Construcción ligera con correas dentadas de poliuretano

Es una tendencia satisfactoria: Los aerogeneradores en tierra produjeron en 2018 unos 100 teravatios por lo que la generación de esta corriente ecológica a partir de la energía eólica ocupó el segundo lugar por delante de la energía nuclear y el carbón. Pero esta técnica no alcanza su plena vida útil calculada de 20 años si no se ejecutan las medidas de mantenimiento y reparaciones. Casi increíble, pero sobre todo las palas del rotor que consisten de un plástico reforzado con fibra de vidrio sufren de erosión, impactos de rayos y formación de grietas debido a las altas cargas alternantes.

Generalmente los técnicos de mantenimiento inspeccionan las palas del rotor en Alemania cada dos años con la técnica de cuerda. “Pero la reparación en la cuerda no ha dado buenos resultados y colgando en la cuerda casi no es posible la reparación adecuada del laminado”, sabe el señor Ole Renner, uno de los dos gerentes de WP Systems, una empresa que se ha especializado en el mantenimiento de palas del rotor y el desmantelamiento de aerogeneradores. Él añade: “La tendencia va hacia los sistemas de acceso móviles. El estado actual de la técnica son sistemas de acceso abiertos, es decir bastidores abiertos similares a plataformas de trabajo móviles que se soportan con un marco en la torre y se elevan con cabrestantes hacia el rotor. Con estos sistemas de acceso sencillos, los técnicos de mantenimiento pueden lijar las palas del rotor, laminarlas con resina de poliéster y sellarlas con el recubrimiento”.

El problema: Para el procesamiento de los laminados y las resinas no debe llover mucho y la temperatura no debe ser inferior a 12 °C. Por eso, las reparaciones del rotor son prácticamente imposibles en invierno y en primavera, y en otoño sólo son posibles pocas horas al día. Las reparaciones tampoco son posibles a velocidades del viento por encima de 12 m/s.

Ole Renner explica al respecto: “Estos tres factores limitan los días en que se pueden ejecutar los trabajos de mantenimiento en dependencia del lugar a sólo 60 hasta 100 días como máximo. Esto es el resultado de nuestro análisis estadístico de los datos meteorológicos para varios parques eólicos. Este negocio estacional supone un gran desafío para el sector que incluye unas 30 000 instalaciones en Alemania”.

El señor Holger Müller, experto en el campo de la energía eólica desde hace varios años y gerente de WP Sysetms, explica la idea del sistema de acceso terra 1.1 como sigue: “Nuestro enfoque fue el desarrollo de un sistema completo que permita ejecutar los trabajos en la pala del rotor durante todo el año”. Esto requiere no sólo una, sino varias innovaciones:

• El sistema de acceso tiene que ser capaz de encerrar la pala del rotor de manera impermeable para que el lugar de la reparación esté seco. El mecanismo se tiene que adaptar además a los diferentes contornos y secciones transversales.
  
  
• Se necesita una solución para poder procesar la resina a bajas temperaturas.
  
  
• Debe ser posible transportar el sistema de acceso con los remolques de eje tándem usuales. Esto limita el peso del remolque y del sistema de acceso a 3,5 toneladas.

Con este ambicioso objetivo, un equipo interdisciplinario de ingenieros mecánicos, expertos en materiales y construcción ligera así como especialistas para simulaciones fundó en 2015 la empresa WP Systems. En pocos años, el joven equipo cumplió todos los requisitos con el sistema terra 1.1 y también las altas exigencias para la certificación que también incluye trabajos nocturnos.

El innovador sistema de acceso terra 1.1 es en realidad un taller móvil. Se compone de una estructura de aluminio de construcción ligera que se puede cerrar con toldos y puertas para formar una cámara de trabajo a prueba de viento y que está equipado con todo lo necesario, electricidad, luz, herramientas y material de reparación.

Los ingenieros en Ruhland desarrollaron paneles deslizables que se adaptan al contorno aerodinámico de las palas del rotor para cubrir de manera flexible el espacio entre la pala del rotor y el piso o el techo. Los paneles se pueden posicionar en una distancia de pocos centímetros a cada pala del rotor.

Un toldo de goma con ventosas sella herméticamente el espacio restante entre los paneles y la pala del rotor. De esta forma se pueden ejecutar las reparaciones también cuando está lloviendo.

Los desarrolladores en WPS utilizan radiadores infrarrojos para calentar el lugar de la reparación y así pueden procesar la resina también en días con temperaturas inferiores a 12 °C. En pocos minutos se alcanzan también temperaturas de más de 30 °C, también cuando las temperaturas exteriores son muy bajas.

La resina de poliéster y el endurecedor se almacenan además en una caja de transporte que se puede calentar para no interrumpir nunca la cadena de temperatura. Esta preparación permite la ejecución de las reparaciones permanentemente hasta 0 °C y brevemente también hasta – 0 °C.

Ole Renner explica lo siguiente sobre los conflictos del objetivo: “A pesar de haber utilizado consecuentemente desde un inicio las posibilidades de la construcción ligera, necesitamos una nueva idea para el accionamiento del marco de perfil hueco en el marco de presión de 15 m de longitud para alcanzar el peso necesario. Los accionamientos de cremallera de acero son demasiado pesados para este caso. Una comparación sistemática de los posibles tipos de accionamiento nos mostró rápidamente el potencial de la construcción ligera de la transmisión de correa dentada”.

El señor André Schmidt, ingeniero de ventas de la sucursal de Leipzig de la compañía Wilhelm Herm. Müller GmbH & Co. KG (WHM), sobre el inicio del proyecto: “El plan de WP Systems fue simple y genial: La correa dentada se sujeta en los extremos del marco de soporte y una transmisión de correa dentada Omega en el marco de soporte desplaza la cámara de trabajo a la posición deseada. Pero los problemas surgieron después de haber desarrollado nuestro primer diseño”.

La fuerza de tensión previa calculada fue tan alta que superaba significativamente las fuerzas permisibles para el marco de soporte, especialmente en la posición superior del sistema de acceso cerca del árbol del rotor, y existía el peligro de pandeo.

El aumento del dimensionamiento de los perfiles no era posible para no superar el peso permisible.

André Schmidt: "Por esta razón propusimos a WPS posicionar los dos desviadores de correa del accionamiento Omega muy cerca de las poleas para causar una guía forzada de la correa dentada alrededor de la polea. En este caso se puede prescindir de la tensión previa”.

Ole Renner: “Esta modificación fue importante y muy útil para nosotros. Las medidas del marco de soporte se pudieron mantener y así se alcanzó al final el peso necesario”.

Para el movimiento de la cámara a lo largo de la pala del rotor fue necesario realizar principalmente tres movimientos: el ajuste de altura mediante cabrestantes, el movimiento y el soporte hacia la torre mediante marcos de soporte y la rotación de la cámara alrededor de su eje vertical para poder seguir de forma óptima el contorno de la pala del rotor.

La cámara está suspendida en dos perfiles en arco C encima de dos rodillos para facilitar la rotación.

Los perfiles en arco están atornillados con un marco de perfil hueco de aluminio. Sus perfiles huecos en el lado longitudinal se guían sobre el marco de soporte de 15,5 metros de longitud.

Un desafío especial en el desarrollo suponía el límite del peso total permisible del remolque de eje tándem de 3,5 toneladas.

André Schmidt explica sobre la selección de una correa dentada apropiada: “Las correas dentadas estándar tienen las llamadas narices enrolladas en la base del diente. Allí están expuestos los elementos de tracción de acero y aquí se produce corrosión en entornos húmedos. BRECO también ofrece elementos de tracción de acero inoxidable, pero no alcanzan la resistencia del elemento de tracción de acero. Con la variante de acero inoxidable habría aumentado la anchura y el peso del accionamiento. En este caso el material por metro BRECOprotect con el elemento de tracción de acero protegido alrededor fue la solución ideal, también porque el poliuretano utilizado es especialmente resistente en entornos húmedos”.

WP Systems seleccionó el mismo principio de accionamiento para la rotación de la góndola. La correa dentada está sujetada allí en el interior del perfil C curvado y fijada en sus extremos. Entremedias se encuentra otra vez un accionamiento Omega. André Schmidt dice sobre el potencial adicional de esta solución de accionamiento: “Como se puede ver muy bien en este ejemplo, una transmisión de correa dentada Omega en un segmento circular permite la construcción muy fácil de accionamientos giratorios, de torre y basculantes para todos los diámetros, casi sin límite alguno. El accionamiento no requiere lubricación y no sufre corrosión”.

Ole Renner explica sobre la cooperación con Wilhelm Herm. Müller (WHM), un socio de Mulco, en los tres años pasados y las experiencias de campo ganadas: “Estamos muy satisfechos con el accionamiento, especialmente apreciamos las altas fuerzas de tracción que pueden transmitir las correas dentadas BRECO en relación a su peso. Esto es impresionante. El señor Schmidt y el fabricante BRECO Antriebstechnik respondieron rápidamente a la gran cantidad de preguntas detalladas que les presentamos durante el desarrollo y encontraron las soluciones adecuadas. Ahora podemos ofrecer al sector de la energía eólica una solución integral móvil para la reparación de las palas del rotor que se puede emplear en promedio en 200 días. Con esto se puede realizar la cantidad doble de reparaciones con el mismo personal y esto supone un aumento de las ventas al doble. Las correas dentadas BRECO también jugaron su papel en esto”.

Garbsen, el 15-03-2019
Mulco-Europe EWIV