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Tipos de sensores para monitorizar aerogeneradores

Tipos de sensores para monitorizar aerogeneradores

Existen diversos tipos de sensores para monitorizar aerogeneradores, cuya finalidad es detectar, monitorear y comunicar información sobre medidas como: los cambios en la distancia entre dos componentes cerca uno del otro, medición del desplazamiento del disco de embrague, del espacio de lubricación del eje y su apoyo, y de la separación del rotor, control de los niveles de vibración, de los cambios en la temperatura en la caja de cambios, la presión y las tensiones mecánicas.

 

Sensores de corriente Eddy para turbinas eólicas

 

Uno de los tipos de sensores para monitorizar aerogeneradores más comunes son los sensores de corrientes de Foucault, también llamados sensores de corriente Eddy, que detectan cambios en la corriente eléctrica creada cuando un material conductor ingresa a un campo magnético en movimiento. Cuando esto ocurre, la fuerza del campo se puede traducir en cambios en la distancia.

Los sensores para turbinas eólicas del tipo corrientes de Foucault miden el espacio de lubricación del eje para garantizar que siempre esté cubierto por una película delgada de aceite que generalmente se aplica bajo presión. Debido a que estos sensores pueden resistir el aceite y la presión, así como la temperatura, pueden monitorear de manera confiable la brecha de aceite en estas condiciones hostiles. Si la brecha llega a ser demasiado grande y excede sus especificaciones, una alerta avisa para la planificación y ejecución de acciones de mantenimiento preventivo antes de que el eje roce en exceso y ocurra una parada.

Estos sensores también miden cómo gira el eje de la turbina, tanto axial como radialmente, dentro de su alojamiento. Radialmente, esta condición hace que el eje gire descentrado, dando como resultado axial que el eje gire con un ligero ángulo. Aunque siempre hay una pequeña cantidad de agotamiento, se pueden exceder los límites aceptables, y cuando es demasiado alto, generalmente como resultado de fuertes cargas de viento, la turbina debe detenerse para su mantenimiento. Obviamente, la capacidad de controlar el agotamiento a lo largo del tiempo permite que este mantenimiento se realice antes de que ocurra un daño extremo o incluso una falla catastrófica.

 

Tipos de sensores para monitorizar aerogeneradores 1

 

Finalmente, los sensores de corriente Eddy también se utilizan para medir los efectos de giro (momentos o par) aplicados a la góndola —provocados por vibración, cargas de viento u otros factores— que pueden llevar a una degradación de la integridad estructural en el tiempo. Se pueden aplicar para medir la deflexión axial, radial o tangencial de los discos de embrague que aseguran la seguridad del rotor al frenar durante fuertes vientos.

 

Sensores de desplazamiento para turbinas eólicas

 

Los sensores de desplazamiento también pueden utilizarse para controlar la integridad estructural. Los cimientos son plataformas necesarias para mantener las turbinas eólicas en su lugar y normalmente están formados por una gran cantidad de concreto. Sin embargo, debido a que las torres son muy altas, y los rotores y las góndolas que albergan el generador son enormes, toda la estructura está «cargada en la parte superior», por lo que es esencial monitorear la integridad del sistema en su base.

Los sensores de desplazamiento láser se pueden utilizar para realizar esta función porque pueden detectar movimientos muy pequeños de la base en relación con la torre, causados ​​por el golpeteo repetido por el viento, o causados ​​por defectos estructurales resultantes. Los sensores de desplazamiento láser funcionan transmitiendo un rayo de luz a un receptor óptico a cierta distancia. Las desviaciones y el movimiento entre los dos se transforman en unidades de distancia. Como estos dispositivos son extremadamente precisos, pueden detectar cambios muy pequeños, por lo que se pueden obtener datos de tendencia para mostrar si se está desarrollando un problema y qué tan rápido está progresando.

La alta frecuencia de medición permite a los sensores detectar posibles movimientos de forma fiable. Dependiendo del número de sensores instalados, se pueden determinar evaluaciones detalladas sobre el comportamiento de la vibración del mástil.

Otro sensor de desplazamiento para turbinas eólicas de mucha precisión, es el de tipo capacitivo, que mide la distancia de separación entre el estator y el rotor en la turbina, denominado espacio de aire del generador. Su funcionamiento se basa en el principio de que existe capacitancia eléctrica entre las superficies conductoras, una cerca de la otra, y que la capacitancia cambiará en proporción directa a la distancia entre las superficies. Estos sensores miden esos cambios y pueden operar en ambientes de alta temperatura, y en campos altamente electromagnéticos.

 

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Acelerómetros para turbinas eólicas

 

Otro de los tipos de sensores para monitorizar aerogeneradores son los acelerómetros. Éstos miden los cambios de velocidad, se utilizan en las turbinas eólicas para detectar y monitorear la vibración dentro de los rodamientos principales, así como otros componentes giratorios, como los ejes de salida del generador principal. Los datos de vibración recolectados se pueden usar para monitorear cambios a lo largo del tiempo y predecir fallas inminentes.

Es importante seleccionar acelerómetros capaces de medir la vibración con alta resolución y baja densidad de ruido a lo largo del tiempo, que dispongan de una sensibilidad muy estables, y sean inmunes a choques de hasta 10,000 mps2.

 

Sensores de temperatura

 

Los sensores de temperatura también se utilizan en lugares donde los aumentos de temperatura son indicativos del sobrecalentamiento de algún tipo de componente del sistema. Una aplicación de los sensores de temperatura en turbinas eólicas es la medición de la temperatura de la caja de cambios que se realiza durante el funcionamiento. El calentamiento de los componentes de la caja de cambios puede indicar problemas potenciales. Una vez detectados se pueden iniciar acciones de reactivación o mantenimiento planificado. Son sensores capaces de medir temperaturas desde -40 °C a 1600 °C

 

Sensores para las trampillas de aire (Air Flap)

 

Con el fin de controlar la entrada de aire, las trampillas de aire se abren y cierran automáticamente dependiendo de la temperatura. Los sensores de desplazamiento de hilo por contacto controlan la posición de la trampilla abierta. Estos sensores combinan un cable cargado por resorte en un transductor tipo carrete. Debido a que el cable puede ser bastante largo, los sensores de cable de tracción tienen la ventaja de poder medir los cambios en la distancia cuando el sensor está ubicado lejos del objeto que se está moviendo. A medida que el cable se extiende o retrae del carrete, se mide la rotación del carrete y luego se convierte en una medida de cambio a una señal eléctrica. En las turbinas eólicas, miden el flujo de aire al detectar la posición de las aletas de la trampilla de aire.

 

Sensores de viento para turbinas eólicas

 

Finalmente, en los tipos de sensores para monitorizar aerogeneradores, hallamos los sensores de viento, que están instalados en la parte superior de la góndola y pueden ser mecánicos o ultrasónicos. Debido a que los tipos ultrasónicos no necesitan recalibración, se utilizan cada vez más en áreas donde el mantenimiento es de difícil acceso. Los sensores ultrasónicos miden la distancia a un objeto mediante el uso de ondas de sonido, el envío de una onda de sonido de muy baja frecuencia, y la detección de la onda después de que ha sido reflejada por el objeto de destino. Al registrar el tiempo transcurrido entre la generación del sonido y su retorno, es posible calcular la distancia entre el sensor y el objeto.

 

Continúa leyendo si quieres saber más acerca de las mejoras operativas en aerogeneradores con el uso de sensores donde vale la pena invertir.

 

Prevención de Fallos en Aerogeneradores

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