¿Cuánta lluvia y cuánta erosión resiste un parque eólico?
Uno de los principales problemas que enfrentan los parques eólicos son las exigencias climáticas y medioambientales crecientes. En este artículo te diremos cómo se utiliza el PMX de HBM como un sistema de control y medición en un banco de pruebas de erosión pluvial en parques eólicos.
Un parque eólico es una instalación para la producción de energías renovables, formado por una agrupación de aerogeneradores que transforman la energía del viento en electricidad.
La erosión pluvial afecta negativamente la eficiencia de los parques eólicos e influye en el incremento de la emisión de ruido.
Uno de los principales problemas que enfrentan estos parques son las exigencias climáticas y medioambientales crecientes. Las palas que se montan en los rotores de los aerogeneradores están sometidas a influencias ambientales intensas como lluvia, granizo, arena, agua salada y suciedad; que golpean la superficie y producen acumulaciones de contaminación y erosión en la pintura y los revestimientos. Las zonas desgastadas, los daños en la pintura y los recubrimientos son especialmente comunes en el borde de ataque, cerca de la punta de la pala, teniendo un efecto negativo en las propiedades aerodinámicas del aerogenerador y reduciendo su rendimiento, aunado a esto las variaciones de temperatura y la radiación UV intensifican estos efectos erosivos.
Borde de ataque de una pala (segmento)
La erosión pluvial produce pérdida de material y conduce a la formación de grietas, degradando gradualmente las propiedades aerodinámicas de la pala. Estas alteraciones no solo afectan la eficiencia de los parques eólicos, sino que incrementan las emisiones de ruido.
En el futuro, este problema se hará aún mayor, porque los rotores deberán girar más rápido para elevar la eficiencia de los parques eólicos “offshore”. Evidentemente, cuanto mayor es la velocidad de giro, también es mayor la energía con la que las gotas de lluvia golpean los recubrimientos, lo cual propicia que los daños aparezcan en menos tiempo.
La solución
Varias empresas del sector han desarrollado un banco de pruebas dotado de unos brazos rotativos, que puede utilizarse para probar prototipos de palas a velocidades de hasta 600 km/h. Para ello, han contado con la colaboración del Instituto Fraunhofer de Energía Eólica y Tecnología para Sistemas de Energía (IWES) en Bremerhaven, Alemania, en el marco del proyecto “Pluvial Erosion on Rotor Blades”, que cuenta con financiación del ministerio federal alemán del Medio Ambiente, Conservación de la Naturaleza y Seguridad Nuclear (BMU).
Esta instalación permite estudiar y analizar la resistencia de los recubrimientos de las palas de aerogeneradores a la erosión causada por la lluvia, en condiciones climáticas totalmente controladas (efecto de la radiación UVA, gotas con tamaños variables, temperatura, entorno salino, etc.). Con ella, se espera optimizar los recubrimientos de las palas, con el fin de prevenir los daños y alargar los intervalos de mantenimiento, cosa que, en última instancia, reducirá los costos.
PMX como sistema de medición centralizada y automatización
Asimismo, con la ayuda de un recinto de pruebas se puede estudiar la formación de hielo en los brazos rotativos y analizar el comportamiento de los recubrimientos ante la erosión causada por la lluvia y la formación de hielo, de forma combinada o consecutiva. También es posible exponer las muestras a radiación UVA, con el fin de simular el envejecimiento de los polímeros ocasionado por la luz solar.
El estudio de los mecanismos causantes de deterioro es la base para optimizar los materiales de recubrimiento, como las láminas y las pinturas, así como para definir la periodicidad del mantenimiento y establecer recomendaciones de funcionamiento de los parques eólicos. El banco de pruebas ha ayudado a los científicos a comprender mejor el proceso de deterioro y a desarrollar conceptos de protección adecuados.
Diagrama del recinto del banco de pruebas con un brazo rotativo para ensayos con palas
Más rápido que un Fórmula 1
El nuevo banco de pruebas de erosión pluvial del Instituto Fraunhofer de Energía Eólica y Tecnología para Sistemas de Energía (IWES) acelera una pala de rotor a velocidades de hasta 550 km/h para estudiar el efecto abrasivo de las gotas de lluvia sobre la superficie.
Para accionar el banco de pruebas de manera eficiente se utiliza la plataforma de medición y control del PMX de Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH que permite medir y controlar varias características, configurarlo de manera rápida, obtener una alta exactitud en la medición y además es resistente a las interferencias.
Adquisición de datos
Todas las señales se miden individualmente y de manera sincronizada, con una resolución de 24 bits y una frecuencia de muestreo de 19,200 mediciones por segundo. Los valores medidos se procesan en tiempo real. El empleo de una interfaz Ethernet integrada garantiza que todos los valores de medición relevantes se guarden en una computadora en el banco de pruebas. Lo que se graba son datos en bruto, que pueden someterse a un análisis posterior con el software DAQ Catman de HBM.
Sistema de medición y control PMX instalado en el armario de control del banco de pruebas
Automatización
La solución CODESYS-Soft PLC integrada en PMX, junto con sus funciones de diagnóstico, mejora sensiblemente la eficiencia.
El PMX funciona conforme a la norma industrial internacional 61131 y se adapta a procesos de control en tiempo real, que son importantes en este proyecto tanto en lo que respecta al control coordinado del brazo del banco de pruebas como al control de la lluvia y las condiciones climáticas. El código se genera desde el entorno de desarrollo de CODESYS. A continuación, un compilador lo verifica en busca de errores, tras lo cual se traduce a código máquina, que se carga en el PMX. La aplicación funciona de forma independiente al PMX.
El PMX dispone de módulos de amplificación y de salida necesarios para adquirir la totalidad de las señales que desea medir.
Adicionalmente se pueden leer señales de sensores a través de la interfaz CANopen integrada en el PMX de HBM; igualmente, se pueden enviar señales a los elementos de control. Las E/S digitales y las salidas analógicas del PMX pueden realizar otras tareas de control.
Ventajas adicionales
El PMX permite manejar el dispositivo por medio de un servidor web integrado, desde cualquiera de los navegadores de Internet usuales. Con ello se elimina la necesidad de instalar un software en la computadora, facilitando el mantenimiento y el funcionamiento remoto, empleando la tecnología de red existente.
Visualización web del banco de pruebas CODESYS
La solución CODESYS Soft PLC integrada permite también la visualización web, adaptada con precisión a la aplicación. De este modo, todas las señales y elementos de control relevantes se encuentran disponibles para manejar el banco de pruebas, incluyendo el control del operario.
Benjamin Buchholz, del IWES, coordinador del proyecto “Rain Erosion on Rotor Blades” dice, “las condiciones de prueba son variables, las velocidades de giro y las condiciones climáticas se pueden ajustar individualmente en función de las condiciones reales en las que trabajan las palas, además, la grabación de datos meteorológicos y de funcionamiento nos proporciona la base necesaria”.
“De este modo podemos garantizar tanto la calidad del banco de pruebas como la validez de los resultados finales. Gracias al sistema de medición y control integrado PMX de Hottinger Baldwin Messtechnik, hemos podido implementar todas las tareas de medición y control de manera eficiente y económica”.
HBM, Soluciones – Notas de aplicación. “Banco de pruebas altamente realista de erosión pluvial en aerogeneradores… con la plataforma de medición y control PMX”; http://www.hbm.com/es/menu/soluciones/notas-de-aplicacion/fraunhofer/ acceso: 15 de junio de 2015].