Stall · Double Stall · Causas · Insectos voladores · Caso real: Parque Eólico Magallón 26
Se denomina Stall a la pérdida de sustentación de una pala por cambios en su comportamiento aerodinámico, de la misma forma que cuando un avión vuela a una velocidad demasiado baja, la sustentación de sus alas disminuye y entra en pérdida.
En el caso de las máquinas controladas por Pitch, el fenómeno de pérdida se produce por la rotación de la pala sobre su eje. En las máquinas controladas por pérdida pasiva (Stall controlled) a partir de una determinada velocidad de viento se comienza a producir pérdida aerodinámica progresiva manteniendo el par constante e independiente de la velocidad del viento. Esto es, como se ha mencionado, producido por el diseño específico de la pala.
La curva de potencia de una turbina es la respuesta en potencia generada por ese aerogenerador frente a todas las velocidades de viento.
 |
Si no existiera pérdida aerodinámica, la gráfica seguiría ascendiendo conforme aumenta la velocidad del viento hasta producir daños severos en la estructura.
A la vista del gráfico se deduce que una máquina será tanto más eficiente cuanto mayor sea la pendiente y más a la izquierda se encuentre la zona de ascenso de la gráfica (producirá más potencia a menor viento) y cuanto más estable (horizontal) sea la zona de producción constante.
Double StallEs un fenómeno propio de las turbinas controladas por pérdida aerodinámica, aunque también afecta a las máquinas controladas por Pitch. Se produce, tal y como su nombre indica, cuando ocurre una segunda pérdida aerodinámica en la pala que no es fruto del diseño de ésta y que tiene como consecuencia la disminución de la energía extraída del viento por el rotor.
La siguiente curva de potencia muestra una turbina afectada por double stall junto con la curva de potencia teórica:
 |
El área rayada muestra gráficamente el déficit de potencia como consecuencia de la pérdida de eficiencia sufrida por la turbina al experimentar el fenómeno descrito que, dependiendo del caso puede llegar hasta el 50 % de la producción teórica. Si bien hay un punto de inflexión en la gráfica donde se identifica el efecto, la pérdida real de producción se produce a lo largo de toda la gama de vientos, mostrado en forma de desplazamiento de la curva a la derecha. [Ir arriba]
Existen varias razones por las que se puede producir double stall, tales como un diseño defectuoso de la pala o acumulación de elementos extraños en la misma, como puede ser polvo, suciedad, restos de insectos, aceite o hielo entre otros, que modifican el perfil aerodinámico de la estructura induciendo a comportamientos extraños (nunca beneficiosos) en la transformación de la energía del viento en par de giro.
Desde hace algunos años, la hipótesis de la acumulación de restos de insectos en e
l borde de ataque de las palas viene tomando fuerza, en concreto desde la publicación de la tesis doctoral de Corten en 2001. En ella se hace un minucioso estudio experimental de cómo afecta al rendimiento la pérdida aerodinámica y la relaciona con la suciedad acumulada en las palas por este motivo. Es a partir de dicho estudio cuando comienzan a aparecer publicaciones en revistas de gran prestigio acerca de esta problemática, tales como Science y Nature. [Ir arriba]
Escarabajos voladores observados en las inmediaciones de las turbinas de Magallón-26 en el mes de mayo de 2005:
 |
Cuando estas nubes de insectos voladores alcanzan el área barrida por el rotor, las palas impactan contra ellos acumulándose los restos en el borde de ataque, de la siguiente forma:
|
 |
 |
El aumento de rugosidad así provocado perjudica notablemente a la eficiencia aerodinámica de la pala. [Ir arriba]
Caso real. Parque Eólico Magallón 26
El parque eólico Magallón 26, situado entre las localidades de Magallón y Pozuelo de Aragón en la provincia de Zaragoza, viene sufriendo los efectos del double stall desde su puesta en funcionamiento en enero de 2004, como así lo atestiguan las curvas de potencia extraídas desde esta fecha hasta la actualidad.
Se ha llevado a cabo un seguimiento minucioso de la evolución de las pérdidas de potencia ocasionadas y de las posibles causas, llegándose a la conclusión de que se trata de acumulación de restos de insectos en el borde de ataque de las palas (nota al pie: otro tipo de suciedad como polvo o aceites contribuyen también a dicho efecto). Es pues un fenómeno recurrente en el tiempo, con alto grado de incertidumbre respecto a su aparición y de difícil prevención.Existen varios factores que avalan esta hipótesis como son:
Se detecta pérdida de potencia tras periodos secos y con vientos suaves: días soleados y con poca intensidad de viento son favorables para el vuelo de insectos, mosquitos y escarabajos voladores principalmente, atraídos por el color blanco de las turbinas, como muestra la imagen. Ocurre principalmente en la primavera tardía: coincidiendo con la eclosión de las larvas, se produce un incremento sustancial en el número de insectos voladores.
Tras una limpieza manual de las palas, la producción de la turbina se recupera: de esta forma se comprueba que la suciedad acumulada es la causa del problema. Se demuestra también que la suciedad acumulada corresponde a restos de insectos.
Fenómenos lluviosos recuperan la curva de potencia: el agua de lluvia actúa como limpiador natural de las palas, recuperando la aerodinámica de éstas y por consiguiente, la eficiencia de la turbina.
El Plan de Vigilancia Ambiental llevado a cabo en el parque eólico con una duración de cuatro años ha prestado especial atención a la evolución de la presencia de insectos voladores, constatando que durante los meses de primavera (marzo, abril y mayo) se produce un incremento notable de la densidad de vuelo de éstos. Este patrón coincide con la mayor afección anual a la curva de potencia de las máquinas y se cree que ambas situaciones están directamente relacionadas. [Ir arriba]
Estimación de consecuencias
Desde un punto de vista genérico, las implicaciones de la aparición de double stall debidas a este fenómeno son considerables. Haciendo uso de la experiencia acumulada en el funcionamiento del parque eólico Magallón 26, los cálculos económicos para un parque tipo de 1 MW de potencia serían los siguientes:
| Potencia nominal: | 1.000 kW |
| Horas equivalentes anuales: | 2.500 h |
| Producción teórica: | 2.500.000 kWh |
| Precio: | 0,08 €/kWh |
| Ingresos teóricos: | 200.000 €/año |
| Fenómeno Double Stall | |
| Pérdida media en curva de potencia: | 10 % |
| Pérdida de producción: | 250.000 kWh |
| Pérdida de ingresos: | 20.000 €/año por MW instalado |
Es decir, asumiendo una pérdida media anual en la curva de potencia del 10 %, la producción puede mermarse hasta un cuarto de millón de kilovatios hora anuales (equivalente al consumo anual de 71 hogares), lo que supone una pérdida económica de hasta 20.000 euros al año.
Es necesario asimismo tener en consideración las complicaciones a la hora de realizar las previsiones diarias de producción y las posibles sanciones derivadas. Red Eléctrica de España necesita programar la producción de energía eléctrica con antelación en función de la demanda puntual al igual que la operadora del mercado intradiario (OMEL). Por todo ello, las consecuencias de la aparición de double stall son considerables. Se establece por tanto la prioridad de buscar soluciones a un problema que conlleva innumerables perjuicios no sólo debido a la pérdida de producción sino a la gestión de la producción eólica a nivel nacional, pues la incidencia del fenómeno es de carácter global.
Al respecto, cabe realizar una serie de consideraciones previas:
- En cuanto a la limpieza:
- La producción de las turbinas alcanza su valor óptimo tras una operación de limpieza
- Tan pronto como la suciedad vuelve a acumularse en las palas, la curva de potencia cae de nuevo
- En cuanto a la operación de limpieza manual:
- Se requiere parada de la turbina durante al menos 4 horas
- Es necesario un mínimo de 3 operarios cualificados y equipamiento especializado
- Se realiza instalación de un sistema de elevación por poleas a través del rotor, en contacto físico con elementos móviles de la turbina
- Se requiere ausencia total de viento para la operación
- Presenta un alto coste
- Operación no exenta de riesgos