El Reino Unido pretende construir suficientes parques eólicos para abastecer a todos los hogares en 2030. El potencial de la energía eólica ha quedado demostrado con un récord reciente, cuando en un solo día de enero los parques eólicos produjeron 19.835 megavatios, lo que basta para cubrir más de la mitad de las necesidades de electricidad de Inglaterra. El aumento de la inversión en energías renovables será esencial para alcanzar el objetivo de 2050 de Net Zero. Pulse Structural Monitoring Ltd, del grupo Acteon, se encarga de supervisar los cimientos de las turbinas seleccionadas en los nuevos parques eólicos; la solución se ofrece utilizando la tecnología Beckhoff y los terminales de medición EtherCAT, en particular, en todo el diseño.
Estructura básica del sistema de vigilancia implantado por Pulse. Imágenes: © Pulse
Las cargas ambientales y operativas de la turbina afectan a todas las partes de la estructura con carga dinámica. Parte de la función de los cimientos es soportar la carga del aerogenerador (WTG), proporcionar estabilidad y absorber cargas adicionales. La salud estructural de los cimentos, que se considera desde la parte superior de la torre hacia abajo, es fundamental para el rendimiento y el apoyo del funcionamiento del WTG. Los sistemas de control de la salud estructural (SHM) para las estructuras de las turbinas eólicas en alta mar controlan una combinación de corrosión y tensión de fatiga dinámica. El control de la corrosión, aunque es un parámetro importante que hay que medir, debido a su naturaleza es menos crítico en cuanto al tiempo. En cambio, el control de la fatiga y de las propiedades modales es una de las técnicas más importantes de SHM para las estructuras de los aerogeneradores.
Pulse Structural Monitoring suministra sistemas SHM de cimentación para clientes del sector de las energías renovables en todo el mundo utilizando la tecnología de Beckhoff. La utilización de la amplia gama de terminales de E/S de Beckhoff para la integración de los sensores permite a Pulse garantizar la adquisición de datos con sello de tiempo en toda la estructura. Pulse utiliza el módulo ELM370x, que es un terminal de entrada analógica de la gama de medición EtherCAT. Debido a la alta sensibilidad y capacidad de medición de estos módulos ELM, suelen utilizarse en los laboratorios, pero también pueden integrarse en entornos industriales. Este terminal puede ajustarse a más de 30 tipos diferentes de señal eléctrica, lo que lo convierte en un módulo de medición excepcionalmente flexible para una serie de sensores. Para determinar con precisión la integridad estructural en toda la altura de la estructura, lo que ayuda a garantizar la eficiencia operativa de la turbina, la propia torre requiere puntos de medición en cuatro niveles. Esto significa que hay que distribuir las E/S, para que los acelerómetros y las galgas extensométricas de puente completo terminen cerca de donde se colocan. Cada nivel, en esta sección superior, requiere dos módulos ELM3704 para las señales variadas, un acoplador EtherCAT EK1100 para la comunicación y una fuente de alimentación PS1011. Están completamente cerrados y se fijan magnéticamente a la pared de la torre a alturas definidas, lo que permite una captura de datos precisa en toda la torre.
Para la temperatura, Pulse utiliza el terminal estándar EL3202, un terminal RTD EtherCAT de entrada analógica de Beckhoff que proporciona datos para permitir el funcionamiento de los algoritmos de compensación. El uso de EtherCAT y sus relojes distribuidos en los cimientos del aerogenerador demuestra la dedicación de Pulse a la monitorización de alta precisión y, con ello, a la capacidad de sincronización de datos. Esta sincronización es clave para el análisis crítico de toda la estructura, tomando datos de acelerómetros de alta precisión, galgas extensométricas y sensores de temperatura situados a lo largo de la estructura, desde la cima de la torre hasta el pie del monopilote con la sincronización exacta.
Sistema de adquisición de datos descentralizado para los cuatro niveles superiores de la torre, compuesto por dos terminales EtherCAT ELM3704, un acoplador EtherCAT EK1100 y una fuente de alimentación PS1011. Imágenes: © Pulse
Pulse ha adoptado el bus de campo EtherCAT y despliega esta tecnología con la ventaja añadida de la alimentación y la comunicación a través de un único cable. EtherCAT P y EtherCAT/Ethernet con alimentación (ENP) ayudan a sortear la dificultad habitual de suministrar energía a los sensores y las E/S distribuidas en la parte superior de la torre. El sistema EtherCAT P y ENP puede hacer funcionar la alimentación y las comunicaciones a través de un único cable y conectar en cadena el bus de campo en toda la estructura. Pulse incluso ha dado un paso más al convertirse en miembro del grupo tecnológico EtherCAT para desarrollar su propio concentrador de datos submarinos y productos EtherCAT de monitorización del movimiento llamados INTEGRIpod-NX2.
"Lo más importante en nuestro sector son los datos", explica Stephen Harford, arquitecto de soluciones de Pulse Structural Monitoring. "EtherCAT ya es rápido, lo que es esencial para la sincronización y para obtener los datos que necesitamos. Pero EtherCAT, con relojes distribuidos en todos los niveles, nos permite dar un paso más y mantener una sincronización total. Con Beckhoff la calidad de la tecnología está siempre garantizada."
Desde el punto de vista de Stephen Harford, la colaboración también es importante: "Beckhoff también ha hecho todo lo posible para ayudarnos a cumplir el apretado calendario que tienen los parques eólicos. Nos han apoyado en todo momento, viniendo a formarnos cuando no podíamos ir debido a nuestra apretada agenda. Por eso estamos contentos de nuestra exitosa asociación con Beckhoff en otros proyectos que tenemos."
"Lo mejor de este proyecto, explica Beth Ragdale, directora de producto de Beckhoff UK, es que podemos aprovechar nuestro trabajo previo en el sector de las energías renovables para ofrecer a Pulse nuestra experiencia en este ámbito. También hemos conseguido ofrecer desde terminales de E/S estándar hasta módulos de medición de alta precisión y, con un híbrido de alimentación y comunicación en un cable combinado, ayudar a Pulse a simplificar sus instalaciones. Por eso estamos entusiasmados con los futuros proyectos que tenemos juntos."
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