Robôs, drones e sensores já auxiliam nas inspeções atualmente e poderão ser totalmente automatizados em um futuro não muito distante.

Drones e robôs rastejantes equipados com scanners especiais podem ajudar as pás das turbinas eólicas a permanecerem em operação por mais tempo, o que poderia reduzir o custo da energia eólica em um momento em que as pás estão ficando maiores, mais caras e mais difíceis de transportar. Para esse fim, pesquisadores da Blade Reliability Collaborative do Departamento de Energia dos EUA e do Sandia National Laboratory têm trabalhado em maneiras de inspecionar as pás das turbinas eólicas de forma não invasiva, buscando danos ocultos, sendo mais rápidas e detalhadas do que as inspeções humanas tradicionais com câmeras.

As pás eólicas são as maiores estruturas compostas de peça única construídas no mundo, ainda maiores que qualquer avião, e geralmente são instaladas em máquinas em locais remotos. Uma pá está sujeita a raios, granizo, chuva, umidade e outras forças, passando por bilhões de ciclos de carga durante sua vida útil, mas não pode simplesmente ser guardada em um hangar para manutenção.

A inspeção e o reparo de rotina, no entanto, são cruciais para manter as pás das turbinas em operação, afirma Paquette. Contudo, os métodos de inspeção atuais nem sempre detectam danos com a devida antecedência. A Sandia está utilizando a expertise em pesquisa de aviônica e robótica para mudar essa realidade. Ao detectar danos antes que se tornem visíveis, reparos menores e mais baratos podem consertar a pá e prolongar sua vida útil, explica ele.

Em um projeto, a Sandia equipou um robô rastejante com um scanner que busca danos dentro das pás das turbinas eólicas. Em uma segunda série de projetos, a Sandia combinou drones com sensores que usam o calor da luz solar para detectar danos.

Tradicionalmente, a indústria eólica tem adotado duas abordagens principais para a inspeção das pás das turbinas eólicas, explica Paquette. A primeira opção consiste em enviar alguém com uma câmera e uma lente teleobjetiva. O inspetor se move de pá em pá, tirando fotos e procurando por danos visíveis, como rachaduras e erosão. A segunda opção é semelhante, mas em vez de ficar no chão, o inspetor desce de rapel por uma torre de turbinas eólicas ou manobra uma plataforma em um guindaste para cima e para baixo ao longo da pá.

Nessas inspeções visuais, você só vê danos superficiais. Muitas vezes, porém, quando você consegue ver uma rachadura na parte externa da lâmina, o dano já está bastante grave. Você terá que arcar com um conserto caro ou até mesmo substituir a lâmina.

Essas inspeções têm sido populares por serem acessíveis, mas não conseguem detectar danos antes que se tornem um problema maior, afirma Paquette. Os robôs rastejantes e drones da Sandia visam tornar a inspeção interna não invasiva das pás das turbinas eólicas uma opção viável para o setor.

A Sandia e seus parceiros International Climbing Machines e Dophitech construíram um robô rastejante inspirado nas máquinas que inspecionam barragens. O robô consegue se mover lateralmente e para cima e para baixo em uma pá eólica, como alguém pintando um outdoor. Câmeras a bordo capturam imagens de alta fidelidade para detectar danos na superfície, bem como pequenas demarcações que podem indicar danos maiores no subsolo. Enquanto se move, o robô também usa uma sonda para escanear a pá em busca de danos usando imagens ultrassônicas de matriz faseada.

O scanner funciona de maneira muito semelhante aos aparelhos de ultrassom usados ​​por médicos para visualizar o interior do corpo, exceto que, neste caso, ele detecta danos internos nas lâminas. Alterações nesses sinais ultrassonográficos são analisadas automaticamente para indicar danos.

Dennis Roach, cientista sênior da Sandia e líder do projeto de robôs rastreadores, afirma que uma inspeção ultrassônica com matriz de fase pode detectar danos em qualquer camada dentro das espessas pás de material composto.

O impacto ou a sobrecarga causados ​​pela turbulência geram danos subsuperficiais que não são visíveis. O objetivo é detectar esses danos antes que se agravem e possam ser reparados com métodos mais econômicos, reduzindo também o tempo de inatividade das pás. Queremos evitar falhas ou a necessidade de remoção de uma pá.

Roach idealiza os robôs de esteira como parte de um método completo de inspeção e reparo de pás eólicas.

Imagine uma equipe de reparos em uma plataforma subindo em uma pá eólica com o robô se movendo à frente. Quando o robô encontra algo, os inspetores podem usar o robô para marcar o local, tornando evidente a localização do dano subsuperficial. A equipe de reparos remove o dano e repara o material composto. Essa solução completa de inspeção e reparo permite que a pá volte a operar rapidamente.

A Sandia também trabalhou com diversas pequenas empresas em uma série de projetos para equipar drones com câmeras infravermelhas que usam o calor da luz solar para detectar danos ocultos nas pás das turbinas eólicas. Esse método, chamado termografia, detecta danos a até 1,27 cm de profundidade dentro da pá.

Desenvolvemos um método que aquece a lâmina ao sol e, em seguida, a gira ou inclina até que fique na sombra. A luz solar difunde-se na lâmina e se equaliza. À medida que o calor se difunde, espera-se que a superfície da lâmina esfrie. No entanto, imperfeições tendem a interromper o fluxo de calor, deixando a superfície acima das imperfeições aquecida. A câmera infravermelha detecta esses pontos quentes e os identifica como danos.

Existem dispositivos de termografia terrestres atualmente utilizados em outros setores, como a manutenção de aeronaves. Como as câmeras são montadas em drones para essa aplicação, algumas concessões precisam ser feitas, afirma Ely.

Você não quer um drone com componentes caros que possam sofrer acidentes, e também não quer um que consuma muita energia. Por isso, usamos câmeras infravermelhas muito pequenas que atendem aos nossos critérios e, em seguida, utilizamos imagens ópticas e lidar para fornecer informações adicionais.

O lidar, semelhante ao radar, mas que utiliza luz visível em vez de ondas de radiofrequência, mede o tempo que a luz leva para viajar de um ponto a outro, determinando assim a distância entre objetos. Inspirando-se no programa de pouso em Marte da NASA, os pesquisadores utilizaram um sensor lidar e aproveitaram o movimento de um drone para capturar imagens de super-resolução. Um drone que inspeciona uma pá de turbina eólica se move enquanto captura imagens, e esse movimento possibilita a obtenção de imagens de super-resolução.

Você usa o movimento para preencher pixels adicionais. Se você tiver uma câmera ou um lidar de 100 por 100 pixels e tirar uma foto, essa resolução será tudo o que você terá. Mas se você se mover enquanto tira fotos, por uma quantidade subpixel, poderá preencher essas lacunas e criar uma malha mais fina. Os dados de vários quadros podem ser reunidos para formar uma imagem de super-resolução.

O uso de lidar e imagens de super-resolução também permite que os pesquisadores rastreiem com precisão onde a pá está danificada, e o lidar também pode medir a erosão nas bordas da pá.

Inspeções autônomas de pontes e linhas de energia já são uma realidade, e Paquette acredita que elas também se tornarão partes importantes para garantir a confiabilidade das pás eólicas.

A inspeção autônoma será uma área de grande importância e faz muito sentido na indústria eólica, considerando o tamanho e a localização das pás. Em vez de uma pessoa precisar caminhar ou dirigir de pá em pá para verificar danos, imagine se as inspeções fossem automatizadas.

Paquette afirma que há espaço para uma variedade de métodos de inspeção, desde simples inspeções com câmeras terrestres até drones e robôs de esteira trabalhando em conjunto para determinar o estado de uma pá.

Imagino cada parque eólico com um drone, ou uma frota de drones, decolando diariamente, sobrevoando as turbinas eólicas, realizando inspeções e retornando para enviar os dados. O operador do parque eólico, então, analisaria os dados, já processados ​​por inteligência artificial que identifica diferenças nas pás em relação às inspeções anteriores e aponta possíveis problemas. Em seguida, o operador utilizaria um robô explorador para inspecionar a pá com suspeita de danos e planejar os reparos necessários. Seria um avanço significativo para o setor.