Curvas de fragilidad correspondientes a la pala de un aerogenerador, considerando efectos de fatiga

Abstract

En esta tesis se desarrollan de manera general los aspectos básicos del diseño estructural y aerodinámico de las palas de un aerogenerador de eje horizontal, para posteriormente centrarse en el análisis avanzado de su comportamiento como estructura considerando efectos de fatiga en el material. Se plantea una metodología para calcular las fuerzas de viento que actuarán sobre la pala, a través de la simulación de un campo de viento turbulento sujeto a una función de densidad de potencia espectral y la aplicación del método BEM (Blade Element Momentum), para los diferentes estados de funcionamiento del aerogenerador (detenido y en operación). De igual forma, se proponen distintas modalidades para la generación de un modelo computacional en tercera dimensión, que considere las principales características geométricas y estructurales de la pala y permita el posterior análisis de elemento finito en un software comercial. Por otra parte, se explica el procedimiento de obtención de las curvas de fragilidad de la estructura, considerando dos modelos de fatiga: el modelo de crecimiento de grieta (Hadavinia et al., 2015) y el de daño acumulado (Aeran, 2017). Finalmente, se aplica lo anterior a un caso de estudio particular para una pala genérica localizada en La Ventosa, Oaxaca, obteniendo las curvas de fragilidad para la estructura propuesta, correspondientes a los dos modelos de fatiga expuestos y para velocidades de operación variables.