Las turbinas eólicas tienen una vida útil de diseño de 20 años. Las palas del rotor deben inspeccionarse regularmente al menos una vez cada cuatro años para verificar su integridad estructural. Este tipo de trabajo es realizado por escaladores industriales. Pero el problema con la inspección de las instalaciones en alta mar es queel acceso solo es posible cuando el viento y las condiciones climáticas lo permiten. Esto hace que sea muy difícil planificar visitas de inspección. En el proyecto de investigación Thermoflight, los científicos de Fraunhofer están trabajando junto con socios industriales y de investigación para investigar métodos de inspección alternativos. El uso de drones en alta mar equipados conLas cámaras termográficas en combinación con los sistemas de monitoreo acústico podrían mejorar la eficiencia del mantenimiento y ayudar a reducir el tiempo de inactividad.
El monitoreo continuo del estado estructural SHM de las palas del rotor contribuye significativamente a la rentabilidad general de las turbinas de energía eólica. Cuando el rotor gira, las puntas de las palas pueden alcanzar una velocidad de 300 a 350 km / h, tan rápido comoun auto de carreras de Fórmula 1. Las palas del rotor ofrecen su mejor rendimiento aerodinámico cuando la capa límite de viento fluye suavemente sobre el perfil sin causar efectos de estela. Incluso el más mínimo daño en la superficie puede generar turbulencias, lo que resulta en una menor eficiencia.significa una producción disminuida, una operación menos rentable y una vida útil más corta.
Las condiciones extremas en el mar hacen que los materiales se degraden mucho más rápido que en tierra. Los factores de estrés específicos incluyen una mayor exposición a la radiación UV, a altas velocidades del viento y al aire cargado de sal. Los escaladores industriales que realizan las inspecciones regulares verifican si hay signos dela delaminación y otras formas de daño golpeando la estructura y examinando su apariencia visual La escasa accesibilidad de los parques eólicos marinos y la imprevisibilidad de las condiciones climáticas marítimas dificultan la planificación del despliegue de equipos de mantenimiento, con el correspondiente impacto en los costos operativos.Un ejemplo típico es el caso en el que se llama repetidamente a los trabajadores de inspección, pero luego se los envía a casa nuevamente porque la ventana climática es demasiado corta para permitir el trabajo a gran altitud.como inspecciones regulares por escaladores industriales ". Lo que necesitamos son métodos flexibles que permitan la turbina eólicalas cuchillas otor se inspeccionarán in situ en un tiempo mínimo y sin una preparación prolongada, y aún así ofrecerán resultados tan confiables y concluyentes como los obtenidos cuando los escaladores industriales realicen inspecciones ", dice el Dr.-Ing.Holger Huhn, director de investigación y desarrollo en WindMW Service, la compañía que coordina el proyecto.
Resultados convincentes demostrados en pruebas de fatiga
Estos problemas se están abordando en un estudio conceptual realizado por investigadores del Instituto Fraunhofer de Energía Eólica y Tecnología de Sistemas de Energía IWES en Bremerhaven junto con WindMW Service GmbH, el Instituto Bremen de Metrología, Automatización y Ciencia de Calidad BIMAQ y Deutsche WindGuardEngineering GmbH. En dos enfoques paralelos, su objetivo es reducir el tiempo de inactividad de las turbinas eólicas y realizar el mantenimiento con menos personal. Un enfoque implica el uso de drones en combinación con tecnología de termografía móvil; el otro emplea un sistema de monitoreo de emisiones acústicas.El sistema integrado en la pala del rotor sirve como un sistema de alerta temprana al detectar daños internos, por ejemplo en la raíz de la pala del rotor. La cámara termográfica, por otro lado, detecta daños en la superficie, como los causados por la erosión por la lluvia. FraunhoferIWES está optimizando el sistema no destructivo de monitoreo de emisiones acústicas para la inspección de las palas del rotor.Los sensores piezoeléctricos y de emisión c están unidos a la superficie interna de las palas del rotor en áreas estructuralmente relevantes, especialmente en los puntos débiles conocidos.El dispositivo informático de medición que recopila y analiza los datos del sensor está integrado en el cubo del rotor.
"Los sensores funcionan de la misma manera que los micrófonos. Si las fuerzas de tensión en un área específica de la pala del rotor cambian repentinamente, la estructura libera energía en forma de calor y ondas superficiales que pueden ser medidas por los sensores.las ondas de sonido capturadas por cada sensor tienen diferentes demoras de señal. Al analizar sus tiempos de llegada, es posible determinar la fuente del daño ", explica Stefan Krause, gerente de proyecto en Fraunhofer IWES. El sistema de medición de emisiones acústicas ya ha arrojado resultados convincentes durantepruebas de laboratorio en las instalaciones del banco de pruebas de palas de rotor del instituto Durante las pruebas de fatiga y pala de rotor estático, los investigadores pudieron identificar numerosos tipos de daños, incluyendo fracturas adhesivas y entre fibras, daños en las juntas de la brida de la banda, grietas en el borde posterior depalas del rotor y unión defectuosa en el área de la raíz de la pala. El siguiente paso es probar el sistema en condiciones reales. Estas pruebas se llevarán a cabo en la primavera de 2018 en el Meerwind Süd y Meerwind Ost parques eólicos marinos en la costa de Helgoland en el norte de Alemania.
Monitoreo del estado estructural de grandes conjuntos de palas de rotor
El sistema de medición de emisiones acústicas es un medio eficiente y confiable para monitorear continuamente estructuras muy grandes. Tan pronto como los sensores detectan y localizan un defecto potencial, se pueden iniciar las medidas apropiadas. Dependiendo del tipo de daño y su ubicación, un, la inspección externa de la pala del rotor podría, por ejemplo, llevarse a cabo utilizando una cámara termográfica.
Los defectos estructurales causan fricción que a su vez genera calor. El flujo de calor en el material se puede detectar mediante imágenes térmicas. En este proyecto, se emplea una técnica de termografía pasiva en la que las mediciones del flujo de calor se basan en el calor intrínseco del material.objeto bajo prueba o en diferencias de temperatura debido al ciclo diurno natural. Deutsche WindGuard Engineering GmbH y BIMAQ han estado aplicando con éxito la topografía térmica para visualizar el flujo de calor en la explotación de parques eólicos en tierra durante varios años. El nuevo desafío es adaptar esta técnica probada aLos requisitos de las instalaciones en alta mar.
Al conectar cámaras de imágenes térmicas a drones, es posible detectar defectos debajo de la superficie en materiales compuestos, incluyendo delaminación, inclusiones, unión defectuosa en las juntas de la brida de la banda portadora de carga y cavidades de contracción. Bajo carga operativa, tales defectos en el interior del rotorLa cuchilla, si no se detecta y se trata a tiempo, puede provocar daños estructurales más serios y eventualmente conducir a un colapso total. "Nuestro objetivo es combinar diferentes métodos de prueba para que dicho daño se detecte antes, evitando así la necesidad de paradas de emergencia. También permite a los operadores realizar inspecciones específicas de las palas del rotor ", dice Nicholas Balaresque, CEO de Deutsche WindGuard Engineering GmbH.
Deutsche WindGuard Engineering GmbH ya ha completado con éxito las pruebas iniciales de laboratorio del sistema de termografía. El siguiente paso es elegir el sistema de cámara y el tipo de dron más adecuados. Como parte de las pruebas para validar el concepto de uso de imágenes térmicas para la estructuraEl monitoreo de la salud de las palas del rotor, los algoritmos de evaluación se están desarrollando sobre la base de mediciones adicionales que se llevan a cabo en las instalaciones de investigación de energía eólica de la Universidad de Bremen. Para complementar este trabajo, el operador de parques eólicos marinos WindMW Service GmbH está diseñando escenarios de aplicación para inspecciones de palas de rotorcon el objetivo de reducir y optimizar de manera sostenible el número de inspecciones periódicas.
Reducción de los costos de producción de energía eólica en el mar
Además de reducir los costos de inspección, el nuevo método combinado promete aumentar los rendimientos de energía al reducir los tiempos de inactividad. Un escalador industrial necesita un día entero para inspeccionar un rotor. "Usando drones, el mismo trabajo podría hacerse en una hora", Krauseestimaciones ". Y una inspección específica basada en los resultados de las mediciones de emisiones acústicas requeriría incluso menos tiempo. Estas nuevas tecnologías, particularmente en conjunto con vehículos aéreos no tripulados UAV, es decir, drones, complementan las actividades de inspección tradicionales al ofrecer un medio eficiente y segurode inspeccionar las palas del rotor con un uso optimizado de los recursos y una interrupción mínima de la producción de energía "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Fraunhofer-Gesellschaft . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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