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Soluciones industriales de termografía por infrarrojos en centrales eólicas

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Solución de control de temperatura sin contacto, precisa y en tiempo real para energías renovables

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La energía eólica, pilar fundamental de la transición energética mundial, avanza con rapidez. Sin embargo, los primeros aerogeneradores y subestaciones carecen a menudo de sistemas completos de control de la temperatura. Los aumentos anormales de temperatura en componentes como discos de freno, cajas de engranajes y empalmes de cables son difíciles de detectar a tiempo, lo que aumenta el riesgo de averías en los equipos y de peligro de incendio. Además, las inspecciones rutinarias manuales tradicionales son costosas e ineficaces, lo que dificulta satisfacer las demandas de mantenimiento de las operaciones de las centrales eólicas distribuidas.

Para solucionar este problema del sector, la tecnología de imágenes térmicas por infrarrojos permite controlar la temperatura sin contacto, en tiempo real y con precisión, lo que permite supervisar los aerogeneradores y los equipos de alta tensión de las subestaciones en cualquier condición meteorológica.

Sin modificar los sistemas eléctricos existentes, esta solución aprovecha una plataforma inteligente de alerta temprana para analizar las tendencias de temperatura de los componentes clave, identificar con precisión las anomalías y emitir avisos a distancia. Esto reduce significativamente los costes de mantenimiento al tiempo que mejora la fiabilidad de los equipos. Al establecer un sistema integral de supervisión de la temperatura, la tecnología de imágenes térmicas no sólo mejora la eficiencia de O&M de las centrales eólicas, sino que también sienta las bases para una futura gestión inteligente no tripulada.

Aplicación de la termografía infrarroja en centrales eólicas
1. Supervisión en tiempo real de las palas de aerogeneradores
Las palas de los aerogeneradores están sometidas a múltiples fuerzas, entre ellas el viento y las fuerzas centrífugas, durante su funcionamiento a largo plazo, lo que las hace propensas a sufrir defectos estructurales como grietas superficiales y delaminación. Sin embargo, los métodos de control existentes se basan principalmente en inspecciones manuales a gran altura, fotografías con vehículos aéreos no tripulados o cámaras de alta definición, que sólo pueden detectar las condiciones externas de las palas y carecen de una alerta temprana eficaz para detectar fallos en las palas o fracturas causadas por temperaturas anormales.

Para mejorar la precisión de la supervisión, puede instalarse una cámara de infrarrojos en el soporte del sensor de velocidad del viento, fuera de la góndola de la turbina, para captar continuamente imágenes infrarrojas en tiempo real y datos de temperatura de las palas, lo que permite la supervisión a distancia. El personal de mantenimiento también puede utilizar dispositivos portátiles de imagen térmica por infrarrojos para las inspecciones rutinarias, combinando el software de análisis de datos por infrarrojos para evaluar con precisión las condiciones de las palas, detectar a tiempo posibles peligros y reducir eficazmente el riesgo de averías en los equipos.

2. Inspección de los contactos principales en la aparamenta de conexión a red
La adherencia de los contactos principales en los conmutadores de conexión a red de los aerogeneradores es una de las principales causas de incendios en turbinas eólicas. Este riesgo es especialmente alto en las turbinas que han estado en funcionamiento durante más de 10 años, ya que los conmutadores envejecidos sufren una disminución de la capacidad de extinción de arcos y una corrosión eléctrica grave de los contactos principales.

Para aumentar la seguridad, se pueden instalar cámaras termográficas de infrarrojos cerca de los contactos principales de la aparamenta para controlar continuamente los cambios de temperatura y recopilar datos de imágenes térmicas. Si la temperatura de un contacto aumenta bruscamente o supera el umbral normal, el sistema dispara una alarma para avisar con antelación de posibles riesgos, reduciendo eficazmente la probabilidad de que se produzcan incidentes de incendio.

3. Detección de sistemas de freno del eje principal
Durante el frenado a alta velocidad, el sistema de frenos del eje principal de un aerogenerador genera un calor considerable. Las temperaturas excesivas pueden provocar incendios en la turbina, pero la mayoría de los diseños de turbinas carecen actualmente de control de temperatura para los sistemas de freno, lo que supone un riesgo sustancial para la seguridad.

Para mitigar este riesgo, se pueden instalar equipos de imagen térmica por infrarrojos cerca del freno del eje principal para capturar datos de temperatura en tiempo real. Si las temperaturas superan el umbral de advertencia, el sistema activa una alarma. En el caso de las turbinas equipadas con sistemas automáticos de protección contra incendios, esta solución también puede poner en marcha medidas de lucha contra incendios, previniendo eficazmente los riesgos de incendio y mejorando la seguridad y fiabilidad operativas de los aerogeneradores.

4. Detección de la carcasa del generador
Durante el funcionamiento a largo plazo, los generadores de los aerogeneradores pueden experimentar un calentamiento anormal debido a una carga excesiva, al desgaste de los rodamientos o a una mala disipación del calor, lo que puede provocar fallos en los equipos o incluso su desguace, con las consiguientes pérdidas económicas y riesgos para la seguridad. Los métodos tradicionales de monitorización de termopares por contacto tienen dificultades para abarcar de forma exhaustiva la temperatura de la carcasa del generador, lo que hace que no se detecten y plantea problemas de cableado y mantenimiento.

Para mejorar la eficacia de la supervisión, se puede montar una cámara termográfica en un pilar o soporte cerca del generador para garantizar una cobertura completa de la superficie de la carcasa, manteniendo al mismo tiempo una distancia de supervisión de al menos 50 cm. Si la temperatura supera un umbral preestablecido, el sistema activará automáticamente una alarma y enviará notificaciones al backend, alertando al personal de gestión para que investigue las anomalías con prontitud y garantice un funcionamiento estable del equipo.

5. Detección de la caja de engranajes y los rodamientos
La multiplicadora de un aerogenerador es responsable de aumentar la velocidad de rotación del rotor eólico y transmitir la potencia al generador, por lo que es un componente mecánico crítico. Los rodamientos del interior de la multiplicadora soportan cargas alternas y, tras un funcionamiento prolongado, pueden desarrollar defectos como picaduras, grietas y desprendimientos superficiales, lo que puede provocar el fallo de la multiplicadora y reducir la eficiencia de la generación de energía.

Aunque la optimización de los materiales y el tratamiento térmico pueden prolongar la vida útil, el funcionamiento a largo plazo provoca inevitablemente la fatiga de la superficie de los engranajes y grietas en los rodamientos. Por lo tanto, establecer un mecanismo de supervisión eficaz es esencial para garantizar un funcionamiento estable de los aerogeneradores.

Para ello, se puede instalar una cámara térmica cerca de la multiplicadora mediante un pilar o un soporte que permita controlar la temperatura en tiempo real las 24 horas del día, los 7 días de la semana. Al integrarse con el software de red backend, el sistema analiza las curvas de temperatura para diagnosticar con precisión el estado de los fallos. El sistema puede configurarse con umbrales de alarma, enviando automáticamente alarmas al backend al detectar temperaturas anómalas, al tiempo que enlaza con una vista previa en vídeo de la anomalía para un rápido análisis y resolución de problemas. Esto mejora la fiabilidad de los equipos y la seguridad operativa.

6. Supervisión de la temperatura del cable de alimentación
Los fallos de los cables se producen principalmente en los terminales y los empalmes intermedios, y las temperaturas anómalas son un indicador clave del estado de funcionamiento del cable. Un calor excesivo puede reducir la eficacia de la transmisión de energía y, en casos graves, provocar la fusión del cable o riesgos de incendio.

Para mitigar estos riesgos, la cámara termográfica en cubo TN220 puede desplegarse en múltiples puntos de supervisión. Su diseño compacto permite su instalación en espacios reducidos, posibilitando la supervisión de la temperatura de los cables en conductos y zanjas en tiempo real. El sistema admite alarmas de alta temperatura de varios niveles, lo que permite advertir a tiempo de las anomalías de temperatura y avisar con antelación al personal de O&M para que inspeccione las averías. Esto reduce eficazmente el riesgo de accidentes y garantiza el funcionamiento seguro y estable del sistema eléctrico.

7. Medición de la temperatura del cable resistente a la torsión de la energía eólica marina
Durante los movimientos de guiñada del aerogenerador, el cable de alimentación principal se retuerce en consecuencia. Si el sistema de protección contra la torsión del cable falla, el cable principal y la fibra óptica pueden sufrir daños. Además, factores como la contaminación por aceite, la acumulación de residuos, el envejecimiento de la capa exterior en los contactos del cable y la restricción de la disipación del calor debido a la formación del cable retorcido pueden provocar temperaturas excesivas, comprometiendo la seguridad del cable.

Para mitigar los riesgos, se puede instalar una cámara compacta en forma de cubo para realizar un control continuo de la temperatura las 24 horas del día y los 7 días de la semana en zonas clave como los contactos y los empalmes de los cables estándar, lo que proporciona información en tiempo real sobre el estado de funcionamiento del cable. El sistema identifica con precisión los riesgos de sobrecalentamiento y avisa a tiempo de las anomalías de temperatura, evitando la acumulación incontrolada de calor que podría provocar fallos en los cables. Esto garantiza la seguridad y la estabilidad de los cables eléctricos de los aerogeneradores.

8. Supervisión de subestaciones de centrales eólicas
El funcionamiento estable de los equipos eléctricos de las subestaciones eólicas también es crucial para la generación de energía eólica. Sin embargo, los métodos de detección tradicionales suelen basarse en inspecciones periódicas manuales, que presentan muchas dificultades, como la recogida de datos a destiempo, la cobertura limitada y la susceptibilidad a los factores humanos. Esto dificulta la evaluación exhaustiva y precisa del estado de salud de los equipos y aún más la predicción eficaz de posibles riesgos de fallo.

Para superar estas limitaciones y mejorar la eficacia y la seguridad del funcionamiento y el mantenimiento de los parques eólicos, han surgido modernas tecnologías de supervisión. La tecnología de imágenes térmicas por infrarrojos es uno de los métodos avanzados más utilizados para la supervisión del estado de los equipos eléctricos en las subestaciones de las centrales eólicas, lo que permite identificar con precisión los posibles fallos.

En el caso de los transformadores, las imágenes térmicas pueden detectar anomalías térmicas en componentes como el cuerpo principal, el conservador de aceite, los casquillos, los refrigeradores y los circuitos de control, evitando que un sobrecalentamiento localizado ponga en peligro la seguridad operativa. Los pararrayos pueden supervisarse para detectar un calentamiento general o localizado que garantice la fiabilidad del sistema de protección contra rayos. Los disyuntores pueden supervisarse para detectar contactos deficientes en los terminales externos, contactos móviles y fijos, y contactos intermedios, al tiempo que se identifican las descargas parciales y los fallos del transformador de corriente. Los reactores pueden supervisarse para detectar sobrecalentamiento en terminales internos y externos, cortocircuitos entre espiras, aumentos anormales de temperatura en componentes metálicos y calentamiento excesivo de los postaisladores. Además, las imágenes térmicas pueden identificar con precisión el sobrecalentamiento en los contactos de los interruptores de aislamiento, garantizando un funcionamiento estable a largo plazo del equipo.

Mediante la supervisión continua de la temperatura y la alerta temprana inteligente, este sistema reduce eficazmente los riesgos de avería de los equipos, al tiempo que mejora la eficacia y la seguridad de las operaciones de mantenimiento de las centrales eólicas.

Ventajas de la termografía por infrarrojos
La tecnología de termografía por infrarrojos ofrece importantes ventajas en la supervisión de equipos de energía eólica, como la medición sin contacto, la supervisión en tiempo real, el escaneado de áreas extensas, el mantenimiento predictivo y la mejora de la seguridad.

Medición sin contacto: Esta tecnología permite medir la temperatura sin contacto detectando la radiación infrarroja de las superficies de los equipos, lo que elimina la necesidad de paradas o desmontajes, mejorando así la eficacia de la inspección.
Supervisión en tiempo real: Sus capacidades en tiempo real permiten a los operarios visualizar la distribución de la temperatura, identificar rápidamente anomalías y tomar medidas inmediatas para evitar fallos en los equipos.
Escaneado de área amplia: Esta función garantiza una exhaustiva recopilación de datos de temperatura, señalando con precisión los puntos calientes locales y las zonas anómalas para mejorar la precisión de la supervisión.
Mantenimiento predictivo: Ayuda a detectar signos tempranos de corrosión, grietas y desgaste, prolongando la vida útil del equipo y reduciendo los costes de mantenimiento.
Mayor seguridad: Las ventajas de seguridad de la termografía por infrarrojos minimizan el contacto humano directo con los equipos, mitigando los riesgos asociados a las palas giratorias de alta velocidad o a entornos complejos.
Seguridad medioambiental y sanitaria: Al no emitir radiación electromagnética, la tecnología no supone ningún daño para el medio ambiente o la salud humana. Estas ventajas hacen de la termografía por infrarrojos una herramienta esencial para la operación y el mantenimiento de los equipos de energía eólica.