El futuro de la supervisión de los engranajes de los aerogeneradores se basa en la luz
Al proporcionar información en tiempo real sobre el rendimiento de las cajas de engranajes, nuestro sistema aborda problemas clave del sector, como la escasa visibilidad de las cargas reales, los fallos inesperados y las operaciones agrícolas subóptimas.
Eric van Genuchten, coordinador del proyecto GearUp
Las cajas de engranajes de los aerogeneradores son componentes vitales que conectan las palas de movimiento lento de un aerogenerador con el generador de alta velocidad, permitiendo así una producción eficiente de electricidad. Al aumentar la velocidad de rotación de las palas, la caja de engranajes garantiza que el generador funcione a niveles óptimos. Sin embargo, diversos factores, como las cargas fluctuantes de la turbina y el estrés ambiental, pueden causar ineficiencias o fallos inesperados en la caja de engranajes. La supervisión de estas cajas de engranajes es esencial para mejorar la fiabilidad, reducir los tiempos de inactividad y optimizar la producción de energía. Para hacer frente a estos retos, el proyecto GearUp(se abrirá en una nueva ventana) está desarrollando un sistema basado en la fotónica para controlar la carga y el par de la caja de engranajes. Creada a través de una empresa conjunta entre Sensing360(se abrirá en una nueva ventana) y Sentea(se abrirá en una nueva ventana), y financiada con fondos europeos a través de Horizonte Europa(se abrirá en una nueva ventana), RVO(se abrirá en una nueva ventana) y VLAIO,(se abrirá en una nueva ventana) esta innovadora solución apoya todo el ciclo de vida de los aerogeneradores, desde la validación del diseño hasta la explotación del parque eólico. «Al proporcionar información en tiempo real sobre el rendimiento de las cajas de engranajes, nuestro sistema aborda problemas clave del sector, como la escasa visibilidad de las cargas reales, los fallos inesperados y las operaciones subóptimas en las explotaciones», señala el coordinador del proyecto, Eric van Genuchten.
«Iluminar» la salud de la caja de engranajes en tiempo real
El sistema GearUp consta de un chip fotónico integrado con una unidad de control incorporada (interrogador) que procesa los datos (como carga y par) recogidos por el chip. Dicha configuración permite al sistema realizar mediciones extremadamente precisas y rápidas. En concreto, puede medir los cambios en la caja de engranajes a una velocidad de 20 kHz por cada sensor de fibra que utilice. La precisión de estas mediciones es increíblemente alta, hasta 1 picómetro, lo que garantiza que incluso los cambios más pequeños en la carga o el par motor de la caja de engranajes puedan detectarse en tiempo real. El sistema funciona mediante un tipo especial de sensor: una rejilla de fibra de Bragg. Estos diminutos sensores ópticos integrados en la fibra se fijan directamente alrededor de la caja de engranajes para medir la tensión y la temperatura», explica van Genuchten. «Cuando la caja de engranajes experimenta cambios en la carga o la tensión, la luz que viaja a través de la fibra cambia ligeramente. El interrogador fotónico detecta estos cambios en la luz a altas velocidades de muestreo y los traduce en datos útiles, como la cantidad de par o carga que soporta la caja de engranajes, cómo se distribuye la carga e incluso la velocidad y la temperatura de funcionamiento de la caja de engranajes», explica van Genuchten. «El resultado es un sistema de sensores sencillo y todo en uno, fácil de instalar y capaz de convertir operaciones físicas del mundo real en datos digitales procesables. Dado que las señales son ópticas, el sistema es inmune a las interferencias electromagnéticas y a los rayos, lo que supone una gran ventaja para los aerogeneradores que operan en entornos difíciles», añade van Genuchten.
Menores costes de reparación, mayor rendimiento energético
Esta tecnología aporta importantes beneficios al sector de la energía eólica. «Mediante la supervisión de los indicadores de par, carga y reparto de carga planetaria, el sistema puede identificar posibles problemas antes de que se agraven. Por ejemplo, puede reducir el coste de una reparación importante de la caja de engranajes de 500 000 euros, permitiendo una reparación menor por 250 000 euros», afirma van Genuchten. El sistema también proporciona datos precisos y en tiempo real sobre las cargas reales, lo que permite un mejor control en la turbina y un mejor equilibrio de la carga en todo el parque eólico. Pueden prolongar la vida útil de las turbinas entre un 10 y un 20 % y aumentar la producción energética de las explotaciones hasta un 7 %. Como primera aplicación industrial de la fotónica para cajas de engranajes de aerogeneradores, GearUp permite optimizar el diseño, la validación, la puesta en marcha, la gestión del mantenimiento y el funcionamiento de los parques eólicos. El sistema, diseñado para ser rentable, alcanza un precio de venta objetivo de 5 000 euros, lo que lo hace accesible para su adopción generalizada. Tras la finalización del proyecto, los próximos pasos incluyen la obtención de las certificaciones CE y PLC en los próximos meses. Más allá de la energía eólica, el sistema GearUp tiene un importante potencial de mercado en industrias como la del petróleo y el gas, la marina, la automoción y la maquinaria pesada, donde se utilizan cajas de engranajes planetarios y cojinetes similares. El consorcio reunió a Sensing 360 y Sentea, cofinanciadas por Horizonte Europa, la Agencia Empresarial Neerlandesa (RVO) y Flanders Innovation and Entrepreneurship (VLAIO).