Generación de modelos aeroelásticos por ingeniería inversa
CONTEXTO
SOLUTE combina la experiencia en la creación de modelos aeroelásticos de turbinas para fabricantes, con el conocimiento de las técnicas específicas para poder llevar a cabo el proceso de ingeniería inversa para la generacion del modelo aeroelástico sin los datos proprocionados por el constructor. Se parte de una situación en la que no se cuenta con planos, especificaciones técnicas, propiedades de materiales o la lógica de control del aerogenerador.
En estos casos, se recurre a escaneos, investigación de las especificaciones técnicas de los componentes, mediciones y observación de los datos de SCADA para deducir el comportamiento de la máquina y sus propiedades mecánicas. Todo esto va orientado a obtener cargas aerodinámicas de la turbina con el objetivo de extender su vida útil o realizar análisis de componentes que requieran modificaciones de diseño al presentar una defectología recurrente.
La generación de modelos aeroelásticos por ingeniería inversa surge ante la necesidad de definir este tipo de modelos físico-matemáticos de alta fiabilidad con un precio probablemente más competitivo respecto al coste que marca el fabricante, que además no suele estar dispuesto a facilitar los modelos aeroelásticos a clientes por razones estratégicas.
El problema que se soluciona es la falta de cargas en el aerogenerador que suele padecer los propietarios de las máquinas, para poder realizar cualquier tipo de cálculo mecánico estructural, con el fin de lograr hacer estudios que permitan prolongar el funcionamiento de sus parques más allá de los años para los que estaban diseñados, así como también desarrollar estrategias de mantenimiento especificas a las particularidades de cada componente que hagan posible un mayor ahorro de costes en operación y mantenimiento.
RESULTADOS
Los resultados esperados son un modelo aeroelástico del aerogenerador en GH Bladed, así como el informe de parámetros empleados en la generación de dicho modelo y el informe de un loop de cargas en base a la normativa IEC64100-1.
EXPERIENCIA
SOLUTE crea y trabaja con modelos aeroelásticos para fabricantes en desarrollo de turbinas desde el 2010-2011 aproximadamente.
El proceso de ingeniería inversa ya se ha desarrollado y aplicado internamente para un proyecto de I&D que ha permitido asentar y madurar las técnicas a aplicar.
Se utilizan escáneres de alta precisión, como el BLK360 de Leica, para definir las geometrías de los principales componentes y estructuras, como la pala o el bastidor, con Cyclon como software que procesa los escaneos.
METODOLOGÍA
El software aeroelástico que se emplea más habitualmente es GH Bladed y Gencas, una herramienta desarrollada por SOLUTE que define ágilmente los casos de carga en base a la norma IEC61400-1. Se utilizan escáneres de alta precisión, como el BLK360 de Leica, para definir las geometrías de los principales componentes y estructuras, como la pala o el bastidor, con Cyclon como software que procesa los escaneos.
Mediante mediciones manuales, como el medidor de espesores por ultrasonidos y el medidor de distancias por láser, se obtienen las características geométricas de la torre. Además, con SOLIDWORKS, se lleva a cabo la reconstrucción 3D de la nacelle para la obtención de las masas y centros de gravedad de los diferentes componentes.
Asimismo, a partir del FEM de la pala, previamente escaneada, se obtiene su distribución de masas y rigideces con BECAS (Beam Cross section Analysis Software), desarrollado por la Universidad Tecnológica de Dinamarca (DTU). Partiendo de la geometría de dicha pala, se obtienen los perfiles aerodinámicos y, a través del OpenFOAM, sus coeficientes aerodinámicos.
Con Simulink, se establece el sistema de control del aerogenerador en base a datos de SCADA y si se requiere mayor precisión en el sistema de control, es posible realizar monitorización de datos operacionales.
Toda la información recopilada es la base para la consecución de los parámetros que definirán la turbina en un modelo aerolástico en GH Bladed.
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