PROYECTO

Objetivos de MEEVCE II

El proyecto tiene como objetivo principal generar el conocimiento necesario para desarrollar una metodología evolutiva de diseño (basados en physic-based models) que garantice la resiliencia y fiabilidad de componentes críticos en turbinas eólicas (principalmente, aquellos ubicados en el rotor y en el tren de potencia).

En este proyecto de investigación del programa ELKARTEK se va a dar un paso en la evaluación de la robustez, y la capacidad del sistema para poder seguir funcionando a pesar de los cambios producidos. Actualmente, la resiliencia no es considerada un criterio de diseño, pero a futuro puede ser un parámetro competitivo diferencial para los fabricantes de componentes eólicos.

Subjetivos

  • 1Lograr modelos avanzados de los componentes críticos de la turbina que permitan anticipar la robustez y resiliencia en fase de diseño y de operación para diferentes escenarios y variaciones de vientos importantes.

  • 2Idear, desarrollar, diseñar y operar procedimientos o bancos de ensayos a escala reducida, permitiendo reproducir a escala de laboratorio condiciones/cargas medioambientales futuras (derivadas del cambio climático) que se darán a escala real.

  • 3Establecer una metodología evolutiva de diseño para los componentes eólicos que mejoren la resiliencia y la fiabilidad de estos frente a variaciones en la región operativa de las turbinas.

  • 4Alcanzar un modelo holístico multicomponente de turbina que asegure la fiabilidad y resiliencia, del conjunto y de cada componente que, permita entender mejor tanto las interacciones entre componentes como el impacto de la variación de cargas anómalas en el comportamiento de la turbina.

Alcance tecnológico

Componentes

Los componentes por evaluar han sido seleccionados debido a su criticidad en relación a la tasa de fallos mecánicos y los altos costes de mantenimiento que puedan acarrear en caso de rotura. Dentro del rotor/drivetrain de la turbina la pala, el rodamiento del pitch, el eje y la multiplicadora son componentes clave de trasmisión de cargas, cuya degradación reduce la capacidad de potencia de la turbina.

Mecanismos de degradación

  Fractura superficial y sub-superficial

  Degradación / Rotura

  Erosión / Desgaste

1Ensayos de validación en los que se reproduzcan los modos de fallo a escala real para todos los componentes v sus modelos asociados.

2Gemelos digitales y su aplicación dentro de modelo holístico que incorpore el comportamiento de los componentes degradados, su interacción y su impacto en la turbina.

3Modelo evolutivo holístico de la turbina que permita estimar el efecto de la degradación de los componentes en el comportamiento de la máquina y del resto de componentes.

Cada socio se va a centrar en el estudio y modelización evolutiva de al menos un componente eólico crítico. Sin embargo, aun centrándose en componentes diferentes, los fenómenos de degradación y las tecnologías a investigar son comunes, con un claro interés compartido por las diferentes tecnologías que se tratan en el proyecto.

Mecanismos de degradación

Desgaste

El desgaste es un fenómeno de degradación común en todos los componentes del rotor de una turbina eólica. Aunque no se considera catastrófico, su impacto en el comportamiento de la turbina es significativo. El desgaste superficial de la pala que estudiará MGEP modifica su comportamiento aerodinámico, alterando a su vez la generación de energía y las cargas que soportan tanto las propias palas como el resto de los componentes. El desgaste del engranaje (IKERLAN), afecta directamente a la capacidad y resistencia de estos componentes para transmitir par y, por tanto, potencia mecánica hasta el generador. Habría, además, que añadir otros fenómenos de degradación como la fatiga, que también impactan en el comportamiento de estos componentes.

  Erosión / Desgaste

Propagación de grietas

La degradación de los componentes por la iniciación y propagación de grietas mediante la mecánica de la fractura será analizada por el CEIT en la superficie del eje, y por IKERLAN en la pista de rodadura de los rodamientos cuando el inicio es sub-superficial (debido a defectos e impurezas en el material).

  Fractura superficial y sub-superficial

Degradación de elementos internos del rodamiento

La degradación de los elementos internos del rodamiento y su rotura será analizada por BEARINN. Dentro del rodamiento existen diversos elementos móviles que facilitan el movimiento de giro entre el elemento fijo y el móvil. La rotura de estos componentes puede originar un funcionamiento inadecuado del rodamiento, y en un último estado, puede generar el colapso del movimiento de giro de pitch.

  Degradación / Rotura

Tecnologías a investigar

  • 1El desarrollo de ensayos de validación en condiciones de laboratorio, a escalas reducidas y bajo coste, en los que se reproduzcan los modos de fallo a escala real son necesarios para todos los componentes y sus modelos asociados.

  • 2La generación de gemelos digitales y su aplicación dentro del modelo holístico que incorpore el comportamiento de los componentes degradados, su interacción y su impacto en la turbina es una tecnología que debe ser investigada para poder dar respuesta a las necesidades de extensión de vida útil de todos los componentes contemplados en el proyecto.

  • 3Además, todas las entidades colaborarán en la obtención del modelo evolutivo holístico de la turbina que permita estimar el efecto de la degradación de los componentes en el comportamiento de la máquina y del resto de componentes.

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Principales indicadores

15

publicaciones científicas indexadas

2

solicitudes de patentes

8

posibles acuerdos de transferencia con empresas

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Comité asesor

Distintas empresas componentistas del País Vasco conformarán el Comité Asesor para la definición de especificaciones, puesta en común de avances y de experiencias en extensión de vida útil de los componentes. Asimismo, servirá para una primera fase de transferencia de conocimiento generada durante el proyecto.

El proyecto MEEVCE II cuenta con una serie de entidades vascas que han manifestado su interés en formar parte de su Comité Asesor, por el interés estratégico que estas actividades de investigación tienen para ellas. Las invitaciones se han realizado con el objetivo de contar con un Comité Asesor representativo de los diferentes temas que se van a tratar:

Pala

Rodamientos

Multiplicadora

Eje

Sistema Pitch

Ingenierías de extensión de vida

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