AVALIAÇÃO DE CONDIÇÃO DAS ESTRUTURAS COMO AUXILIAR DE DECISÃO

Luís Santos, SIE – Serviços Industriais de Engenharia, ISQWorkshop APREN 07/12/2017

Os primeiros parques eólicos foram instaladosnos países pioneiros, como é o caso de Portugal,na segunda metade da década de 90 e,portanto, alguns estão a alcançar o tempo devida de projecto, ou seja, em geral 20 anos deoperação.

Vida de projecto

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A extensão da vida é uma opção desejável paraassegurar uma utilização sustentável dasenergias renováveis e a rentabilidade dosprojectos e atraente sob o ponto de vistaeconómico, tendo em conta o elevado custo doinvestimento em novos parques, no entanto asua viabilidade depende da eliminação dasincertezas em torno da integridade, segurança eprodutividade da vida útil remanescente,principalmente das estruturas.

Vida útil remanescente

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Se as cargas e pressupostos assumidos noprojecto não forem atingidos durante o tempode vida de projecto, então o tempo de vidamáximo admissível será superior ao tempo devida do projecto e a extensão da vida do geradorserá possível

Tempo de vida operacional

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Um dos principais factores que influenciam nadecisão prende-se com a viabilidade doprolongamento da vida útil em condições deprodutividade e segurança.

Produtividade e segurança

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Para a verificação da extensão de vida dosgeradores eólicos é decisiva a avaliação de todos oscomponentes relevantes para a resistência eestabilidade do gerador, em especial oscomponentes estruturais que transfiram cargas(torre, fundações, estrutura da “nacelle”, pás, etc).,bem como os sistemas de segurança e controlo.

Componentes estruturais

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A avaliação da vida restante de equipamentosindustriais, para além do tempo de vida deprojecto, tem sido utilizada pelo ISQ para osprodutores de energia, nas últimas três décadas,nomeadamente em componentes de centraistérmicas de produção de electricidade, que sofremdegradação por corrosão, fadiga e fluência, funçãodo tempo e das condições de operação. Ametodologia utilizada baseia-se na conjugação einteração duma abordagem analítica com umaabordagem prática de inspecção e ensaios.

Metodologia

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A abordagem analítica visa adeterminação do dano actual porfadiga dos componentes principaisda turbina eólica e a avaliação davida restante com base nascondições reais de operação, bemcomo a definição de componentes ezonas críticas que permitam oestabelecimento de um plano deinspecção adequado e optimizado.

Abordagem analítica

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O tipo de abordagem analítica a aplicar está dependenteda disponibilidade dos dados reais locais de operação e dodetalhe da documentação original de projecto.

Abordagem analítica

Distribuição de probabilidade de Rayleigh da velocidade do vento9

Com base nos dados reais locais deoperação o dano de fadiga dosprincipais componentes estruturais(torre, “nacelle”, “hub”, pás) seráestimado usando um cálculo do danode fadiga pela regra de Miner. O danoacumulado durante toda a vida útil docomponente de uma turbina deve sermenor ou igual a 1.O cálculo do dano por fadigaconsiderará as amplitudes de tensão eo número de ciclos. Ás amplitudes detensão serão aplicados os coeficientesparciais de segurança (carga, materiale consequência de falha) para avaliar odano de fadiga acumulado.

Abordagem analítica

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O dano por fadiga de cadacomponente também poderá seravaliado em termos de umaamplitude de carga constanteequivalente (S), que após umdeterminado número de ciclos(n), cause um dano acumuladoequivalente ao provocado pelasseries temporais de amplitudevariável (Si , ni). A avaliação faz-secomparando a amplitude decarga constante equivalente paraas condições e tempo de vida deprojecto com a amplitude decarga constante equivalente paraas condições reais de operação etempo de operação pretendido.

Abordagem analítica

Para cada componente/material será adoptado umvalor adequado para o parâmetro “m” definidor dodeclive (-1/m) da recta de fadiga quando em gráficolog-log

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0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0 5 10 15 20 25 30

Inye

nsi

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de

da

turb

ulê

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Vhub - Velocidade do vento, 10 min, à altura do hub (m/s)

Modelo de turbulência normal (NTM) - IEC 61400 ed 3

IEC Classe A

IEC Classe B

IEC Classe C

Curvas de resistência à fadiga EN e AISC

Abordagem analítica

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Amplitude de carga equivalente real / projecto vs Vida útil operacional

Abordagem analítica

93%

88%

90%

92%

94%

96%

98%

100%

102%

104%

106%

108%

110%

15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Am

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(% d

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)

Vida útil operacional (anos)

TORRE (m=3)

(m=5)

PÁS (m=10)

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Com base no relatório de análise do historial de operaçãoe manutenção e nos resultados da abordagem analítica(identificação de pontos fracos) será definido um planode inspecção e controlo detalhado, que poderá, noentanto, sofrer algumas alterações no decurso dainspecção em função dos resultados que forem sendoobtidos.

O plano de inspecção definirá para cadacomponente/parte o objectivo da avaliação e o tipo eextensão do controlo a realizar.

Abordagem prática

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Abordagem prática

PIE c/ o objectivo da avaliação e tipo e extensão do controlo) 15

O plano básico de inspecção incluirá:

- FundaçõesInspecção das áreas visíveis das fundações para detecção de fissuras,fragmentação, arrancamentos e insuficiente drenagem.

- TorreInspecção visual de proximidade e controlo por ACFM (AlternatingCurrent Field Measurement) e/ou Ultra Sons das soldadurascircunferenciais pelo interior, bem como das ligações soldadas dasgolas das portas, das flanges e de fixações e ligações.Inspecção visual / controlo das soldaduras pelo exterior (senecessário).Verticalidade global da torre.

Abordagem prática

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- Estrutura da “nacelle” (quadro principal)Inspecção visual e controlo ACFM das ligações críticas e do sistema deguinada.

-Veio principal e “Hub”Inspecção visual, controlo por Ultra Sons do veio e verificação dosistema de arfagem das pás.

- PásInspecção visual das pás com telescópio a partir do solo e/ou comdrone (delaminações, erosão, fissuras e outros danos provocados porraios e impactos).

Abordagem prática

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- Ligações aparafusadas

Controlo por US da sanidade dos chumbadouros.

Controlo das flanges de ligação das pás ao “hub” por “US phasedarray”.

Verificação do Pré-esforço dos chumbadouros e ligações flangeadas.

- Equipamento de protecção contra raios, incluindo ligação ao sistemade terra da fundação.

Abordagem prática

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Acções complementaresMedição da distribuição da velocidade do vento e direcção e da intensidade de turbulência

Frequências naturais dos sistemas

Verticalidade da torre

Tensões em regime dinâmico

Avaliação de condição de partes recobertas das fundaçõesCom base numa análise das condições de drenagem, comportamento dinâmico da torre (rigidez rotacional), verticalidade global da torre e características locais do solo. Deverá ser removida parcialmente a cobertura de solo com meios mecânicos e limpa a superfície do maciço com jacto de ar para a inspecção visual e detecção de fissuras e arrancamentos. Se necessário, serão retiradas carotes para caracterização da resistência do betão.

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Resultados da Avaliação RelatórioDescrição da extensão das verificações (analíticas e práticas)

Resultados da análise interactiva da parte analítica e das inspecções

Possibilidade de extensão de vida e definição do período

Definição da periodicidade recomendada para as futuras inspecções

Irregularidades identificadas

Identificação dos eventuais danos inadmissíveis em termos de integridade estrutural

Requisitos especiais (reparar, beneficiar, monitorar, …)

Nota: Deverão ser devidamente apreciadas as alterações relevantes efectuadas no intervalo das inspecções periódicas, por forma a verificar o seu potencial impacto na extensão da vida.

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Obrigado