargas de diseño determinadas mediante ecuaciones sencillas (7.4) o mediciones de cargas con (7.5) o extrapolaciones (7.6) Se requiere ensayo estático de la pala (9.5.2) ensayo o análisis de otro componente (9.5) Diseño del sistema eléctrico ¿Condiciones Si Ensayo externas ambiental extremas? No Ensayo de duración (9.4) Ensayo de seguridad y función del sistema (9.6) Figura 2. Ruta de decisión según IEC 61400-2 17
  25. 25. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 57256. CONDICIONES EXTERNAS6.1 GENERALIDADESLos aerogeneradores pequeños (SWT) están sujetos a condiciones ambientales y eléctricasque pueden afectar a su carga, durabilidad y funcionamiento. Para asegurar el nivel adecuadode seguridad y confiabilidad, deben tenerse en cuenta los parámetros ambientales, eléctricos yrelativos al suelo en el diseño y deben indicarse de forma explícita en la documentación deldiseño.Las condiciones ambientales están divididas además en condiciones de viento y otrascondiciones ambientales. Las condiciones eléctricas se refieren a las condiciones de la redeléctrica o a las condiciones eléctricas locales como es el caso de baterías, sistemas híbridos ored local. Las propiedades relativas al suelo son importantes para la construcción de lacimentación del aerogenerador.Las condiciones de viento son la primera consideración externa que afecta la integridadestructural. Otras condiciones ambientales también afectan a las características de diseño talescomo la función del sistema de control, la durabilidad, la corrosión, etc.Las condiciones externas se subdividen en las categorías normal y extrema. Por lo general, lascondiciones externas normales conciernen a las condiciones de la carga estructural a largoplazo y las condiciones de funcionamiento, mientras que las condiciones externas extremasrepresentan las condiciones externas de diseño poco comunes, pero potencialmente críticas.Los casos de diseño de cargas deben consistir en una combinación de estas condicionesexternas con los modos de funcionamiento del aerogenerador.6.2 CLASES DE AEROGENERADORES PEQUEÑOS (SWT)Las condiciones externas a considerar en el diseño dependen del tipo de emplazamiento o sitioprevisto para la instalación de los aerogeneradores. Las clases de los aerogeneradorespequeños se definen en función de los parámetros de la velocidad del viento y de laturbulencia. El propósito de las clases es cubrir la mayoría de las aplicaciones. Los valores delos parámetros de velocidad del viento y de turbulencia se emplean para representar losvalores característicos de muchos emplazamientos diferentes, sin dar una característicaprecisa de ningún emplazamiento específico. La meta es lograr una clasificación deaerogeneradores pequeños con una robustez claramente variable regulada por el viento. En laTabla 1 se especifican los parámetros básicos que definen las clases de aerogeneradorespequeños.En los casos en que es necesario un diseño especial (por ejemplo para condiciones especialesdel viento, otras condiciones externas o una clase de seguridad especial), se define una claseadicional de aerogenerador, clase S. Los valores de diseño para la clase S de losaerogeneradores pequeños deben ser seleccionados por el diseñador y deben especificarse enla documentación del diseño. Para esas clases especiales, los valores seleccionados para lascondiciones de diseño deben reflejar un entorno más severo que el previsto para la utilizacióndel aerogenerador pequeño.Las condiciones externas particulares definidas para las Clases l, II, III y IV no están pensadaspara cubrir las instalaciones marinas ("Offshore") ni las condiciones de viento experimentadasen tormentas tropicales como huracanes, ciclones y tifones. Esas condiciones pueden requerirun diseño de aerogeneradores de Clase S. 18
  26. 26. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5725 Tabla 1. Parámetros básicos para las clases de aerogeneradores Clases de aerogeneradores I II III IV SVref (m/s) 50 42,5 37,5 30Vave (m/s) 10 8,5 7,5 6 Valores especificadosI15 0,18 0,18 0,18 0,18 por el diseñador (-)a 2 2 2 2en donde - los valores de los parámetros se aplican a la altura del buje, y- I15 es el valor de la característica adimensional de la intensidad de la turbulencia a 15 m/s.- a es el parámetro de pendiente adimensional a usar en la ecuación (7).Además de estos parámetros básicos, se requieren otros parámetros importantes paraespecificar completamente las condiciones externas empleadas en el diseño de losaerogeneradores pequeños. En el caso de los aerogeneradores de las Clases l a lV, referidasmás adelante como clases SWT normalizadas, los valores de estos parámetros adicionales seespecifican en los numerales 6.3, 6.4 y 6.5.Las abreviaturas añadidas entre paréntesis en los encabezados de los apartados restantes deeste capítulo se utilizan para describir las condiciones del viento para los casos de carga dediseño definidas en el numeral 7.5. (Observe que para los cálculos sencillos de la carga, lascondiciones del viento también se simplifican).Para los aerogeneradores de Clase S el fabricante debe describir en la documentación deldiseño los modelos utilizados y los valores de los parámetros de diseño. Cuando se adoptanlos modelos de esta sección, será suficiente el informe de los valores de los parámetros. Ladocumentación del diseño de los aerogeneradores de la clase S debe contener la informaciónlistada en el Anexo B.La vida útil de diseño se debe especificar con claridad en la documentación del diseño.6.3 CONDICIONES DEL VIENTO6.3.1 GeneralidadesUn aerogenerador pequeño debe diseñarse para soportar con seguridad las condiciones delviento definidas por la clase seleccionada de aerogeneradores. Los valores de diseño de lascondiciones del viento deben especificarse claramente en la documentación del diseño. Elrégimen del viento para las consideraciones de carga y de seguridad se divide en condicionesnormales del viento que ocurren frecuentemente durante el funcionamiento normal de losaerogeneradores, y en condiciones extremas del viento que se definen como aquellas con unperiodo de recurrencia de 1 año o de 50 años.En cualquier caso, debe considerarse la influencia de una inclinación del flujo medio conrespecto a un plano horizontal de hasta 8°. Se debe suponer que el ángulo de inclinación delflujo es invariable con la altura.NOTA El influjo oblicuo puede tener un efecto de plegado si la dirección de plegado no se escoge correctamentecon respecto a la dirección rotacional del rotor. 19
  27. 27. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 57256.3.2 Condiciones normales de viento6.3.2.1 Distribución de la velocidad del vientoLa distribución de la velocidad del viento en el emplazamiento es importante para el diseño delos aerogeneradores pequeños porque determina la frecuencia de incidencia de lascondiciones de carga individuales. En el caso de las clases de aerogeneradores normalizados,se debe asumir que el valor medio de la velocidad del viento en un periodo de tiempo de 10minutos sigue una distribución de Rayleigh para propósitos de cálculo de la carga de diseño.En este caso, la distribución de probabilidad acumulativa a la altura del buje está dada por: [ PR (Vhub ) = 1 − exp − π (Vhub / 2Vave )2 ] (5)6.3.2.2 Modelo normal del perfil del viento (NWP – Normal Wind Profile Model)El perfil del viento, V(z), indica el promedio de la velocidad del viento en función de la altura zsobre el suelo. En el caso de las clases normalizadas de aerogeneradores pequeños, elmodelo del perfil normal del viento viene dado por la ley exponencial: V ( z ) =V hub ( z / zhub )α (6)Se debe asumir que el exponente α de la ley exponencial es 0,2.El perfil supuesto del viento se utiliza para definir el cizallamiento promedio vertical del viento através del área barrida por el rotor.6.3.2.3 Modelo de turbulencia normal (NTM - Normal Turbulance Model)El modelo de turbulencia normal debe incluir un cizallamiento del viento como el descrito enNWP. La expresión “turbulencia del viento” indica variaciones estocásticas en la velocidad delviento con respecto al promedio de 10 min. El modelo de turbulencia debe incluir los efectos dela velocidad variable del viento, la dirección variable y el muestreo rotacional. Para las clasesde aerogeneradores pequeños normalizados, las densidades espectrales exponenciales delcampo del vector de velocidad del viento aleatoria, se use o no explícitamente en el modelo,debe cumplir los siguientes requisitos:a) El valor característico de la desviación estándar del componente de velocidad longitudinal del viento debe estar dada por2): σ1 = I15 (15 + aVhub ) /( a + 1) (7)Los valores para I15 se presentan en la Tabla 1. Los valores característicos para la desviaciónestándar, σ1, y la intensidad de la turbulencia, σ1 / Vhub, se muestran en la Figura 3.2) Para hacer los cálculos de los casos de carga además de aquellos que se especifican en la Tabla 4, puede ser conveniente usar diferentes valores de percentil. Tales valores de percentil se deben determinar adicionando un valor a la ecuación 7 dada por: Δσ 1 = 2( x − 1) I15 Donde x se determina a partir de la función de distribución de probabilidad normal. Por ejemplo, x = 1,64 para un valor de percentil de 95. 20
  28. 28. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5725 45 % 6 40 % Desviación estándar σ 1 /Vhub% 5 35 % Desviación estándar σ1 m/s 30 % 4 25 % 3 20 % 2 15 % 10 % 1 5% 0 0% 0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 Velocidad del viento Vhub m/s Velocidad del viento Vhub m/s Figura 3. Turbulencia característica del vientob) Hacia el extremo de alta frecuencia del subrango de inercia, la densidad espectral exponencial del componente longitudinal de la turbulencia, S1(ƒ), debe aproximarse de manera asintótica a la forma: S1 ( f ) = 0,05 (σ 1 )2 ( ∧1 / Vhub ) −2 / 3 f −5 / 3 (8)El parámetro escalar de turbulencia, Λ1, debe estar dado por: ⎡0,7 zhub para zhub < 30 m ∧1 = ⎢ (9) ⎣21 m para zhub ≥ 30 mEn el Anexo C se suministra especificaciones para modelos de turbulencia estocásticos quecumplen estos requisitos. En el Anexo D se presenta un modelo determinístico simplificado quese basa en una descripción estocástica de la turbulencia. Este modelo determinístico se puedeusar cuando se puede demostrar que la respuesta de la pala de la turbina a la velocidad delviento muestreada rotativamente se amortigua con suficiencia. En el Anexo D también sesuministra guía para esta validación.6.3.3 Condiciones extremas del viento6.3.3.1 GeneralidadesLas condiciones extremas del viento se usan para determinar las cargas extremas del vientosobre el aerogenerador pequeño. Estas condiciones incluyen las velocidades pico del vientodebido a tormentas y cambios rápidos en la velocidad y dirección del viento. Estas condicionesextremas incluyen los efectos potenciales de la turbulencia del viento de modo que sólo esnecesario considerar los efectos determinísticos en los cálculos de diseño.6.3.3.2 Modelo de velocidad extrema del viento (EWM – Extreme Wind Speed Model)La velocidad extrema del viento, Ve50, con un periodo de recurrencia de 50 años, y la velocidadextrema del viento, Ve1, con un periodo de recurrencia de 1 año, deben basarse en la velocidadde referencia del viento, Vref. Para diseños de aerogeneradores en las clases normalizadas,Ve50 y Ve1 se deben calcular con las siguientes ecuaciones: 21
  29. 29. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5725 Ve50 ( z ) = 1,4Vref ( z / zhub )0,11 (10) Ve1 = 0,75Ve 50 (11)en donde zhub es la altura del buje.Se deben asumir desviaciones a corto plazo con respecto a la dirección media del viento de ± 15º.6.3.3.3 Ráfaga extrema en funcionamiento (EOG – Extreme Operating Gust)La ráfaga a la altura del buje de valor VgusN para un periodo de recurrencia de N años debeestar dada para las clases normalizadas de aerogeneradores pequeños por la siguienterelación: ⎡ ⎤ ⎢ ⎥ σ1 VguatN = β ⎢ ⎢ ⎥ (12) ⎛ D ⎞⎥ ⎢ 1 + 0,1 ⎜ ⎟ ⎥ ⎢ ⎜ ∧ ⎟⎥ ⎣ ⎝ 1 ⎠⎦en donde σ1 es la desviación estándar, según la ecuación (7); Λ1 es el parámetro escalar de la turbulencia, conforme a la ecuación (9); D es el diámetro del rotor; β = 4,8 para N = 1; β = 6,4 para N = 50.La velocidad del viento se debe definir por un periodo de recurrencia de N años según laecuación: ⎧V ( z ) − 0,37 VgustN sen ( 3πt / T ) (1 − cos( 2πt / T )) para 0 ≤ t ≤ T ⎪ V (t ) = ⎨ ⎪V ( z ) ⎩ para t < 0 y t > T (13)en donde V(z) se define en la ecuación (6); T = 10,5 s para N = 1; y T = 14,0 s para N = 50.En la Figura 4 se ilustra un ejemplo de la ráfaga extrema en funcionamiento con un periodo derecurrencia de un año y Vhub = 25 m/s. 22
  30. 30. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5725 40 EOG, Velocidad del viento Vhub m/s 35 30 25 20 15 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Tiempo t s Figura 4. Ejemplo de ráfaga extrema en funcionamiento (N = 1, Vhub = 25 m/s)Se seleccionaron valores de parámetros para ambos periodos de recurrencia que dieran lamisma tasa de ascenso máxima.6.3.3.4 Cambio extremo de dirección (EDC)La magnitud del cambio extremo de dirección, θe, para un periodo de recurrencia de N añosdebe calcularse utilizando la siguiente relación: ⎡ ⎤ ⎢ ⎥ ⎢ σ1 ⎥ θ eN (t ) = ± β arctan⎢ ⎥ (14) ⎢V ⎡ ⎛ D ⎞⎤ ⎥ ⎜ ⎟⎥ ⎢ hub ⎢1 + 0,1 ⎜∧ ⎟ ⎥ ⎣ ⎢ ⎣ ⎥ ⎝ 1 ⎠⎦ ⎦en donde θeN se limita al intervalo de ± 180°; Λ1 es el parámetro escalar de la turbulencia, conforme a la ecuación (9); D es el diámetro del rotor; β = 4,8 para N = 1; β = 6,4 para N = 50.El cambio transitorio de la dirección extrema para un periodo de recurrencia de N años, θN(t),viene dado por: ⎧0 para t < 0 ⎪ θN (t ) = ⎨0,5θ eN (1 − cos (πt / T )) para 0 ≤ t ≤ T (15) ⎪θ ´ para t > T ⎩ eNen donde T = 6 s, es la duración del cambio transitorio de dirección extrema. El signo debe seleccionarse de modo que se produzca la peor carga transitoria. Al final del cambio transitorio de dirección se supone que la dirección permanece invariable. 23
  31. 31. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5725En las Figuras 5 y 6 se ilustra un ejemplo del cambio de dirección extrema con un periodo derecurrencia de 50 años y Vhub = 25 m/s. 180,0 135,0 90,0 Magnitud ECD θeN (°) 45,0 0,0 -45,0 -90,0 -135,0 -180,0 0 10 20 30 40 Velocidad del viento V hub m/s Figura 5. Ejemplo de cambio de dirección extrema del viento en magnitud (N = 50, D = 5 m, zhub = 20 m) Dirección transitoria del viento ECD θ N (t) (°) 60 50 40 30 20 10 0 0 2 4 6 8 10 Tiempo s Figura 6. Ejemplo de cambio de dirección extrema del viento (N = 50, Vhub = 25 m/s)6.3.3.5 Ráfaga coherente extrema (ECG - Extreme Coherent Gust)Para diseños de aerogeneradores pequeños de las clases normalizadas, se debe asumir unráfaga coherente extrema con una magnitud de Vcg = 15 m/s. La velocidad del viento se debedefinir con las siguientes relaciones: 24
  32. 32. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5725 ⎧V ( z ) para t < 0 ⎪ ⎪ V ( z, t ) = ⎨V ( z ) + 0,5 Vcg (1 − cos (πt / T )) para 0 ≤ t ≤ T (16) ⎪ ⎪V ( z ) + Vcg ⎩ ´ para t ≥ Ten donde T = 10 s es el tiempo de ascenso. Se debe usar el modelo de perfil de viento normal con velocidad del viento como la que se especifica en la ecuación (6). En la Figura 7 se ilustra la ráfaga coherente extrema para Vhub = 25 m/s. 50 Velocidad del viento V(t) m/s 40 30 20 10 0 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 Tiempo s Figura 7. Ráfaga coherente extrema (Vhub = 25 m/s) (ECG)6.3.3.6 Ráfaga coherente extrema con cambio de dirección (ECD)En este caso, se debe asumir que el ascenso de la velocidad del viento (descrita por ECG,véase Figura 7) ocurre simultáneamente con el cambio de dirección, θcg, donde θcg se definecon las siguientes relaciones: ⎧180° para Vhub < 4 m / s ⎪ ⎪ 720° θcg (Vhub ) = ⎨ para 4 m / s ≤ Vhub ≤ Vref (17) ⎪ Vhub ⎪ ´ ⎩El cambio de dirección, θcg, en función de Vhub y en función del tiempo para Vhub = 25 m/s seilustran en las Figuras 8 y 9 respectivamente. 25
  33. 33. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5725 200 Cambio de dirección θcg (°) 150 100 50 0 0 10 20 30 40 Velocidad del viento Vhub m/s Figura 8. Cambio de dirección para ECD 35 Dirección transitoria del viento EDC θ (t) (°) 30 25 20 15 10 5 0 0 2 4 6 8 10 12 14 Tiempo s Figura 9. Desarrollo del tiempo del cambio de dirección para Vhub = 25 m/sEl cambio de dirección simultánea viene entonces dado por: ⎧ ⎪0° para t ≤ 0 ⎪ ⎪ θ (t ) = ⎨± 0,5 θ cg (1 − cos (πt / T )) para 0 ≤ t ≤ T (18) ⎪ ⎪± θ cg para t ≥ T ⎪ ⎩6.4 OTRAS CONDICIONES AMBIENTALES6.4.1 GeneralidadesOtras condiciones ambientales (climáticas) aparte del viento pueden afectar la integridad y laseguridad del aerogenerador, por la acción térmica, fotoquímica, corrosiva, mecánica, eléctricau otras acciones físicas. Además, las combinaciones de los parámetros climáticos dadospueden incrementar su efecto. 26
  34. 34. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5725Deben tomarse en consideración al menos las siguientes condiciones ambientales,declarándose en la documentación del diseño la acción resultante:- temperatura;- humedad;- densidad de aire;- radiación solar;- lluvia, granizo, nieve y hielo;- substancias químicamente activas;- partículas mecánicamente activas;- descargas atmosféricas;- terremotos; y- ambiente marino - corrosión.Un entorno marino requiere consideración adicional. Las condiciones climáticas para el diseñose deben definir en términos de valores representativos o por los límites de las condicionesvariables. La probabilidad de la incidencia simultánea de las condiciones climáticas debetenerse en cuenta cuando se seleccionan los valores de diseño.Las variaciones en las condiciones climáticas dentro de los límites normales que correspondena un periodo de recurrencia de un año no deben interferir en el funcionamiento normalproyectado de un aerogenerador pequeño. Salvo que exista una correlación, se deben combinarlas otras condiciones ambientales externas según el numeral 6.4.3 con las condiciones normalesdel viento conforme al numeral 6.3.2.6.4.2 Otras condiciones ambientales normalesLos otros valores de las condiciones ambientales normales que deben tomarse en cuenta son.- rango de temperatura ambiente de funcionamiento normal del sistema de -10° C a + 40 °C;- humedad relativa hasta un 95 %;- contenido atmosférico equivalente al de una atmósfera tierra adentro no contaminada (véase la norma lEC 60721-2-1);- intensidad de la radiación solar de 1 000 W/m2; y- densidad de aire de 1,225 kg/m3.Cuando el diseñador especifica los parámetros de las condiciones externas adicionales, estosparámetros y sus valores deben enunciarse en la documentación del diseño y deben estar enconformidad con los requisitos de la norma lEC 60721-2-1. 27
  35. 35. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 57256.4.3 Otras condiciones ambientales extremas6.4.3.1 GeneralidadesOtras condiciones ambientales extremas que deben considerarse para el diseño de losaerogeneradores son la temperatura, las descargas atmosféricas, el hielo y los terremotos.6.4.3.2 TemperaturaLos valores de diseño para el rango de temperaturas extremas para las clases normalizadas deaerogeneradores pequeños deben ser al menos de -20 °C hasta +50 °C.6.4.3.3 Descargas atmosféricasLas disposiciones para la protección contra las descargas atmosféricas que se exigen en elnumeral 10.5 pueden considerarse como las adecuadas para aerogeneradores pequeños delas clases normalizadas.6.4.3.4 HieloNo se dan requisitos mínimos para el hielo para las clases normalizadas de aerogeneradorespequeños.En caso de que el fabricante quiera incluir la carga del hielo en su estimación de la carga dediseño, se recomienda una capa con 30 mm mínimo de hielo con una densidad de 900 kg/m3en todas las áreas expuestas. Esta carga de hielo estática se combina entonces con las cargasde arrastre en el sistema de turbina parqueado en 3 Vave. Las cargas del hielo en la estructurade soporte que incluye los alambres de retención deberían considerarse en las cargas dediseño de la estructura de soporte.6.4.3.5 TerremotosNo se dan requisitos mínimos para los terremotos para las clases normalizadas deaerogeneradores pequeños .6.5 CONDICIONES DE CARGA ELÉCTRICA6.5.1 GeneralidadesLas condiciones eléctricas que se deben considerar en el diseño dependen de la aplicación dela turbina.6.5.2 Turbinas conectadas a la red de energía eléctrica6.5.2.1 Condiciones eléctricas normalesLas condiciones normales en los bornes de los aerogeneradores a considerar en el diseño seindican a continuación. Las condiciones eléctricas normales de la red se aplican cuando losparámetros siguientes están dentro de los rangos establecidos a continuación.- Tensión - valor nominal (conforme a la norma IEC 60038) ± 10 %.- Frecuencia - valor nominal ± 2 %. 28
  36. 36. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5725- Desbalance de tensión: la proporción de la componente de secuencia negativa de la tensión con respecto a la componente de secuencia positiva no excederá el 2 %.- Ciclos de autoreconexión: periodos del ciclo de autoreconexión de 0,2 s a 5,0 s para la primera reconexión y de 10 s a 90 s para la segunda.- Interrupciones del suministro de la red: se asume que las interrupciones de suministro de la red ocurren 20 veces por año. Una interrupción del suministro de hasta 24 h debe considerarse una condición normal.6.5.2.2 Condiciones eléctricas extremasEs necesario considerar en el diseño por lo menos las siguientes condiciones eléctricasextremas de la red de energía en los bornes del aerogenerador:- Tensión - desviaciones con respecto al valor nominal de ±20 %.- Frecuencia - valor nominal de ±10 %.- Desbalance de tensión de 15 %.- Fallas simétricas y asimétricas.- Interrupción del suministro de la red - las interrupciones de hasta una semana se deben considerar una condición extrema.6.5.3 Turbinas no conectadas a la red de energía eléctrica6.5.3.1 Turbina para carga de bateríasLa turbina debe tener la capacidad para funcionar en todo el rango de tensiones de la bateríaque se indica a continuación:- rango de tensión -15 % o +30 % de la tensión nominal (ejemplo 12 V, 24 V, 36 V, etc.), o- 5 % más allá de los ajustes superior e inferior del controlador de carga.6.5.3.2 Red localSe espera que las turbinas conectadas a una red local, por ello no conectadas a una redeléctrica grande, encuentren variaciones grandes en la tensión y la frecuencia. El sistema deturbinas debe tener la capacidad de funcionar dentro de los siguientes límites:- tensión: desviación con respecto a los valores nominales de ±15%, y- frecuencia: nominal ±5 Hz.7. DISEÑO ESTRUCTURAL7.1 GENERALIDADESEl diseño estructural del aerogenerador se debe basar en la verificación de la integridadestructural de los componentes en el trayecto de carga crítica desde las palas del rotor hasta la 29
  37. 37. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5725cimentación. Los esfuerzos de ruptura y resistencia a la fatiga de las partes estructurales debenverificarse por cálculos y/o ensayos para demostrar la integridad estructural de unaerogenerador con el nivel de seguridad correcto.El análisis estructural debe basarse en la norma ISO 2394 o equivalente, cuando corresponda.7.2 METODOLOGÍA DE DISEÑODebe verificarse que no se excedan los estados límites en el diseño del aerogenerador.Existen tres maneras de determinar las cargas de diseño para la turbina:- ecuaciones de carga simplificadas (véase el numeral 7.4);- modelado aeroelástico (véase el numeral 7.5); y- ensayo de cargas mecánicas (véase el numeral 7.6).7.3 CARGAS Y CASOS DE CARGASe deben considerar los siguientes tipos de cargas.7.3.1 Cargas de inercia, vibración y gravitacionalesLas cargas de inercia y gravitacionales son cargas estáticas y dinámicas que actúan en elaerogenerador y resultan de la inercia, la vibración, la rotación, la gravedad y la actividad giroscópicay sísmica (o movimiento de la estructura de soporte como es el caso de los botes, etc.).Se recomienda atención especial a la excitación de las frecuencias naturales del sistema deturbinas.7.3.2 Cargas aerodinámicasLas cargas aerodinámicas son las cargas estáticas y dinámicas que son causadas por el flujode aire y su interacción con las partes estáticas y móviles del aerogenerador. El flujo de airedepende de la velocidad rotacional del rotor, la velocidad del viento a través del plano del rotor,la turbulencia, la densidad de aire, y de las formas aerodinámicas de los componentes delaerogenerador y sus efectos interactivos, incluyendo los efectos aeroelásticos.7.3.3 Cargas funcionalesLas cargas funcionales resultan del funcionamiento y control del aerogenerador. Estas cargaspueden ser causadas por orientación, frenado, plegado, variación del ángulo de la pala,conexión a la red, etc.7.3.4 Otras cargasTambién se deben tomar en consideración todas las cargas que pueden ocurrir debido aambientes de funcionamiento especiales que especifique el fabricante (por ejemplo cargas porondas, cargas por estela, cargas por hielo, cargas por transporte, montaje, mantenimiento yreparación, etc.). 30

×