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Fortes influências ambientais em pás de rotores

Chuva, granizo, areia, água, poeira - pás de geradores eólicos devem suportar tais influências. Em uma bancada de teste do Fraunhofer IWES, o efeito abrasivo de gotas de chuva em sua superfície é testado - com tecnologia de medição da HBM.

Banco de ensaio de erosão pluvial altamente realista para usinas de energia eólica - com a plataforma de medição e controle PMX

Mais rápido do que um carro de fórmula 1: O novo banco de teste para erosão pluvial do Instituto Fraunhofer para Energia Eólica e Tecnologia em Sistemas de Energia (IWES) acelera um modelo de pá de rotor a mais de 550 km/h para testar o efeito abrasivo da chuva em sua superfície. Pás do rotor estão expostas a fortes influências ambientais: chuva, granizo, areia, água do mar e sujeira, que atinge sua superfície, resultando no acúmulo de sujeira e manchas na pintura e no revestimento, especialmente nos bordos de ataque das pás. Mudanças na temperatura e radiação UV ajudam a intensificar ainda mais estes efeitos.

Requisitos ambientais e climáticos mais exigentes

O resultado é o desgaste do material e a formação de rachaduras, devido à erosão pluvial, o que leva à deteriorização cada vez maior das propriedades aerodinâmicas da pá. Estas mudanças não tem só um impacto negativo na eficiência das plantas eólicas (WPP - Wind Power Plans), causando também emissão de ruídos mais elevados. O problema será agravado no futuro, quando os rotores tiverem que girar mais rápido para aumentar a eficiência das usinas eólicas offshore. Conforme a velocidade aumenta, a chuva atingirá os revestimentos com mais energia, o que levará a danos mais cedo. Manchas rugosas e danos para a tinta e revestimentos são especialmente comuns no bordo de ataque da pá, na ponta da lâmina. Eles têm um impacto negativo das propriedades aerodinâmicas da Usina Eólica e prejudicam seu desempenho.
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Banco de ensaio climatizado para teste de erosão pluvial

Junto com o Instituto Fraunhofer para Energia Eólica e Tecnologia em Sistemas de Energia (WES) em Bremerhaven, Alemanha, e como parte do projeto "Erosão Pluvial em Pás de Rotor", patrocinado pelo Ministério Federal Alemão para o Meio Ambiente, Conservação da Natureza e Segurança Nuclear (BMU), empresas do setor industrial desenvolveram um banco de teste com braços rotativos que pode ser usado para testar modelos de pás a uma velocidade de até 600 km/h. Isso torna possível controlar e avaliar a resistência do revestimento da pá do rotor contra erosão causada pela chuva com total controle climático(efeito dos raios UVA, tamanho variável das gotas da chuva, temperatura, salinidade do meio ambiente). Otimizando os sistemas de revestimento para pás de rotor deve evitar danos e estender os intervalos de manutenção, reduzindo assim os custos. Ao mesmo tempo, a formação de gelo no braço rotativo pode ser verificada na câmara e cmbinado com a verificação dos revestimentos contra erosão da chuva e formação de gelo, ou separadamente, um após o outro. Amostras também podem ser expostas à radiação UVA para simular o envelhecimento dos polímeros sob a luz solar.

Sistema de instrumentação e controle integrado

Para operar o banco de teste de forma eficiente, um sistema de medição e controle foi necessário e este deveria não somente permitir configuração ágil mas também ter a exatidão de medição necessária e resistência a interferências. Dados estes critérios, a plataforma de medição e controle PMX da HBM foi utilizado. O PMX possui vários módulos de medição e saída de sinais que foram utilizados para atender o número e sinais necessários para o disposítivo básico. Imagem: PMX como um sistema centralizado de medição e automação

Aquisição de dados de medição:

Todos os sinais foram captados individualmente e de forma sincronizada a 24 bits e uma taxa de 19.200 por segundo. Isso torna possível para processar valores de medição em tempo real. A utilização da interface Ethernet integrada assegura que todos os valores de medição relevantes são salvos em um PC do banco de testes. Os dados brutos são salvos e as análises seguintes são feitas pelo software DAQ catman da HBM.

Automação:

O software CODESYS-Soft PLC integrado ao PMX melhora significativamente sua eficiência. O PMX trabalha de acordo com o padrão industrial mundial 61131 e permite processos de controle em tempo real, que são importantes neste projeto para controle sincronizado do braço no banco de testes e controle da chuva e das condições climáticas. O código é criado uma vez no ambiente de desenvolvimento do CODESYS. Em seguida, um compilador verifica os erros e o código é carregado no PMX como código de máquina. O aplicativo é executado de forma independente no PMX. Sinais de sensores adicionais podem ser lidos via interface integrada CANopen no PMX e o controle dos sinais também pode ser enviado para o sistema. Outras tarefas de controle são executadas pelas saídas digitais I/Os e analógicas do PMX.

Visualização e operação:

Outro critério decisivo para a escolha do PMX foi a possibilidade de operar o equipamento via servidor web integrado em todos os browsers para internet mais comuns. Isso eliminou a necessidade de instalação de software e oferece a oportunidade para manutenção e operação remota via tecnologia de rede existente. O software integrado CODESYS Soft PLC também possui visualização via web, que agora foi adaptada para o aplicativo. Isso faz com que todos os sinais relevantes e elementos de controle disponíveis para operar o banco de ensaio, incluindo controle para o operador. Benjamin Buchholz da IWES está coordenando o projeto, como parte do projeto "Erosão da Chuva nas Pás de Rotor":
"As condições de teste estão disponíveis: velocidades de rotação e condições climáticas podem ser ajustadas individualmente, de acordo com as condições reais das pás dos rotores", explica Buchholz. "Condições climáticas salvas e dados de operação nos proporciona os dados necessários. Desta forma, garantimos tanto a qualidade do banco de ensaio quanto a validade dos resultados finais. Com o sistema integrado de medição e controle PMX da HBM, nós pudemos implementar todas as tarefas de medição e controle necessárias de forma eficiente e econômica."
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Resumo e perspectiva

Acessar os mecanismos danificados fornece uma base para otimizar materiais de revestimento, como lâminas e tintas e, para adicionar novas medições, por exemplo, mudar a orientação operacional da WPP ou ajustar os intervalos de manutenção. O banco de teste ermitiu aos cientistas aprofundar a compreensão do processo de danos e desenvolver conceitos valiosos de proteção sobre esta base. Com um valor total de € 1,4 milhões, o projeto "Erosão Pluvial em Pás de Rotores" é patrocinado pelo Ministério Federal Alemão para o Ambiente, Conservação da Natureza e Segurança Nuclear (BMU) (número de índice 41V6477). Ele acontece até Setembro de 2016.

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