Teste da pá do rotor no IWES

Fundado em 2009, o Fraunhofer Institute for Wind Energy and Energy System Technology IWES em Bremerhaven/Alemanha é especializado em projetos de pesquisa relacionados à energia renovável. Desde 2011, o IWES se beneficia do sistema de medição óptica MoveInspect HF da AICON, que permite o monitoramento em tempo real dos resultados, mesmo por um período de teste prolongado e oferece vantagens significativas em comparação com os potenciômetros de tração por cabo normalmente utilizado.

“Better Blades” – Projeto para um método de teste inovador

Particularmente para as pás do rotor em estações de energia eólica, previsões confiáveis sobre a durabilidade são indispensáveis. Quando as pás do rotor apresentam fadiga, como detectar visualmente os defeitos do material? O comportamento das pás em relação à fadiga, ou seja, a iniciação e crescimento de defeitos estruturais, deve ser avaliado antes que o sistema entre em funcionamento. A fim de melhorar o procedimento de teste para a certificação das pás do rotor, o Rotor Blade Centre no IWES sob a responsabilidade do Dr. Arno van Wingerde estabeleceu o projeto "Better Blade". 

Falko Bürkner, gerente de projeto para o teste de pá do rotor, resume os objetivos do projeto "Better Blade" da seguinte forma: “O método de medição utilizado, até agora, não é mais suficiente para a última geração de estações de energia eólica. Para otimizar a precisão necessária, analisamos todo o processo, identificando os potenciômetros de tração por cabo como o ponto fraco essencial. Acima de um determinado comprimento do cabo, o tempo de resposta do arranjo aumenta, de modo que se torna impossível monitorar as mudanças de carga altamente dinâmica na precisão necessária. Será inevitável substituir esta configuração por um sistema de medição óptico 3D, que não compreende qualquer acoplamento entre o próprio dispositivo e a amostra.” 

O sistema óptico MoveInspect HF foi examinado cuidadosamente para esta aplicação e provou que é capaz de fornecer resultados altamente precisos em tempo real, independentemente da corrente de deslocamento da pá.

Requisitos para o sistema de medição 3D

Mas o MoveInspect HF tem que atender a outras exigências. A equipe do Dr. Arno van Wingerde reuniu um catálogo de requisitos não só em relação à precisão, mas também no que diz respeito a testar situações relacionadas: 

1. Testes de carga estática 

A especificação descreve, em princípio, não uma única, mas uma sequência de testes estáticos individuais. Antes da pá será submetida ao procedimento, ela será parafusada a um bloco concreto armado. A carga é induzida sob a forma de um movimento vertical descendente, por meio de cilindros hidráulicos, cabos e polias. A deformação ocorre em um intervalo entre 1 e 20 m, com uma curta parada em várias posições distintas. A tarefa do sistema de medição é controlar a posição atual no espaço e transmitir as coordenadas 3D para a unidade central de processamento de dados por barramento CAN. O ponto crucial é, além da precisão necessária, o grande número de pontos a ser supervisionado simultaneamente durante um longo período. 

2. Testes de carga cíclica 

Ao longo de sua vida útil, as pás do rotor serão submetidas a um milhão de mudanças de carga em amplitudes variadas. Para fins de teste, no entanto, a amplitude constante será aplicada, incitando a pá em sua frequência natural na direção de impacto ou giro. Um teste biaxial é realizado, bem como uma incitação paralela em ambas as direções. Em ambos os casos, as cargas são transmitidas por meio de um cilindro hidráulico único localizado na área central da faixa da pá. 
Os valores precisam ser detectados de forma sincronizada e transferidos para a unidade de processamento de dados central em tempo real. 

3. Requisitos gerais 

• Deformação detectável: até 20 m
• Frequência de dados: > 100 Hertz, medições possíveis em tempo real
• Precisão:  < 2 mm, dependendo do tamanho do objeto
• Período de registro: ilimitado
• Configuração da unidade: sistema móvel

O MoveInspect HF atende a todos os requisitos!

O exame do MoveInspect HF foi um sucesso esmagador para a AICON. Não foi apenas a aptidão para o aplicativo específico que convenceu a equipe do IWES, mas também a eficiência e a densidade de gravação oferecidas. A AICON tem orgulho em receber a ordem correspondente no início de 2011. 

Falko Bürkner destaca as vantagens do sistema: “Estamos surpresos com a economia de custo oferecida pelo MoveInspect HF. Comparado ao nosso antigo sistema de medição, os potenciômetros de tração por cabo, o tempo necessário para a instalação de cada novo amostra é reduzido em 30 minutos. Uma vez que um grande número de funcionários é necessário, o custo com pessoal foi significativamente reduzido por esta razão. Além disso, não é mais necessário converter os deslocamentos obtidos. Nosso novo HF MoveInspect apresenta os resultados diretamente em um sistema de coordenadas retangulares, acelerando consideravelmente a análise.” 

Ainda com relação à densidade de dados, o MoveInspect HF supera todas as expectativas. Falko Bürkner confirma: “Alguns dos dados detectados pelo sistema da AICON não estavam disponíveis até agora. Os potenciômetros clássico de tração por cabo não são capazes de avaliar determinados parâmetros, por exemplo, no que diz respeito à inclinação lateral das pás em um teste realizado principalmente sob carga vertical. Este fato permite uma análise mais detalhada da qualidade das amostras.”

Configuração do MoveInspect HF na aplicação do IWES

O sistema MoveInspect HF funciona com câmeras digitais de alta resolução orientadas para o objeto de teste. Devido à dimensão de uma pá de rotor de até 90 m de comprimento, são necessárias quatro câmeras, montadas num tripé e posicionadas ao redor da pá. Por este método, qualquer deslocamento do espécime inteiro pode ser detectado. 

Os pontos de teste a serem pesquisados são identificados com etiquetas autoadesivas. Para uma pá do rotor, o ponto mais importante é a ponta, uma vez que a maior excursão vai ser encontrada aqui. Por exemplo: a velocidade resultante na posição da ponta será até 32 m/s no caso das pás com uma excursão na ponta de ± 10 m e uma frequência de 0.5 Hz. 

Desde 2011, o MoveInspect HF da AICON tem sido instalado com sucesso no IWES para avaliar informações importantes sobre a análise do ciclo de vida de uma grande variedade de diferentes pás do rotor.