Este consorcio investigador busca generar el conocimiento necesario para desarrollar una metodología evolutiva de diseño que garantice la resiliencia y fiabilidad de componentes críticos en turbinas eólicas ya que, aunque los aerogeneradores actuales están diseñados para tener una vida útil de hasta 30 años y funcionar frente a perfiles de vientos definidos según datos históricos, el sector eólico se enfrenta a desafíos significativos derivados del cambio climático, un proceso que ha perturbado las condiciones operativas esperadas para las turbinas en los últimos años.
Fiabilidad de las turbinas a través del diseño
Actualmente, los diseños de componentes se diseñan respecto a unas cargas derivadas de los históricos de vientos existentes. Cualquier evento fuera de esas predicciones deberá de ser absorbido durante su vida útil por el coeficiente de seguridad definido en el diseño del componente.
Hoy en día se desconocen vario factores importantes en esta materia: 1) si esos factores de seguridad están bien calibrados para las condiciones del futuro; 2) si el aumento en frecuencia y energía de los fenómenos meteorológicos extremos debidos al cambio climático modifican la fiabilidad de los componentes; y 3) si las turbinas son capaces de poder ser funcionales después de sufrir esas sobrecargas (su nivel de resiliencia). Estos elementos son imprescindibles para abordar la fiabilidad de las turbinas a través del diseño.
Por este motivo, la mejora de la resiliencia de los componentes del aerogenerador, desde su concepción hasta su funcionamiento en condiciones operativas reales, se presenta como un desafío crucial para la sostenibilidad y eficacia a largo plazo de esta tecnología. Paradójicamente, en la actualidad la resiliencia no es considerada un criterio de diseño, pero en el futuro puede ser un parámetro competitivo diferencial para los fabricantes de componentes eólicos.
Para dar respuesta a esta problemática, los socios del proyecto MEEVECE II se centran respectivamente en el estudio y modelización evolutiva de al menos un componente eólico crítico: la Universidad de Mondragón se centrará en la pala, Bearinn en el rodamiento del pitch, Ceit en el eje y, por último, Ikerlan, en la multiplicadora. 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
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 modifica su comportamiento aerodinámico, lo que altera a su vez la generación de energía y las cargas que soportan, tanto las propias palas como el resto de los componentes. Por su parte, el desgaste del engranaje, afecta directamente a la capacidad y resistencia de estos componentes para transmitir par y, por tanto, potencia mecánica hasta el generador.
La degradación de los componentes por la iniciación y propagación de grietas mediante la mecánica de la fractura será analizada en la superficie del eje y en la pista de rodadura de los rodamientos cuando el inicio es sub-superficial (debido a defectos e impurezas en el material).
En cuanto a la degradación de los elementos internos del rodamiento y su rotura, cabe destacar que, 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 del pitch.
