Gracias al innovador escáner de radar del Instituto Fraunhofer de Física Aplicada del Estado Sólido IAF, los defectos en la composición del material de las palas de las turbinas eólicas ahora pueden detectarse con mucha mayor precisión y visualizarse en una vista transversal, lo que ahorra costos enproducción y operación. Se presentará un demostrador en la Hannover Messe de este año.
La energía eólica se ha convertido en una parte indispensable de un suministro de energía respetuoso con el medio ambiente. Aproximadamente 50 gigavatios, equivalente al 12 por ciento de la energía total en Alemania, son generados por más de 28.000 aerogeneradores, con una tendencia ascendente. Según Global WindEnergy Council, la capacidad mundial de energía eólica se cuadriplicará a 2110 gigavatios para 2030, lo que constituye el 20% del suministro eléctrico mundial. Por lo tanto, es aún más importante para este mercado en crecimiento que las turbinas eólicas sean más eficientes, más confiables y más duraderas.Según los expertos de la industria, los puntos débiles en la producción de palas, por ejemplo, podrían resultar en costos de operación y mantenimiento adicionales no planificados que ascienden a varios cientos de miles de euros durante toda la vida útil de la turbina. Para aumentar la eficiencia y confiabilidad de las turbinas eólicas, Fraunhofer IAFha desarrollado un escáner de material para comprobar la calidad de las palas del rotor. Utilizando tecnología basada en radar, los defectos en el material coLa posición de las palas de la turbina eólica se puede detectar con mayor detalle.
Identificación de defectos en plásticos compuestos
Los rotores, que generalmente están equipados con tres palas, son el componente central de todas las turbinas eólicas. Convierten el viento en energía de rotación y luego en electricidad. Al igual que las alas de un avión, las palas están sujetas a enormes cargas externasy por lo tanto deben estar diseñadas para ser extremadamente robustas. Las palas de los aerogeneradores modernos están construidas principalmente con fibra de vidrio y plásticos reforzados con fibra de carbono GFRP / CFRP, de modo que puedan absorber elásticamente la energía eólica de fuertes ráfagas sin romperse. Para una sola pala, se colocan en capas hasta 100 hojas de cinta de fibra de vidrio una encima de la otra, se les da forma y luego se pegan con resina epoxi. El control de calidad es esencial en esta etapa de la producción: "La dificultad radica en aplanar las hojas de fibra de vidrio antes depegados, sin crear ondulaciones y pliegues, y evitando la formación de grumos de resina o secciones de laminado que no se endurecen al aplicar el epoxi ”, explica el Dr. Axel Hülsmann, coordinato del proyecto de radar y director de grupo de sistemas de sensores en Fraunhofer IAF.Este tipo de defectos, así como las delaminaciones o fracturas, se pueden identificar a gran escala mediante termografía infrarroja."Nuestro escáner de material permite identificar defectos con una precisión aún mayor, ya que la resolución de profundidad también es posible con la tecnología de radar, incluso en lugares donde fallan los métodos de ultrasonido", dice Hülsmann.
Perfiles transversales con precisión milimétrica
En el núcleo del escáner de material hay un radar de alta frecuencia, que opera en la banda W entre 85 y 100 GHz con muy pocos vatios de potencia de transmisión. Luego se utiliza un software especializado para procesar las señales del transmisor y el receptor y visualizar laresultados de medición. "Esto nos permite generar una vista en sección transversal de la hoja, en la que se pueden identificar defectos en el rango milimétrico, y hace que nuestro escáner de material sea significativamente más preciso que los métodos convencionales", señala Hülsmann. El módulo de radar se basasobre tecnología de semiconductores de arseniuro de galio indio. Es extremadamente ligero y compacto gracias a su construcción monolíticamente integrada, en la que diferentes componentes y funciones se integran en un solo chip. Mide 42 x 28 x 79 mm, tiene aproximadamente el tamaño de un paquete decigarrillos y pesa apenas 160 gramos. Tiene un bajo consumo de energía de aproximadamente 5 vatios y está equipado con un microcontrolador integrado que emite signals a través de una interfaz de Internet.
Las mejoras futuras harán que el rango de frecuencia del módulo se extienda a 260 GHz en la llamada banda H. "Esto cuadriplicará el ancho de banda del módulo de radar de 15 GHz a más de 60 GHz. Mientras que la resolución de la sección transversal de la pala del rotorya es muy alto, nuestro objetivo es mejorarlo aún más ", dice Hülsmann.
La reducción del tiempo de inactividad significa menores costos de mantenimiento
Además de su uso en la producción de palas de rotor, en el futuro, el escáner de materiales Fraunhofer IAF también puede desempeñar un papel en el mantenimiento, donde podría usarse para clasificar defectos, como los causados por el impacto de las aves."Actualmente, las pruebas de rutina de las palas del rotor se realizan principalmente a mano: un experto golpea la pala con un martillo y puede saber por el tono si hay algún defecto en esa sección. Una solución automatizada, complementada con nuestra tecnología de radar, podríareducir enormemente el tiempo de inactividad de las turbinas eólicas y, por lo tanto, ahorrar costes ", explica Hülsmann. Esto es especialmente cierto para el mantenimiento manual de las turbinas eólicas marinas, a las que se debe llegar en barco, a veces en mares agitados, un proceso que requiere mucho tiempo.
Las tecnologías de prueba alternativas, como las soluciones de ultrasonido, son extremadamente difíciles de integrar en los procedimientos de mantenimiento. "Se debe utilizar agua o gel como agente de acoplamiento, ya que cada bolsa de aire entre el sensor y la parte medida amortigua la señal de ultrasonido a un nivel considerable.Si bien esto conlleva ciertos efectos secundarios, no obstante es posible cuando se comprueba si hay defectos durante la producción de las palas del rotor. Pero aplicar agua o gel a las palas de las turbinas eólicas que están a 100 metros en el aire es extremadamente complicado. Porque permite el control remoto sin contactodetección, el radar es la solución óptima en este caso ", dice Hülsmann.
El escáner de radar de Fraunhofer IAF también puede contribuir al desarrollo de inspecciones de materiales innovadoras en otras industrias, por ejemplo en la industria aeronáutica. En aviones más nuevos como el Boeing 787 Dreamliner o el Airbus A350, las alas en particular son principalmenteconstruido con materiales compuestos livianos. "En la industria aeronáutica, como en la industria del plástico, una prueba de defectos rápida y precisa durante la producción y el mantenimiento puede ahorrar costos y prevenir daños causados por la fatiga del material", comenta Hülsmann.
Escáner de materiales en la Hannover Messe 2017
El Fraunhofer IAF presentará el escáner de material para probar palas de turbinas eólicas en el stand compartido de Baden-Württemberg en Hannover Messe, pabellón 17, stand B76, del 24 al 28 de abril de 2017. El escáner de radar en exhibición llevará a cabopruebas de diferentes plásticos compuestos y demostrando el potencial de la tecnología de radar innovadora.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Fraunhofer de Física Aplicada del Estado Sólido IAF . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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