O erro de US$ 200,000 que os operadores de turbinas eólicas continuam cometendo

O desalinhamento em caixas de engrenagens de turbinas eólicas pode levar a reparos caros, com despesas que excedem US$ 200,000. O alinhamento regular usando ferramentas a laser como RotAlign e OptAlign da Prüftechnik pode evitar falhas, reduzir o tempo de inatividade e maximizar a eficiência da turbina.

• O desalinhamento da caixa de engrenagens, causado por tensões ambientais e desgaste operacional, causa vibração, desgaste e perda de energia.
• Ferramentas de alinhamento a laser fornecem soluções seguras, precisas e eficientes para manter a confiabilidade da turbina.
• Verificações regulares de alinhamento garantem operações mais suaves e reduzem o tempo de inatividade dispendioso.

O mundo está cada vez mais dependente de energia limpa coletada por turbinas eólicas. À medida que os líderes globais correm para atender à crescente demanda por energia eólica e continuam adicionando infraestrutura, um fator frequentemente é negligenciado na produção de energia limpa: a importância de manter as turbinas eólicas existentes.

A energia eólica é uma das formas mais rentáveis ​​de gerar energia, com um custo médio nivelado de apenas 32 dólares por megawatt hora (MWh) em 2022 para projetos terrestres. A capacidade de uma turbina eólica individual de atingir seu maior fator de capacidade e lucratividade depende em grande parte de sua manutenção. Espera-se que as turbinas eólicas durem de 20 a 30 anos após sua instalação e durante esse período, a caixa de engrenagens é o componente mais caro de manter.

As turbinas eólicas não podem operar sem a caixa de engrenagens para converter a baixa velocidade de rotação da turbina em velocidades muito mais altas exigidas pelo gerador. Embora as caixas de engrenagens não falhem com tanta frequência quanto outros componentes, o reparo os custos podem subir para mais de US$ 200,000 quando eles fazem.

Além de substituir a caixa de engrenagens em si, as despesas com aluguel de guindastes e os custos de mão de obra podem aumentar o preço do reparo da caixa de engrenagens. Para turbinas eólicas offshore, a ajuda especializada de técnicos que navegam até o local do reparo também precisa ser levada em consideração. Adicione a perda de receita causada pelo tempo de inatividade durante os reparos, e o custo da energia eólica aumenta drasticamente quando as caixas de engrenagens das turbinas eólicas não são mantidas adequadamente.

Desalinhamento: uma falha evitável de US$ 200,000 

A causa raiz da maioria das falhas na caixa de engrenagens se resume a um único fator: desalinhamento.

Em uma turbina eólica, a caixa de engrenagens desempenha um papel crítico na conversão da baixa velocidade rotacional das lâminas da turbina na alta velocidade rotacional necessária para o gerador produzir eletricidade. A caixa de engrenagens atua como um multiplicador de velocidade por meio de uma série de engrenagens.

A caixa de engrenagens tem que ser alinhada com o eixo principal acionado pelo rotor da turbina eólica para garantir a transferência suave de energia e minimizar a tensão nos componentes da caixa de engrenagens. Ela também tem que ser alinhada com o eixo do gerador. O desalinhamento pode causar vibração, desgaste excessivo, perda de energia, maiores custos de manutenção e até mesmo levar à substituição dispendiosa da caixa de engrenagens.

Muitos fatores podem eventualmente levar ao desalinhamento. A própria natureza das instalações de turbinas eólicas significa que elas estão sujeitas a forças intensas da natureza que podem, em última análise, deslocar peças para fora do alinhamento. Algumas causas de desalinhamento incluem:

• Fatores ambientais, como flutuações extremas de temperatura, torque irregular ou excessivo causado por velocidades flutuantes do vento e raios.
• Tensões operacionais, como vibração constante causada por cargas de vento e movimento do rotor, o que causa fadiga ao longo do tempo e desgaste dos componentes.
• Erros de manutenção, como não realizar o alinhamento de precisão após a instalação inicial, parafusos mal fixados, montagem incorreta e ajustes inadequados.

Se o desalinhamento não for detectado e corrigido, ele leva a problemas como vibração excessiva, desgaste de componentes como rolamentos e acoplamentos, além de perda de energia devido ao atrito e ao aumento de temperaturas.

Com o tempo, isso se transformará em uma falha catastrófica, causando centenas de milhares de dólares em custos de reparo. Devido à sua localização frequentemente remota, ao tamanho massivo dos componentes e à perda de produção de energia durante o tempo de inatividade, as caixas de engrenagens de turbinas vêm com custos de reparo exorbitantes e perdas financeiras quando não são mantidas adequadamente.

Os desafios do alinhamento da caixa de engrenagens

O design e o tamanho das turbinas eólicas tornam impossível o uso de métodos tradicionais de alinhamento. Devido ao seu tamanho muito grande e à tremenda quantidade de torque gerado, a caixa de engrenagens e os componentes ficam sob uma capa protetora, que mantém os trabalhadores seguros enquanto a turbina está girando. A capa só pode ser removida quando o rotor estiver preso e o pino de segurança estiver no lugar, garantindo que nenhum torque possa ser transferido para o eixo de entrada.

No entanto, para que o alinhamento ocorra, a tampa deve ser removida dos componentes para permitir o acesso aos dispositivos de alinhamento, tudo isso enquanto a turbina continua a ser capaz de ser girada. Então, como as caixas de engrenagens da turbina eólica podem ser alinhadas com segurança e precisão com ferramentas modernas?

Alinhamento a laser: a única maneira de alinhar caixas de engrenagens de turbinas eólicas

O alinhamento a laser é a única maneira segura e precisa de alinhar ambos os eixos de acoplamento em uma turbina eólica de acordo com as especificações do fabricante e manter os trabalhadores seguros. Embora os mesmos desafios de segurança se apliquem aos métodos de alinhamento a laser, os recursos exclusivos da tecnologia de alinhamento a laser da Prüftechnik dão suporte ao alinhamento e, ao mesmo tempo, mantêm os trabalhadores fora de perigo.

Veja como usar os dispositivos de alinhamento RotAlign ou OptAlign para alinhamento de caixas de engrenagens de turbinas eólicas.

1. Primeiro, medidas normais de segurança são tomadas para garantir a segurança dos trabalhadores durante o processo de alinhamento. O rotor é fixado, o freio de serviço é aplicado e o pino de segurança é colocado no lugar.
2. Em seguida, os trabalhadores removem a tampa de segurança para expor a articulação de acionamento. Um laser e o sensor correspondente são montados com segurança no eixo acoplado. Enquanto a tampa ainda está aberta, o freio de serviço e o pino de travamento são liberados. Os trabalhadores no local se afastam o máximo possível do eixo.
3. Com as medidas de segurança removidas, o vento gira as pás do eixo da turbina, iniciando o processo de alinhamento. O modo de medição SWEEP torna possível determinar a qualidade do alinhamento com um ângulo de rotação tão pequeno quanto 60 graus. No entanto, uma turbina eólica pode continuar girando muito além de 60 graus, mesmo completando várias rotações, antes de poder ser parada novamente – o que as ferramentas de alinhamento da Prüftechnik são projetadas para levar em conta. Com o modo SWEEP habilitado, o ângulo de rotação mais alto permitirá medições ainda mais precisas, e várias voltas não representam nenhuma barreira para o alinhamento.
4. RotAlign ou OptAlign calculam os resultados do alinhamento em apenas alguns segundos. O sensor único com duas superfícies de detector pode calcular o alinhamento de qualquer posição, não importa onde estejam quando a turbina retorna à parada.
5. Uma vez que a turbina é parada, com o laser e o sensor ainda montados, as medidas de segurança são colocadas de volta no lugar – freio do rotor ligado e pino do rotor travado. Após os dispositivos de frenagem serem ativados, os trabalhadores podem começar o processo de realinhamento. A função Live Move da Prüftechnik permite que os resultados do alinhamento sejam rastreados em ambos os eixos em tempo real até que as metas de alinhamento sejam atingidas.

Apoiando a confiabilidade da turbina eólica, agora e no futuro

A energia eólica explodiu na última década. Em 2013, a produção global estava em 635 terawatts-hora (TWh) e cresceu para 2,325 apenas dez anos depois.

Espera-se que o crescimento continue à medida que a dependência global de energia renovável aumenta. Não só o número de instalações de turbinas eólicas aumentou, mas o tamanho das próprias turbinas também aumentou.

O tamanho das turbinas eólicas tem uma correlação direta com sua capacidade de capturar energia do vento. Quanto maior a turbina, mais energia uma única instalação pode gerar. Em 2013, os Estados Unidos não tinham turbinas com rotores com mais de 115 metros de diâmetro. Dez anos depois, 98% das turbinas eólicas recém-instaladas tinham rotores maiores que isso, e o diâmetro médio do rotor era de 133.8 metros. Embora essas melhorias permitam que as turbinas produzam mais energia, elas também sujeitam os componentes da turbina a eforça ainda maior, o que acaba impactando seu alinhamento.

O desalinhamento em turbinas eólicas é a causa raiz de até 30% de tempo de inatividade, mas o alinhamento regular pode reduzir muito esse número. As recomendações do fabricante da turbina podem variar, mas, no mínimo, o alinhamento da turbina deve ser verificado no comissionamento, seis meses após o iniconstrução inicial e, posteriormente, uma vez por ano.

As ferramentas de alinhamento a laser da Prüftechnik, como OptAlign e RotAlign, permitem um alinhamento seguro e preciso para caixas de engrenagens de turbinas eólicas. A Prüftechnik é líder global de mercado em equipamentos de alinhamento óptico a laser, e suas ferramentas de alinhamento de classe mundial ajudam as equipes a evitar reparos caros, garantindo uma operação suave da turbina e máxima eficiência.