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ANÁLISIS CAUSA RAIZ DE FALLA EN LA
ESTRUCTURA DE UN GENERADOR
EÓLICO
FRANCISCO VITAL FLORES
• EL 5 DE DICIEMBRE DEL 2006 SE
PRESENTARON EN LA CENTRAL EOLICA DE LA
VENTA OAXACA FUERTES VIENTOS COMO SE
OBSERVA EN LA SIGUIENTE GRÁFICA.
EL OBJETIVO PRIMORDIAL DE ESTE TRABAJO FUE
LA DETERMINACIÓN DE LA CAUSA RAÍZ DE LA
FALLA PARA LO CUAL SE REALIZÓ LO SIGUIENTE:
1.-Análisis de la Información operativa del aerogenerador
2.- Análisis del material de la torre soporte en la zona de
falla (doblez)
3.- Análisis dinámico de torre soporte adyacente a la
fallada.
4.- Análisis de falla de los tornillos de sujeción entre las
dos secciones de la torre soporte
5.- Modelado por elemento finito de estructura de torre
soporte de aerogenerador
1.- Análisis de la Información operativa del aerogenerador:
• Análisis de las velocidades del viento
• Análisis de las condiciones del proceso de los
aerogeneradores adyacentes
• Condición de servicio del aerogenerador fallado
• Forma de mantener la estructura del generador,
durante las rachas de viento
• Falla de dispositivos o elementos de la estructura del
aerogenerador fallado
• Algunas condiciones especiales de operación ó
desviaciones del proceso para este aerogenerador
2.- Análisis del material de la torre soporte en la zona de
falla (doblez)
3.- Análisis dinámico de torre soporte adyacente a la fallada
Se realizaron mediciones de
vibración a diferentes alturas
de la torre soporte del
aerogenerador similar del
que presentó la falla, con la
intención de determinar si el
movimiento de la estructura
cambia de manera drástica
el centro de gravedad del
mismo y/o si la frecuencia
de esta vibración coincide
con la frecuencia natural de
la misma.
4.- Análisis de falla de los tornillos de sujeción entre
las dos secciones de la torre soporte.
En la parte media de la torre
soporte se presenta el
ensamble entre las dos
partes (superior e
inferior), con bridas
atornilladas entre si.
Se obtuvieron muestras de
los tornillos para
efectuarles el análisis
correspondiente y
determinar el esfuerzo a
que se sometieron dichos
tornillos y el porque de la
falla.
5.- Modelado por elemento finito de estructura de torre
soporte de aerogenerador
Consideraciones:
•En este análisis el objetivo de interés es la torre que
sostiene el aerogenerador, de tal manera que el
cuerpo del aerogenerador será modelado solo como
un cuerpo rígido sobre el cual se aplican las
condiciones de carga generadas por el viento.
•Para el modelado por elemento finito se tomo en
consideración que el radio mínimo de la torre
tubular es de 0.681 m. contra un espesor de 0.00631
m. por lo que la relación geométrica entre el radio y
el espesor es de 107.92, lo que indica que la pared de
la torre trabajara en forma local como una placa.
• De acuerdo con el análisis metalográfico realizado
en LAPEM el material resultó ser acero al carbón
similar al ASTM A36, con las siguientes propiedades
mecánicas:
• Modulo de elasticidad (E) =2.1 x 1011 Pa.
• Resistencia a la cedencia (Sy) = 248.2 MPa.
• Densidad (ρ) = 7800 Kg/m3.
Desarrollo del modelo
La geometría de la torre
cuenta con una altura total de
31.0896 m. (102 ft.), con
diámetro exterior en la base
de 2.665 m. (8´ 8 15/16”), y un
diámetro de 1.362 m. (4´ 5
5/8”) en su parte superior. A
una altura de 14 m., el
espesor cambia de 0.0079375
m (5/16”) a 0.00635 m (1/4”).
LOS CONOS DE LAS TORRES FUERON
MODELADOS CON ELEMENTOS PLACA DE
ESPESORES DE 5/16” Y ¼”
La torre del aerogenerador se
encuentra construida en dos
partes de 15.545 m. (51 ft.)
cada una, unidas por tornillos
por medio de una brida
interna situación por la cual
desde el exterior pareciera
ser toda de una sola pieza
Los nodos de las bridas
intermedias y superiores
fueron acoplados en sus
grados de libertad de
traslación a fin de simular la
unión entre los conos así
como también entre el cono
superior y el cuerpo del
aerogenerador.