Los drones y robots rastreadores equipados con tecnología de escaneo especial podrían ayudar a que las palas eólicas permanezcan en servicio por más tiempo. lo que puede ayudar a reducir el costo de la energía eólica en un momento en que las palas son cada vez más grandes, más caro y más difícil de transportar, Los investigadores de Sandia National Laboratories dicen.

Como parte del trabajo colaborativo Blade Reliability del Departamento de Energía, financiado por la Oficina de Tecnologías de Energía Eólica, Los investigadores de Sandia se asociaron con empresas de energía para desarrollar máquinas que inspeccionan de forma no invasiva las palas de viento en busca de daños ocultos, al mismo tiempo que son más rápidas y más detalladas que las inspecciones tradicionales con cámaras.

"Las palas de viento son las estructuras compuestas de una sola pieza más grandes construidas en el mundo, incluso más grandes que cualquier avión, y a menudo se colocan en máquinas en ubicaciones remotas, "dice Joshua Paquette, ingeniero mecánico en el programa de energía eólica de Sandia. "Una espada está sujeta a un rayo, Viva, lluvia, humedad y otras fuerzas mientras se ejecuta a través de mil millones de ciclos de carga durante su vida útil, pero no puede simplemente aterrizarlo en una percha para su mantenimiento ".

Inspección y reparación de rutina, aunque, es fundamental para mantener estas megacuchillas en servicio, Dice Paquette. Sin embargo, Los métodos de inspección actuales no siempre detectan daños lo suficientemente pronto.

Sandia está aprovechando la experiencia de la investigación en aviónica y robótica para cambiar eso. Al detectar el daño antes de que se vuelva visible, reparaciones más pequeñas y económicas pueden reparar la cuchilla y prolongar su vida útil, él dice.

• En un proyecto Sandia equipó un robot que se arrastraba con un escáner que busca daños dentro de las palas de viento.
• En una segunda serie de proyectos, Sandia emparejó drones con sensores que utilizan el calor de la luz solar para detectar daños.

Inspeccionando, La reparación de palas de viento en el campo presenta un gran desafío.

Tradicionalmente, la industria eólica ha tenido dos enfoques principales para inspeccionar las palas de viento, Dice Paquette. La primera opción es enviar a alguien con una cámara y un teleobjetivo. El inspector se mueve de hoja en hoja tomando fotos y buscando daños visibles, como grietas y erosión. La segunda opción es similar, pero en lugar de pararse en el suelo, el inspector desciende en rápel por una torre de palas de viento o maniobra una plataforma en una grúa hacia arriba y hacia abajo de la pala.

"En estas inspecciones visuales, solo ves daños en la superficie, "Dice Paquette." Aunque a menudo, para cuando pueda ver una grieta en el exterior de una hoja, el daño ya es bastante severo. Está buscando una reparación muy costosa o incluso podría tener que reemplazar la cuchilla ".

Estas inspecciones han sido populares porque son asequibles, pero pierden la oportunidad de detectar daños antes de que se conviertan en un problema mayor, Dice Paquette. Los robots y drones rastreadores de Sandia tienen como objetivo hacer de la inspección interna no invasiva de las palas de viento una opción viable para la industria.

El robot que se arrastra encuentra daños ocultos

Sandia y sus socios International Climbing Machines y Dophitech construyeron un robot rastrero inspirado en las máquinas que inspeccionan las presas. El robot puede moverse de un lado a otro hacia arriba y hacia abajo por una paleta de viento, como alguien que corta el césped. Las cámaras a bordo proporcionan información en tiempo real, imágenes de alta fidelidad para detectar daños en la superficie, así como pequeñas demarcaciones que pueden indicar mayores Daños subsuperficiales. Mientras se mueve, el robot también utiliza una varita para escanear la hoja en busca de daños utilizando imágenes ultrasónicas de matriz en fase.

El escáner funciona de manera muy similar a las máquinas de ultrasonido que usan los médicos para ver el interior de los cuerpos. excepto en este caso, detecta daños internos en las palas enviando una serie de señales. Los cambios en estas firmas ultrasónicas se pueden analizar automáticamente para indicar daños.

El científico sénior de Sandia y líder del proyecto de orugas robóticas, Dennis Roach, dice que una inspección ultrasónica de matriz en fase puede detectar daños en cualquier capa dentro del espesor, cuchillas compuestas.

"El impacto o el estrés excesivo de las turbulencias pueden crear daños en el subsuelo que no son visualmente evidentes, ", Dice Roach." La idea es tratar de encontrar daños antes de que crezcan a un tamaño crítico y permitir reparaciones menos costosas que reduzcan el tiempo de inactividad de la hoja. También queremos evitar fallos o la necesidad de retirar una cuchilla ".

Roach imagina las orugas robóticas como parte de una solución integral de inspección y reparación de palas eólicas.

"Imagina a un equipo de reparación en una plataforma subiendo por una pala de viento con el robot arrastrándose por delante, "Dice Roach." Cuando el robot encuentra algo, Los inspectores ubicados a distancia pueden hacer que el robot marque el lugar para que la ubicación del daño subterráneo sea evidente. El equipo de reparación eliminará el daño y reparará el material compuesto. Esta ventanilla única de inspección y reparación permite que la hoja vuelva a ponerse en servicio rápidamente ".

Los drones usan el calor de la luz solar para revelar el daño de la cuchilla

Sandia trabajó con varias pequeñas empresas en una serie de proyectos para equipar drones con cámaras infrarrojas que utilizan el calor de la luz solar para detectar daños ocultos en las palas de viento. Este método, llamado termografía, puede detectar daños de hasta media pulgada de profundidad dentro de la hoja.

"Desarrollamos un método para calentar la hoja al sol, y luego lanzarlo a la sombra, "El ingeniero mecánico de Sandia, Ray Ely, dice." La luz del sol se difunde hacia la hoja y se iguala. A medida que ese calor se difunde, espera que la superficie de la hoja se enfríe. Pero las fallas tienden a interrumpir el flujo de calor, dejando la superficie de arriba caliente. La cámara de infrarrojos leerá esos puntos calientes para detectar daños ".

Los sistemas de termografía terrestres se utilizan actualmente para otras industrias, como el mantenimiento de aeronaves. Debido a que las cámaras están montadas en drones para esta aplicación, hay que hacer concesiones, Dice Ely.

"No quieres algo caro en un dron que podría estrellarse, y no quieres un acaparador de energía, "Dijo Ely." Entonces, utilizamos cámaras infrarrojas realmente pequeñas que se ajustan a nuestros criterios y utilizamos imágenes ópticas y LIDAR para proporcionar información adicional ".

Lidar, que es como un radar pero con luz en lugar de ondas de radiofrecuencia, mide cuánto tiempo tarda la luz en viajar de regreso a un punto para determinar la distancia entre los objetos. Inspirándose en el programa de aterrizaje en Marte de la NASA, los investigadores utilizaron un sensor lidar y aprovecharon el movimiento de los drones para recopilar imágenes de superresolución.

"En broma, describo la superresolución como un detective en un drama criminal televisivo cuando le dicen a un técnico que 'mejore, mejorar 'una imagen en una computadora ".

Un dron que inspecciona una pala de viento se mueve mientras toma imágenes, y ese movimiento permite obtener una imagen de superresolución.

"Utiliza el movimiento para rellenar píxeles adicionales, "Dice Ely." Si tienes una cámara lidar de 100 x 100 píxeles y tomas una foto, esa resolución es todo lo que tendrás. Pero si te mueves mientras tomas fotos, por una cantidad de subpíxeles, puede rellenar esos huecos y crear una malla más fina. Los datos de varios fotogramas se pueden juntar para obtener una imagen de súper resolución ".

El uso de imágenes lidar y de superresolución también permite rastrear con precisión dónde está el daño en una hoja, y lidar también se puede utilizar para medir la erosión en los bordes de las palas.

Las inspecciones autónomas son el futuro

Las inspecciones autónomas de puentes y líneas eléctricas ya son una realidad, y Paquette cree que también se convertirán en partes importantes para garantizar la confiabilidad de las palas eólicas.

"La inspección autónoma será un área enorme, y realmente tiene sentido en la industria eólica, dado el tamaño y la ubicación de las cuchillas ", dice Paquette." En lugar de que una persona tenga que caminar o conducir de una cuchilla a otra para buscar daños, imagínese si el proceso de inspección estuviera automatizado ".

Paquette dice que hay espacio para una variedad de soluciones y métodos de inspección, desde una simple inspección con cámara desde tierra, a drones y rastreadores, todos trabajando juntos para determinar la salud de una cuchilla.

"Puedo imaginarme que cada planta eólica tenga un dron o una flota de drones que despeguen todos los días, volar alrededor de las turbinas de viento, hacer todas sus inspecciones, y luego regrese y cargue sus datos, ", Dice Paquette." Luego, el operador de la planta eólica entrará y revisará los datos, que ya habrá sido leído por inteligencia artificial que busca diferencias en las palas de inspecciones anteriores y observa problemas potenciales. Luego, el operador desplegará una oruga robótica en la hoja con sospecha de daño para obtener una vista más detallada y planificar las reparaciones. Sería un avance significativo para la industria ".