Determinación fiable de fuerzas y pares en aerogeneradores Determinación fiable de fuerzas y pares en aerogeneradores | HBM

Determinación fiable de fuerzas y pares en aerogeneradores

En concreto, los aerogeneradores marinos reciben cargas extremas y millones de ciclos de cargas alternativas a lo largo de su vida útil. Para que un nuevo aerogenerador consiga la homologación de tipo, debe cumplir los requisitos —muy exhaustivos– de la norma internacional CEI 61400, que describe un aerogenerador como un “componente eléctrico, máquina o edificio, o una turbina eólica”. Las fuerzas y pares que actúan sobre los aerogeneradores son especialmente altas. Es necesario protegerlos frente a fuerzas que pueden llegar hasta 5 MN y pares superiores a 5 MNm. Estas fuerzas y pares se producen como resultado de la interacción entre los distintos componentes, pero también en forma de tensiones en la superficie de componentes individuales; por ejemplo, oscilaciones de muy baja frecuencia.

Las conexiones atornilladas, un factor crítico

Los componentes de la nacelle y de la cadena cinemática, los componentes eléctricos, las palas de los rotores, las torres y las cimentaciones son elementos de acero que suelen ensamblarse entre sí por medio de pernos. Estos pernos conectan subelementos fundamentales y garantizan la funcionalidad general de la instalación. Pero están sometidos a grandes cargas. Como resultado de las conexiones atornilladas, se producen fuerzas y pares relativos entre componentes. Simultáneamente, es preciso garantizar un par de apriete correcto, de modo que las uniones soporten de forma óptima los ciclos de cargas alternativas.

En los aerogeneradores se utilizan pernos de distintos tamaños. Aunque se utilizan elementos a partir de tamaños M12, la mayoría son más grandes; por ejemplo, M27, M36 o M48. En algunos casos se emplean incluso pernos M64 o M72; por ejemplo, en las torres tubulares o de celosía. Se suelen especificar pernos con clase de calidad 10.9 según la norma ISO 898-1 y tuercas con clase de calidad 10 según la norma ISO 898-2.

Monitorización de uniones atornilladas durante el funcionamiento

Los anillos de medida de fuerza KMR de HBM miden fuerzas de compresión estáticas y dinámicas, y están especialmente indicados para llevar un control de las fuerzas de apriete de los pernos. Con estos anillos de medida de fuerzas, HBM proporciona una solución para llevar un seguimiento efectivo de las numerosas uniones embridadas, tanto entre segmentos de torre como entre el buje y las palas del rotor. Se trata de componentes duraderos, con protección IP67, que utilizan tecnología de galgas extensométricas y se comportan como anillos de medida “inteligentes”. Las señales de los anillos de medida de fuerzas se pueden complementar con un amplificador de medida adecuado. En el caso de los pernos más grandes, se pueden utilizar transductores de fuerza C6A del mismo modo que los anillos de la serie KMR.

También se emplea tecnología de medición para ajustar los pernos, en concreto para medir el par de apriete y el preesfuerzo de la instalación. Con frecuencia, se utilizan tensionadores de pernos, capaces de trabajar a presiones de hasta 2000 bar, para apretar los pernos de las uniones embridadas. Para este rango de medida, HBM ofrece el transmisor de presión P2V, un equipo muy preciso y robusto que ayuda a aplicar exactamente la presión correcta, lo cual es un parámetro fundamental para el par de apriete.

Por otro lado, es necesario llevar un control de los tensionadores de pernos, para garantizar que los pares de apriete que aplican son correctos. Para ello se puede utiliza un llave dinamométrica de transferencia TTS de HBM, que mide el par real que proporciona una herramienta de apriete, del tipo de un tensionador de pernos o una llave dinamométrica. Sus requisitos se especifican en la norma alemana DKD-R 3-7.

Dicho todo lo anterior, surge otra cuestión: ¿cómo se asegura la trazabilidad de todos estos pares hasta el patrón nacional del Instituto alemán de metrología (PTB)? En ese sentido, HBM colabora estrechamente con el PTB suministrando sus transductores de referencia de par TN, TB1 y TB2. HBM ofrece igualmente amplificadores de medida de alta precisión, como los DMP41, MGCplus ML38BQuantumX MX238B.

Sensores para medir cargas mecánicas en componentes

Los componentes de los aerogeneradores están sometidos a cargas mecánicas extremas, que se miden por medio de galgas extensométricas y transductores de deformación.

Galgas extensométricas

Las galgas extensométricas y los transductores de deformación son una solución excelente para medir oscilaciones de muy baja frecuencia en aerogeneradores. Las oscilaciones más importantes se producen en el rango comprendido entre 0 y 0,5 Hz, y se miden de forma mucho más efectiva con una galga extensométrica que con un sensor piezoeléctrico. HBM suministra tanto galgas extensométricas óptical, como eléctricas, además de sistemas híbridos.

Disponemos también de galgas extensométricas a medida para un amplio espectro de aplicaciones especiales en el sector eólico, como los flancos del dentado de los engranajes de los aerogeneradores, que son muy anchos. Se utilizan galgas extensométricas personalizadas para medir la distribución de la carga a lo largo de la anchura de los flancos del dentado, con el fin de optimizar las multiplicadoras.

Transductores de deformación

Los transductores de deformación encapsulados son todavía más resistentes. HBM suministra incluso sus transductores de deformación SLB700 en una variante con electrónica integrada. En este caso, la galga extensométrica no solo está mecánicamente protegida por la carcasa del transductor de deformación, sino que también se encuentra en un recinto estanco. Los transductores SLB700 resultan muy fáciles de instalar y permiten medir fuerzas y pares muy elevados mediante derivación de fuerzas. Este principio consiste en que el transductor de deformación solo mide el estado de deformación del componente, que a su vez depende del material (acero en este caso). Una aplicación típica de los transductores de deformación SLB700 son los frenos de guiñada de los aerogeneradores, que calculan la fuerza que aplica la zapata de freno a partir de medidas de deformación de la parte trasera del freno.

IEA Wind Task 35

HBM es miembro del foro internacional “IEA Wind”; en concreto, del grupo de trabajo “Ensayos en tierra de aerogeneradores y sus componentes”. Este grupo de trabajo no solo se ocupa de centros de pruebas a gran escala de multiplicadoras y generadores, sino también de evaluar cargas en palas de rotores. Su misión consiste en desarrollar directrices y ofrecer recomendaciones para las instalaciones de ensayo que simulan las cargas que reciben componentes de aerogeneradores en condiciones controladas, con el fin de verificar la funcionalidad, fiabilidad y resistencia de componentes o sistemas.

Pulse aquí para más información. www.cwd.rwth-aachen.de/1/iea-wind/