Un nuevo artículo publicado en la revista Energies trata de evaluar los métodos más empleados para reparar las palas de los aerogeneradores, investigando su eficacia, su solidez tras la reparación y su tendencia a volver a dañarse después de ésta.
Se calcula que hay unas 700.000 palas de aerogeneradores en funcionamiento en todo el mundo, con una media de 3.800 incidentes anuales de averías en las palas que requieren reparaciones menores, reparaciones mayores o la sustitución completa.
El coste relativamente elevado de la energía eólica se debe en parte al coste y la complejidad del mantenimiento y la reparación de los propios aerogeneradores, por lo que la investigación y la optimización de estas reparaciones podría ser clave para que la energía eólica sea más rentable y esté más disponible.
Figura 1. Esquema de la placa dañada (a), fotos de la placa (b) y del procedimiento de reparación (c). Crédito de la imagen: Mishnaevsky L Jr. y otros, Energies.
Este trabajo es especialmente relevante por varias razones. Hoy en día, hay 743 GW de capacidad de energía eólica en todo el mundo; la Unión Europea pretende aumentar su capacidad eólica de 180 a 451 gigavatios para 2030 y Estados Unidos trabaja actualmente para generar 30 gigavatios de energía eólica marina para 2030.
Los informes han demostrado que los operadores de parques eólicos terrestres gastaron aproximadamente 15.000 millones de dólares en costes de operación y mantenimiento, y que hasta el 57% de estos costes están relacionados con reparaciones no planificadas.
Otro factor importante es la edad de muchos aerogeneradores, ya que muchos de los que se instalaron a principios del siglo XXI empiezan a deteriorarse y requieren reparaciones más frecuentes y costosas. El envejecimiento de estas turbinas, unido al gran número de turbinas nuevas que se pondrán en marcha en los próximos años, hará que aumente considerablemente la carga de operaciones y mantenimiento.
Los autores del artículo se centraron en la reparación estructural de palas de aerogenerador dañadas y rotas, utilizando una serie de placas de material compuesto para simularlas y empleando una serie de pruebas para evaluar sus propiedades tras la reparación.
Figura 2. Foto de la placa reparada, y geometría de las muestras a recortar. Crédito de la imagen: Mishnaevsky L Jr. et al., Energies.
Su objetivo era proporcionar a las empresas de servicios de aerogeneradores y a los equipos de gestión un enfoque práctico para seleccionar y evaluar las tecnologías de reparación en función de sus necesidades específicas, así como evaluar el rendimiento de las tecnologías en condiciones semireales y transmitirlo a los desarrolladores de adhesivos y equipos.
Se utilizaron un total de seis tecnologías diferentes para reparar laminados dañados en condiciones comparables, y las muestras reparadas se investigaron mediante tomografía microscópica de rayos X y se sometieron a pruebas de tracción estática y de fatiga para evaluar su rendimiento y caracterizar sus mecanismos de fallo.
Se evaluó la laminación manual, un enfoque convencional que implica que un ingeniero ponga resina en el laminado y lo enrolle a mano. En la reparación por vacío con laminado a mano se aplicó el vacío tras el laminado a mano, y se utilizó otra versión de este método con laminado seco puesto sobre la reparación y el vacío. Se probaron dos tipos de reparación con rayos ultravioleta, así como el curado térmico a alta temperatura.
Los resultados del estudio fueron profundos e interesantes. Se determinó que se podían conseguir estructuras de reparación más rígidas con una tensión máxima más baja utilizando técnicas de reparación con vacío aplicado, mientras que el curado a alta temperatura daba lugar a una tensión máxima más alta pero a estructuras más blandas. Se comprobó que se podía conseguir una rigidez media y una alta resistencia utilizando tecnologías de curado ultravioleta.
Una desventaja notable del método de laminación manual, tanto con vacío como sin él, fue la formación de muchos huecos en la pieza reparada. También se observaron tensiones residuales en varias muestras después de la flexión, lo que sugiere que las técnicas de reparación condujeron a la creación de tensiones internas y térmicas.
Figura 3. Grietas identificadas en las muestras (a) HTC y (b) UV1. La línea de puntos blanca indica la interfaz entre la lámina y la reparación, y las flechas rojas indican las grietas. Crédito de la imagen: Mishnaevsky L Jr. et al., Energies.
La tecnología de colocación manual al vacío provoca la formación de muchos huecos en la pieza reparada, más que todas las demás tecnologías. El laminado manual sin vacío también crea huecos alargados, probablemente relacionados con fibras mal adheridas. En cuanto a la vida útil a la fatiga, se observó que la tecnología de colocación manual al vacío demostró la vida útil más baja, el curado UV y a alta temperatura demostró resultados medios, mientras que el curado UV manual ofreció el mejor rendimiento.
El estudio ofrece un comienzo prometedor en este campo de investigación relativamente nuevo, que está llamado a ser cada vez más importante a medida que la energía renovable -y sobre todo la eólica- se convierta en un componente más importante de la generación mundial de energía. La optimización de las tecnologías de reparación y la mejora de su eficacia serán fundamentales para minimizar cualquier tiempo de inactividad, previsto o no, de los aerogeneradores y, por tanto, para maximizar sus posibilidades de generación de energía.
Noticia tomada de: AZO Materials / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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