Robôs, drones e sensores ajudam com inspeções agora e podem ser totalmente automatizados no futuro não muito distante.

Drones e robôs rastejantes equipados com scanners especiais podem ajudar as lâminas de vento a permanecer em serviço por mais tempo, o que pode diminuir o custo da energia eólica no momento em que as lâminas estão ficando maiores, mais caras e mais difíceis de transportar. Para esse fim, os pesquisadores do Laboratório de Confiabilidade da Blade da Doe e do Laboratório Nacional de Sandia têm trabalhado em maneiras de inspecionar não invasivas lâminas eólicas quanto a danos ocultos, enquanto são mais rápidos e detalhados do que as inspeções humanas tradicionais com câmeras.

As lâminas de vento são as maiores estruturas compostas de peça única construídas no mundo, ainda maiores que qualquer avião, e geralmente são colocadas em máquinas em locais remotos. Uma lâmina está sujeita a raios, granizo, chuva, umidade e outras forças enquanto percorre um bilhão de ciclos de carga durante sua vida, mas você não pode simplesmente pousar em um cabide para manutenção.

A inspeção e reparo de rotina, no entanto, é fundamental para manter as lâminas de turbinas em serviço, diz Paquette. No entanto, os métodos atuais de inspeção nem sempre recebem danos em breve. Sandia está se baseando em especialização da pesquisa aviônica e robótica para mudar isso. Ao capturar danos antes de se tornar visível, reparos menores e mais baratos podem consertar a lâmina e prolongar sua vida útil, diz ele.

Em um projeto, Sandia equipou um robô rastejante com um scanner que procura danos dentro das lâminas de vento. Em uma segunda série de projetos, Sandia combinou drones com sensores que usam o calor da luz solar para detectar danos.

Tradicionalmente, a indústria eólica teve duas abordagens principais para inspecionar lâminas de vento, diz Paquette. A primeira opção é enviar alguém com uma câmera e lente telefoto. O inspetor se move da lâmina para a lâmina de fotos e procurando danos visíveis, como rachaduras e erosão. A segunda opção é semelhante, mas, em vez de ficar no chão, o inspetor faz com que em uma torre de lâmina de vento ou manobras uma plataforma em um guindaste para cima e para baixo na lâmina.

Nessas inspeções visuais, você só vê danos na superfície. Freqüentemente, no momento em que você pode ver uma rachadura do lado de fora de uma lâmina, o dano já é bastante grave. Você está olhando para um reparo caro ou pode até substituir a lâmina.

Essas inspeções têm sido populares porque são acessíveis, mas não podem receber danos antes de crescer em um problema maior, diz Paquette. Os robôs e drones de rastreamento de Sandia visam fazer uma inspeção interna não invasiva de lâminas de vento uma opção viável para a indústria.

Sandia and Partners International Climbing Machines e Dophitech construíram um robô rastreador inspirado nas máquinas que inspecionam barragens. O robô pode se mover de um lado para o outro e para cima e para baixo uma lâmina de vento, como alguém pintando um outdoor. As câmeras a bordo encaixam imagens de alta fidelidade para detectar danos na superfície, bem como pequenas demarcações que podem sinalizar danos maiores e subterrâneos. Enquanto se move, o robô também usa uma varinha para escanear a lâmina quanto a danos usando imagens ultrassônicas de matriz em fases.

O scanner funciona como máquinas de ultrassom usadas pelos médicos para ver os corpos internos, exceto neste caso, detecta danos internos às lâminas. Alterações nessas assinaturas ultrassônicas são analisadas automaticamente para indicar danos.

O cientista sênior de Sandia e o líder do Robotic Crawler, Dennis Roach, diz que uma inspeção ultrassônica em fases pode detectar danos em qualquer camada dentro das lâminas grossas e compostas.

Impacto ou sobrecarga da turbulência cria danos no subsolo que não são visíveis. A idéia é encontrar danos antes de crescer no tamanho crítico e pode ser corrigido com reparos mais baratos que também diminuem o tempo de inatividade da lâmina. Queremos evitar falhas ou necessidade de remover uma lâmina.

Roach prevê os rastreadores robóticos como parte de um método de inspeção e reparo único para lâminas de vento.

Imagine uma equipe de reparo em uma plataforma subindo uma lâmina de vento com o robô rastejando à frente. Quando o robô encontra algo, os inspetores podem fazer com que o robô marque o local para que a localização do dano no subsolo seja evidente. A equipe de reparo afasta os danos e repara o material composto. Essa compra única de inspeção e reparo permite que a lâmina volte a servir rapidamente.

Sandia também trabalhou com várias pequenas empresas em uma série de projetos para equipar os drones com câmeras infravermelhas que usam o calor da luz solar para detectar danos ocultos da lâmina do vento. Esse método, chamado de termografia, detecta danos até meia polegada de profundidade dentro da lâmina.

Desenvolvemos um método que aquece a lâmina ao sol e depois rola ou arrementa a lâmina até que ela esteja na sombra. A luz solar se difunde na lâmina e equaliza. À medida que o calor se difunde, você espera que a superfície da lâmina esfrie. Mas as falhas tendem a atrapalhar o fluxo de calor, deixando a superfície acima e as falhas quentes. A câmera infravermelha detecta esses pontos quentes e a rotula como danos detectados.

Atualmente, existem dispositivos de termografia baseados no solo usados ​​para outros setores, como a manutenção de aeronaves. Como as câmeras são montadas em drones para este aplicativo, as concessões precisam ser feitas, diz Ely.

Você não quer algo caro em um drone que possa travar e não quer um porco poderoso. Portanto, usamos câmeras IR muito pequenas que se encaixam em nossos critérios e, em seguida, usamos imagens ópticas e lidar para fornecer informações adicionais.

O Lidar, que é como radar, mas usa luz visível em vez de ondas de radiofrequência, mede quanto tempo leva a luz para viajar de e para um ponto para determinar a distância entre os objetos. Inspirando-se no programa Mars Lander da NASA, os pesquisadores usaram um sensor Lidar e aproveitaram o movimento do drone para reunir imagens de super resolução. Um drone que inspeciona uma lâmina de vento se move enquanto leva imagens, e esse movimento possibilita reunir imagens de super resolução.

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

O uso de imagens de Lidar e Super-resolução também permite que os pesquisadores rastreem com precisão onde a lâmina está danificada, e o Lidar também pode medir a erosão nas bordas da lâmina.

As inspeções autônomas de pontes e linhas de energia já são realidades, e Paquette acredita que elas também se tornarão partes importantes para garantir a confiabilidade da lâmina do vento.

A inspeção autônoma será uma área enorme, e realmente faz sentido na indústria eólica, dado o tamanho e a localização das lâminas. Em vez de uma pessoa que precisa caminhar ou dirigir de lâmina para lâmina para procurar danos, imagine se as inspeções fossem automatizadas.

Paquette diz que há espaço para uma variedade de métodos de inspeção, desde inspeções simples de câmera baseadas no solo a drones e rastreadores trabalhando juntos para determinar a saúde de uma lâmina.

Posso visualizar cada planta eólica com um drone ou uma frota de drones que decolam todos os dias, voando pelas turbinas eólicas, faça todas as suas inspeções e depois volte e volte e carregue seus dados. Em seguida, o operador da planta eólica entrará e examinará os dados, que já terão sido lidos por inteligência artificial que buscam diferenças nas lâminas das inspeções anteriores e observaram problemas em potencial. O operador implantará um rastreador robótico na lâmina com suspeitos de danos para obter uma aparência mais detalhada e reparos de plano. Seria um avanço significativo para a indústria.