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.