En el mundo de las turbinas eólicas a escala de servicios públicos, las palas más grandes son mejores. Y, sin embargo, la producción de estas estructuras masivas, las máquinas giratorias dinámicas más grandes del mundo, puede plantear desafíos de ingeniería y fabricación. Las soluciones automatizadas específicas pueden ayudar a superar algunos de estos desafíos.
Por ejemplo, cuando se quita una pala de turbina eólica de un molde, se debe recortar, lijar y darle forma a ciertas especificaciones para cumplir con las tolerancias aerodinámicas.
“Si vas a una planta de fabricación de palas y observas el proceso, es muy laborioso”, dijo Casey Nichols, ingeniero de investigación del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL). “A medida que las cuchillas se hacen más grandes, se necesitan más y más personas para producir las cuchillas, vestidas con trajes Tyvek y usando amoladoras para terminar la cuchilla en la forma correcta”.
15 de abril de 2021- El brazo robótico de automatización JR en la Instalación de Tecnología y Educación de Fabricación de Compuestos (CoMET) en el Campus Flatiron del Laboratorio Nacional de Energía Renovable. (Foto de Werner Slocum / NREL)
Procesos como estos son algunos de los más difíciles para los trabajadores de fabricación de palas, y también son los procesos que podrían beneficiarse más de la automatización dirigida, según el ingeniero senior de tecnología eólica de NREL, Derek Berry.
“Y, a medida que las palas de las turbinas eólicas se alargan, también lo hacen otras dimensiones de palas como el ancho y también la altura debido a la curvatura de la pala. Estas tendencias dan como resultado un trabajo cada vez mayor a mayor altura en las fábricas de palas, lo que es más peligroso, más difícil, requiere más tiempo y es más costoso ”, dijo Berry.
Berry y un equipo de investigadores de NREL están explorando la automatización dirigida del acabado de las palas de las turbinas eólicas para ayudar a mitigar estos desafíos y, al mismo tiempo, aumentar la seguridad de los trabajadores y la calidad de la estructura terminada de las palas. El trabajo es parte de una asociación con General Electric Renewables / LM Wind Power, el Instituto de Innovación en la Fabricación de Compuestos Avanzados, y el Oficina de Fabricación Avanzada del Departamento de Energía de EE. UU..
Rompiendo el acertijo
Durante tres décadas, la automatización en la industria de fabricación de palas eólicas ha resultado esquiva.
“Muchos en la industria de la energía eólica creen que nos quedaremos atrás si no incorporamos de manera más completa la automatización en la fabricación de palas eólicas en Estados Unidos”, dijo Berry. “Hemos intentado comprender dónde puede encajar la automatización en el proceso de fabricación, pero los equipos de capital son costosos y las soluciones automatizadas a menudo pueden ser más lentas de lo que pueden hacer los humanos”.
Entre muchos otros, Berry y sus colegas ven la automatización en la fabricación como un medio para mejorar tanto la calidad de las palas de las turbinas que se fabrican como su confiabilidad en el campo. La automatización mejorada también podría ayudar a reducir los costos de fabricación al tiempo que aumenta su velocidad y factor de utilización.
Trabajando en NREL’s Instalación de educación y tecnología de fabricación de materiales compuestos (CoMET), el equipo de NREL está creando prototipos y validando tecnologías innovadoras de acabado de cuchillas.
Para ayudar en esta investigación, NREL instaló un robot con un brazo de 3 metros equipado con varios dispositivos prototipo llamados efectores finales que pueden realizar varias operaciones de acabado de la hoja. Y gracias al apoyo de la Oficina de Desarrollo Económico y Comercio Internacional de Colorado, se espera que llegue un segundo robot a las instalaciones de CoMET en el otoño de 2021. Este robot proporcionará una plataforma más grande para la investigación de automatización, ampliando las capacidades de NREL para investigar tecnologías de acabado de cuchillas. .
Otro aspecto de la investigación de automatización de NREL implica el uso de tecnologías de imágenes 3D para capturar la geometría de la superficie de la hoja en la fábrica y programar los movimientos del robot para terminar la hoja. Esta capacidad permite una ubicación detallada in situ del exterior aerodinámico de la hoja, lo que permite un recorte y una forma más precisos mediante el sistema automatizado. En última instancia, esto dará como resultado formas de perfil aerodinámico de palas más precisas desplegadas en el campo, lo que resultará en un mayor rendimiento aerodinámico.
Su trabajo apenas comienza. Armados con equipos automatizados, tecnologías 3D y experiencia en fabricación avanzada, NREL y sus socios están encontrando formas de construir cuchillas mejores y más grandes a costos posiblemente más bajos.
Más información sobre NREL fabricación avanzada y energía eólica investigar y explorar el Capacidades de CoMET.
Artículo cortesía de NREL.
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