25-02-2021 | Publicado por Joaquín Martí
No hay duda de que la explotación de fuentes de energía renovables está en alza. Esto incluye muchos tipos de fuentes, todas ellas alimentadas en último término por el sol. Algunas, como la energía hidroeléctrica, cuentan con un largo pasado; pero el aprovechamiento a escala industrial de otras fuentes, como la fotovoltaica, es más reciente.
No todos los problemas asociados con una nueva tecnología se detectan en el acto. La operación continua de múltiples instalaciones a lo largo de los años inevitablemente revela nuevas peculiaridades que inicialmente no se tuvieron en cuenta.
Un ejemplo pertinente es el comportamiento de paneles fotovoltaicos de un eje, en posición de resguardo durante vientos fuertes. La orientación de los paneles la gobierna un motor y se transmite a través de un tubo de torsión a una serie de paneles. Parece intuitivo que, para reducir las cargas de viento, la sección ofrecida al viento debería minimizarse. Por ello, la posición de resguardo de los paneles que se adopta en vientos fuertes es normalmente horizontal. Pero una serie de incidencias han venido a indicar que la estrategia no es tan efectiva como podría esperarse.
El primer modo de vibración de este sistema es uno de torsión, con amplitudes de giro nulas en el motor y máximas en el último panel conectado al tubo de torsión. Y resulta que este sistema, con los paneles resguardados en posición horizontal, es susceptible de desarrollar un galope en torsión cuando el viento supera una velocidad crítica.
El mecanismo no es trivial. Una pequeña sobreelevación del borde de barlovento del panel da lugar a un vórtice aguas abajo, lo que genera un momento de giro que tiende a incrementar la perturbación. El vórtice crece hasta que su parte posterior abandona el panel, lo que reduce bruscamente el momento y hace que el panel rebote hasta producir un giro de sentido opuesto. Esto da a lugar a que el proceso anterior se repita con signo cambiado. Y así sucesivamente.
El mecanismo está por tanto sincronizado con el primer modo de vibración de la hilera de paneles que se extiende desde el motor y las inestabilidades de torsión generadas pueden llegar a causar daños considerables.
Aunque los aspectos esenciales pueden analizarse con modelos 2-D adecuadamente calibrados, el fenómeno completo requiere emplear modelos aeroelásticos en 3-D, ya que los giros producidos, y con ellos los efectos de interacción fluido-estructura, crecen con la distancia al motor.
Esto mismo aplica si, en lugar de optar por la simulación numérica, se acude al ensayo de modelos a escala en un túnel de viento.
La inestabilidad puede evitarse adoptando una posición de resguardo no horizontal. Pero ello conlleva tener en cuenta el aumento de las fuerzas estáticas generadas por el viento, así como los efectos de bataneo inducidos en los paneles situados aguas abajo.
Los problemas descritos no son sencillos de resolver. Afortunadamente, SIMULIA cuenta con las herramientas adecuadas para analizarlo (Abaqus y XFlow con su potente Co-simulation Engine) y, en caso necesario, Principia tiene experiencia en utilizarlas para estudiar este problema concreto.
