eólica

Mantenimiento predictivo en ejes

LEO, o cómo convivir con grietas

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El Centro de Investigación y  Desarrollo Tecnológico Tecnalia ha desarrollado un sistema de mantenimiento predictivo para ejes de baja velocidad de los aerogeneradores, embarcado dentro de la propia turbina y autónomo, que permite aprovechar los ejes prácticamente durante toda su vida, evitando que haya que sustituirlos, con el coste extraordinario que esto supondría. El sistema se llama LEO y ya ha demostrado su eficacia en un centenar de aerogeneradores.
LEO, o cómo convivir con grietas

La vida de los ejes de baja (velocidad) de los aerogeneradores, como la de otros muchos componentes sujetos a cargas cíclicas, está limitada por la actuación de mecanismos de fatiga. Si su diseño es correcto su duración debería ser lo suficientemente larga como para que durante la vida del aerogenerador no hubiera que repararlo/sustituirlo. Sin embargo, en ocasiones pueden ocurrir situaciones, no consideradas en la fase de diseño (procesos de corrosión, daños de montaje, errores geométricos, etc…), que pueden hacer que la vida a fatiga se reduzca de forma drástica.

Cuando estas situaciones se dan en un número elevado de aerogeneradores, la sustitución de los ejes no es una alternativa viable por cuestiones económicas. En su lugar, es necesario implementar medidas de mantenimiento predictivo enfocadas a convivir con las grietas, sustituyendo únicamente aquellos ejes gravemente dañados.

Tecnalia, a raíz de la rotura de dos ejes de baja como consecuencia de la actuación de un mecanismo de fretting-fatiga, se hizo cargo en 2009 del control de la integridad estructural de los ejes de 100 aerogeneradores, en base a un procedimiento de mantenimiento predictivo centrado en inspecciones manuales. Estas inspecciones, sin embargo, empezaron a ser muy costosas debido al flujo de trabajo (inspección en la nacelle de 100 torres mediante ultrasonidos, tratamiento de datos y establecimiento de la siguiente inspección…), lo que condujo a que el cliente solicitara a la corporación vasca desarrollar un sistema embarcado y autónomo.

El sistema
Este encargo, junto con la crisis económica, que tuvo, entre otras consecuencias, recortes en el presupuesto asociado al mantenimiento de los aerogeneradores, está en el origen del proyecto LEO (Life Extension in eOlics). Un sistema embarcado dentro de la propia turbina eólica que trabaja de forma autónoma y autogestionada en las tres tareas del mantenimiento predictivo: inspección por ultrasonidos; 2) valoración de resultados; y acción sobre el aerogenerador en caso de riesgo para la integridad estructural.

Tecnalia, como centro multisectorial y multidisciplinar, posee equipos de trabajo con las capacidades tecnológicas complementarias necesarias para el desarrollo de un proyecto complejo, caso de LEO. Este desarrollo se llevó a cabo en base al conocimiento y experiencia de la corporación en seis ámbitos tecnológicos: Análisis de fallo (RCA); Integridad estructural; Física de los ultrasonidos; Desarrollo de electrónica; Desarrollo de software; e Ingeniería de instalación.

Tras tres años de trabajo, en los cuales se hace pasar un producto TRL1 a TRL9, Tecnalia procedió a la instalación de 100 dispositivos LEO a finales de 2017 . Desde la corporación explican que el TRL (Technology Readiness Levels, por sus siglas en inglés) mide el nivel de madurez de una tecnología, desde la idea inicial hasta que el sistema o producto está ya listo para poner en el mercado. Y aseguran que conseguir pasar de TRL1 a TRL9 en tres años ha sido todo un logro.

El nuevo sistema prodictivo se ha instalado en esos cien aerogeneradores. Esto no significa que todos estén dañados, pero sí potencialmente sujetos a un proceso de fallo. Es decir,  como se conoce el mecanismo de daño que opera en el eje de esta máquina, también se sabe que es muy probable que vaya apareciendo en todos los ejes de la flota. 

El proyecto concluyó en marzo de  2018 y ha demostrado en campo la funcionalidad principal de los equipos al haber detectado un agrietamiento en uno de los ejes.

Ahora, cuando ha transcurrido prácticamente un año después de esta primera detección, el aerogenerador sigue operando gracias a LEO, y la grieta evoluciona según lo previsto a la espera de la sustitución del eje con la total seguridad de que en ningún caso se va a producir su rotura.

Como un traje a medida

Desde Tecnalia explican que LEO es totalmente configurable y permite programar alertas de acuerdo con las necesidades del cliente y las características de los sistemas que monitorización. En la versión actual en que está operando se ha implementado una dinámica de avisos con tres niveles de alarma, permitiendo en las dos primeras fases el rearme de la máquina e impidiéndolo en la fase final para eliminar riesgos de rotura:

Las mejoras que introduce LEO como sistema de mantenimiento predictivo embarcado son múltiples. Tecnalia señala las siguientes:

• Aprovechamiento mínimo del 96% de la vida útil del eje.
• Conforme la grieta avanza el sistema informa para poder gestionar el stock y la programación de la parada.
• Inspecciones automáticas sin necesidad de detener el aerogenerador.
• Prácticamente sin costes variables. Sólo un pequeño coste anual de mantenimiento a realizar por el propio explotador.
• Dotado de sistemas de autodiagnóstico y de aseguramiento de la medida. Ignora grietas no relevantes con lo que se eliminan los falsos positivos.
• Permite la monitorización remota.
• Sistema programable y adaptable a distintas patologías y modelos.
• Retorno de la inversión rápido por eliminación de inspecciones manuales y paradas.

En definitiva, LEO permite maximizar la vida de ejes dañados en base a predicciones de evolución del daño de manera segura. La corporación no descarta su uso en otras aplicaciones, como el ferrocarril o naval, donde los ejes también son componentes críticos.

Este reportaje ha sido publicado en el número de marzo de 2019 de Energías Renovables (ER179)

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