Anteproyecto Norma Colombiana

7/31/2019 Anteproyecto Norma Colombiana

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UNIDAD DE PLANEACIN MINERO ENERGTICA

FORMULACIN DE UN PROGRAMA BSICO DENORMALIZACIN PARA APLICACIONES DE

ENERGAS ALTERNATIVAS Y DIFUSIN

Documento ANC-0603-16-01

ANTEPROYECTO DE NORMA AEROGENERADORESREQUISITOS DE SEGURIDAD

Versin 01

Unin Temporal ICONTEC - AENE

Bogot, Marzo de 2003


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ANTEPROYECTO DENORMA TCNICA COLOMBIANA

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AEROGENERADORES

PARTE 1: REQUISITOS DE SEGURIDAD

1. OBJETO

Esta norma trata acerca de la filosofa de seguridad, aseguramiento de la calidad e integridadde ingeniera y especifica los requisitos para la seguridad de los aerogeneradores, incluyendoel diseo, instalacin, mantenimiento y operacin bajo condiciones ambientales especficas. Supropsito es proporcionar el nivel apropiado de proteccin contra daos provenientes de todoslos peligros propios de estos sistemas durante su tiempo de vida planeado.

Esta norma tiene que ver con todos los subsistemas de aerogeneradores tales comomecanismos de control y proteccin, sistemas elctricos internos, sistemas mecnicos,estructuras de soporte y el equipo de interconexin elctrica.

Esta norma se aplica a aerogeneradores con una rea de barrido igual o mayor a 40 m2.

Esta norma debera emplearse en conjunto con las normas IEC/ISO apropiadas identificadasen el numeral 2.

2. REFERENCIAS NORMATIVAS

Las siguientes normas contienen disposiciones que, mediante la referencia dentro de estetexto, constituyen la integridad del mismo. En el momento de la publicacin eran vlidas lasediciones indicadas. Todas las normas estn sujetas a actualizacin; las partes, medianteacuerdos basados en esta norma, deben investigar la posibilidad de aplicar la ltima versin delas normas mencionadas a continuacin.

IEC 60204-1:1997, Safety of Machinery. Electrical Equipment of Machines. Part 1: GeneralRequirements

IEC 60364 (All Parts), Electrical Installations of Buildings

IEC 60721-2-1:1982, Classification of Environmental Conditions. Part 2: EnvironmentalConditions Appearing in Nature. Temperature and Humidity


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IEC 61000-3-2:1998, Electromagnetic Compatibility (EMC). Part 3-2: Limits. Limits forHarmonic Current Emissions (Equipment Input Current 16 A per Phase)

IEC 61000-3-3:1994, Electromagnetic Compatibility (EMC). Part 3-3: Limits. Limitation ofVoltage Fluctuations and Flicker in Low-Voltage Supply Systems for Equipment with RatedCurrent 16 A

IEC 61000-4-2:1995, Electromagnetic Compatibility (EMC). Part 4-2: Testing and MeasurementTechniques. Electrostatic Discharge Immunity Test. Basic EMC Publication

IEC 61000-4-3:1995, Electromagnetic Compatibility (EMC). Part 4-3: Testing and MeasurementTechniques. Radiated, Radio-Frequency, Electromagnetic Field Immunity Test.

IEC 61000-4-4:1995, Electromagnetic Compatibility (EMC. Part 4-4: Testing and MeasurementTechniques. Electrical fast transient/burst immunity test. Basic EMC publication

IEC 61000-4-5:1995, Electromagnetic Compatibility (EMC). Part 4-5: Testing and MeasurementTechniques. Surge Immunity Test.

IEC 61024-1:1990, Protection of Structures Against Lightning. Part 1: General Principles

IEC 61312-1:1995, Protection Against Lightning Electromagnetic Impulse. Part 1: GeneralPrinciples

ISO 2394:1986, General Principles on Reliability for Structures

3. TRMINOS Y DEFINICIONES

Para el propsito de esta norma, se aplican las siguientes definiciones:

3.1promedio anualvalor promedio de un conjunto de datos medidos de tamao y duracin suficientes para servircomo un estimado del valor esperado de la cantidad. El intervalo de tiempo de promediacindebe ser un nmero entero de aos a fin de nivelar los efectos no estacionarios tales como laestacionalidad.

3.2velocidad del viento promedio anualvelocidad del viento promediada de acuerdo con la definicin de promedio anual.

3.3ciclo automtico de re-cierreevento con un perodo de tiempo, que vara desde aproximadamente 0,01 s hasta unoscuantos segundos, durante el cual el interruptor, despus de una falla de la red de distribucin(grid), se vuelve a cerrar automticamente y la lnea se vuelve a conectar a la red.

3.4bloqueo (aeroturbinas)

empleo de un pin mecnico u otro dispositivo (diferente al freno mecnico ordinario) para evitarel movimiento, por ejemplo del eje del rotor o el mecanismo de oscilacin.


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3.5freno (aeroturbinas)dispositivo capaz de reducir la velocidad del rotor o detener la rotacin.

3.6falla catastrfica (aeroturbinas)desintegracin o colapso de un componente o estructura, que origina prdida de funcin vitalque deteriora la seguridad.

3.7valor caracterstico (de la propiedad de un material)valor con probabilidad prescrita de no lograrse en una serie de ensayo ilimitada hipottica.

3.8terreno complejoterreno circundante que presenta diferencias significativas en la topografa y la existencia de

obstculos de terreno que pueden causar distorsin en el flujo de aire.

3.9sistema de control(aeroturbinas)subsistema que recibe informacin acerca de la condicin de la aeroturbina y/o su ambiente yajusta la turbina con el propsito de mantenerla dentro de sus lmites de operacin.

3.10velocidad del viento de puesta en circuito (Vin)velocidad del viento promedio ms baja a la altura del cubo del rotor a la cual la aeroturbinaempieza a generar potencia (vase el numeral 3.24, altura del cubo del rotor).

3.11velocidad del viento de corte del circuito (Vout)velocidad del viento promedio ms alta a la altura del cubo del rotor a la cual la aeroturbinaest diseada para generar potencia (vase el numeral 3.24, altura del cubo del rotor).

3.12lmites de diseovalores mximos o mnimos empleados en un diseo.

3.13falla durmiente (tambin conocida como falla latente)

falla de un componente o sistema que permanece sin detectar durante la operacin normal.3.14a sotaventoen direccin del principal vector de viento

3.15red de energa elctricainstalaciones, subestaciones, lneas o cables particulares para la transmisin y distribucin dela electricidad

NOTA Los lmites de las diferentes partes de esta red se definen mediante criterios apropiados, tales como lasituacin geogrfica, la propiedad, la tensin, etc.


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3.16parada de emergencia (aeroturbinas)parada rpida de la aeroturbina accionada mediante un sistema de proteccin o medianteintervencin manual.

3.17condiciones ambientalescaractersticas del ambiente (altitud, temperatura, humedad, etc.) que pueden afectar elcomportamiento de los aerogeneradores.

3.18condiciones externas (aeroturbinas)factores que afectan la operacin de una aeroturbina, incluyendo el rgimen de viento, lascondiciones de la red elctrica y otros factores climticos (temperatura, nieve, hielo, etc.)

3.19

velocidad extrema del vientovelocidad de viento promedio ms alta, promediada sobre t s, que probablemente seexperimenten dentro de un perodo de tiempo especfico de Naos ("perodo de recurrencia":Naos)

NOTA En esta norma se emplean perodos de recurrencia de N= 50 aos y N=1 ao e intervalos de tiempo depromediacin de t= 3 s y t= 10 min. En el lenguaje popular, con frecuencia se emplea el trmino menos preciso"velocidad de viento de supervivencia". No obstante en esta norma, la turbina se designa empleando velocidades deviento extremas para designar casos de carga.

3.20seguro contra fallaspropiedad de diseo de un tem que evita que sus fallas causen defectos crticos

3.21rfagacambio temporal en la velocidad del viento

NOTA Una rfaga puede caracterizarse por su tiempo de subida, su magnitud y su duracin.

3.22aeroturbina de eje horizontalaeroturbina cuyo eje de rotor se encuentra substancialmente paralelo al flujo del viento.

3.23

cubo (aeroturbinas)artefacto para unir las aspas o el ensamble de aspas con el eje del rotor.

3.24Altura del Cubo del rotor (aeroturbinas)altura del centro del rea de barrido del rotor de la aeroturbina por encima de la superficie delterreno (vase el numeral 3.55, rea de barrido).

3.25marcha en vaco (aeroturbinas)condicin de una aeroturbina que rota lentamente y sin producir potencia.


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3.26sub-intervalo inercialintervalo de frecuencia del espectro de la turbulencia del viento, donde los remolinos -despusde alcanzar la isotropa- se someten a sucesiva disolucin con disipacin de energa

despreciable.NOTA En una velocidad del viento tpica de 10 m/s, el sub-intervalo inercial es aproximadamente de 0,02 HZ a 2 kHz.

3.27operacin aisladaoperacin estable y temporal de una parte discreta de un sistema de potencia despus delcorte de la red.

3.28estado lmiteestado de una estructura y las cargas que actan en ella, ms all de las cuales la estructura

no puede satisfacer el requisito del diseo (vase la norma ISO 2394)NOTA El propsito de los clculos de diseo (es decir, el requisito de diseo para el estado lmite) es mantener laprobabilidad de un estado lmite que se alcanza por debajo de cierto valor prescrito para el tipo de estructura encuestin (vase la norma ISO 2394).

3.29ley de cortante del viento logartmicavase perfil de viento

3.30potencia mxima (aeroturbinas)nivel ms alto de potencia elctrica neta suministrada por una aeroturbina en operacin normal.

3.31velocidad de viento promediopromedio estadstico del valor instantneo de la velocidad del viento promediada durante undeterminado perodo de tiempo que puede variar desde unos cuantos segundos hasta muchosaos.

3.32nacelaalojamiento que contiene el tren de mando y otros elementos en la parte superior de la torre deaeroturbina de eje horizontal.

3.33punto de conexin de la red (aeroturbinas)terminales de cable de una nica aeroturbina o, para una central elica, el punto de conexincon el bus elctrico del sistema de recoleccin de potencia en el sitio.

3.34parada normal (aeroturbinas)parada en la cual todas las etapas estn bajo el control del sistema de control.

3.35lmites de operacin

conjunto de condiciones definidas por el diseador del aerogeneradores que gobiernan laactivacin del sistema de control y proteccin.


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3.36aeroturbina parqueadadependiendo de la construccin de la aeroturbina, parqueada se refiere a la turbina que seencuentra en una condicin de detencin o de marcha en vaco.

3.37sistema de recoleccin de potencia (aeroturbinas)sistema de conexin elctrica que recoge la potencia de una ms aeroturbinas. Incluye todoslos equipos elctricos conectados entre los terminales de los aerogeneradores y el punto deconexin de red.

3.38ley de potencia para cortante del vientovase perfil de viento

3.39

salida de potenciapotencia suministrada por un dispositivo en una forma especfica y para un propsitoespecfico.

NOTA (Aeroturbinas). Potencia elctrica suministrada por un aerogenerador.

3.40sistema de proteccin (aeroturbina)sistema que garantiza que un aerogenerador permanezca dentro de los lmites de diseo.

3.41potencia nominal

cantidad de potencia asignada, generalmente por un fabricante, para una condicin deoperacin especfica de un componente, dispositivo o equipo.

NOTA (Aeroturbinas). Salida de potencia elctrica continua mxima que un aerogenerador est diseado paraalcanzar bajo condiciones de operacin normales.

3.42velocidad de viento nominal (Vr)velocidad de viento especfica a la cual se alcanza la potencia nominal de una aeroturbina.

3.43distribucin Rayleighfuncin de distribucin de probabilidad, vase el numeral 3.66 (distribucin de velocidad delviento)

3.44velocidad del viento de referencia (Vref)parmetro bsico para velocidad del viento empleada para definir clases de aerogeneradores.Otros parmetros climticos relacionados con el diseo se derivan de la velocidad del viento dereferencia y otros parmetros de clase de aerogeneradores bsicos (vase el numeral 6)

NOTA Una turbina diseada para una clase de aerogenerador con una velocidad de viento de referencia Vref, estdiseada para soportar climas para los cuales la velocidad extrema del viento promedio durante 10 min con unperodo de recurrencia de 50 aos en la altura de cubo de la turbina es inferior o igual a Vref.


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3.45resonanciafenmeno que aparece en un sistema oscilante, en el cual el perodo de una oscilacin forzadaes muy cercano al de la oscilacin libre.

3.46velocidad de viento muestreada rotacionalmentevelocidad de viento experimentada en un punto fijo del rotor de aeroturbina rotante.

NOTA El espectro de turbulencia de la velocidad del viento muestreada rotacionalmente es distintivamentediferente del espectro de turbulencia normal. Mientras se realiza la rotacin, el aspa corta el flujo de viento que varaen el espacio. Por consiguiente, el espectro de turbulencia resultante contendr cantidades de tamao medible devarianza a la frecuencia de rotacin y componentes armnicas de la misma.

3.47velocidad del rotor (aeroturbinas)velocidad rotacional de un rotor de aeroturbina alrededor de su eje

3.48longitud de rugosidadaltura extrapolada en la cual la velocidad del viento promedio se vuelve cero si se supone queel perfil de viento vertical tiene una variacin logartmica con la altura.

3.49vida seguravida de servicio prescrita con una probabilidad declarada de falla catastrfica.

3.50mantenimiento programadomantenimiento preventivo realizado de acuerdo con un cronograma establecido.

3.51estado de lmite de servicioestado lmite que corresponde con los criterios que rigen la funcin relacionada con el usonormal (vase la norma ISO 2394).

3.52detencincondicin de un aerogenerador que se detiene.

3.53estructura de soporte (aeroturbinas)parte de una aeroturbina que comprende la torre y la cimentacin.

3.54velocidad del viento de supervivencianombre popular para la mxima velocidad del viento que una construccin est diseada parasoportar.

NOTA En la presente norma, no se emplea la expresin. En cambio, las condiciones de diseo se refieren avelocidad extrema del viento (vase el numeral 3.19).

3.55rea de barrido


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rea proyectada perpendicular a la direccin del viento que un rotor describe durante unarotacin completa.3.56intensidad de la turbulencia

relacin de la desviacin estndar de la velocidad del viento con la velocidad del vientopromedio, determinada a partir del mismo conjunto de muestras de datos medidos de velocidaddel viento y tomada por un perodo de tiempo especfico.

3.57parmetro de escala de turbulencialongitud de onda donde la densidad espectral de potencia longitudinal, no dimensional, es iguala 0,05

NOTA As, la longitud de onda se define como,01

/ fVA hub= donde 0502101 ,/)f(sfo =

3.58estado de lmite ltimoestados lmite que generalmente corresponde a la mxima capacidad de transporte de carga(vase la norma ISO 2394).

3.59mantenimiento sin programarmantenimiento realizado, no de acuerdo con un cronograma establecido sino despus derecibir una indicacin con respecto al estado de un tem.

3.60a barvolento

en la direccin opuesta al principal vector del viento.

3.61aeroturbina de eje verticalaeroturbina cuyo eje de rotor es vertical.

3.62distribucin de Weibullfuncin de distribucin de la probabilidad, vase el numeral 3.66 (distribucin de velocidad delviento).

3.63

parque elicovase el numeral 3.64 (central elica)

3.64central elicagrupo o grupos de aerogeneradores , comnmente denominados como parque elico

3.65perfil de viento. Ley de cortante del vientoexpresin matemtica para variacin supuesta de velocidad del viento con altura por encimadel suelo.

NOTA Los perfiles de uso comn son el perfil logartmico (1) o el perfil de ley de potencia (2)


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)z/zln(

)z/zln(x)z(V)z(V

rr

0

0= (1)

=r

r z

z

x)z(V)z(V (2)

en donde:

V(z) = es la velocidad del viento a altura z

z = es la altura por encima del suelo

zr = es una altura de referencia por encima del suelo empleada para ajustar el perfil.

z0 = es la longitud de rugosidad

= es el exponente de la cortante del viento (o ley de potencia)

3.66distribucin de velocidad del vientofuncin de distribucin de probabilidad, empleada para describir la distribucin de las velocidadesdel viento durante un perodo extendido de tiempo.

NOTALas funciones de distribucin que se usan frecuentemente son las funciones Rayleigh PR (Vo) y la Weibull Pw(Vo).

[ ][ ]kW

aveR

)C/V(exp)V(P

)V/V(exp)V(P

00

200

01

21

= (3)

con

=

+

=

22

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kS,C

kC

Vave (4)

en donde

P(Vo) = es la funcin de probabilidad acumulada, es decir la probabilidad de que V


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diferenciacin de las funciones de distribucin produce las correspondientes funciones dedensidad de probabilidad.

3.67

cortante del vientovariacin de la velocidad del viento a travs de un plano perpendicular con la direccin del viento.

3.68exponente de cortante del vientotambin comnmente conocida como exponente de ley de potencia, vase el numeral 3.65 (perfilde viento -ley de cortante de viento)

3.69velocidad del vientoen un punto especfico en el espacio la velocidad del viento es la velocidad del movimiento deuna cantidad diminuta de aire alrededor del punto especfico.

NOTA La velocidad del viento tambin es la magnitud de la intensidad de viento local (vector) (vase el numeral 3.71,intensidad del viento).

3.70sistema generador de aeroturbina (Aerogenerador)sistema que convierte la energa cintica del viento en energa elctrica.

3.71intensidad del vientovector que apunta en la direccin del movimiento de una cantidad diminuta de aire alrededor delpunto de consideracin, siendo la magnitud del vector igual a la velocidad del movimiento de esta

"parcela" de aire (es decir, la velocidad de viento local).NOTA El vector en cualquier punto es entonces la derivada de tiempo del vector de posicin de la "parcela" de aireque se mueve a travs del punto.

3.72sistema elctrico del aerogeneradortodo el equipo elctrico interno del aerogenerador, incluyendo las terminales del aerogenerador,equipo para puesta a tierra, empalme y comunicaciones. Se incluyen los conductores locales delaerogenerador que estn destinados a ofrecer una red de terminacin a tierra especficamentepara el aerogenerador.

3.73terminales del aerogeneradorpunto o puntos identificados por el proveedor del aerogenerador en el cual se puede conectar elaerogenerador al sistema de recoleccin de potencia. Esto incluye la conexin para lospropsitos de transferencia de energa y comunicaciones.

3.74oscilacinrotacin del eje del rotor alrededor de un eje vertical (slo para aeroturbinas de eje horizontal).

3.75desalineacin por oscilacin

desviacin horizontal del eje del rotor de la aeroturbina desde la direccin del viento.


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4. SMBOLOS Y ABREVIATURAS

4.1 SMBOLOS Y UNIDADES

a parmetro de pendiente para modelo de desviacin estndar de turbulencia [-]C parmetro de escala de la funcin de distribucin Weibull [m/s]Coh funcin de coherenciaD dimetro del rotor [m]f frecuencia [s-1]fd valor de diseo para resistencia del material [-]fk valor caracterstico para resistencia del material [-]Fd valor de diseo para cargas [-]Fk valor caracterstico para cargas [-]I15 valor caracterstico de intensidad de turbulencia de altura de cubo a una velocidad de viento

promedio durante 10 min de 15 m/s[-]

k parmetro de forma de la funcin de distribucin Weibull [-]K funcin Bessel modificada [-]L parmetro de escala integral de turbulencia isotrpica [m]

Le parmetro de escala de coherencia [m]Lk parmetro de escala integral de componente de velocidad [m]ni nmero contado de ciclos de fatiga en intervalo ide carga [-]N(.) es el nmero de ciclos que origina falla como una funcin del esfuerzo (o deformacin) indicada

por el argumento (es decir, la curva S_N caracterstica)[-]

N perodo de recurrencia para situaciones extremas [y]p probabilidad de supervivencia [-]PR (V0) distribucin de probabilidad Rayleigh, es decir, la probabilidad de que V


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(Final)

n factor de seguridad parcial para consecuencias de falla [-](t) componente transitoria de cambio de direccin del viento []cg ngulo de mxima desviacin de la direccin de la velocidad del viento promedio bajo condiciones

de rfaga

[]

eN cambio extremo de direccin con un perodo de recurrencia de Naos []1 parmetro de escala de turbulencia definido como la longitud de onda donde la densidad espectral

de potencia longitudinal, no dimensional, fS1(f)/12, es igual a 0,05

[m]

1 desviacin estndar de la velocidad del viento longitudinal a la altura de cubo [m/s]k k

simadesviacin estndar de la velocidad del viento del componente a la altura de cubo [m/s]

4.2 ABREVIATURAS

A Anormal (para factores de seguridad parcial)

a.c. Corriente alterna

C Restriccin de servicio

d.c. Corriente directa

DLC Caso de carga del diseo

ECD Rfaga coherente extrema con cambio de direccin

ECG Rfaga coherente extrema

EDC Cambio de direccin del viento extremo

EOG Rfaga de operacin extrema

EWM Modelo de velocidad del viento extrema

EWS Cortante del viento extrema

F Fatiga

HAWT Aeroturbina de eje horizontal

N Normal y extremo (para factores de seguridad parcial)

NWP Modelo de perfil de viento normal

NTM Modelo de turbulencia normal

S Clase especial de aerogenerador IEC

T Transporte y montaje (para factores de seguridad parcial)

U ltimo

VAWT Aeroturbina de eje vertical


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SGA Sistema(s) generador(es) de aeroturbina (aerogeneradores)5. ELEMENTOS PRINCIPALES

5.1 GENERALIDADES

En los siguientes numerales se presentan los requisitos tcnicos y de ingeniera para asegurar laseguridad de sistemas estructurales, mecnicos elctricos y de control de los aerogeneradores.Esta especificacin de requisitos se aplica al diseo, manufactura, instalacin y mantenimiento deaerogeneradores y el proceso de gestin de la calidad asociado. Adems, se deben seguir losprocedimientos de seguridad que se han establecido en las diversas tecnologas que se usan enla instalacin, operacin y mantenimiento de aerogeneradores.

5.2 MTODOS DE DISEO

Esta norma exige el uso de un modelo dinmico estructural para predecir las cargas de diseo.Este modelo debe emplearse para determinar las cargas durante un rango de velocidades de

viento, empleando las condiciones de turbulencia y otras condiciones extremas de vientodefinidas en el numeral 6, y las situaciones de diseo definidas en el numeral 7. Se debenanalizar todas las combinaciones pertinentes de condiciones externas y situaciones de diseo.Se ha definido un conjunto mnimo de dichas combinaciones como casos de carga en estanorma.

Los datos obtenidos de ensayo de escala completa de un aerogenerador pueden emplearse paraaumentar la confianza en los valores de diseo preestablecidos y verificar los modelos dinmicosestructurales y las situaciones de diseo.

Se debe realizar la verificacin de la suficiencia del diseo mediante clculo y/o por ensayo. Si seemplean los resultados del ensayo en esta verificacin, se deben mostrar las condicionesexternas durante el ensayo para reflejar los valores caractersticos y situaciones de diseodefinidos en esta norma. En la seleccin de las condiciones de ensayo, incluyendo las cargas deensayo, se debe tener en cuenta los factores de seguridad pertinentes.

5.3 CLASES DE SEGURIDAD

Los aerogeneradores deben estar diseados de acuerdo con una de las siguientes dos clases deseguridad:

- una clase de seguridad normal que se aplica cuando una falla causa riesgo delesin personal o consecuencias econmicas y sociales;

- una clase de seguridad especial que se aplica cuando se determinan los requisitosde seguridad mediante regulaciones locales y/o los requisitos de seguridad seacuerdan entre el fabricante y el cliente.

En el numeral 7.6 de esta norma se especifican los factores de seguridad parcial paraaerogeneradores de clase de seguridad normal.

Los factores de seguridad parcial para aerogeneradores de clase de seguridad especial debenacordarse entre el fabricante y el cliente. Un aerogenerador diseado de acuerdo con la clase deseguridad especial es una turbina clase S de aerogenerador como se define en el numeral 6.2.

5.4 ASEGURAMIENTO DE LA CALIDAD


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El aseguramiento de la calidad debe ser una parte integral del diseo, adquisicin, manufactura,instalacin, operacin y mantenimiento del aerogenerador y todos sus componentes.Se recomienda que el sistema de calidad cumpla con los requisitos de las publicaciones ISOpertinentes (vase la bibliografa en el Anexo D).

5.5 MARCACIN DE LA AEROTURBINA

La siguiente informacin debe aparecer, como mnimo, de manera prominente y legible, en laplaca de identificacin de la turbina marcada indeleblemente:

- fabricante del aerogenerador y pas

- nmero serial y modelo

- ao de produccin

- potencia nominal

- velocidad del viento de referencia, Vref

- intervalo de velocidad del viento de operacin a la altura del cubo, Vin - Vout

- intervalo de temperatura ambiente de operacin

- clase de aerogeneradores IEC (vase la Tabla 1)

- tensin nominal en los terminales del aerogenerador

- frecuencia en los terminales del aerogenerador o intervalo de frecuencia en elcaso que la variacin nominal sea superior a 2 %.

6. CONDICIONES EXTERNAS

6.1 GENERALIDADES

En el diseo de un aerogenerador se deben considerar las condiciones externas descritas eneste numeral.

Los aerogeneradores estn sujetos a condiciones ambientales y elctricas que pueden afectar su

carga, durabilidad y operacin. A fin de garantizar el apropiado nivel de seguridad y confiabilidad,se deben tener en cuenta los parmetros ambientales, elctricos y de suelo en el diseo y sedeben establecer en forma explcita en la documentacin del diseo.

Las condiciones ambientales se dividen posteriormente en condiciones de viento y otrascondiciones ambientales. Las condiciones elctricas se refieren a las condiciones de la red. Laspropiedades del suelo son pertinentes para el diseo de cimentaciones de aerogeneradores.

Cada tipo de condicin externa se puede subdividir en una condicin externa normal y unaextrema. Por lo general, las condiciones externas normales tienen que ver con carga estructural alargo plazo y las condiciones de operacin, mientras que las condiciones externas extremasrepresentan las raras pero potencialmente crticas condiciones de diseo externas. Los casos de

carga del diseo deben constar de una combinacin de estas condiciones externas con modosoperacionales de la aeroturbina.


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Las condiciones del viento son la consideracin externa principal para la integridad estructural.Otras condiciones ambientales tambin afectan las caractersticas de diseo tales como elfuncionamiento del sistema de control, durabilidad, corrosin, etc..

En los siguientes subnumerales se prescriben las condiciones normales y extremas que sedeben considerar en el diseo de acuerdo con las clases de aerogeneradores.

6.2 CLASES DE AEROGENERADORES

Las condiciones externas por considerar en el diseo son dependientes del sitio destinado o tipode sitio para la instalacin de un aerogenerador. Las clases de aerogeneradores se definen entrminos de velocidad del viento y los parmetros de turbulencia. La intencin de las clases escubrir la mayora de aplicaciones. Los valores de velocidad del viento y parmetros de turbulenciaestn destinados a representar los valores caractersticos de muchos sitios diferentes y noofrecen una representacin precisa de ningn sitio especfico, vase el numeral 11. La meta es

lograr la clasificacin de aerogeneradores con robustez claramente variante gobernada por lavelocidad del viento y parmetros de turbulencia. En la Tabla 1 se especifican los parmetrosbsicos que definen las clases de aerogeneradores.

En casos donde es necesario un diseo especial (por ejemplo, condiciones de viento especialesu otras condiciones externas o una clase de seguridad especial, vase el numeral 5.3), se defineuna clase de aerogenerador, Clase S. El diseador debe seleccionar los valores de diseo parael aerogenerador Clase S y se deben especificar en la documentacin de diseo. Para talesdiseos especiales, los valores seleccionados para las condiciones de diseo deben reflejar unambiente ms severo que el anticipado para el uso de los aerogeneradores.

Las condiciones externas particulares de instalaciones mar adentro exigen diseo clase S deaerogenerador.

Tabla 1. Parmetros bsicos para clases de aerogeneradores

Clase de aerogeneradores I II III IV SVref (m/s) 50 42,5 37,5 30Vave(m/s) 10 8,5 7,5 6

0,18 0,18 0,18 0,18A I15(-)a (-) 2 2 2 2

0,16 0,16 0,16 0,16B I15(-)a (-) 3 3 3 3

Valores especificados porel diseador

en donde los valores se aplican a la altura de cubo, y

A = designa la categora para caractersticas superiores de turbulencia

B = designa la categora de caractersticas inferiores de turbulencia

I15 = es el valor caracterstico de la intensidad de turbulencia de 15 m/s,

a = es el parmetro de pendiente por emplear en la ecuacin (7).

Adems de estos parmetros bsicos, se requieren varios parmetros importantes adicionalespara especificar por completo las condiciones externas empleadas en el diseo deaerogeneradores. En el caso de las clases de aerogeneradores IA a IVB, posteriormentedenominadas clases estndar de aerogeneradores, los valores de estos parmetros adicionales

se especifican en los numerales 6.3, 6.4 y 6.5.


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El tiempo de vida del diseo debe ser mnimo de 20 aos.

Para la Clase S de aerogeneradores, el fabricante debe describir en la documentacin del diseolos modelos empleados y los valores de parmetros de diseo esenciales. Cuando se adoptan

los modelos del numeral 6, la declaracin de los valores de los parmetros ser suficiente. Ladocumentacin del diseo de la clase S de aerogenerador debe contener la informacin definidaen el Anexo A.

Las abreviaturas adicionadas en parntesis en los encabezados de subnumerales en lo quequeda de este numeral se emplean para describir las condiciones del viento para los casos decarga de diseo definidos en el numeral 7.4.

6.3 CONDICIONES DEL VIENTO

Los aerogeneradores deben disearse para soportar en forma segura las condiciones del vientodefinidas por la clase de aerogenerador seleccionada.

Los valores de diseo de las condiciones del viento deben especificarse de forma clara en ladocumentacin del diseo.

El rgimen del viento para consideraciones de carga y seguridad se divide en condiciones deviento normales que ocurren con frecuencia durante la operacin normal de un aerogenerador, ylas condiciones extremas de viento que se definen como las que presentan un perodo derecurrencia de 1 ao de 50 aos.

En todos los casos se debe considerar la influencia de una inclinacin de flujo promedio conrespecto al plano horizontal de hasta 8. Se puede asumir que el ngulo de inclinacin del flujo esinvariable con la altura.

6.3.1 Condiciones normales de viento

6.3.1.1 Distribucin de la velocidad del viento

La distribucin de la velocidad del viento en el sitio es significativa para el diseo deaerogeneradores puesto que determina la frecuencia de ocurrencia de las condiciones de cargaindividuales. En el caso de las clases estndar de aerogeneradores, se debe asumir que el valorpromedio de la velocidad del viento durante un perodo de tiempo de 10 min tiene distribucinRayleigh para los propsitos de clculos de carga de diseo. En este caso, la distribucin deprobabilidad a la altura del cubo se determina mediante:

221 )V/V(exp)V(P avehubhubR = (5)

6.3.1.2 El modelo de perfil de viento normal (NWP)

El perfil de viento V(z) denota la velocidad de viento promedio como una funcin de la altura zporencima de la tierra. En el caso de las clases estndar de aerogeneradores, se debe asumir que elperfil de velocidad del viento normal se determina mediante la ley de potencia:

= )z/z(V)z(V hubhub (6)

Se debe asumir que el exponente de la ley de potencia es 0,2.


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Se emplea el perfil de viento asumido para definir la cortante de viento vertical promedio a travsdel rea de barrido del rotor.6.3.1.3 Modelo de turbulencia normal (NTM)

La expresin "turbulencia del viento" denota variaciones estocsticas en la velocidad del vientodel promedio durante 10 min. El modelo de turbulencia debe incluir los efectos de la variantevelocidad del viento, la direccin variante y el muestreo rotacional. Para las clases deaerogeneradores estndar, las densidades espectrales de potencia del campo de vector deintensidad del viento aleatoria, sea que se use explcitamente en el modelo o no, debensatisfacer los siguientes requisitos:

a) El valor caracterstico de la desviacin estndar del componente de velocidad deviento longitudinal debe determinarse mediante1:

)1/()/15(151

++= aaVsmI hub (7)

En la Tabla 1 se presentan los valores para I15 y a. Los valores caractersticos de la desviacinestndar 1 y de la intensidad de turbulencia 1/Vhub se muestran a continuacin en la Figura 1como una funcin de la velocidad del viento para los valores especficos de I15 y a.

Se supone que la desviacin estndar es invariable con la altura.

6,0

5,0

4,0

3,0

2,0

1,0

0,00 10 20 30 40

Velocidad del viento, V (m/s)

Desviacinestnd

ar,

(m/s)

1

A

B

hub

60

40

50

20

30

1

40

hub

3010

10

00

Velocidad del viento, V (m/s)20

Intensidaddelaturbulencia

,

/V(%)

hub

A

B

Figura 1. Turbulencia caracterstica del viento

b) Hacia el final de la frecuencia alta del sub-intervalo inercial, la densidad espectralde potencia del componente longitudinal de la turbulencia, S1(f), debe acercarsede manera asinttica a la forma:

1 Para realizar los clculos de casos de carga adems de los especificados en la Tabla 2, puede serapropiado emplear diferentes valores percentiles. Dichos valores percentiles deben determinarseadicionando un valor a la ecuacin 7 determinado mediante:

151 21 I/)s/m)(x( =

en donde x se determina a partir de la funcin de distribucin de probabilidad normal. Por ejemplo, x = 1,64 para unvalor percentil de 95.


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35321

211 050

//hub f)V/()(,)f(S

= (8)


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El parmetro de escala de turbulencia, 1, debe determinarse mediante:

+

+


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25

>


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Se debe seleccionar el signo para la componente transitoria de cortante de viento horizontal demodo que ocurra la peor carga transitoria. Las dos cortantes de viento extremas se considerande manera independiente una de la otra y por lo tanto no se aplican de manera simultnea. Comoejemplo, en la Figura 8 se ilustra la cortante de viento vertical extrema de 50 aos, la cual

muestra los perfiles de viento antes del inicio del evento extremo ( t = 0 s) y la cortantemxima (t= 6 s) y la Figura 9 muestra las velocidades del viento en la parte superior e inferior delrotor a fin de ilustrar el desarrollo del tiempo de la cortante. En ambas figuras, se asume lacategora de turbulencia A y Vhub= 25 m/s, zhub= 30 m, dimetro de rotor D = 42 m.

6.4 OTRAS CONDICIONES AMBIENTALES

Las condiciones ambientales (climticas) diferentes al viento pueden afectar la integridad yseguridad del aerogenerador, mediante accin trmica, fotoqumica, corrosiva, mecnica,elctrica u otra accin fsica. Adems, las combinaciones de parmetros climticos presentadaspueden incrementar su efecto.

Se deben tener en cuenta por lo menos las siguientes otras condiciones ambientales y la accintomada establecida en la documentacin del diseo:

- temperatura

- humedad

- densidad del aire

- radiacin solar

- lluvia, granizo, nieve y hielo

- sustancias qumicamente activas

- partculas mecnicamente activas

- iluminacin

- movimientos telricos

- salinidad

Los ambientes mar adentro requieren consideracin especial adicional.

Las condiciones climticas para el diseo deben definirse en trminos de valores representativoso mediante los lmites de las condiciones variables. Se debe tener en cuenta la probabilidad deocurrencia simultnea de las condiciones climticas al seleccionar los valores del diseo.

Las variaciones en las condiciones climticas dentro de los lmites normales que correspondenaun perodo de retorno de un ao no deben interferir con la operacin normal diseada de unaerogenerador.

A menos que exista correlacin, se deben combinar otras condiciones ambientales

extremas de acuerdo con el numeral 6.4.2 con las condiciones de viento normales deacuerdo con el numeral 6.3.1.


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6.4.1 Otras condiciones ambientales normales

Los otros valores de condicin ambiental normal que se deben tener en cuenta son:

- intervalo de temperatura ambiente de operacin de sistema normal de -10 C a+40 C

- humedad relativa de hasta 95 %

- contenido atmosfrico equivalente al de una atmsfera tierra adentro nocontaminada (vase la norma IEC 60721-2-1)

- intensidad de radiacin solar de 1 000 W/m2

- densidad del aire de 1,225 kg/m3

Cuando el diseador especifica parmetros de condicin externa adicionales, se debenestablecer estos parmetros y sus valores en la documentacin del diseo y deben ser deconformidad con los requisitos de la norma IEC 60721-2-1.

6.4.2 Otras condiciones ambientales extremas

Otras condiciones ambientales extremas que se deben considerar para el diseo deaerogeneradores son la temperatura, rayos, hielo y movimientos telricos.

6.4.2.1 Temperatura

Los valores de diseo para el intervalo de temperatura extrema deben ser de mnimo -20 C a+50 C para las clases de aerogeneradores estndar.

6.4.2.2 Rayos

Las disposiciones de proteccin contra rayos requeridas en el numeral 10.6 puedenconsiderarse como adecuadas para aeroturbinas en las clases de aerogeneradores estndar.

6.4.2.3 Hielo

Para las clases estndar de aerogeneradores no se presentan requisitos mnimos para hielo.

6.4.2.4 Movimientos telricos

Para las clases estndar de aerogeneradores no se presentan requisitos mnimos paramovimientos telricos.

6.5 CONDICIONES DE RED DE ENERGA ELCTRICA

A continuacin se enuncian las condiciones normales en las terminales del aerogenerador porconsiderar en el diseo.

Las condiciones de red de energa elctrica normales se aplican cuando los siguientes

parmetros encajan dentro de los intervalos establecidos a continuacin.


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- Tensin

Valor nominal 10 %

- Frecuencia

Valor nominal 2%

- Desequilibrio de tensin

La relacin del componente de secuencia negativa de tensin con el componente de secuenciapositiva no debe exceder el 2 %.

- Interrupciones del servicio

Se debe asumir que ocurran interrupciones del servicio de la red elctrica 20 veces por ao. La

duracin de interrupcin mxima para la cual la turbina debe disearse debe ser de mnimo unasemana.

7. DISEO ESTRUCTURAL

7.1 GENERALIDADES

El diseo estructural de aeroturbina se debe basar en la verificacin de la integridad estructuralde los componentes de transporte de carga. La resistencia ltima y la fatiga de los miembrosestructurales debe verificarse mediante clculos y/o ensayos para demostrar la integridadestructural de un aerogenerador con el nivel de seguridad apropiado.

El anlisis estructural debe basarse en la norma ISO 2394.

Se debe cerciorarse de un nivel de seguridad aceptable y verificarlo mediante clculos y/oensayos para demostrar que la carga de diseo no excede la resistencia de diseo pertinente.

Se deben realizar clculos empleando mtodos apropiados. Deben presentarse descripciones delos mtodos de clculo en la documentacin del diseo. Las descripciones deben incluirevidencia de la validez de los mtodos de clculo o referencias para estudios de verificacinadecuados. El nivel de carga en cualquier ensayo debe reflejar los factores de seguridad en elcorrespondiente clculo.

7.2 METODOLOGA DE DISEO

Se debe verificar que no se excedan los estados lmite para el diseo de aeroturbina. Tambin sepueden emplear el ensayo modelo y los ensayos prototipo como substituto para el clculo a finde verificar el diseo estructural, como se especifica en la norma ISO 23943.

3 La norma ISO 2394 define los estados lmite ltimo y de servicio de la siguiente manera: Estado de unaestructura y las cargas que actan en ella, ms all del cual la estructura no satisface el requisito de diseo.El propsito de los clculos de diseo es mantener la probabilidad de un estado lmite que se alcanza pordebajo de un cierto valor prescrito para el tipo de estructura en cuestin.

Por ejemplo, Estados lmite ltimoscorresponde a:

prdida de equilibrio de la estructura, o de una parte de la estructura, considerada como un cuerpo rgido(por ejemplo, volcamiento)


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7.3 CARGAS

Las cargas descritas en los numerales 7.3.1 a 7.3.4 deben considerarse para los clculos del diseo.

7.3.1 Cargas inercial y gravitacional

Las cargas inercial y gravitacional son cargas estticas y dinmicas que actan sobre losaerogeneradores originadas por vibracin, rotacin, gravedad y actividad ssmica.

7.3.2 Cargas aerodinmicas

Las cargas aerodinmicas son cargas estticas y dinmicas causadas por el flujo del aire y suinteraccin con las partes estacionarias y mviles de los aerogeneradores.

El flujo de aire es dependiente de la velocidad rotacional del rotor, la velocidad del vientopromedio a travs del plano del rotor, la turbulencia, la densidad del aire y las formas

aerodinmicas de los componentes de aeroturbina y sus efectos interactivos, incluyendo losefectos aeroelsticos.

7.3.3 Cargas operacionales

Las cargas operacionales son causadas por la operacin y control de los aerogeneradores y seidentifican en varias categoras. Estas son el control de la velocidad del rotor tal como control detorque montando aspas u otros dispositivos aerodinmicos. Incluyen las cargas transitoria y defreno mecnico de tren de mando, causadas por la detencin y arranque del rotor, la conexin ydesconexin del generador y cargas oscilantes.

7.3.4 Otras cargas

Otras cargas tales como cargas ondulatorias, cargas de impacto, cargas de hielo, etc. puedenocurrir y deben incluirse cuando se apropiado; vase el numeral 11.

7.4 SITUACIONES Y CASOS DE CARGA DE DISEO

Este sub-numeral describe la construccin de casos de carga de diseo de aerogeneradores yespecifica un nmero mnimo por considerar.

Para propsitos de diseo, la vida de un aerogenerador puede estar representada por unconjunto de situaciones de diseo que comprenden las condiciones ms significativas que el

aerogenerador puede experimentar.

ruptura de secciones crticas de la estructura causada por exceder la resistencia ltima (en algunos casosreducida por carga repetida) o la deformacin ltima del material

transformacin de la estructura en un mecanismo (colapso), prdida de la estabilidad (alabeo, etc.)

Por ejemplo, los Estados lmite de serviciocorresponden a:

deformaciones que afectan el uso eficiente o la apariencia de elementos estructurales o no estructurales vibraciones excesivas que producen molestia o afectan elementos no estructurales o equipos

(especialmente si ocurre resonancia) dao local (incluyendo agrietamiento) que reduce la durabilidad de una estructura o afecta la eficiencia o

apariencia de elementos estructurales o no estructurales

para controlar los estados lmite de servicio mediante el diseo, con frecuencia es necesario emplear una o msrestricciones que describan deformaciones, aceleraciones, anchos de grieta, etc. , aceptables.


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Los casos de carga deben determinarse a partir de la combinacin de modos especficos deensamble, montaje, mantenimiento y operacin o situaciones de diseo con las condicionesexternas. Se deben considerar todos los casos de carga pertinentes con una probabilidadrazonable de ocurrencia, junto con el comportamiento del sistema de control y proteccin.

Por lo general, los casos de carga de diseo empleados para determinar la integridad estructuralde un aerogenerador pueden calcularse a partir de las siguientes combinaciones:

- situaciones de diseo normales y condiciones externas normales

- situaciones de diseo normales y condiciones externas extremas

- situaciones de diseo por defecto y condiciones externas apropiadas

- situaciones de diseo de transporte, instalacin y mantenimiento y las condicionesexternas apropiadas.

Si existe cualquier correlacin entre una condicin externa extrema y una situacin por defecto,una combinacin realista de las dos se debe considerar como un caso de carga de diseo.

Dentro de cada situacin de diseo, se deben considerar varios casos de carga de diseo a finde verificar la integridad estructural de los componentes de un aerogenerador. Como mnimo, sedeben considerar los casos de carga de diseo en la tabla 2. En dicha tabla se especifican loscasos de carga de diseo para cada situacin de diseo mediante la descripcin de lascondiciones de viento, elctricas y otras condiciones externas.

Se deben considerar otros casos de carga de diseo pertinentes para la seguridad, si lo requiereel diseo de un aerogenerador especfico.

Para cada situacin de diseo, se establece el tipo apropiado de anlisis mediante "F" y "U" en laTabla 2. F se refiere al anlisis de cargas de fatiga, por emplear en la evaluacin de resistencia ala fatiga. U se refiere al anlisis de cargas ltimas tal como el anlisis de exceso de la resistenciamxima del material, anlisis de deflexin perifrica y anlisis de estabilidad.

Las situaciones de diseo indicadas con U se clasifican como normales (N), anormales (A), o detransporte y montaje (T). Se espera que las situaciones de diseo normales ocurran confrecuencia dentro de la vida til de una turbina. La turbina se debe encontraren un estado normalo puede haber experimentado defectos o anormalidades menores. Existe menos probabilidad deque ocurran situaciones de diseo anormales y por lo general corresponden a situaciones de

diseo con defectos ms severos como defectos del sistema de proteccin. El tipo de situacinde diseo, N, A T determina el factor de seguridad parcial f por aplicar a las cargas ltimas. Enlas Tablas 3 y 4 del numeral 7.6 se presentan estos factores.

Cuando se indica un intervalo de velocidad del viento en la Tabla 2, se deben considerar lasvelocidades del viento conducentes a la condicin ms adversa para el diseo delaerogenerador. El rango puede dividirse en un nmero de intervalos; en cada uno de ellos debedistribuirse una fraccin adecuada de la vida del aerogenerador. En la definicin de los casos decarga de diseo, se hace referencia a las condiciones del viento descritas en el numeral 6.


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Tabla 2. Casos de carga de diseo

Situacin de diseo DLC Condicin del viento* Otras condiciones Tipo deanlisis

Factores deseguridad

parcial

1.1 NTM Vhub =Vr o Vout U N1.2 NTM Vin< Vhub< Vout F *1.3 ECD Vhub= Vr U N1.4 NEP Vhub= Vro Vout Defecto elctrico externo U N1.5 EOG1 Vhub= Vro Vout Prdida de conexin

elctricaU N

1.6 EOG50 Vhub= Vro Vout U N1.7 EWS Vhub= Vro Vout U N1.8 EDC50 Vhub= Vro Vout U N

1) Produccin depotencia

1.9 ECG Vhub= Vr U N2.1 NWP Vhub= Vro Vout Defecto del sistema de

controlU N

2.2 NWP Vhub= Vro Vout Defecto elctrico internoprecedente o del sistema

de proteccin

U A

2) Produccin depotencia msocurrencia de defecto

2.3 NTM Vin< Vhub< Vout Defecto del sistema decontrol o proteccin

F *

3.1 NWP Vin< Vhub< Vout F *3.2 EOG1 Vhub= Vin, Vro Vout U N

3) Arranque

3.3 EDC1 Vhub= Vin, Vro Vout U N4.1 NWP Vin< Vhub


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NWP Modelo de perfil de viento normal (vase el numeral 6.3.1.2)

F Fatiga

U ltimo

N Normal y extremo

A Anormal

T Transporte y montaje

* Factor de seguridad parcial por fatiga (vase el numeral 7.6.3)

7.4.1 Produccin de potencia (DLC 1.1 - 1.9)

En esta situacin de diseo, se encuentra en funcionamiento un aerogenerador conectado a lacarga elctrica. En la supuesta configuracin de aerogeneradores se debe tener en cuenta eldesequilibrio del rotor. Los desequilibrios aerodinmicos y de masa mximos (por ejemplo,inclinacin del aspa y desviaciones de torsin) especificados para la manufactura del rotor sedeben emplear en los clculos de diseo.

Adems, las desviaciones de situaciones operantes ptimas tericas tales como la desalineacinpor oscilacin y los errores de rastreo del sistema de control deben tenerse en cuenta en losanlisis de cargas operacionales.

Se debe asumir la peor combinacin de condiciones en el clculo, por ejemplo cambio dedireccin con desalineacin por oscilacin caracterstica (DLC 1.8) o rfaga con prdida deconexin elctrica (DLC 1.5).

Los casos de carga de diseo (DLC) 1.1 y 1.2 incorporan los requisitos para cargas que seoriginan por la turbulencia atmosfrica. Los DLC 1-3 y 1.6 - 1.9 especifican los casos transitoriosque se han seleccionado como eventos potencialmente crticos en la vida de un aerogenerador.En el DLC 1.4 y 1.5 se consideran los eventos transicionales debidos a defectos externos yprdida de carga elctrica.

7.4.2 Produccin de potencia ms ocurrencia de defecto (DLC 2.1 - 2.3)

Se debe asumir que cualquier defecto en los sistemas de control o proteccin, o defecto internoen el sistema elctrico, importante para la carga de aerogeneradores (tal como el corto circuitodel generador), ocurre durante la produccin de potencia. Para DLC 2.1, se debe analizar laocurrencia de un defecto en el sistema de control que se considere como evento normal. ParaDLC 2.2, se debe analizar la ocurrencia de defectos en el sistema de proteccin o el sistemaelctrico interno que se consideren como eventos raros. Si un defecto no causa una paradainmediata y la carga consecuente puede conllevar a dao importante por fatiga, se debe evaluarla probable duracin de esta situacin en DLC 2.3.

7.4.3 Arranque (DLC 3.1 - 3.3)

Esta situacin de diseo incluye todos los eventos que se originan en cargas sobre un

aerogenerador durante las componentes transitorias desde cualquier situacin de detencin omarcha en vaco hasta la produccin de potencia.


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7.4.4 Parada normal (DLC 4.1 - 4.2)

Esta situacin de diseo incluye todos los eventos que se originan en cargas sobre unaerogenerador durante situaciones transitorias normales desde una situacin de produccin de

potencia hasta una condicin de detencin o marcha en vaco.

7.4.5 Parada de emergencia (DLC 5.1)

Se deben considerar las cargas que surgen de paradas de emergencia.

7.4.6 Parqueo (detencin o marcha en vaco) (DLC 6.1 - 6.2)

Con la condicin de velocidad de viento extrema se debe considerar el rotor de una aeroturbinaparqueada que puede estar en condicin de detencin o marcha en vaco. Si puede ocurrir daopor fatiga importante en algunos componentes (por ejemplo, por el peso de aspas en marcha envaco), tambin se debe considerar el nmero esperado de horas de tiempo de produccin de no-

potencia en cada velocidad del viento apropiada. Se deben tener en cuenta los efectos de laprdida de la red de energa elctrica en una aeroturbina parqueada.

7.4.7 Condiciones de parqueo ms defecto (DLC 7.1)

Las desviaciones del comportamiento normal de un aerogenerador parqueado, resultantes pordefectos en la red elctrica o en el aerogenerador deben requerir anlisis. Si cualquier defectodiferente a una prdida de red de energa elctrica produce desviaciones del comportamientonormal de los aerogeneradores en las situaciones parqueadas, las posibles consecuenciasdeben ser objeto de anlisis. La condicin de defecto debe combinarse con el modelo develocidad de viento extrema (EWM) y un perodo de recurrencia de un ao.

7.4.8 Transporte, ensamble, mantenimiento y reparacin (DLC 8.1)

El fabricante debe establecer todas las condiciones de viento y situaciones de diseo presuntaspara transporte, ensamble, mantenimiento y reparacin de un aerogenerador. Se debenconsiderar las condiciones de viento mximas permitidas en el diseo si pueden producir cargasignificativa en el aerogenerador.

7.5 CLCULOS DE CARGA

Se deben tener en cuenta las cargas como las descritas en los numerales 7.3.1 a 7.3.4 para cadacaso de carga de diseo. Cuando sea pertinente, se deben temer en cuenta los siguientes

aspectos:- perturbaciones de campo de viento debidas a aerogeneradores en s (velocidades

inducidas por perturbacin aerodinmica, pantalla de la torre, etc.)

- la influencia de flujo tridimensional en las caractersticas aerodinmicas del aspa(por ejemplo, entrada en prdida tridimensional y prdida perifrica aerodinmica(en los extremos del ala)

- efectos aerodinmicos inestables

- dinmica estructural y acople de modos vibracionales

- efectos aeroelsticos


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- el comportamiento del sistema de control y proteccin de los aerogeneradores

7.6 ANLISIS DE ESTADO LMITE LTIMO

7.6.1 Mtodo

Los factores de seguridad parcial son dependientes de las incertidumbres y variabilidades encargas y materiales, las incertidumbres en los mtodos de anlisis y la importancia decomponentes estructurales con respecto a las consecuencias de la falla.

7.6.1.1 Factores de seguridad parcial

A fin de garantizar los valores de diseo seguro para cargas y materiales, las incertidumbres yvariabilidades en cargas y materiales estn comprendidas en los factores de seguridad parcialpara cargas y materiales definidos en (21) y (22).

kfd FF = (21)en donde

Fd es el valor de diseo para la carga

f es el factor de seguridad parcial para la carga; y

Fk es el valor caracterstico para la carga. En esta norma, el trmino alternativo "valor representativo" seemplea en algunos casos, donde un valor caracterstico no se evala fcilmente en forma estadstica.

km

d ff

=1 (22)

en donde

fd es el valor de diseo para el material

m es el factor de seguridad parcial para el material; y

fk es el valor caracterstico de la propiedad del material.

Los factores de seguridad parcial para cargas empleadas en esta norma tienen como intencintener en cuenta:

- la posibilidad de desviaciones desfavorables de la carga del valor caracterstico

- incertidumbres en el modelo de carga

Los factores de seguridad parcial para materiales empleados en esta norma tienen comointencin tener en cuenta:

- la posibilidad de desviaciones desfavorables de la resistencia del material del valorcaracterstico

- posible evaluacin imprecisa de la resistencia de secciones o capacidad de cargade las partes de la estructura

- incertidumbres en los parmetros geomtricos


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- incertidumbres en la relacin entre las propiedades del material en la estructura yaquellas medidas por ensayos en probetas de control, es decir, incertidumbre enla conversin.

Algunas veces se explican estas diferentes incertidumbres por medio de factores de seguridadparcial individuales, pero en esta norma como en la mayora, los factores relacionados con lacarga se combinan en un factor f y los factores relacionados con el material en un factor m. Sepresentan las consecuencias del factor de falla n,, para distinguir entre:

Componente Clase 1: empleado para componentes estructurales "seguros contra fallas" cuyafalla no origine falla de una parte importante de un aerogenerador

Componente Clase 2: empleado para componentes estructurales "no seguros contra fallas"cuyas fallas conducen rpidamente a la falla de una parte principal de un aerogenerador.

Para el anlisis de estado lmite ltimo de los aerogeneradores, se debe realizar los siguientes

cuatro tipos de anlisis cuando sea pertinente:

- anlisis de resistencia ltima (vase el numeral 7.6.2)

- anlisis de falla por fatiga (vase el numeral 7.6.3)

- anlisis de estabilidad ( alabeo, etc.) (vase el numeral 7.6.4)

- anlisis de deflexin crtica (interferencia mecnica entre aspa y torre, etc.) (vaseel numeral 7.6.5).

La ecuacin general para no exceder el estado lmite ltimo es:

)f(R)F(S ddn (23)

Cada tipo de anlisis requiere una formulacin diferente de las funciones de carga y resistencia,Sy R, y tiene diferentes fuentes de incertidumbres por medio del uso de factores de seguridad.

7.6.1.2 Aplicacin de cdigos reconocidos de material

Al determinar la integridad estructural de los elementos de un aerogenerador, se pueden emplearcdigos de diseo nacionales o internacionales para el material pertinente. Se debe tenerespecial cuidado cuando se emplean factores de seguridad parcial de cdigos de diseo

nacionales o internacionales junto con factores de seguridad parcial de esta norma. Se debegarantizar que el nivel de seguridad resultante no sea menor que el nivel de seguridad esperadode esta norma.

Diferentes cdigos subdividen los factores de seguridad parcial para materiales m en variosfactores de materiales dando cuenta de tipos separados de incertidumbre, por ejemplovariabilidad inherente de la resistencia del material, grado de control de produccin o mtodo deproduccin. Los factores de materiales presentados en esta norma corresponden a los asllamados "factores generales de seguridad parcial para materiales" dando cuenta de lavariabilidad inherente de los parmetros de resistencia. Si el cdigo presenta factores deseguridad parcial o emplea factores de reduccin en los valores caractersticos para dar cuentade otras incertidumbres, stos tambin deben tenerse en cuenta.


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Los cdigos individuales pueden seleccionar diferentes factorizaciones de factores de seguridadparcial en la carga y partes del material de verificacin del diseo. La divisin de factores aquesperada es la definida en la norma ISO 2394. Si la divisin de factores en el cdigo de eleccinse desva de la presentada en dicha norma, se deben tener en cuenta los ajustes necesarios en

el cdigo de eleccin en la verificacin de acuerdo con la presente norma.

7.6.2 Anlisis de resistencia ltima

Por lo general, la resistencia Rcorresponde a los valores de diseo mximos permisibles de laresistencia del material, por ende R(fd) = fd, mientras que la funcin Spara anlisis de resistencialtima se define, usualmente, como el valor ms alto de respuesta estructural en trminos deesfuerzo. Para mltiples cargas simultneas, la ecuacin se convierte entonces en:

knm

knfn,...,Kf f)FF(S

1

11 (24)

7.6.2.1 Factores de seguridad parcial para cargas

Cuando las cargas de diversas fuentes se pueden evaluar por separado, los factores de cargadeben tener los valores especificados en la Tabla 3 como mnimo.

Tabla 3. Factores de seguridad parcial para cargas f

Cargas desfavorables Cargas favorablesTipo de situacin de diseo (vase la tabla 2)

Fuente de carga

Normal y extrema Anormal Transporte ymontaje

Todas lassituaciones de

diseoAerodinmicaOperacional

GravedadOtra de inercia

1,351,35

1,1/1,35*1,25

1,11,1

1,11,1

1,51,5

1,251,3

0,90,9

0,90,9

* En el evento de las masas que no se determina por pesaje

En muchos casos, en especial cuando las cargas variantes originan efectos de carga dinmica,las cargas de diversas fuentes no pueden evaluarse por separado. En estos casos, los factoresde seguridad parcial para cargas f deben tomarse como los factores ms altos de seguridadparcial para las cargas de la tabla 3 para la situacin de diseo pertinente.

De manera alternativa, se puede realizar el clculo de esfuerzos y resultantes de esfuerzo con lacarga combinada correspondiente a los valores representativos o caractersticos. La variacinsistemtica de parmetros inciertos de las ecuaciones gobernantes debe hacerse de forma tal

que se mantenga el nivel de seguridad implcitamente definido por los factores de seguridadparcial para las cargas de la tabla 3.

7.6.2.2 Factores de seguridad parcial para materiales cuando no se cuenta con cdigos dediseo reconocidos

Se debe determinar los factores de seguridad parcial para materiales en relacin con lasuficiencia de los datos disponibles de ensayo de propiedades del material. El valor de losfactores generales de seguridad parcial para materiales que representan la variabilidad inherentedel parmetro de resistencia no debe ser menor que 1,1 cuando se aplica a propiedades dematerial caractersticas de probabilidad de supervivencia pdel 95 % con lmite de confianza del95 %. Si las propiedades caractersticas del material se derivan de otras probabilidades desupervivencia p(pero con lmite de confianza del 95 %) y/o coeficientes de variacin, , de 10 %o mayores, el factor general pertinente debe tomarse de la tabla 4. A fin de derivar los factores


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globales de seguridad parcial para materiales desde este factor general, es necesario dar cuentade los efectos de escala, la degradacin de tolerancias debida a acciones externas, es decir,radiacin ultravioleta, humedad y defectos que normalmente se detectaran.

Tabla 4. Factores generales de seguridad parcial para materiales,en cuanto a la variabilidad inherente

p% = 10% = 15% = 20% = 25% = 30%99 % 1,02 1,05 1,07 1,12 1,1798 % 1,06 1,09 1,13 1,20 1,2795 % 1,10 1,16 1,22 1,32 1,4390 % 1,14 1,22 1,32 1,45 1,6080% 1,19 1,30 1,44 1,62 1,82

Factores de seguridad parcial para consecuencias de falla:

Componentes clase 1: n = 1,0


7.6.2.3 Factores de seguridad parcial para materiales cuando se cuenta con cdigos dediseo reconocidos

Los factores de seguridad parcial combinados para cargas, materiales y las consecuencias defalla, f , m y n, no deben ser menores a los especificados en los numerales 7.6.2.1 y 7.6.2.2.

Cuando no se especifican la probabilidad de supervivencia py el coeficiente para el material, sepueden asumir los valores p= 95% y = 10%.

7.6.3 Falla por fatiga

El dao por fatiga se debe calcular empleando un clculo adecuado de dao por fatiga. Porejemplo, en el caso de la regla de Miner, el estado lmite se alcanza cuando el dao acumuladoexcede 1. De manera que el dao acumulado dentro de la vida til de una turbina debe sermenor o igual a 1:

=i ifnm

i ,)s(N

nDao 01 (25)

en donde

ni = es el nmero contado de ciclos de fatiga en el intervalo i del espectro de cargacaracterstico, incluyendo todos los casos de carga pertinentes

si = s el nivel de esfuerzo (o deformacin) asociado con los ciclos contados en el intervalo i,incluyendo los efectos del rango promedio y del rango cclico

N(.) = es el nmero de ciclos para que ocurra falla como una funcin del esfuerzo (o deformacin)indicado por el argumento (es decir, la curva S-N caracterstica); y

m,n,f son los factores de seguridad parcial apropiados para materiales, consecuencias dela fallay cargas, respectivamente.

7.6.3.1 Factor de seguridad parcial para cargas


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El factor de seguridad parcial para cargas f debe ser 1,0 para todas las situaciones de diseonormales y anormales.


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7.6.3.2 Factores de seguridad parcial para materiales donde no se cuenta con cdigosreconocidos

El factor de seguridad parcial para materiales m debe ser 1,1, siempre y cuando la curva S-N se

base en probabilidades de supervivencia de no menos del 95% con lmites de confianza del 95%y un coeficiente de variacin del 10%. Si las propiedades de material caractersticas se derivande otras probabilidades de supervivencia py otros coeficientes de variacin se debe tomar elfactor general de seguridad pertinente para materiales de la tabla 4. Las resistencias a la fatigadeben derivarse de un nmero estadsticamente importante de ensayos y la derivacin devalores caractersticos debe representar los efectos de escala, tolerancias, degradacin debida aacciones externas, tales como radiacin ultravioleta y defectos que normalmente no sedetectaran.

Factores de seguridad parcial para consecuencias de una falla



7.6.3.3 Factores de material parciales cuando se cuenta con cdigos de diseoreconocidos

Los factores de seguridad parciales combinados para cargas, materiales y consecuencias de fallano deben ser menores que los especificados en el numeral 7.6.3.1 y 7.6.3.2

Cuando la probabilidad de supervivencia py el coeficiente no se especifican para la propiedaddel material, se pueden asumir valores p = 95 %y =10 %.

7.6.4 Estabilidad

En un componente bajo carga caracterstica es posible que no ocurra ningn retorcimiento oalabeo. Bajo carga de diseo, slo las partes transportadoras de carga o componentes "segurosde no-falla" no deben sufrir retorcimiento o alabeo. Para todos los dems componentes puedeocurrir alabeo elstico bajo esta carga.

Se debe seleccionar un valor mnimo para el factor de seguridad parcial para cargas f deacuerdo con el numeral 7.6.2.1 para tratar con incertidumbres en cargas extremas.

7.6.5 Anlisis de deflexin crtica

Se debe verificar que no ocurran deflexiones que afecten la seguridad del aerogenerador en lascondiciones de diseo detalladas en la tabla 2. Una de las consideraciones ms importantes esverificar que no pueda ocurrir interferencia mecnica entre el aspa y la torre.

Se debe determinar la mxima deflexin elstica en la direccin desfavorable para los casos decarga detallados en la Tabla 2 y multiplicarse por el factor de seguridad parcial combinado paracargas, material y consecuencias de la falla.

Factor de seguridad parcial para cargas

Se deben seleccionar los factores de seguridad parcial para cargas f de la tabla 3.

Factor de seguridad parcial para materiales


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El factor de seguridad parcial para materiales m debe seleccionarse de acuerdo con elnumeral 7.6.2. Se debe prestar especial atencin a las incertidumbres geomtricas y laexactitud del mtodo de clculo de deflexin.

Factor de seguridad parcial para consecuencias de falla



La deflexin elstica debe adicionarse entonces a la posicin sin deflexin en la direccin msdesfavorable y compararse la posicin resultante con el requisito para no-interferencia.

7.6.6 Factores de seguridad parcial especiales

Se pueden emplear factores de seguridad parcial inferiores para cargas cuando las magnitudesde cargas se han establecido por medicin o por anlisis confirmado mediante medicin en ungrado de confianza superior al normal. Se deben establecer los valores de todos los factores deseguridad parcial en la documentacin del diseo.

8. SISTEMA DE CONTROL Y PROTECCIN

8.1 GENERALIDADES

La operacin y seguridad del aerogenerador deben estar gobernadas por un sistema de control yproteccin que cumpla con los requisitos de este numeral.

La intervencin manual o automtica no debe comprometer la funcin del sistema de proteccin.Cualquier dispositivo que permita la intervencin manual debe ser claramente visible eidentificable mediante rotulado adecuado cuando sea necesario.

Los ajustes del sistema de control y proteccin deben protegerse contra interferencia noautorizada.

Cualquier nica falla en las partes sensibles o de activacin del sistema de control no debeconducir a un mal funcionamiento del sistema de proteccin.

8.2 CONTROL DE LA AEROTURBINA

El sistema de control de un aerogenerador debe controlar la operacin con medios activos opasivos y mantener los parmetros operantes dentro de sus lmites normales. Cuando se puedeejercer seleccin del modo de control, por ejemplo para mantenimiento, el control de cada mododebe tomar precedencia sobre todos los dems controles, con excepcin del botn de parada deemergencia. La seleccin del modo debe estar gobernada por un selector que puede bloquearseen cada posicin correspondiente a un modo nico. Cuando algunas funciones se controlannumricamente, se debe contar con cdigos de acceso para seleccionar adecuadamente lafuncin.

El sistema de control puede gobernar funciones o parmetros tales como:

- limitacin de la potencia


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- velocidad del rotor- conexin de la carga elctrica

- procedimientos de arranque y parada

- parada cuando hay prdida de red elctrica o carga elctrica

- lmites de torsin de cable

- alineacin con respecto al viento.

8.3 PROTECCIN DE LA AEROTURBINA

El sistema de proteccin debe activarse cuando, como consecuencia de falla del sistema decontrol o de los efectos de una falla interna o externa o de un evento peligroso, un aerogeneradorno se mantiene dentro de sus lmites de operacin normal. El sistema de proteccin debe

mantener entonces el aerogenerador en una condicin segura. Los niveles de activacin para elsistema de proteccin deben establecerse de manera tal que no se excedan los lmites dediseo.

El sistema de proteccin debe activarse en casos tales como:

- sobre-velocidad

- sobre-carga del generador o defecto

- vibracin excesiva

- falla para producir parada luego de prdida de red, desconexin de la red oprdida de carga

- torcimiento de cable anormal (debido a rotacin de nacela por oscilacin)

El sistema de proteccin debe disearse para operacin segura contra fallas. En general, elsistema de proteccin debe ser capaz de proteger un aerogenerador de cualquier falla nica odefecto en una fuente de potencia o en cualquier componente de vida no segura dentro delsistema de proteccin.

Si dos o ms fallas son interdependientes o tienen causa comn, deben tratarse como una falla

nica.A todos los componentes no redundantes del sistema de proteccin se les debe analizar lascargas ltimas y de falla por fatiga y resistencia ltima y deben cumplir con los requisitos delnumeral 8.4.

8.4 REQUISITOS FUNCIONALES DEL SISTEMA DE CONTROL Y PROTECCIN

El sistema de proteccin debe incluir uno ms sistemas (mecnico, elctrico o aerodinmico)capaces de llevar el rotor a descanso o a un estado de marcha en vaco a partir de cualquiercondicin operante. Por lo menos uno de estos debe actuar en el eje de baja velocidad o en elrotor de un aerogenerador. Se debe contar con medios para llevar el rotor a una parada

completa a partir de un estado de marcha en vaco peligroso en cualquier velocidad del viento


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menor a Ve1. El desacople de cualquier botn de parada de emergencia luego de su uso deberequerir una accin apropiada. El desacople no debe causar reinicio, sino slo permitir el reinicio.

Se deben tomar medidas para reducir el riesgo de fallas durmientes. Los componentes y

sistemas de vida no segura deben fallar en una condicin segura, o debe monitorearse en formaautomtica su condicin. En cualquier caso su falla debe causar la parada de la mquina. Loscomponentes diseados de vida segura deben inspeccionarse en intervalos adecuados.

Se debe tener un botn de parada de emergencia, que tome precedencia sobre el sistema decontrol automtico y cause una parada de mquina, en cada sitio de trabajo importante.

En casos de conflicto, la funcin de proteccin debe predominar sobre la funcin de control.

No debe ser posible el reinicio automtico de una aeroturbina cuando la parada se origin poruna falla interna o desconexin que resulte crtica para la seguridad de la turbina.

9. SISTEMAS MECNICOS

9.1 GENERALIDADES

Los "sistemas mecnicos" de un aerogenerador pueden incluir

- elementos del tren de mando tales como cajas de engranajes, ejes y acoples

- itemes auxiliares tales como frenos, controles de declive del aspa, accionadoresoscilantes.

Los itemes auxiliares pueden accionarse por medios elctricos, hidrulicos o neumticos.

9.2 ERRORES DE AJUSTE

Debe resultar imposible que se cometan errores al ajustar o reajustar algunas partes quepudieran ser fuente de riesgo gracias al diseo de tales partes o, si no se logra esto, medianteinformacin presentada en las partes mismas y/o alojamientos. Se debe presentar la mismainformacin en las partes mviles y/o sus alojamientos cuando se debe conocer la direccin delmovimiento para evitar riesgos. Cualquier informacin adicional que puede ser necesaria debepresentarse en las instrucciones del operador y manuales de mantenimiento.

Cuando una conexin defectuosa puede ser fuente de riesgo, deben resultar imposibles lasconexiones incorrectas gracias al diseo, o si no se logra esto, se deben tomar precaucionespara evitar la conexin defectuosa mediante informacin en los tubos, mangueras y/o bloquesconectores.

9.3 SISTEMAS HIDRULICOS O NEUMTICOS

Cuando los itemes auxiliares se alimentan mediante energa hidrulica o neumtica los sistemasdeben estar diseados, construidos y equipados de manera tal que eviten todo riesgo potencialasociado con estos tipos de energa. En el diseo se deben incluir los medios de aislamiento odescarga de energa acumulada.


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Todos los tubos y/o mangueras que transporten aceite hidrulico o aire comprimido y susaccesorios deben estar diseados para soportar esfuerzos internos y externos previstos o estarprotegidos contra ellos.

Se deben tomar precauciones para minimizar el riesgo de lesin como consecuencia de ruptura.

10. SISTEMA ELCTRICO

10.1 GENERALIDADES

El "sistema elctrico" de una instalacin de un aerogenerador (mltiple) comprende todos losequipos elctricos instalados en cada aerogenerador individual hasta las terminales delaerogenerador inclusive; y en adelante se denomina como el "sistema elctrico delaerogenerador".

En esta norma no se trata el sistema de recoleccin de potencia.

10.2 REQUISITOS GENERALES PARA EL SISTEMA ELCTRICO DE AEROGENERADORES

Todos los componentes y sistemas elctricos deben cumplir con los requisitos de lanorma IEC 60204-1.

El diseo de un sistema elctrico de un aerogenerador debe garantizar riesgos mnimos para lagente y el ganado lo mismo que dao potencial al aerogenerador y al sistema elctrico durante laoperacin y mantenimiento de los aerogeneradores bajo todas las condiciones externas normalesy extremas definidas en el numeral 6.

Los sistemas elctricos de los aerogeneradores, incluyendo todos los equipos y componenteselctricos deben cumplir con las normas IEC pertinentes. Especficamente, el diseo de unsistema elctrico de un aerogenerador debe cumplir con los requisitos de la norma IEC 60634.Para aerogeneradores que contienen circuitos alimentados a tensiones nominales mayoresde 1 000 V a.c. 1 500 V d.c., el fabricante debe establecer la norma de diseo usada. Eldiseo del sistema elctrico debe tener en cuenta la naturaleza fluctuante de la generacinde potencia de aeroturbinas.

Un sistema elctrico de un aerogenerador debe cumplir con normas IEC pertinentes a lacompatibilidad electromagntica, incluyendo las normas IEC 61000-3-2, IEC 61000-3-3, IEC 61000-4-2,IEC 61000-4-3, IEC 61000-4-4, IEC 61000-4-5.

10.3 DISPOSITIVOS PROTECTORESLos sistemas elctricos de aerogeneradores deben, adems de cumplir con los requisitos de lanorma IEC 60364, incluir dispositivos adecuados que garanticen la proteccin contra el malfuncionamiento tanto del aerogenerador como del sistema elctrico externo que pueda conllevara una condicin o estado inseguro.

10.4 DISPOSITIVOS DE DESCONEXIN

Debe ser posible desconectar el sistema elctrico del aerogenerador de todas las fuenteselctricas de energa segn se requiera para mantenimiento o ensayo.

No se deben emplear dispositivos de semiconductor solos como dispositivos de desconexin.


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Cuando son necesarios sistemas de iluminacin u otros sistemas elctricos por razones deseguridad durante el mantenimiento, se deben tener circuitos auxiliares con sus propiosdispositivos de desconexin, de forma tal que tales circuitos puedan permanecer energizadosmientras que se des-energizan otros circuitos.


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10.5 SISTEMA DE TIERRA

El diseo de un aerogenerador debe incluir un sistema local de electrodo de puesta a tierra conel fin de cumplir con los requisitos de la norma IEC 60364 (para la correcta operacin de la

instalacin elctrica) y la norma IEC 61024-1 (para proteccin contra rayos). En ladocumentacin del diseo, se debe establecer la gama de condiciones del suelo para las cualesel sistema de electrodo de puesta a tierra es adecuado, junto con las recomendaciones en casode que se encuentren otras condiciones de suelo.

La eleccin e instalacin del equipo de arreglos para puesta a tierra (electrodos de puesta atierra, conductores para puesta a tierra, terminales y barras principales de puesta a tierra) debehacerse de acuerdo con la norma IEC 60364-5-54.

Cualquier sistema elctrico operante por encima de 1 000 V a.c. 1 500 V d.c. deben poderaterrizarse para mantenimiento.

10.6 PROTECCIN CONTRA LOS RAYOS

La proteccin contra rayos de los aerogeneradores debe disearse de acuerdo con lanorma IEC 61024-1. No es necesario que las medidas de proteccin se extiendan a todaslas partes de aerogeneradores, siempre que no se comprometa la seguridad.

10.7 CABLES ELCTRICOS

Cuando existe probabilidad de roedores u otros animales que daen los cables, se debenemplear cables blindados o conduits. Los cables subterrneos se deben enterrar a unaprofundidad adecuada de modo que no se daen por el paso de vehculos de servicio o equipode granja. Los cables subterrneos deben, si no estn protegidos mediante un conduit o ducto,estar rotulados por cubiertas de cable o cinta de marcacin adecuada.

10.8 AUTO-EXCITACIN

Cualquier sistema elctrico que pueda auto-excitar el aerogenerador debe desconectarse ypermanecer desconectado en forma segura en el evento de prdida de potencia de la red.

Si se conecta una batera de condensadores en paralelo con un aerogenerador conectado a red(es decir, para correccin del factor de potencia), se requiere un interruptor adecuado paradesconectar la batera de condensadores siempre que exista prdida de potencia de red, a fin deevitar la auto-excitacin del generador elctrico del aerogenerador. De manera alternativa, si se

adaptan condensadores, debe resultar suficiente demostrar que los condensadores no puedencausar auto-excitacin.

10.9 PROTECCIN CONTRA LA SOBRE-TENSIN

La proteccin contra la sobre-tensin debe disearse de acuerdo con los requisitos de la normaIEC 61312-1.

Se deben disear los lmites de la proteccin de modo que cualquier sobre-tensin transferida alequipo elctrico no exceda los lmites establecidos por los niveles de aislamiento del equipo.

10.10 COMPONENTES ARMNICAS Y EQUIPO DE ACONDICIONAMIENTO DE POTENCIA


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Los equipos de acondicionamiento de potencia, tales como los inversores, controladoreselectrnicos de potencia, y los compensadores de VAR estticos, deben disearse de modo quelas corrientes de lnea armnica y la distorsin de la forma de onda de la tensin no interfierancon la instalacin de rels protectores de la red elctrica. De manera especfica, para

aerogeneradores conectados a la red, las componentes armnicas de tensin generadas por elaerogenerador deben ser tales que la distorsin de forma de onda de tensin general en el puntode conexin de la red no exceda el lmite superior aceptable para la red elctrica.

11. EVALUACIN DE CONDICIONES EXTERNAS

11.1 GENERALIDADES

Los aerogeneradores estn sujetos a condiciones ambientales y elctricas que pueden afectar sucarga, durabilidad y operacin. Adems de las condiciones ambientales, se deben tener encuenta las propiedades del suelo en el sitio donde se localiza el aerogenerador.

Se deben evaluar las propiedades ambientales, elctricas y del suelo, las cuales deben ser msbenignas que las asumidas para el diseo de un aerogenerador. Si las condiciones del sitio sonms severas que las presuntas, se debe demostrar la integridad tcnica.

Todos los sitios mar adentro deben requerir turbinas clase S de aerogeneradores.

11.2 EVALUACIN DE LAS CONDICIONES DEL VIENTO

Como requisito mnimo, se deben evaluar las condiciones del viento de acuerdo con losparmetros bsicos enunciados a continuacin en trminos de cules clases de aerogeneradoresse definen.

velocidad del viento de referencia: Vref

velocidad del viento promedio anual: Vave

intensidad de la turbulencia en Vhub= 15 m/s /15

Cuando /15 es el valor caracterstico de la intensidad de turbulencia a la altura del cubo a unavelocidad de viento promedio durante 10 min de 15 m/s. El valor caracterstico se calculaadicionando la desviacin estndar medida de la intensidad de la turbulencia al valor promediomedido o calculado.

Las condiciones del viento deben evaluarse a partir de mediciones de monitoreo realizadas en elsitio, registros a largo plazo o a partir de cdigos o normas locales. Cuando resulte apropiado, sedeben correlacionar las condiciones del sitio con datos a largo plazo de estacionesmeteorolgicas locales.

El perodo de monitoreo debe ser suficiente para obtener un mnimo de seis meses de datosconfiables. Cuando las variaciones estacionales contribuyen significativamente a las condicionesdel viento, el perodo de monitoreo debe incluir estos efectos.

Se debe determinar el valor /15 empleando tcnicas estadsticas apropiadas aplicadas a datosmedidos obtenidos a velocidades del viento superiores a 10 m/s4. Cuando efectos topogrficos u

4 Obsrvese, por ejemplo, que cuando existen tendencias de baja frecuencia en datos de velocidad delviento, se debe tener precaucin al evaluar la intensidad de la turbulencia y otros parmetros.


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otros efectos locales pueden influir en la intensidad de la turbulencia, entonces se debenrepresentar estos efectos en los datos.

Las caractersticas del anemmetro, la tasa de muestreo y el tiempo de promediacin empleado

para obtener datos medidos pueden influir en la evaluacin de la intensidad de la turbulencia.Estos efectos deben considerarse al predecir la intensidad de la turbulencia a partir de datosmedidos.

Para terrenos complejos, se deben evaluar las condiciones del viento a partir de medicionesrealizadas en el sitio. Adems, se debe dar consideracin al efecto de la topografa en lavelocidad del viento, perfil del viento, intensidad de la turbulencia e inclinacin del flujo en cadaubicacin de turbina.

Se debe considerar los efectos de perturbacin aerodinmica provenientes de mquinas vecinaspara aerogeneradores operantes en parques elicos

11.3 EVALUACIN DE OTRAS CONDICIONES AMBIENTALES

Se deben evaluar las siguientes condiciones ambientales para compararlas con las suposicioneshechas en cuanto al diseo del aerogenerador:

intervalos de temperatura normal y extrema

formacin de hielo

humedad

radiacin solar sustancias qumicamente activas

movimientos telricos

salinidad

11.4 EVALUACIN DE LAS CONDICIONES DE RED ELCTRICA

Se deben evaluar las condiciones elctricas en la interconexin entre un aerogenerador y la redelctrica existente en un sitio propuesto a fin de garantizar la compatibilidad con el aerogenerador

y, cuando sea apropiado, cualquier equipo elctrico entre el aerogenerador y la red elctricaexistente. Estas deben incluir las siguientes, sin limitarse a ellas:

- tensin e intervalo de suministro normal

- frecuencia e intervalo de suministro normal

- desequilibrio de tensin

- defectos simtricos y asimtricos

- nmero de interrupciones del servicio de la red elctrica

- ciclos de auto -re-cierre


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- impedancia de cortocircuito en las terminales de la aeroturbina

- distorsin de la tensin armnica ambiente

11.5 EVALUACIN DE LAS CONDICIONES DEL SUELO

Se deben evaluar las pr

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