Cómo cabecear la turbina eólica

Con más de 350.000 turbinas eólicas actualmente en uso en todo el mundo, la energía eólica sigue siendo una de las formas de energía renovable de más rápido crecimiento. En 2021, 93,6 GW de nuevas instalaciones elevaron la capacidad acumulada de energía eólica mundial a 837 GW, lo que muestra un crecimiento interanual del 12 %. El Global Wind Report 2022 señala que se agregarán 557 GW de nueva capacidad en los próximos cinco años, más de 110 GW de nuevas instalaciones cada año hasta 2026.

Pregunta:Sabemos que las turbinas eólicas son una fuente de generación de energía renovable, ¿cuánta energía se produce con una sola turbina?

Bucci: Las turbinas eólicas actuales son máquinas de precisión altamente técnicas que utilizan la última tecnología digital e informática para maximizar la potencia de cada ráfaga de viento. Una turbina eólica de tamaño medio de 2 MW puede generar suficiente electricidad para abastecer a unos 1.000 hogares. Funcionando 24 horas al día, 7 días a la semana con una expectativa operativa del 98% durante 20 años, las turbinas eólicas funcionan en entornos extremadamente dinámicos donde la confiabilidad es primordial.

P:¿Seguirán las turbinas eólicas complementando el objetivo global de cero emisiones en los próximos años?

Bucci: Las turbinas eólicas son clave para trabajar hacia el objetivo de la Agencia Internacional de Energía de alcanzar emisiones netas cero para el año 2050. Esto significa que toda la electricidad producida tendrá cero emisiones de carbono y ayudará a limitar el aumento de la temperatura global a 1,5 °C. Y a medida que las turbinas eólicas han aumentado de tamaño, también lo ha hecho su capacidad de producción, y los sistemas de paso controlado se han convertido en la opción estándar para ganar eficiencia.

P:¿Puede contarnos más sobre los sistemas de control de tono?

Bucci: Con palas con forma que se ajustan y giran para maximizar la productividad, el control de paso activo permite configurar una turbina eólica para que funcione de manera eficiente a cualquier velocidad del viento. Al gestionar activamente el ángulo de las palas, los operadores pueden optimizar la energía de rotación del viento, sin importar la velocidad del viento.

Alojado dentro del actuador de paso de la turbina eólica, un cilindro de paso hidráulico controla el movimiento, gira ligeramente las palas del rotor de la turbina y ajusta el paso para las velocidades cambiantes del viento. Si la velocidad del viento es lenta, el cilindro de paso ajusta el ángulo de la pala para aumentar el área de superficie de la pala para capturar la energía del viento. A medida que aumenta la velocidad del viento, las aspas se inclinan para reducir la cantidad de superficie en contacto con el viento, evitando velocidades de rotación excesivas para proteger la integridad del sistema. La resistencia a velocidades de viento más altas también afecta negativamente a la eficiencia del sistema y cambiar el paso de las aspas puede mejorar drásticamente el rendimiento.

P:¿Qué tipo de configuraciones de sellado se requieren para el cilindro de paso?

Bucci: El sistema de sellado debe ser capaz de funcionar a presiones de 3625 psi (250 bar) con presión lineal constante en los sellos del vástago y el pistón, y cargas laterales diferenciales que controlen el posicionamiento. Mientras se mantiene un álabe de turbina en ángulo, al extender y retraer el vástago del cilindro de paso, el sistema de sellado no debe presentar ninguna deriva o deslizamiento. Esto puede provocar que el paso de las palas se deteriore y reduzca drásticamente la eficiencia. Los sellos también deben liberar fácilmente su posición de retención con mínima vibración y fricción, o deslizamiento, y moverse de manera lineal y suave. Esto requiere materiales de sellado de baja fricción.

Además, los sellos deben demostrar características de desgaste mínimo y facilitar un movimiento dinámico continuo en carreras cortas. Estos, que ocurren en promedio 900 veces por hora, pueden causar un desgaste particularmente agresivo ya que el sello no puede flexionarse completamente y aliviar la tensión como lo haría en aplicaciones de carrera larga.

P:¿Qué tipos de materiales se utilizan para el sellado de turbinas eólicas?

Bucci:Los materiales de sellado de cilindros hidráulicos estándar pueden ser insuficientes y se necesitan materiales de bajo desgaste, como compuestos a base de politetrafluoroetileno (PTFE) rellenos con agentes antidesgaste y un durómetro duro y uretano estable, para extender la vida útil.

Los anillos de desgaste estándar basados ​​en polímeros también pueden ser incapaces de alcanzar los ciclos de vida prolongados deseados. Como alternativa, los anillos de desgaste hechos de materiales compuestos están diseñados para soportar cargas elevadas y resistir el desgaste.

P:¿Cómo afectan los diferentes climas a las condiciones de sellado de las turbinas eólicas?

Bucci: Los sellos utilizados en las turbinas eólicas deben poder soportar temperaturas frías tan bajas como –22 °F (–30 °C) como estándar, e incluso inferiores, hasta –40 °F (–40 °C) en climas muy fríos. Cuando las temperaturas caen por debajo de estos niveles, el aceite dentro del cilindro ya no puede funcionar correctamente y requiere calentamiento con elementos calefactores.

La resistencia máxima a la temperatura para los sellos de los cilindros hidráulicos de turbinas eólicas es de 140 °F (60 °C). Por encima de esto, los sistemas de refrigeración son necesarios para que el aceite no se estrese, disminuyendo la viscosidad y carbonizándose. Además, los sellos del actuador deben soportar condiciones exigentes que incluyen alta humedad, partículas de suciedad, niebla salina y los rigores del viento y la lluvia.

P:¿Cómo se puede optimizar el rendimiento del cilindro de paso?

Bucci: Los sellos dentro de los sistemas hidráulicos son parte integral del rendimiento general de la turbina y optimizar su vida útil es fundamental para la efectividad a largo plazo del sistema total. Un ejemplo de disposición de sellado para una turbina eólica es combinar el Turcon Stepseal V LM de Trelleborg, un sello energizado con junta tórica de simple efecto fabricado con materiales a base de PTFE diseñados para aplicaciones dinámicas, con el compuesto Orkot Slydring de Trelleborg, que evita la fricción entre metal y Contacto metálico entre los componentes metálicos estáticos y dinámicos. Las configuraciones especialmente diseñadas mejoran la lubricación, optimizan las características de fricción y maximizan la vida útil, al tiempo que evitan cualquier fuga de aceite externa.

P:¿De qué otra manera podrían los operadores extender la vida útil de los sellos utilizados en las turbinas eólicas?

Bucci: Para prolongar aún más la vida útil y el rendimiento del sello, los operadores deben incorporar un recubrimiento avanzado resistente a la corrosión en todas las superficies dinámicas de funcionamiento del sello. Los revestimientos anticorrosión reducen la posibilidad de oxidación y picaduras asociadas con las superficies de metales ferrosos. Pulidos según la recomendación de acabado superficial del proveedor de sellos, estos proporcionarán superficies de deslizamiento suaves para el hardware para reducir la fricción, reducir el desgaste y extender la confiabilidad general del sistema.

—Este artículo fue contribuido a POWER porTrelleborg Sealing Solutions América.

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