El error de 200,000 dólares que siguen cometiendo los operadores de aerogeneradores

La desalineación en las cajas de engranajes de los aerogeneradores puede ocasionar reparaciones costosas, con gastos que superan los 200,000 dólares. La alineación regular con herramientas láser como RotAlign y OptAlign de Prüftechnik puede prevenir fallos, reducir el tiempo de inactividad y maximizar la eficiencia de la turbina.

• La desalineación de la caja de cambios, causada por tensiones ambientales y desgaste operativo, provoca vibración, desgaste y pérdida de energía.
• Las herramientas de alineación láser proporcionan soluciones seguras, precisas y eficientes para mantener la confiabilidad de la turbina.
• Los controles de alineación periódicos garantizan un funcionamiento más fluido y reducen los costosos tiempos de inactividad.

El mundo depende cada vez más de la energía limpia generada por aerogeneradores. Mientras los líderes mundiales se apresuran a satisfacer la creciente demanda de energía eólica y continúan construyendo infraestructura, hay un factor que a menudo se pasa por alto en la producción de energía limpia: la importancia del mantenimiento de los aerogeneradores existentes.

La energía eólica es una de las formas más rentables de generar energía, con un coste nivelado medio de tan sólo 32 dólares por megavatio hora (MWh) en 2022 Para proyectos terrestres. La capacidad de un aerogenerador individual para alcanzar su máximo factor de capacidad y rentabilidad depende en gran medida de su mantenimiento. Se espera que los aerogeneradores duren... 20 a 30 años Después de su instalación, y durante ese tiempo, la caja de cambios es el componente más costoso de mantener.

Las turbinas eólicas no pueden funcionar sin la caja de engranajes, que convierte la baja velocidad de rotación de la turbina en las velocidades mucho más altas que requiere el generador. Si bien las cajas de engranajes no fallan con tanta frecuencia como otros componentes, su reparación... Los costos pueden ascender a más de $200,000 cuando lo hacen.

Además de reemplazar la caja de engranajes, los gastos de alquiler de grúas y la mano de obra pueden encarecer su reparación. En el caso de las turbinas eólicas marinas, también debe considerarse la ayuda especializada de técnicos que acuden al lugar de reparación. Si a esto le sumamos la pérdida de ingresos causada por el tiempo de inactividad durante las reparaciones, el costo de la energía eólica aumenta drásticamente cuando las cajas de engranajes de los aerogeneradores no reciben el mantenimiento adecuado.

Desalineación: una falla evitable de $200,000 

La causa principal de la mayoría de las fallas de las cajas de cambios se reduce a un solo factor: la desalineación.

En una turbina eólica, la caja de engranajes desempeña un papel fundamental al convertir la baja velocidad de rotación de las palas de la turbina en la alta velocidad que requiere el generador para producir electricidad. La caja de engranajes actúa como multiplicador de velocidad mediante una serie de engranajes.

La caja de engranajes debe estar alineada con el eje principal, impulsado por el rotor del aerogenerador, para garantizar una transferencia de potencia fluida y minimizar la tensión en sus componentes. También debe estar alineada con el eje del generador. Una desalineación puede causar vibraciones, desgaste excesivo, pérdida de energía, mayores costos de mantenimiento e incluso un costoso reemplazo de la caja de engranajes.

Muchos factores pueden provocar una desalineación. La propia naturaleza de las instalaciones de aerogeneradores implica que están sujetas a intensas fuerzas naturales que pueden desalinear las piezas. Algunas causas de desalineación incluyen:

• Factores ambientales, como fluctuaciones extremas de temperatura, torsión desigual o excesiva causada por velocidades fluctuantes del viento y caídas de rayos.
• Estrés operacional, como la vibración constante causada por las cargas de viento y el movimiento del rotor, que con el tiempo provoca fatiga y desgaste de los componentes.
• Errores de mantenimiento, como no realizar una alineación precisa después de la instalación inicial, pernos mal asegurados, ensamblaje incorrecto y ajustes inadecuados.

Si la desalineación no se detecta y corrige, provoca problemas como exceso de vibración, desgaste de componentes como cojinetes y acoplamientos, y pérdida de energía debido a la fricción y al aumento de las temperaturas.

Con el tiempo, esto puede derivar en una falla catastrófica, causando cientos de miles de dólares en costos de reparación. Debido a su ubicación a menudo remota, el tamaño masivo de los componentes y la pérdida de producción de energía durante el tiempo de inactividad, las cajas de engranajes de las turbinas conllevan costos de reparación exorbitantes y pérdidas financieras si no se mantienen adecuadamente.

Los desafíos de la alineación de la caja de cambios

El diseño y el tamaño de los aerogeneradores imposibilitan el uso de métodos de alineación tradicionales. Debido a su gran tamaño y al enorme par generado, la caja de engranajes y los componentes se encuentran bajo una cubierta protectora que protege a los trabajadores mientras el aerogenerador gira. La cubierta solo se puede retirar cuando el rotor está asegurado y el pasador de seguridad está colocado, lo que impide la transferencia de par al eje de entrada.

Sin embargo, para que la alineación se realice, es necesario retirar la cubierta de los componentes para permitir el acceso a los accesorios de alineación, mientras la turbina sigue girando. Entonces, ¿cómo se pueden alinear las cajas de engranajes de los aerogeneradores de forma segura y precisa con herramientas modernas?

Alineación láser: la única forma de alinear las cajas de engranajes de los aerogeneradores

La alineación láser es la única forma segura y precisa de alinear ambos ejes de acoplamiento de una turbina eólica según las especificaciones del fabricante y garantizar la seguridad de los trabajadores. Si bien los métodos de alineación láser presentan los mismos desafíos de seguridad, las características únicas de la tecnología de alineación láser de Prüftechnik facilitan la alineación y, al mismo tiempo, protegen a los trabajadores.

Aquí se explica cómo utilizar los dispositivos de alineación RotAlign u OptAlign para alinear la caja de engranajes de las turbinas eólicas.

1. En primer lugar, se toman las medidas de seguridad habituales para garantizar la seguridad de los trabajadores durante el proceso de alineación. Se fija el rotor, se aplica el freno de servicio y se coloca el pasador de seguridad.
2. A continuación, los trabajadores retiran la cubierta de seguridad para exponer el varillaje de transmisión. Un láser y su sensor correspondiente están montados firmemente en el eje acoplado. Con la cubierta aún abierta, se liberan el freno de servicio y el pasador de bloqueo. Los trabajadores en la obra se alejan lo más posible del eje.
3. Al retirar las medidas de seguridad, el viento hace girar las palas del eje de la turbina, iniciando así el proceso de alineación. El modo de medición SWEEP permite determinar la calidad de la alineación con un ángulo de rotación de tan solo 60 grados. Sin embargo, una turbina eólica puede continuar girando mucho más allá de los 60 grados, incluso completando varias rotaciones, antes de poder detenerse de nuevo, algo que las herramientas de alineación de Prüftechnik están diseñadas para tener en cuenta. Con el modo SWEEP activado, el mayor ángulo de rotación permite mediciones aún más precisas, y las múltiples rotaciones no suponen un obstáculo para la alineación.
4. RotAlign u OptAlign calculan los resultados de alineación en tan solo unos segundos. El sensor único con dos superficies de detección puede calcular la alineación desde cualquier posición, sin importar dónde se encuentren cuando la turbina se detiene.
5. Una vez que la turbina se detiene, con el láser y el sensor aún montados, se restablecen las medidas de seguridad: el freno del rotor se activa y el pasador del rotor se bloquea. Tras activar los dispositivos de frenado, los trabajadores pueden comenzar el proceso de realineación. La función Live Move de Prüftechnik permite el seguimiento de los resultados de la alineación en ambos ejes en tiempo real hasta que se alcancen los objetivos.

Apoyando la confiabilidad de las turbinas eólicas, ahora y en el futuro

La energía eólica ha experimentado un auge explosivo en la última década. En 2013, la producción mundial alcanzó los 635 teravatios hora (TWh) y aumentó a 2,325 tan solo diez años después.

Se espera que el crecimiento continúe a medida que aumenta la dependencia mundial de las energías renovables. No solo ha aumentado el número de instalaciones de aerogeneradores, sino también el tamaño de las propias turbinas.

El tamaño de los aerogeneradores está directamente relacionado con su capacidad para captar energía del viento. Cuanto más grande sea el aerogenerador, más energía puede generar una sola instalación. 2013En Estados Unidos no existían turbinas con rotores de más de 115 metros de diámetro. Diez años después, el 98 % de las turbinas eólicas recién instaladas tenían rotores mayores, y el diámetro promedio de los rotores era de 133.8 metros. Si bien estas mejoras permiten que las turbinas produzcan más energía, también someten a sus componentes a... euna fuerza aún mayor, lo que en última instancia afecta su alineación.

La desalineación en las turbinas eólicas es la causa principal de hasta 30% de tiempo de inactividad, pero la alineación regular puede reducir considerablemente este número. Las recomendaciones del fabricante de la turbina pueden variar, pero como mínimo, la alineación de la turbina debe comprobarse al ponerla en servicio. seis meses después del iniconstrucción inicial y, a partir de entonces, una vez al año.

Las herramientas de alineación láser de Prüftechnik, como OptAlign y RotAlign, permiten una alineación segura y precisa de las cajas de engranajes de los aerogeneradores. Prüftechnik es líder mundial en equipos de alineación óptica láser, y sus herramientas de alineación de primera clase ayudan a los equipos a evitar costosas reparaciones, garantizando un funcionamiento fluido de la turbina y la máxima eficiencia.