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Reducción de la vibración del viento en aerogeneradores y puentes

A medida que aumenta la longitud de los puentes suspendidos y de los álabes de aerogeneradores, estos son más vulnerables a las inestabilidades y las vibraciones provocadas por el viento. Un proyecto de la Unión Europea ha estudiado la manera más adecuada de abordar estos aspectos.
Reducción de la vibración del viento en aerogeneradores y puentes
Los álabes de los aerogeneradores son cada más grandes y largos, características que, a pesar de estar fabricados con materiales más flexibles y ligeros, les hacen más susceptibles de sufrir los efectos de la vibración aerodinámica y del bataneo. La vibración aerodinámica es la inestabilidad provocada por los efectos negativos de la amortiguación, la cual se produce cuando la velocidad del viento es lo suficientemente elevada. Por su parte, el bataneo se debe a las turbulencias y otros tipos de perturbaciones, por ejemplo las estelas de los campos de viento entrante.

Estos fenómenos pueden constituir una fuente significativa de daños por fatiga y mermar la funcionalidad de estas estructuras. Por tanto, el proyecto ACTAGREEN (Aeroelasticity control for transportation and green energy) se puso en marcha con el objetivo de buscar técnicas comunes para el análisis y la supresión de las oscilaciones inducidas por el viento en obras de ingeniería civil flexibles y de grandes dimensiones.

La iniciativa, además de combinar conocimientos en mecánica, aerodinámica y control, comenzó con el estudio de los límites y las posibilidades de las aletas compensadoras del borde de salida y ataque para suprimir las inestabilidades aeroelásticas. Los resultados mostraron que el sistema, a pesar de que puede estabilizarse de una manera relativamente sencilla, es sensible a las velocidades inferiores a la de divergencia torsional.

Este importante hallazgo marca un límite cualitativo y establece una comparación del rendimiento de todos los controladores mediante la utilización de alerones de borde de ataque y borde de salida. En el caso de los puentes de gran extensión, también se identificó la posibilidad de incrementar significativamente el rendimiento de la estructura mediante la instalación de aletas controlables en un tercio de la longitud total del vano principal del tablero del puente.

Los ensayos realizados en el túnel de viento confirmaron los resultados numéricos y mostraron la efectividad de las aletas de borde controlado y borde de ataque para estabilizar el puente. Además, se utilizaron sistemas pasivos que no necesitaban sistemas de suministro eléctrico para desarrollar un amortiguador de la masa de la aleta (FMD) capaz de absorber energía de la estructura que soporta vibraciones.

El equipo investigador también mostró que la «teoría de tiras», por la cual las fuerzas aerodinámicas de un tramo concreto dependen únicamente del campo de flujo en dicho tramo, puede aplicarse a puentes suspendidos de gran extensión, independientemente de la escala de la turbulencia. Estos resultados también aplican a las alas o los álabes de rotor.

Los resultados de ACTAGREEN beneficiarán a la industria de la construcción y del diseño de puentes, al sector de los aerogeneradores, así como a los ciudadanos de la Unión Europea, quienes tendrán acceso a movilidad viaria y energía eólica más económicas. El trabajo realizado en el seno de este proyecto dará lugar a aplicaciones indirectas para el control dinámico de fluidos de otras estructuras flexibles que operan dentro de un campo de fluido flexible.

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Palabras clave

Vibración aerodinámica, bataneo, álabe de aerogenerador, ACTAGREEN, aeroelasticidad, amortiguador de la masa de la aleta
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