Cómo reducir en un 50% los trabajos de mantenimiento de los anillos de aluminio de los aerogeneradores (Aluring)
La propagación de grietas en los anillos de aluminio (Aluring) es uno de los problemas más comunes relacionados con las palas de aerogeneradores a nivel internacional (más concretamente en V4X y G47), en países que fueron pioneros en adoptar la tecnología de la energía eólica.
Estas grietas suelen aparecer en los bordes de los orificios perforados de los pernos de los Alurings, siendo el diseño afilado del extremo del perno (como resultado del proceso de fabricación) la fuente de la concentración de tensiones que hace que la grieta aparezca y crezca, junto con las cargas operativas del aerogenerador.
Diferentes fisuras en distintos puntos del Aluring pueden causar un alto riesgo para el aerogenerador y la producción del parque eólico, independientemente de los altos costes de mantenimiento que este componente implica. Esto se debe al riesgo de desprendimiento de la pala eólica y sus indeseadas consecuencias, que se traducen en el desmantelamiento de la misma y, por tanto, en las inevitables paradas de producción.
Esquema del ensamblaje del Aluring, zona de iniciación de la grieta
Análisis de propagación de grietas en anillos de aluminio V47 y G47
En Nabla ofrecemos una solución de ingeniería basada en un análisis de propagación de grietas que estudia el patrón de crecimiento y determina el tiempo hasta el fallo del componente. Esta solución ayuda a mejorar el activo y, finalmente, reduce en un 50% los trabajos de mantenimiento en Alurings.
Esquema FEM de Nabla
Para este tipo de análisis, partimos del desarrollo de un modelo de elementos finitos del ensamblaje de la pala, del que extraeremos toda la información necesaria para comenzar con nuestro análisis de propagación de grieta.
Cabe destacar que, a día de hoy, en Nabla Wind Hub somos pioneros en aplicar este tipo de estudios, más aplicados en aeronáutica, nuclear y oil & gas, para modelizar y analizar la complejidad de los componentes del aerogenerador y sus circunstancias.
El análisis de propagación de grieta se basa en teorías energéticas de la mecánica de la fractura. Para identificar los puntos críticos sobre los que debe realizarse este análisis, Nabla ha desarrollado una metodología basada en el análisis de cargas extremas y de fatiga a partir de la cual podemos identificar lo siguiente:
Datos obtenidos del análisis de cargas extremas:
- Riesgo de fallo por carga extrema.
- Localización de la zona crítica de concentración de tensiones en el ensamblaje.
- Dirección de propagación de grieta.
Datos obtenidos del análisis de fatiga:
- Riesgo de fallo por fatiga, analizado en cada uno de los pernos que componen el Aluring, en condiciones específicas del emplazamiento.
- Daño total generado y esperanza de vida para cada uno de los pernos.
- El perno con mayor carga.
Teniendo en cuenta la localización de la concentración de tensiones críticas, la dirección de propagación de grieta y el perno más cargado, procedemos a analizar en detalle la propagación de grieta en el Aluring.
Zona de iniciación de la grieta y dirección de la tensión | El perno más crítico
Con estas 3 entradas se construye un modelo más preciso para realizar las simulaciones de propagación de grieta, definiendo una grieta inicial de calidad con una muesca de 0,127 mm (según el aluminio exigido para la industria aeronáutica por la Agencia de Seguridad Aérea de la Unión Europea (EASA) y la Administración Federal de Aviación (FAA).
A partir de estas simulaciones, se obtiene el modelo detallado de la propagación de grieta, del que se obtiene la extensión de la longitud de la grieta, así como los mecanismos de fallo (colapso plástico, fractura frágil o plastificación de la sección de la grieta) y el tiempo hasta el fallo.
Ejemplo de simulación de propagación de grietas
Gracias a este detallado análisis de propagación de grietas, podemos prever el tiempo de propagación de grieta hasta el fallo y la causa raíz del mismo, pudiendo prevenir el riesgo en la pala del aerogenerador, y en el propio activo, a la vez que reducimos las operaciones de mantenimiento continuo en nuestro Aluring.
Gráfico de propagación de grieta
Desde Nabla recomendamos escalonar las inspecciones de forma estratégica y controlada en función de la velocidad de propagación de grieta con las condiciones de obra y explotación.
