Los robots, los drones y los sensores ayudan con las inspecciones ahora y podrían automatizarse completamente en el futuro no muy lejano.

Los drones y los robots rastreadores equipados con escáneres especiales podrían ayudar a que las cuchillas del viento permanezcan en servicio por más tiempo, lo que podría reducir el costo de la energía eólica en un momento en que las cuchillas se están volviendo más grandes, más caras y más difíciles de transportar. Con ese fin, los investigadores del DOE's Blade Confiabilidad Collaborative y Sandia National Laboratory han estado trabajando en formas de inspeccionar no invasivamente las cuchillas del viento en busca de daños ocultos mientras son más rápidos y más detallados que las inspecciones humanas tradicionales con cámaras.

Las palas de viento son las estructuras compuestas de una sola pieza más grandes construidas en el mundo, incluso más grandes que cualquier avión, y a menudo se colocan en máquinas en ubicaciones remotas. Una cuchilla está sujeta a rayos, granizo, lluvia, humedad y otras fuerzas mientras corre a través de mil millones de ciclos de carga durante su vida, pero no puede solo aterrizarlo en una percha para su mantenimiento.

Sin embargo, la inspección y reparación de rutina es fundamental para mantener las cuchillas de la turbina en el servicio, dice Paquette. Sin embargo, los métodos de inspección actuales no siempre reciben daños pronto. Sandia se basa en la experiencia de la investigación de aviónica y robótica para cambiar eso. Al detectar daños antes de que se haga visible, las reparaciones más pequeñas y más baratas pueden arreglar la cuchilla y extender su vida útil, dice.

En un proyecto, Sandia equipó un robot rastreo con un escáner que busca daños dentro de las cuchillas del viento. En una segunda serie de proyectos, Sandia combinó drones con sensores que usan el calor de la luz solar para detectar daños.

Tradicionalmente, la industria eólica ha tenido dos enfoques principales para inspeccionar las cuchillas de viento, dice Paquette. La primera opción es enviar a alguien con una cámara y un teleobjetivo. El inspector se mueve de la cuchilla a la cuchilla tomando fotos y buscando daños visibles, como grietas y erosión. La segunda opción es similar, pero en lugar de pararse en el suelo, el inspector ataca por una torre de cuchilla de viento o maniobra una plataforma en una grúa arriba y abajo de la cuchilla.

En estas inspecciones visuales, solo ves daño a la superficie. Sin embargo, a menudo, para cuando se puede ver una grieta en el exterior de una cuchilla, el daño ya es bastante severo. Estás mirando una reparación costosa o incluso puede reemplazar la cuchilla.

Estas inspecciones han sido populares porque son asequibles, pero no pueden captar daños antes de que se convierta en un problema mayor, dice Paquette. Los robots y drones de rastreo de Sandia tienen como objetivo hacer que la inspección interna no invasiva de las palas de viento sea una opción viable para la industria.

Sandia and Partners International Climbing Machines y Dophitech construyeron un robot rastreo inspirado en las máquinas que inspeccionan las presas. El robot puede moverse de lado a lado y arriba y abajo de una cuchilla del viento, como alguien que pinta una cartelera. Las cámaras a bordo toman imágenes de alta fidelidad para detectar el daño de la superficie, así como pequeñas demarcaciones que pueden indicar daños superiores al subsuelo. Mientras se mueve, el robot también usa una varita para escanear la cuchilla en busca de daños utilizando imágenes ultrasónicas de matriz en fase.

El escáner funciona muy como las máquinas de ultrasonido utilizadas por los médicos para ver los cuerpos internos, excepto en este caso, detecta el daño interno a las cuchillas. Los cambios en estas firmas ultrasónicas se analizan automáticamente para indicar daño.

El científico senior de Sandia y el protagonista del Proyecto Robótico del Proyecto Dennis Roach dice que una inspección ultrasónica de matriz en fase puede detectar daños en cualquier capa dentro de las espesas cuchillas compuestas.

El impacto o la sobrecarga de la turbulencia crean daños subterráneos que no son visibles. La idea es encontrar daños antes de que crezca hasta el tamaño crítico y se puede solucionar con reparaciones menos costosas que también disminuyen el tiempo de inactividad de la cuchilla. Queremos evitar cualquier falla o la necesidad de eliminar una cuchilla.

Roach imagina a los rastreadores robóticos como parte de un método de inspección y reparación única para las cuchillas del viento.

Imagine un equipo de reparación en una plataforma que sube una cuchilla de viento con el robot que se arrastra por delante. Cuando el robot encuentra algo, los inspectores pueden hacer que el robot marque el lugar para que la ubicación del daño del subsuelo sea evidente. El equipo de reparación elimina el daño y repara el material compuesto. Esta compra única de inspección y reparación permite que la cuchilla vuelva al servicio rápidamente.

Sandia también trabajó con varias pequeñas empresas de una serie de proyectos para equipar drones con cámaras infrarrojas que usan el calor de la luz solar para detectar daños ocultos en la cuchilla del viento. Este método, llamado termografía, detecta daño de hasta media pulgada de profundidad dentro de la cuchilla.

Desarrollamos un método que calienta la cuchilla al sol, y luego rueda o lanza la cuchilla hasta que está a la sombra. La luz solar se difunde en la cuchilla e iguala. A medida que ese calor se difunde, espera que la superficie de la cuchilla se enfríe. Pero los defectos tienden a interrumpir el flujo de calor, dejando la superficie por encima y las fallas calientes. La cámara infrarroja detecta esos puntos calientes y lo etiqueta como daño detectado.

Actualmente existen dispositivos de termografía en tierra utilizados para otras industrias, como el mantenimiento de las aeronaves. Debido a que las cámaras están montadas en drones para esta aplicación, se deben hacer concesiones, dice Ely.

No quieres algo costoso en un dron que pueda bloquear, y no quieres un cerdo de poder. Por lo tanto, utilizamos cámaras IR realmente pequeñas que se ajustan a nuestros criterios y luego usamos imágenes ópticas y LiDAR para proporcionar información adicional.

Lidar, que es como el radar pero usa luz visible en lugar de ondas de radiofrecuencia, mide cuánto tiempo lleva luz viajar hacia y desde un punto para determinar la distancia entre los objetos. Inspirándose en el programa Mars Lander de la NASA, los investigadores usaron un sensor LiDAR y aprovecharon el movimiento de drones para recopilar imágenes de súper resolución. Un dron que inspecciona una cuchilla de viento se mueve mientras toma imágenes, y ese movimiento permite recopilar imágenes de súper resolución.

Utiliza el movimiento para completar píxeles adicionales. Si tiene una cámara o lidar de 100 píxeles de 100 píxeles y toma una foto, esa resolución es todo lo que tendrá. Pero si se mueve mientras toma fotos, por una cantidad de subpíxeles, puede llenar esos vacíos y crear una malla más fina. Los datos de varios cuadros se pueden reconstruir para una imagen de súper resolución.

El uso de imágenes de LiDAR y súper resolución también permite a los investigadores rastrear con precisión dónde está dañada la cuchilla, y Lidar también puede medir la erosión en los bordes de la cuchilla.

Las inspecciones autónomas de puentes y líneas eléctricas ya son realidades, y Paquette cree que también se convertirán en partes importantes para garantizar la confiabilidad de la cuchilla del viento.

La inspección autónoma será un área enorme, y realmente tiene sentido en la industria eólica, dado el tamaño y la ubicación de las cuchillas. En lugar de una persona que necesita caminar o conducir desde la cuchilla hasta la cuchilla para buscar daños, imagine si las inspecciones fueron automatizados.

Paquette dice que hay espacio para una variedad de métodos de inspección, desde simples inspecciones de cámaras terrestres hasta drones y rastreadores que trabajan juntos para determinar la salud de una cuchilla.

Puedo imaginar que cada planta de viento que tenga un dron o una flota de drones que despegan todos los días, vuelan alrededor de las turbinas eólicas, realicen todas sus inspecciones y luego regresen y suban sus datos. Luego, el operador de la planta eólica entrará y revisará los datos, que ya habrán sido leídos por inteligencia artificial que busca diferencias en las cuchillas de inspecciones anteriores y notas posibles problemas. Luego, el operador desplegará un rastreador robótico en la cuchilla con sospecha de daño para obtener un aspecto más detallado y reparaciones de planes. Sería un avance significativo para la industria.