Diseño y caracterización metrológica de un nuevo patrón de transferencia para la magnitud par de torsión en el rango de los MN·m

Laburpena

Los aerogeneradores son un elemento clave en la generación de energía eólica; en la actualidad, gracias al gran desarrollo y avances de este sector, son capaces de generar pares de torsión en el rango de los MN·m. Para evaluar su comportamiento, los aerogeneradores son estudiados en detalle en bancos de ensayo específicos, donde el par de torsión generado es uno de los parámetros más importantes a evaluar, al estar directamente relacionado con la potencia eléctrica obtenida y la eficiencia del proceso. Sin embargo, a pesar de la importancia de una medida fiable del par de torsión, los métodos de medición empleados en estos bancos de ensayo no pueden asegurar la trazabilidad de las medidas obtenidas. Además, estos métodos cuentan con incertidumbres asociadas altas, de entre el 2 y el 5%. En esta tesis se propone un nuevo patrón de transferencia para la medición directa y trazable del par de torsión en los bancos de ensayo de aerogeneradores. Ante la inexistencia de patrones primarios de par en este rango de medición, el patrón desarrollado se basa en los sistemas de fuerza palanca. Estos sistemas obtienen medidas de par a partir de la fuerza observada por un transductor, el cual se conecta a un elemento llamado brazo o palanca, de longitud conocida. Ambas magnitudes, fuerza y longitud, permitían asegurar su trazabilidad en sus respectivos rangos de medición (MN y metros respectivamente), asegurando así la trazabilidad del par de torsión obtenido. El patrón de transferencia propuesto adapta los sistemas de fuerza palanca a las condiciones de los bancos de ensayo. Para ello, se somete el diseño propuesto a un proceso de optimización, mejorando sus componentes y haciéndolo idóneo para su uso en estos bancos de ensayo. En este proceso se realizan múltiples simulaciones mediante herramientas de análisis por elementos finitos, evaluando el patrón desde un punto de vista mecánico, así como metrológico. Mediante dichas simulaciones se estudia su comportamiento ante las distintas influencias que aparecen durante la operación en los bancos de ensayo de aerogeneradores. De este modo se obtienen las variaciones sufridas por la fuerza medida por los transductores y la longitud del brazo, estimando así el comportamiento metrológico del patrón de transferencia. A partir de los resultados obtenidos se elabora un modelo de cálculo para la estimación de la incertidumbre asociada del patrón de transferencia. Esta estimación muestra una incertidumbre relativa asociada del patrón de transferencia de tan solo 0,15%, un valor muy inferior al de los métodos empleados en la actualidad. El patrón propuesto es capaz de efectuar medidas directas y trazables del par de torsión en el rango de los MN·m, adaptándose a las condiciones de los bancos de ensayo de aerogeneradores. Su incertidumbre asociada es mucho menor que la de los métodos empleados actualmente en los bancos de ensayo. Por todo ello, el patrón de transferencia propuesto demuestra ser una buena alternativa para la medición del par en bancos de ensayo.