El software de análisis de cargas y fatiga genera ahorros de tiempo del 90% durante el desarrollo

Tiempos de inactividad imprevistos de hasta 300 horas: un panorama espantoso para los operadores de parques eólicos que solo se puede evitar con una interacción perfecta entre el diseño de los componentes de las turbinas, una programación óptima de los intervalos de mantenimiento y un cálculo correcto de la fatiga de los materiales en distintas condiciones de carga.

Pero, ¿hasta qué punto pueden ser fiables las previsiones sobre la disponibilidad de un aerogenerador, por ejemplo, a veinte años vista? La mejor herramienta a disposición de los diseñadores para mejorar la solidez estructural y elevar la rentabilidad es un software especial para análisis de fatiga y cargas.

La demanda de energía eólica no deja de aumentar. Solo en Alemania, se prevé que en 2030 los parques eólicos marinos proporcionarán un suministro de 25 000 megavatios. Esta energía renovable también está escalando posiciones en otros muchos países. El caso de Estados Unidos resulta especialmente claro: la energía procedente de parqueos eólicos aumentó un 45% en 2007 con respecto al año anterior. China también anunció una expansión masiva de su sector eólico en agosto de 2009: sus previsiones pasan por generar 100 000 megavatios de origen eólico para 2020.

Tiempos de inactividad imprevistos de hasta 300 horas

Resulta evidente que esta nueva política energética también plantea un mayor nivel de exigencia a respecto a los materiales utilizados, en especial a los aerogeneradores. La falta de disponibilidad de un aerogenerador supone un elevado coste que puede convertirse rápidamente en un factor crítico para un sistema instalado en alta mar, ya que las labores de mantenimiento y reparación no programadas son extremadamente complejas en estos casos. El estudio "Reliability of different wind turbine concepts with relevance to offshore application" (Fiabilidad de los distintos conceptos de aerogenerador utilizables en aplicaciones marinas), publicado por la European Wind Energy Conference (EWEC) en 2008, revelaba, por ejemplo, que los problemas en la reductora de una turbina pueden causar tiempos de inactividad medios de unas 300 horas.

Requisitos de materiales cada vez más estrictos

El desarrollo de nuevas máquinas, de mayores dimensiones, con potencias de más de 2 megavatios y más propensas a sufrir problemas imprevistos, ha creado la necesidad general de aumentar la solidez de los diseños. El origen de los problemas reside, sobre todo, en el aumento de peso: un rotor normal pesa entre 10 y 20 toneladas, pero el de algunas de las turbinas más recientes puede llegar hasta las 50 toneladas. El desafío consiste en reducir el peso y, al mismo tiempo, aumentar la solidez estructural y la fiabilidad.

Los modelos de daños acumulados ayudan a optimizar los diseños

Tampoco pueden obviarse las posibles paradas de emergencia, previstas en la norma ISO-IEC 61400, y las influencias del sistema de control. Estas incidencias adicionales pueden incrementar de forma notable las cargas admisibles durante el funcionamiento diario.

Además, esas incidencias se suman a los daños que una instalación va sufriendo gradualmente en el curso de su funcionamiento normal. Los modelos de daños acumulados, que las centrales deben ser capaces soportar durante más de 20 años de funcionamiento –en teoría–, ofrecen una información muy valiosa para optimizar el diseño y los intervalos de mantenimiento.

Análisis de fatiga de lso componentes de la reductora

Naturalmente, no podemos esperar veinte años para extraer conclusiones. La solución es un software especializado de análisis de fatiga y cargas, que ayude a tomar las decisiones adecuadas durante el desarrollo. Precisamente por este motivo Hansen Transmissions, líder mundial en la fabricación de reductoras para aerogeneradores, utiliza el software nCode DesignLife™ de HBM, para realizar análisis de fatiga de los componentes de la transmisión y responder con éxito a las exigencias impuestas a las turbinas a lo largo de toda su vida útil.

Aumento de la rentabilidad

Hansen Transmissions tomó la decisión de utilizar DesignLife y pudo optimizar sus análisis de fatiga y cargas rápidamente. Este software ayuda a los ingenieros a calcular y evaluar un mayor número de variantes de diseño en un período de tiempo más corto; reduce de manera considerable los ciclos de desarrollo y pruebas y, en consecuencia, rebaja los costes de forma drástica. Además, este software es perfectamente compatible con el software ANSYS® que se emplea en el análisis de elementos finitos.

Situaciones de carga complejas

Antes de que Hansen Transmissions decidiera utilizar DesignLife, hizo una minuciosa comparación entre varias soluciones. W. Meeusen, Director de Tecnología de Producto de Hansen Transmissions, afirma: "Elegimos DesignLife porque combina una interfaz intuitiva, la funcionalidad de análisis que necesitamos para los componentes giratorios y capacidad para estudiar condiciones de carga complejas. Los ingenieros de nCode trabajaron con nosotros durante el proceso de evaluación, de modo que la solución DesignLife se adaptara por completo a nuestras necesidades".

Perfecto para la aplicación

Jon Aldred, Director de Producto de nCode DesignLife en HBM: "La energía eólica es un mercado en rápida expansión para los productos nCode porque la durabilidad es un factor clave en el diseño de los aerogeneradores y de sus sistemas asociados. Las paradas originadas por problemas de fatiga resultan extremadamente costosas, tanto por las reparaciones en sí como por la pérdida de producción. El hecho de que Hansen Transmissions haya decidido utilizar DesignLife para optimizar el diseño de sus principales componentes durante el desarrollo de producto es la prueba de que DesignLife es perfectamente idóneo para este tipo de aplicaciones”.

Las soluciones de software de HBM pueden aumentar la eficiencia y reducir los costes. A continuación se describen brevemente nuestros principales productos:

nCode DesignLife – análisis de vida útil durante el desarrollo

nCode DesignLife es un software de análisis de vida útil. nCode DesignLife emplea los resultados del análisis de elementos finitos y de las pruebas de resistencia estructural para estimar la vida útil durante la propia fase de desarrollo de un producto. Por ejemplo, pueden tenerse en cuenta distintas situaciones de carga, tales como vientos con diferentes fuerzas o eventos excepcionales o poco comunes, como las paradas de emergencia. Y todo ello para un período de 20 años en funcionamiento permanente. Gracias a la racionalización del proceso de análisis, los clientes se han beneficiado de ahorros de tiempo de hasta el 90% utilizando DesignLife en sus procesos de desarrollo.

nCode GlyphWorks®: análisis de datos de pruebas

nCode GlyphWorks es el software líder en análisis de datos de pruebas. GlyphWorks procesa grandes cantidades de datos y ofrece una interfaz gráfica de usuario orientada al proceso.

nCode Automation: monitorización

nCode Automation es una solución Web para analizar y compartir datos de medición. Permite monitorizar la evolución de las cargas, transmitirlas y procesarlas automáticamente. Esta funcionalidad ayuda a identificar tendencias y a cuantificar las cargas en condiciones reales. Los equipos de diseño también pueden acceder fácilmente a los datos recopilados y emplearlos en los nuevos desarrollos.

Pruebas funcionales en sistemas eólicos con bridas medidoras

En los casos en que es preciso comprobar la eficiencia en la transferencia de potencia del motor a la reductora y controlar el funcionamiento, se recomienda instalar una brida medidora. Este es el principio que aplica Siemens Ltd. China en sus pruebas de funcionamiento de las reductoras de las turbinas de sus parques eólicos. Las bridas T10FM pueden medir pares de hasta 50 kNm para verificar, con los correspondientes datos de medición, que la transferencia de potencia del motor a la transmisión no presente pérdidas. Las T10FM se instalan directamente entre el motor y la reductora gracias a la magnitud y fiabilidad de las fuerzas laterales. El amplificador monocanal MP60DP para transductor incremental envía las señales a través de Profibus, sin pérdidas, a un PC que dispone del software de procesamiento de datos adecuado.

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