Investigadores del Grupo de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Cantabria, a partir de un convenio de colaboración con Siemens-Gamesa Renewable Energies, han desarrollado un estudio centrado en determinar cómo los errores inherentes a la fabricación de una pieza fundamental del núcleo de los aerogeneradores, las transmisiones planetarias de engranajes, afectan a su funcionamiento y rendimiento.
La viabilidad económica y la competitividad de las energías verdes, en comparación con otras fuentes no renovables, radica significativamente en sus tiempos de operación. En el caso de la energía eólica es necesario minimizar los tiempos de parada por avería de los aerogeneradores, que se suman a los momentos en los que las condiciones climáticas no son adecuadas para su funcionamiento. En este contexto, está demostrado que las sobrecargas en los componentes aceleran su proceso de desgaste y fallo, afectando la fiabilidad de los aerogeneradores y por lo tanto sus tiempos de operación.
En nuestro estudio hemos analizado la probabilidad de fabricar multiplicadoras, el elemento del núcleo del aerogenerador que convierte la baja velocidad a la que gira el rotor en una velocidad de rotación más alta en el lado del generador, que soporten un determinado nivel de sobrecarga. Más concretamente, proponemos un procedimiento basado en la utilización del conocido método de Monte Carlo que permite, a partir de la simulación numérica de 720.000 posibles transmisiones, establecer la probabilidad de que el fabricante produzca una multiplicadora con un rendimiento determinado.
¿Cómo medir el funcionamiento de la multiplicadora?
Para evaluar este rendimiento se ha seleccionado un determinado parámetro, el mesh load factor (Kᵧ), que mide cómo se reparte la carga entre los dientes del engranaje. Referenciado en la norma IEC61400-4, el parámetro establece el nivel máximo de carga soportado por alguno de los engranajes planetas (los engranajes que giran alrededor del engranaje central) en comparación con el nivel ideal de carga que debiera de soportar.
Al evaluar estadísticamente, mediante el método de Monte Carlo, los Kᵧ de las mencionadas 720.000 multiplicadoras, hemos podido establecer de manera fiable la probabilidad de fabricar una multiplicadora que no cumpla con el estándar o que presente unos valores de sobrecarga que comprometan su vida útil.
Aplicaciones futuras
En el futuro, pretendemos extender este estudio al empleo de otras técnicas, no solo para un análisis probabilístico, sino también para el entrenamiento de herramientas de inteligencia artificial que predigan el comportamiento de cualquier transmisión. Aunque tiene una contraprestación relacionada con el aumento del número de simulaciones necesario para obtener resultados fiables, esta metodología permite incluir otros errores de fabricación y considerar otras configuraciones para analizar el comportamiento de los componentes fundamentales del aerogenerador.
Esta investigación se ha llevado a cabo en el marco del Proyecto PID2023-149926OB-I00 financiado por MICIU/AEI /10.13039/501100011033 y por FEDER, UE.
Referencia:
Sanchez-Espiga J., Diez-Ibarbia A., Fernandez-del-Rincon A., Iglesias M., Viadero F. Mesh Load Factor Uncertainty Analysis in a 5-MW Wind Turbine Planetary Gearbox Affected by Inherent Manufacturing Errors (2025) Wind Energy, 28 (1). DOI 10.1002/we.2967
Autores del artículo divulgativo:
Javier Sánchez Espiga, Alberto Diez Ibarbia,
Alfonso Fernández del Rincón, Miguel Iglesias Santamaría,
Fernando Viadero Rueda, Ana de Juan y Pablo García
Universidad de Cantabria
Fuente: Scientias
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