Contribuciones de incertidumbre de interés en la magnitud de par de torsión de aplicación en el sector eólico

Abstract

La evolución de la tecnología que ha tenido lugar en los últimos años en el campo de la energía eólica ha supuesto el desarrollo de grandes aerogeneradores, capaces de generar pares en el rango de los MN·m. Esta situación ha supuesto un desafío desde el punto de vista de la medición del par torsor en este rango de medida. Dada la dificultad para ejecutar medidas directas y que aseguren la trazabilidad, los operadores de los bancos de ensayo de las nacelles de los aerogeneradores se ven obligados a recurrir a mediciones indirectas del par torsor, cuyas incertidumbres asociadas son muy elevadas, oscilando entre el 2 y el 5%. Para hacer frente a este reto, desde la iniciativa EMPIR se puso en marcha una línea de investigación, canalizada principalmente a través del proyecto EMPIR14IND14 “Torque in the MN·m range”, y llevada a cabo en colaboración con el Centro Español de Metrología. Dicha línea perseguía desarrollar medidas más fiables y trazables del par torsor durante el ensayo de nacelles y estudiar los efectos de las características cargas multicomponente que tienen lugar durante la operación de los aerogeneradores. En esta ponencia se presenta el modelo matemático de incertidumbres que se aplicaría al patrón propuesto para la medición del par torsor. Este nuevo patrón supondría una innovación respecto de los patrones de par tradicionales, ya que emplea un sistema fuerza palanca para la obtención de la medida de par en función de medidas de fuerza y distancia. Gracias a este principio de funcionamiento fue posible alcanzar rangos de trabajo tan elevados como el de los MN·m bajo condiciones reales de operación, asegurando la trazabilidad de las medidas y reduciendo su incertidumbre asociada hasta el 0,15%, siendo una gran alternativa a los métodos indirectos utilizados actualmente. En este trabajo se muestra la estimación de las incertidumbres asociadas al patrón de transferencia propuesto.

The evolution of technology that has taken place in recent years in the field of wind energy has led to the development of large wind turbines, capable of generating torques in the MN-m range. This situation has posed a challenge from the point of view of torque measurement in this measurement range. Given the difficulty of performing direct measurements and ensuring traceability, operators of wind turbine nacelle test benches are forced to employ indirect torque measurements, whose associated uncertainties are very high, ranging from 2 to 5%. To meet this challenge, the EMPIR initiative launched a line of research, channeled mainly through the EMPIR14IND14 project "Torque in the MN-m range", and carried out in collaboration with the Spanish Metrology Center. The aim of this line of research was to develop more reliable and traceable torque measurements during nacelle testing and to study the effects of the characteristic multicomponent loads that occur during wind turbine operation. This paper presents the mathematical model of uncertainties that would be applied to the proposed torque measurement standard. This new standard would be an innovation with respect to traditional torque standards, since it uses a lever-force system to obtain the torque measurement as a function of force and distance measurements. Thanks to this operating principle, it was possible to reach working ranges as high as those of the MN-m under real operating conditions, ensuring the traceability of the measurements and reducing their associated uncertainty to 0.15%, being a great alternative to the indirect methods currently used. This work shows the estimation of the uncertainties associated with the proposed transfer standard.