Aperfeiçoando as técnicas de manutenção das turbinas eólicas

Enquanto o mundo olha para fontes mais sustentáveis de geração de energia, muitos países continuam a aumentar seus investimentos em tecnologia de turbinas eólicas, com a China e os EUA liderando o mundo na adoção de energia eólica. De fato, espera-se que o mercado global de energia eólica chegue a 760,35 GW até 2020, enquanto continentes como a Europa continuam a apoiar iniciativas de energia eólica com nova legislação para reduzir as emissões de carbono. Embora as turbinas eólicas estejam indubitavelmente em demanda, esse aumento na sua adoção apresenta uma série de desafios para os proprietários de parques eólicos e engenheiros de manutenção, uma vez que as turbinas normalmente têm uma vida útil limitada. Os reparos são difíceis de realizar, dado que a substituição de peças pode ser cara e qualquer trabalho de engenharia precisa ser realizado até 100 metros acima do chão. Como uma solução, muitos na indústria estão se concentrando em melhorar a confiabilidade desses dispositivos a todo custo. Neste artigo, George Finley e Paul Kling da Morgan Advanced Materials exploram algumas das técnicas de manutenção mais eficazes para o gerenciamento de turbinas eólicas, analisando as consequências das falhas nas turbinas.

Quando se trata de falhas de turbina, muitos engenheiros de manutenção irão olhar para a caixa de velocidades, a parte elétrica ou a lâmina rotativa, mas muitas vezes a causa da falha pode ser um dos componentes menos caros do sistema, e que deve ser relativamente fácil de substituir - a escova de carbono ou também conhecida como escova de carvão, que está situada dentro do gerador é uma parte pequena, mas integral de qualquer turbina eólica. O tipo de escova cuidadosamente selecionado, juntamente com os anéis coletores, os suportes e as molas dos porta-escovas, protegem a turbina contra condições climáticas adversas e mantem os rolamentos seguros contra correntes interferentes. A escova, fabricada com materiais como grafite entre outras matérias-primas, como aditivos de cobre, facilita o contato elétrico deslizante dentro da turbina. Essas escovas também podem ser encontradas em outros dispositivos, tais como: máquinas de lavar, aspiradores a vácuo e ferramentas elétricas. O material utilizado na fabricação dessas escovas deve ter boa condutividade térmica e eléctrica e um baixo coeficiente de atrito, de modo a proporcionar um baixo custo patrimonial aos proprietários dos parques eólicos. Embora o material utilizado para a fabricação de escovas de carbono garanta uma solução durável e confiável, uma série de fatores externos pode interferir na eficácia dessas escovas e diminuir a vida útil, causando defeitos, falhas, e, em alguns casos, até mesmo incêndios dentro da própria turbina. Esses são denominados “flash-overs” que podem causar ​​custos altíssimos de reparação, além do tempo perdido por inatividade da turbina que prejudica a produção de energia.


Continua depois da publicidade


Falha de escovas de carbono - uma questão turbulenta

Antes de explorar a manutenção e as melhores práticas para turbinas eólicas, é importante entender como o desgaste e as falhas dos componentes podem ocorrer. A vida média de uma escova de carbono é difícil de calcular, mas é amplamente aceito que boas escovas de carbono duram pelo menos 12 meses de serviço consistente quando em operação em uma turbina eólica. Dadas as programações de manutenção com ventos normais e a dificuldade associada com a escalada para substituir as escovas, uma vida mais curta não é aceitável. No entanto, a vida da escova depende largamente da aplicação individual, tendo em conta uma série de fatores externos, incluindo a atmosfera e o clima do ambiente operacional. Por exemplo, se uma turbina está situada no alto de uma montanha em uma região de frio intenso, a escova raramente irá executar sua capacidade ideal. Da mesma forma, se a turbina está situada em um parque eólico onde há frequentes rajadas de vento, ela vai gerar muito mais energia e, portanto, a escova de carbono vai trabalhar de forma mais exigente, sujeitando-se a maiores desgaste e deterioração, aumentando assim a probabilidade de falha.

Escovas de carbono são muitas vezes forçadas a trabalhar em condições muito difíceis, especialmente quando um parque eólico é muito ativo e, ao longo do tempo, isso pode acumular poeira e danificar os anéis de deslizamento, por consequência da fricção, instabilidade da escova, materiais inadequados da escova ou, ainda, insuficiente pressão nas molas dos porta-escovas. Também é importante lembrar que todas as turbinas eólicas são diferentes, com vários fabricantes frequentemente oferecendo diferentes tipos de turbinas. Embora a maioria esteja coberta por uma garantia inicial, não é incomum que problemas com a escova de carbono surjam, uma vez que a garantia expira, especialmente no caso do projeto OEM apresentar problemas durante um período de tempo. Uma vez que uma garantia expira, embora a escova seja um componente acessível, o custo de manutenção e de limpeza da escova, juntamente com a inconveniência de ter que realizar o trabalho em altura, passa a sobrecarregar a responsabilidade do proprietário ou operador do parque eólico. Quando você considera as repercussões financeiras de ter turbinas fora de serviço devido a uma falha da escova de carbono, você pode entender porque muitos operadores estão ansiosos para encontrar uma solução urgente para otimizar seus ativos.

Não sobrecarregue seus ativos

Quando a falha ocorre, a solução mais fácil é simplesmente substituir a escova de carbono. No entanto, os engenheiros de manutenção precisam garantir que eles sempre especifiquem o tipo certo de escova, uma vez que instalar o componente errado pode ter um efeito ainda mais prejudicial. Quando se utiliza uma classe inadequada de escova para a condição de operação da turbina, ou as escovas desgastadas não são substituídas por muito tempo, pode-se criar um desgaste adicional no anel coletor, fazendo com que ele se degrade ou perca a forma ao longo do tempo.

É por isso que a Morgan Advanced Materials trabalha muito próxima ao mercado de reposição para desenvolver soluções de engenharia que melhorem o design original (OEM), criando uma solução rápida que pode economizar muito dinheiro para os operadores em relação aos componentes tradicionais de reposição. Enquanto as escovas de carbono “genéricas”, de reposição contêm um contaminantes que podem causar flash over ao longo do tempo, a Morgan trabalhou em estreita colaboração com os operadores das turbinas para desenvolver uma solução que não tem variabilidade no alinhamento da escova, eliminando a instabilidade da escova e facilitando uma instalação rápida e fácil, tipicamente dobrando a vida útil da escova, ou até indo além disso.

Embora essas soluções de troca rápida sejam necessárias quando as escovas de carbono finalmente venham a falhar, os operadores são aconselhados a adquirir o hábito de realizar a manutenção preventiva para suas turbinas. Quando uma escova de carbono falha, o efeito é semelhante a quando uma lâmpada se apaga, provocando uma série de falhas de componentes adicionais dentro da turbina. Os sinais de que uma escova está se aproximando do ponto de falha pode ser notado por alguns sinais típicos: baixo desempenho de geração da turbina, aumento do nível de ruído proveniente de dentro da turbina, cheiro de fumaça ou o surgimento de faíscas. No entanto, uma vez que esses sinais são confirmados frequentemente já é tarde para conservar outros componentes dentro da turbina, por exemplo, o anel coletor, que pode ter-se tornado defeituoso em consequência de uma escova de carbono danificada. O custo de reparar um anel deslizante pode ser até dez vezes mais caro do que o custo de substituição de um conjunto completo de escovas de carbono. Além disso, quando se considera os custos de mão-de-obra e o tempo de parada do parque eólico causado ​​por uma turbina inativa, o custo pode aumentar ainda mais. O conselho da Morgan é que os operadores de parques eólicos substituam a escova de carbono em intervalos regulares para garantir a máxima eficiência. Além disso, uma vez que a substituição pode ser difícil, recomenda-se que todo o conjunto de escovas em uma turbina seja substituído ao mesmo tempo, para absoluta paz de espírito e para poupar tempo futuro tendo que fazer mais substituições individuais.

Deve também ser dada especial atenção às molas dos porta-escovas, uma vez que estas podem prolongar significativamente a vida útil da escova quando feita sua manutenção com frequência adequada. É comum que as molas dos porta-escovas sejam negligenciadas, particularmente quando você considera que pode ser extremamente difícil identificar quando uma mola se tornou desgastada. Desgaste nas molas pode causar desainhamento, que por sua vez pode desencadear o desalojamento da escova de carbono e assim destruir os contatos elétricos do anel coletor. Para evitar isso, é recomendável substituir todas as molas ao mesmo tempo em intervalos regulares. Quando apenas uma mola é substituída de forma isolada, uma força de mola inconsistente desequilibra o sistema, o que novamente pode reduzir a eficácia e a vida útil da escova de carbono.

Não há dúvida sobre a eficácia e a crescente popularidade da tecnologia eólica na geração de energia. O mundo está se tornando um lugar mais amigável do ponto de vista ambiental e os métodos sustentáveis de geração de energia vieram para ficar. No entanto, para que os parques eólicos sejam rentáveis, os operadores precisam por atenção na manutenção proativa, em vez de investir tempo e dinheiro em componentes de reposição, o que pode ser uma economia falsa. Com a substituição regular de escovas de carbono e molas de porta-escovas, os operadores podem prolongar a vida útil de seus anéis coletores e reduzir o tempo de parada. Além disso, irão reduzir o tempo gasto nos longos processos de subida e descida das turbinas, além das preocupações de segurança relativas ao trabalho em altura. Por fim, a seleção de componentes apropriados e a manutenção frequente podem aumentar o tempo de atividade na geração de energia e ajudar a criar condições que permitam a máxima eficiência operacional dos parques eólicos.




Comentários