Uso de un programa de monitoreo de condición del aceite para extender la vida útil de una turbina eólica

Los propietarios de activos de energía eólica se enfrentan a decisiones comerciales críticas a medida que sus parques eólicos se acercan al final de su vida operativa. Esto obliga a que estas decisiones se tomen en torno a la extensión de la vida útil, la repotenciación o el desmantelamiento total de estos activos.

A pesar de la continua innovación en diseños, sistemas de lubricación, mejoras en los diferentes materiales y lubricantes utilizados, aún persisten problemas de mantenimiento en turbinas de viento. Persisten principalmente como consecuencia de la fatiga de los componentes o por contaminación externa (agua, aire, partículas de polvo), provocando con ello una drástica reducción de la vida útil de estos componentes.

Si tenemos en cuenta el estallido de la crisis sanitaria provocada por el Covid-19 y la guerra entre Rusia y Ucrania, la industria de los lubricantes se enfrenta al desafío de la escasez de materias primas, especialmente del aceite base. La falta de este componente retrasa los procesos de fabricación de aceites y grasas, y por tanto, obliga a los usuarios finales, en el caso de los grandes fabricantes de aerogeneradores, a implementar nuevas tareas que permitan alargar la vida útil de estos productos ante una inminente reducción de su suministro.

A través del estudio de estos eventos, hemos podido comprender estos modos de degradación, lo que nos ha llevado a proponer nuevas alternativas dentro de los programas de monitoreo de condición del aceite (OCM, por sus siglas en inglés). Estos programas nos han permitido mejorar la detección temprana de posibles fallas, alargando así la vida útil de los aerogeneradores.

Introducción

Con un contrato de servicio que incluye actualizaciones para mejorar y ampliar la vida útil del diseño original, las turbinas eólicas pueden seguir produciendo hasta 10 años más con un riesgo mínimo. La repotenciación mediante la instalación de turbinas más grandes y eficientes también es una opción atractiva, que puede combinarse con la extensión de la vida útil.

Sin embargo, la repotenciación puede verse dificultada por procedimientos de autorización largos e inciertos. Requiere inversiones adicionales para retirar de servicio las turbinas actuales y la instalación de las turbinas nuevas.

Retirar de servicio las turbinas eólicas puede ser relevante si no son viables la extensión de su vida útil ni la repotenciación. En este caso, los propietarios de los activos incurren en los costos inmediatos de limpiar el sitio, así como en el costo de oportunidad de que no se les extiendan los permisos.

Para ello, se deben inspeccionar los componentes de la turbina eólica para determinar su integridad y el riesgo de falla durante el funcionamiento continuo. El tipo de inspección puede variar según la cantidad de datos operativos disponibles y los problemas encontrados previamente por los componentes de la turbina.

A pesar de tener estas opciones disponibles para la puesta en marcha, se ha demostrado que muchas turbinas pueden funcionar más allá de su vida útil estimada.

Tendencias futuras que se esperan en OCM

Según estudios recientes de WindEurope, dentro de los próximos cinco años, aproximadamente 38 gigavatios de parques eólicos europeos alcanzarán los 20 años de funcionamiento, lo que supone que hay un gran número de aerogeneradores (alrededor de +35,000), que representan el 16% de la capacidad eólica instalada en Europa. Sin duda, la decisión sobre la extensión de la vida en servicio es compleja y las experiencias hasta la fecha son limitadas. La mayor parte de estos equipos se encuentra en Alemania, España, Francia, Reino Unido e Italia, que también tienen flotas obsoletas.

De 2021 a 2028, un promedio de turbinas de cuatro gigavatios al año ampliará de forma segura y rentable su vida útil. Los resultados indican que las soluciones al final de su vida útil desarrollarán un mercado importante durante los próximos cinco años.

La aplicación de inspecciones y simulaciones de carga actualizadas para la evaluación de la extensión de la vida útil técnica difiere entre países. Una preocupación importante es la incertidumbre sobre los precios futuros del mercado al contado de la electricidad, que determinan si la extensión de la vida útil es económicamente viable.

En varios casos, la vida útil de un parque eólico puede ampliarse mediante reparaciones menores y de bajo costo. A través de este proyecto se ha podido demostrar durante los últimos años que monitorizar los diferentes componentes mediante análisis de aceite y poder anticiparse mejor a posibles fallas, ha ayudado mucho a alargar la vida útil de estos componentes.

Conclusiones

1. El OCM ha demostrado ser una herramienta muy valiosa dentro de la industria eólica y debe instalarse para identificar cambios en los componentes de las turbinas. Como resultado, se pueden planificar mejor las acciones correctivas para mantener la confiabilidad de manera rentable.
2. Como parte de la extensión de vida a través del OCM, todos los componentes críticos de la zona de carga de la turbina deben evaluarse para garantizar un programa de mantenimiento exhaustivo. Estos componentes incluyen: caja de engranajes, rodamientos del eje principal, rodamiento de giro, rodamiento de la junta atornillada de bancada, sistema de guiñada, rodamiento principal, rodamiento de cuchilla y sistema hidráulico.

• El nivel de desgaste en la mayoría de las turbinas puede haber resultado en una capacidad de carga inferior a la estimada originalmente. De este modo, el engranaje de la turbina a menudo no sufre daños importantes. Por lo tanto, en muchos casos las reparaciones necesarias para prolongar la vida útil de la turbina son generalmente menores y rentables.

1. Muchos modos de falla tienen una respuesta medible y se desarrollan con el tiempo. Estas son las aplicaciones ideales para el mantenimiento basado en condiciones (CBM, por sus siglas en inglés). El OCM puede proporcionar una advertencia temprana de posibles fallas si los parámetros de medición se eligen y miden correctamente con una metodología precisa utilizando la técnica de espectrometría visible (color).
2. Se ha logrado aplicar una técnica muy rápida, el color en aceites para cajas de engranajes, que nos permite establecer una excelente relación entre determinadas variables estándar, como el número ácido, FTIR o espectrometría de elementos metálicos por plasma inductivamente acoplada (ICP, por sus siglas en inglés).
3. Este nuevo método de degradación del aceite es capaz de determinar de forma totalmente cuantitativa el color de la muestra de aceite, así como diferentes características que pueden evaluarse analizando su espectro visible. Este método también permite detectar etapas incipientes de degradación del aceite, a diferencia de las metodologías tradicionales que solo son sensibles en etapas avanzadas de degradación del aceite.

• Los resultados obtenidos sólo son aplicables para aquellos componentes lubricados. Este estudio no cubre otras partes importantes dentro de la turbina para las cuales no es posible aplicar la técnica de OCM.

Muchos países de todo el mundo que instalaron sus primeros parques eólicos están viendo que sus turbinas están llegando al final de su vida útil prevista, lo que significa que pronto será necesario tomar decisiones sobre la extensión de la vida útil, la repotenciación o el desmantelamiento total de estos activos. La extensión de vida útil es un método rentable para maximizar el retorno de inversión sobre la inversión inicial. La técnica OCM puede ayudar a garantizar que decisiones importantes como estas se tomen con cuidado y teniendo en cuenta los factores basados en la condición que se analizan en este artículo.

Este artículo es parte de la conferencia del autor presentada en la conferencia y exposición sobre lubricación de maquinaria y planta confiable del año 2023. Para obtener más información sobre nuestra próxima conferencia y exposición sobre lubricación de maquinaria y planta confiable, visite el sitio web de la conferencia.