Aerodyn Engineering impiega il sensore della forza ad alta precisione HBM per testare innovative turbine eoliche offshore

Le fonti rinnovabili sono fondamentali per poter superare le sfide della rivoluzione dell'energia pulita. Aerodyn engineering sviluppa nuovi sistemi che consentono uno sfruttamento migliore della forza dei flussi d’aria per generare potenza. Per testare questi impianti in condizioni gravose è necessario usare apparecchiature di test e misura affidabili. Gli esperti di energia eolica si affidano ai sensori HBM per testare una nuova turbina offshore al largo della costa giapponese. Il trasduttore di forza S9M realizzato dal leader sul mercato globale della tecnologia per test e misura offre a aerodyn engineering dati misurati precisi, anche con misurazioni sotto la superficie dell'acqua.

La domanda globale di energia sta crescendo rapidamente. Ogni anno vengono consumati nel mondo 16.330 miliardi di kilowattora di energia elettrica e il numero è destinato a salire. Le fonti rinnovabili stanno assumendo un’importanza sempre maggiore nella produzione di energia,

infatti, per ridurre le emissioni di CO2 e frenare i cambiamenti climatici, sono necessarie tecnologie in grado di produrre energia in modo più efficiente e più ecologiche di quelle tradizionali, come le centrali a gas o a carbone. Aerodyn engineering sviluppa turbine eoliche innovative che consentono di sfruttare meglio l'energia del vento. Prima di utilizzare questi sistemi, l’azienda, con sede a Büdelsdorf in Germania, esegue test per analizzare il modo in cui le costruzioni reagiscono a condizioni estreme. Questa serie di test complessi richiede un’attrezzatura di test e misura robusta, in grado di fornire dati affidabili anche sott’acqua. Gli esperti di Aerodyn engineering, quindi, utilizzano una tecnologia dei sensori di alta qualità, come il sensore di forza ad alta precisione HBM S9M, per testare una nuova turbina eolica offshore.

Problema

Aerodyn engineering sta testando il modello di una nuova turbina eolica flottante davanti alla costa dell’isola giapponese di Kurahashi, una turbina in grado di auto-allinearsi secondo la direzione del vento, grazie ad un giunto pivotante. Un’importante finalità di questa serie di test è stabilire il carico sui sei cavi di ancoraggio fissati in fondo al mare per mantenere la turbina in posizione. Le misurazioni, che dureranno diversi mesi, necessitano di un’attrezzatura di test e misura affidabile, con le seguenti caratteristiche:

Altamente precisa
Idrorepellente, per misurazioni a lungo termine sott'acqua
Resistente agli elevati sovraccarichi e alla corrosione dell’aggressivo ambiente marino

Soluzione

Per la serie di test, Aerodyn engineering utilizza il sensore di forza ad alta precisione a S S9M e diversi accessori di installazione. Inoltre, la cella di carico in miniatura U9C di HBM viene impiegata per altre misurazioni delle funi che tengono la torre del rotore.

S9M offre una classe di precisione di 0.02, ovvero una precisione unica per il suo design. Fornisce dati affidabili in condizioni estremamente sfavorevoli, grazie alla minima dipendenza dalla temperatura e alla resistenza contro gli effetti delle forze parassite.
La guarnizione ermetica del sensore di forza S9M lo rende ideale per l’uso a lungo termine sott’acqua. Inoltre, il suo corpo di misura robusto in acciaio inox è resistente alla corrosione nelle condizioni aggressive dell'acqua marina e resiste in modo affidabile ai sovraccarichi fino a tre volte la sua capacità.
Gli accessori di installazione, come i golfari, sono abbinati in modo ottimale ai sensori per garantire risultati di misura ottimali.

Risultato

Il sensore di forza S9M fornisce dati misurati esatti grazie alla sua elevata precisione e consente di raccogliere dati affidabili per costruire la turbina a dimensioni reali sulla base dei test condotti sul modello.
L’installazione saldata e a tenuta stagna protegge al meglio gli estensimetri sensibili dall’ingresso di acqua nei lunghi mesi in cui verranno condotte serie di test.
S9M e U9C di HBM sono due robusti sensori in grado di acquisire il carico dinamico sia dei cavi di ancoraggio che delle funi della torre del rotore in modo preciso e dettagliato.
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Giro di prova per la turbina eolica flottante

La temperatura media del mare al largo dell’isola giapponese di Kurahashi è di 10 °C. Qui, nella baia di Hiroshima, Aerodyn engineering sta testando una turbina eolica flottante che si allinea autonomamente in direzione del vento. Tre sottili galleggianti mantengono la struttura, che ha un peso totale di tre tonnellate metriche, a galla sull'acqua. Sulla torre del rotore alta otto metri sono installate le pale del rotore con una lunghezza di oltre 16 metri.

"La turbina ha una potenza di cinque kilowatt con buone condizioni di vento. Ma è solo un modello in scala 1:10. La turbina vera e propria peserà circa 3.000 tonnellate metriche e sarà in grado di generare fino a sei megawatt di energia”, spiega Martin Bode, Senior Chief Engineer di Aerodyn engineering. Per stabilizzare la turbina eolica in posizione sono impiegati sei cavi di acciaio fissati a sei punti di ancoraggio in fondo al mare. Il giunto pivotante, dove si incontrano i cavi di ancoraggio, consente alla turbina di allinearsi automaticamente in funzione della direzione del vento. È importante per i test stabilire le sollecitazioni cui è sottoposto il sistema di ancoraggio della turbina. “Se sono esposte a onde alte o forti temporali, le ancore delle turbine eoliche devono essere in grado di resistere a condizioni estreme a lungo termine. È quindi fondamentale per le nostre misurazioni usare trasduttori di forza estremamente robusti che si possano usare sott’acqua per lunghi mesi” afferma Martin Bode. I sensori devono anche fornire risultati molto precisi e dettagliati affinché si possano derivare dati affidabili per la turbina da costruire sulla base dei testi condotti sul modello.

“Abbiamo bisogno di apparecchiature di test e misura affidabili per i test sulla nostra nuova turbina eolica offshore. I trasduttori di forza S9M forniscono dati affidabili e molto precisi sul carico di trazione del nostro sistema di ancoraggio, anche con il mare in condizioni estreme”, afferma Martin Bode, Senior Chief Engineer da Aerodyn engineering.

Sensore di forza S9M: Precisione estrema anche nell’intervallo di misura più basso del sensore

Gli esperti di HBM, leader sul mercato globale per la tecnologia di test e misura, hanno offerto la loro consulenza ad Aerodyn engineering e presentato diversi sensori.

“Il nostro sensore di forza S9M è la soluzione ottimale per le misurazioni sottomarine di Aerodyn engineering per diversi mesi. I nostri prodotti sono sottoposti a test approfonditi, per garantire che ogni sensore soddisfi i requisiti qualitativi nostri e del cliente”, afferma Christoph Miks, HBM Sales Engineer.

Il sensore di forza S9M soddisfa in modo ottimale i requisiti degli esperti di energia eolica. Il trasduttore di forza a S è disponibile con sette diverse capacità, da 0.5 kN a 50 kN. Misura le forze di trazione e compressione con estrema precisione e può essere usato in svariate misurazioni statiche e dinamiche; ad esempio sui banchi prova, nelle misurazioni della coppia sul braccio della leva e per le mansioni di produzione e monitoraggio. "Grazie alla sua minima dipendenza dalla temperatura e all'effetto limitato delle forze parassite, S9M offre un’altissima precisione nell’intervallo di misura minimo del sensore, anche in ambienti estremamente ostili, indipendentemente dal fatto che la forza sia misurata in applicazioni industriali o sott’acqua”, afferma Christoph Miks, HBM Sales Engineer.

S9M offre un’elevata precisione (classe di precisione HBM: 0.02), un livello unico per un sensore con questo tipo di design, ed è anche estremamente robusto. Il sensore di forza è sigillato ermeticamente e ha un grado di protezione IP68, ovvero, è adatto all’immersione in acqua. L’installazione saldata e a tenuta stagna protegge al meglio gli estensimetri sensibili dall’ingresso di acqua nei lunghi mesi in cui verranno condotte le misurazioni da parte di Aerodyn engineering. I nostri prodotti sono testati per garantire che ogni sensore soddisfi appieno i requisiti di qualità nostri e dei nostri clienti”, dichiara Christoph Miks.

Adatto per onde alte ed estremamente robusto grazie al corpo di misura in acciaio

“Le nostre turbine saranno esposte a velocità del vento molto elevate, fino a 25 metri al secondo, che corrispondono ad un temporale molto forte”, spiega Martin Bode, “i cavi di ancoraggio devono anche resistere a onde alte fino a 17 metri.”

Le onde alte non sono infrequenti al largo delle coste di Kurahashi, il che presuppone una sollecitazione dei cavi di ancoraggio con carichi di trazione temporanei molto forti. S9M è estremamente preciso, anche con elevate capacità. Pertanto, è possibile usare un sensore con una capacità maggiore in applicazioni in cui si prevedono sovraccarichi elevati. L’eccellente prestazione del sensore garantisce risultati di misura altamente precisi.

“Il nostro innovativo sistema di produzione dell’energia eolica sostiene la rivoluzione dell'energia pulita. Per farlo, abbiamo bisogno di partner che si uniscano a noi con soluzioni all’avanguardia. Gli esperti HBM sono al nostro fianco per aiutarci a ottenere risultati ottimali dai nostri test. Ci hanno sempre seguiti rapidamente nei nostri progetti in tutto il mondo, grazie alla loro presenza globale", dice Martin Bode, Senior Chief Engineer di Aerodyn engineering.

Oltre al sensore di forza S9M, Aerodyn engineering impiega accessori aggiuntivi, come i golfari abbinati in modo ottimale alla capacità del sensore. Gli esperti di energia eolica usano anche la cella di carico in miniatura U9C per misurare il carico di trazione delle tre funi che tengono la torre del rotore. L’elevata dinamica e il robusto corpo di misura in acciaio inox consentono di rilevare con precisione le variazioni di carico nelle funi di trazione per un lungo periodo. “Offriamo una vasta gamma di sensori ed elettronica di misura per ogni esigenza,” dichiara Christoph Miks. “Forniamo ai nostri clienti una tecnologia che comprende l’intera catena di misura da un unico fornitore, dai sensori all’elettronica di misura fino agli accessori per l’installazione abbinati”.

Aerodyn engineering si è affidata alla vasta esperienza di HBM nella tecnologia di test e misura basata su sensori per lunghi anni. “Ci serve un partner che si unisca a noi a rompere il ghiaccio e promuovere i nostri concetti innovativi per la produzione di energia eolica”, dice Martin Bode, “Gli esperti HBM ci offrono consulenza e ci forniscono tecnologie di alta qualità e affidabili in grado di rendere i test sul nostro prototipo più efficienti ed affidabili. Approfittiamo della presenza globale di HBM nei nostri test in tutto il mondo, ad esempio quando le missioni spontanee di misura richiedono un'esecuzione rapida”.

Aerodyn Engineering:

Sviluppa e testa impianti eolici e componenti innovativi, come le turbine e le pale del rotore, per l’uso onshore e offshore. Le turbine eoliche sviluppate da aerodyn si trovano in tutti e cinque i continenti. Consentono di rendere la generazione di energia più ecologica e consentono un migliore sfruttamento delle fonti rinnovabili, come l’energia eolica. I diversi concetti di sistema resi disponibili dall’azienda con sede a Büdelsdorf, in Germania, forniscono oltre 6.500 kW di potenza nominale.