• Fundamentos de las inspecciones y análisis de vibraciones en generadores eólicos.jpg
15-12-2020

El control de las vibraciones en la fabricación y funcionamiento de los generadores se erige como uno de los factores clave para mantener su competitividad en la generación de energía limpia. Por este motivo, te compartimos el artículo escrito por Gerardo Cenoz, ingeniero del Grupo TETRACE. 

1. Introducción

Los aerogeneradores están instalados en sitios de muy difícil acceso y mientras algunos de los problemas de mantenimiento y reparación han sido resueltos, no hay duda que tanto el mantenimiento como la reparación en parques seguirán siendo un problema. La condición de la monitorización de las tecnologías como vibraciones, control de niveles de lubricación y supervisión del rendimiento jugarán un papel importante en la viabilidad de la operación de parques eólicos. Mientras, los sistemas de monitorización y la fabricación de aerogeneradores continuarán la mejora de sus diseños, focalizándose en los procesos de mantenimiento, reparación y en la forma de poder monitorear sus tecnologías.

La mayoría de las paradas de los aerogeneradores se atribuyen a temas relacionados con fallos en la caja multiplicadora. El reemplazo de la misma y los aspectos relacionados con su lubricación constituyen el 38% del costo de mantenimiento de toda la turbina.

El control de las vibraciones del rotor del generador para no producir problemas en dicha caja es uno de los puntos críticos más importantes a tener en cuenta en la fabricación del mismo.

2. Análisis de las vibraciones en un generador

Antes de que el generador salga de fábrica, se realiza una prueba de campo incluyendo un test de vibraciones, para comprobar que está dentro de los límites del diseño.

Cuando se mide la vibración de una máquina, se genera una información muy valiosa que es necesario analizar. El éxito de dicho análisis depende de la correcta interpretación que se dé a los datos capturados con respecto a las condiciones de operación en que se encuentra la máquina.

El estudio de las vibraciones mecánicas de carácter aleatorio se caracteriza por el uso de la estadística y del análisis espectral. La transformada de Fourier es el análisis en el dominio de la frecuencia en el que una función periódica puede ser descompuesta en sus componentes armónicas.

3. Análisis de Fourier

Una serie temporal, es en el fondo, la suma de muchas ondas.

Siempre puedes separar una serie temporal como la suma de muchas ondas de dimensiones y frecuencias también diferentes.

El poder separar las ondas nos permite dibujar las amplitudes de las ondas en función de la frecuencia, es decir, transformar la información de la señal del dominio tiempo en el dominio de la frecuencia.

Para ayudar a poder entenderlo, partimos del ejemplo de una onda simple. La idea es coger esta ecuación y desarrollarla en un sistema XY circular. Ahora tenemos dos frecuencias diferentes: la frecuencia de la propia onda y la frecuencia de la rotación de la ecuación en el círculo.

Colocamos el centro de masa en el centro geométrico de la función representada, este va variando conforme lo hacen la velocidad y/o la frecuencia de rotación.

Representamos el movimiento del centro de masa en función de la frecuencia de rotación y cuando la frecuencia de rotación igual a la de la propia función, se produce un caso muy curioso, el centro de masa se coloca en el punto más alejado del centro geométrico, dando un máximo en la representación frecuencial.

Cuando tenemos una onda compleja pasa lo mismo con varios picos dependiendo de las frecuencias que la formen al decomponerse en diferentes ondas.

4. La transformada de Fourier para el análisis de las vibraciones en generadores eólicos

El instrumental utilizado consta de un sistema de monitoreo de vibraciones colocado en el generador y estudiado a diferentes regímenes de giro.

El sistema se ocupa de medir, analizar y gestionar las vibraciones. La señal temporal procedente de estos sensores puede ser almacenada tanto directamente, en el dominio tiempo, como mediante el cálculo de la transformada rápida de Fourier, en el dominio de la frecuencia.

Los pasos para realizar el estudio son:

1.-Identificación de los picos de vibración en el espectro.

Al visualizar los espectros normalizados, se seleccionan las frecuencias que destacan.

Una vez que hemos identificado las frecuencias de interés, nos tenemos que centrar en su amplitud viendo si es aeptable o no.

2.-Diagnóstico del generador.

Si las amplitudes del espectro están en los valores permitidos, el generador estará preparado para su cometido.

Sin embargo, si las amplitudes no están en valores aceptados, se tendrá que buscar la causa raíz de dichos picos, ajustando el ensamblaje del generador para que entren dentro de los valores permitidos. Con la experiencia se puede saber a qué son debidas las anomalías de las amplitudes de los picos del espectro, pidiendo al equipo de montaje que corrija los puntos criticos y volviendo a testar de nuevo el generador para comprobar que dichas anomalías se han corregido.

El control de los elementos y variables que pueden producir vibraciones en el ensamblado de generadores junto al continuo monitoreo y control, aplicando las acciones adecuadas de mantenimiento preventivo cuando estén en funcionamiento, contribuirán a su mayor eficacia y eficiencia y, por tanto, a una mayor rentabilidad.

 

Gerardo Cenoz

Ingeniero del GRUPO TETRACE

cba9c543661d6f9804f037a48dab8097.pngEsta empresa ha recibido una ayuda cofinanciada al 50% por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional a través del Programa Operativo FEDER 2014-2020 de Navarra

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