La monitorización de estado de las turbinas eólicas, a menudo ubicadas en lugares remotos, ha exigido que los ingenieros de SKF añadieran la tecnología de las telecomunicaciones a su arsenal técnico. El sistema WindCon, la solución de SKF
para monitorizar el funcionamiento de estos aerogeneradores, incorpora sofisticados sistemas de comunicación capaces de transmitir información compleja sobre el rendimiento del equipo.

La energía eólica sigue creciendo de forma continua, aumentando la capacidad de generación a 60 gigavatios en todo el mundo desde diciembre de 2005. De esta cifra, el 20% proviene de aerogeneradores instalados el pasado año. A medida que aumenta el número de turbinas eólicas, el enfoque está pasando del desarrollo de los equipos a su operación y mantenimiento.

Por tanto, la monitorización de estado se convierte en un importante aspecto del mantenimiento de las turbinas eólicas, al igual que sucede en otros sectores industriales. Además, debido a las condiciones de funcionamiento de estos equipos, la monitorización de estado exige soluciones especiales.

Aunque se trate de una tecnología bien probada, no puede simplemente copiarse e instalarse en una turbina eólica.

Por este motivo SKF ha desarrollado el sistema WindCon para monitorizar las turbinas que funcionan expuestas a vientos que fluctúan constantemente, con cambios rápidos de cargas y velocidades. Para atender las necesidades de la industria eólica con su naturaleza geográficamente dispersa, el sistema WindCon incorpora un conjunto único de funciones de comunicación, que permite una comunicación con cualquier tipo de red, desde las antiguas redes telefónicas con cables de cobre, hasta las soluciones por cable más avanzadas, y hasta incluso con redes corporativas altamente protegidas.

Con el sistema SKF WebCon, los datos pueden enviarse a cualquier PC conectado a Internet utilizando un navegador de Internet como software. Esto elimina la necesidad de un complicado software y abre el flujo de información a un amplio número de participantes o empresas de servicio.

Diagnóstico de turbinas con tres funciones únicas del
sistema WindCon

Debido a que el viento es imprevisible, su velocidad, dirección, contenido de humedad y temperatura crean las condiciones de funcionamiento constantemente cambiantes a las que está sometida una turbina eólica. Monitorizar maquinaria cuya carga, potencia y velocidad de rotación varía inesperadamente requiere ingeniería del más alto nivel. Sólo entonces es posible detectar el más mínimo daño con poco viento y, al mismo tiempo, evitar falsas alarmas al producirse ráfagas repentinas. En una industria geográficamente dispersa, transportar grúas, personal y repuestos a puntos remotos resulta muy caro, sobre todo cuando el equipo está ubicado en el mar. Para poder predecir fallos es preciso elaborar tendencias fiables de datos comparables. El sistema SKF WindCon puede elaborar tendencias fiables usando datos comparables de turbinas eólicas diseñadas para adaptarse a condiciones de funcionamiento que cambian de forma continua.

Cargas que varían sin cesar

Una turbina eólica experimenta vientos que cambian constantemente. Las ráfagas repentinas generan picos de carga muy altos en los rodamientos, engranajes y el generador. Un sistema de monitorización no debe dejarse engañar por estos elevados picos de carga y los consiguientes altos valores registrados por los sensores. Además, el sistema debe poder asegurar siempre un funcionamiento sin fallos detectando incluso el desarrollo del fallo más pequeño en los rodamientos o los engranajes con vientos débiles. SKF ha desarrollado herra­mientas de diagnóstico inteligentes que controlan este complejo aspecto del funcionamiento de las turbinas eólicas; en el SKF WindCon los niveles de alarma son flotantes y se adaptan a las características del viento y la salida de potencia. Estos niveles de alarma flotantes pueden conurarse para evitar falsas alarmas como, por ejemplo, las frecuencias de resonancia producidas durante la aceleración.

Velocidades de rotación siempre cambiantes

El análisis de frecuencias es una herramienta de identificación estándar en la monitorización de estado de los equipos dinámicos. Las frecuencias están relacionadas directamente con la velocidad de rotación. En este caso, el reto es que una turbina eólica moderna reaccione ante los cambios del viento ajustando sus palas para optimizar su rendimiento. Como consecuencia, cambia su velocidad de rotación. Estas fluctuaciones de velocidad imprevisibles imponen retos únicos en cuanto a la identificación de fenómenos dañinos o piezas mecánicas defectuosas. El sistema SKF WindCon tiene en cuenta la geometría del rodamiento y el diseño de la caja de engranajes, para recalcular permanentemente todas las posibles frecuencias de fallo, según la velocidad rotativa real de la turbina.

Pronóstico

Aunque el sistema SKF WindCon puede emplearse para analizar la causa raíz de los daños en las turbinas, con el fin de mejorar las reparaciones y el mantenimiento, y evitar una recurrencia, los ahorros más importantes se obtienen sobre todo gracias a los pronósticos. Esto exige conocer las tendencias elaboradas con datos comparables recopilados durante circunstancias comparables. El análisis de orden, una tecnología estándar empleada para monitorizar equipos dinámicos en aceleración o desaceleración, no debería emplearse en las turbinas eólicas puesto que puede conducir a conclusiones erróneas. En cambio, el sistema SKF WindCon puede usar varias señales para seleccionar cuidadosamente los datos a almacenar como tendencias. Por tanto, aunque SKF WindCon realiza mediciones constantemente y las compara con las conuraciones de alarma, sólo almacena los datos como tendencias comparables con los datos recopilados anteriormente.

Lugares remotos

Los aerogeneradores se encuentran en los lugares más remotos del mundo. Obtener datos del aerogenerador puede ser un reto. Las unidades WindCon en Europa, Asia, Estados Unidos y Australia envían sus datos diariamente a servidores usando señales de radio de FM, cables telefónicos de cobre, GPRS por cable, vía satélite, ADSL, ISDN y otros medios. A veces estas unidades operan en redes corporativas altamente protegidas. Para otros, las unidades WindCon están expuestas directamente al entorno hostil de Internet, con sus piratas informáticos y virus. Al desarrollar el sistema WindCon, los ingenieros de SKF se convirtieron por accidente en expertos de las tecnologías de comunicación.

El sistema SKF WebCon

Incluso los expertos consideran que la monitorización de estado es una tecnología complicada. Con el sistema SKF WebCon los resultados de la monitorización pueden hacerse accesibles y comprensibles para empleados sin formación técnica. Los ingenieros utilizan el software SKF ProCon Expert para realizar los complicados análisis y cálculos, pero el sistema WebCon permite acceder a todos los datos por Internet utilizando un navegador. No requiere un software especial. Todas las posibles alarmas que se podrían producir en un determinado componente mecánico se muestran en la pantalla del PC. Al marcar la casilla, aparece el identificador correspondiente y puede interpretarse el estado de la pieza mecánica. La supervisión de las turbinas ya no está limitada a un pequeño grupo de expertos en monitorización de estado. Esto amplía el número de personas capaces de monitorizar las turbinas eólicas, permitiendo que el personal, sin una formación técnica especializada pueda disponer, acceder y comprender los datos fácilmente.

Una aplicación poco común

En una compañía del Reino Unido, un enfoque innovador de la monitorización de estado dio muy buenos resultados. Se montó una unidad WindCon en una turbina eólica de 600 kW con fallos en la sección de baja velocidad de la caja de engranajes. Ya se había planificado sustituir la caja de engranajes cuando el sistema WindCon se instaló por primera vez. Este sistema no sólo registró los daños, sino que también determinó que eran de naturaleza estable, por lo que pudo aplazarse el cambio de la caja de engranajes y mantener el aerogenerador en operación, con el sistema WindCon controlando su pieza dañada. Al cabo de 11 meses y tres semanas, el sistema WindCon detectó un rápido incremento
en el patrón de los daños y el equipo se retiró de servicio para sustituir su caja de engranajes tal y como se había planificado.

Aplazando durante casi 12 meses la sustitución de la caja de engranajes, el propietario pudo acumular intereses por la cantidad necesaria para la revisión, lo cual fue casi suficiente para costear el montaje del sistema WindCon. Y, aún más importante en cuanto a ahorros de costes, el propietario también pudo planificar de forma efectiva el suministro y envío de las piezas de repuesto, así como el personal y las grúas necesarios para la sustitución, lo cual no hubiera sido posible en una reparación precipitada, acompañada de varias semanas de pérdidas de producción.

Aunque el objetivo tradicional de la monitorización de estado es predecir los fallos y sustituir las piezas dañadas antes de que se averíen, o desconectar la máquina cuando se detecta el desperfecto, en este caso el sistema WindCon se usó para mantener el equipo dañado en funcionamiento de forma controlada durante el mayor tiempo posible, consiguiendo prolongar el funcionamiento de una caja de engranajes dañada durante un año.

En general, la monitorización de estado está resultando ser una herramienta rentable gracias al poder de la comunicación, junto con un software sofisticado que simplifica la interpretación del rendimiento de la turbina.