Manuales Formación Eólicas by Menartis

UNIDAD FORMATIVA 1

Montaje y mantenimiento mecánico de Parque Eólico

UF0218

UNIÓN EUROPEA FONDO SOCIAL EUROPEO

Montaje y mantenimiento mecánico de

Parque Eólico

CONTENIDOS

Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica

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1.1. Tipo de instalaciones 1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores

Montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 2.1. Diseño de la estructura del montaje mecánico 2.2. Diseño de la estructura del mantenimiento mecánico 2.3. Técnicas y operaciones en el montaje y mantenimiento mecánico de aerogeneradores

Mecánica específica

3.1. Uso de herramienta de control de pares y de engrase 3.2. Ensamblaje de la máquina en el taller y proceso de colocación en campo. Mantenimiento preventivo 3.3. Conocimiento de materiales 3.4. Tecnología del mecanizado: Torno, fresa y herramientas de corte 3.5. Soldadura: Tecnología de la soldadura. Tipos de soldadura, electrodos

Módulo 5 | Montaje y mantenimiento de instalaciones de energía eólica

CONTENIDOS

1. Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica

1. Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 1.1. Tipos de instalaciones 1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores

1.1. Tipos de instalaciones Como ya se ha considerado en anteriores unidades, se puede considerar con carácter general dos tipos fundamentales de instalaciones eólicas: ■■

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Aisladas: La característica principal de estas instalaciones aisladas, es que no disponen de conexión con la red eléctrica. Son, en general, instalaciones a pequeña escala y baja inversión. Se destinan al autoabastecimiento eléctrico de inmuebles localizados en lugares alejados, entornos rurales, etc. Esos sistemas eólicos suelen complementar su producción de energía eléctrica mediante algún otro sistema que permita abastecer la demanda de energía eléctrica como puede ser, por ejemplo, la captación de energía solar mediante módulos fotovoltaicos y garantizar así el suministro en la medida de lo posible, y evitando además la necesidad de emplear algún otro tipo de energía derivada de combustibles fósiles. Parques eólicos: Los parques eólicos están formados por un conjunto de aerogeneradores que se encuentran conectados a la red de distribución eléctrica general. Son instalaciones de grandes dimensiones que requieren de una alta tecnología e ingeniería especializada en su diseño e instalación. Estos se localizan en lugares donde la velocidad del viento es adecuada para la rentabilización de las inversiones necesarias.

Existen también parques eólicos marinos cuyo fundamento tecnológico es equivalente al de los parques eólicos terrestres, aunque los aerogeneradores suelen ser de mayores dimensiones. Antes de proceder a la instalación de parques eólicos productores de energía eléctrica, se deben realizar estudios exhaustivos de las condiciones del viento en la zona. Los aerogeneradores para funcionar a pleno rendimiento necesitan viento de fuerza y velocidad lo más constante posible, sin cambios bruscos al alza o a la baja. Aunque el impacto ambiental de las instalaciones eólicas es claro, hay que tener también en cuenta que agotada su vida útil, el territorio sufre una regeneración completa, cosa que no ocurre en otro tipo de instalaciones.

1.1.1. Obra civil: Caminos de acceso. Arquetas y zanjas de tendido eléctrico y comunicaciones. Cimentación aerogenerador Las obras que se tendrán que realizar en instalaciones eólicas serán las mínimas para evitar el deterioro y la alteración del entorno. Así se evitarán las excavaciones innecesarias y el paso de maquinaria pesada por terrenos que no vayan a ser utilizados.

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Caminos de acceso Dentro de la obra civil se debe contemplar el máximo peso soportado en los caminos y accesos para el montaje de las grandes estructuras de las instalaciones eólicas a través de los distintos vehículos y sus cargas de material. Si bien el peso de vehículos es a priori el elemento más desfavorable para dimensionar el acceso vial, la experiencia indica que el mayor deterioro del mismo sucede por el continuo paso de los camiones cargados con los diferentes elementos de la máquina, sobre todo en el transporte de las góndolas, cuyo peso total junto con el equipo de transporte puede ser de hasta casi 100 toneladas. El relleno a emplear dependerá del terreno que se encuentre en cada caso. Por ello, será necesario un estudio geológico en cada uno de los parques. En la obra civil deben quedar claras las instrucciones técnicas que hay que llevar a cabo conforme el estudio geológico para la construcción de los accesos. La composición genérica para los accesos definirá puntos como: ■■

1. Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 1.1. Tipos de instalaciones 1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores

Selección del tipo de material, método y dimensiones para compactar el camino.

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Anchura mínima del vial de acceso a parque.

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Anchura mínima del vial entre aerogeneradores.

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Radios de giro.

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Pendientes máximas.

Algunos de los caminos tendrán carácter provisional, limitándose su uso a la primera fase de ejecución de las instalaciones. Otros, sin embargo, constituirán las pistas de acceso para el mantenimiento y control operacional que deban realizarse durante la vida útil del parque. En ambos casos, las acciones genéricas habitualmente presentes en su proceso de construcción son las siguientes: ■■

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Balizamiento de las zonas de trabajo, restringiendo la circulación de vehículos externos a la obra. Adecuación de superficies de acopio de materiales: en ocasiones con casetas de obra. Despeje y desbroce: eliminación de la vegetación de porte arbóreo y arbustivo para limpiar la superficie objeto de convertirse en la calzada y las cunetas del vial. Explanación y Movimiento de tierras: para la adecuación del terreno. Los volúmenes de movimiento de tierras dependerán de la orografía del terreno y de la geotecnia de los materiales en cada caso, siendo habitualmente mayores en las actividades de desmonte y terraplenado. Realización del firme: empleo de materiales de construcción no asfálticos, como la zahorra.

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1. Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 1.1. Tipos de instalaciones 1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores

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En caso de interceptar con algún curso de agua deberán realizarse las correspondientes obras de drenaje a lo largo del trazo del vial. Eliminación de los materiales sobrantes y de las instalaciones provisionales. Una acción coexistente con las anteriormente descritas, y partícipe de todas ellas, es la del empleo de maquinaria pesada, y de otros vehículos de menor envergadura, pero que también hacen uso de los combustibles fósiles (gasolina o diesel) como energía motor. Su uso lleva implícitas labores de limpieza y lavado de las cucharas, palas y otros elementos de las retroexcavadoras, bulldozers y demás maquinaria. Almacenamiento y trasiego de aceites y combustibles.

Arquetas En tramos de canalización con longitudes grandes entre aerogeneradores y que no se puedan realizar con una única troncal de cable sin empalmes, se prevé la construcción de arquetas, a fin de facilitar las tareas de instalación, empalme, reposición y reparación de los cables. En cualquier caso, el tendido se efectuará de manera que el número de conexiones empalmes realizados sea el mínimo imprescindible. Para el acceso de los conductores en la subestación se construirán dos arquetas. Una para la entrada de cables del parque eólico a la subestación y la otra se dejará en previsión para las líneas de posibles ampliaciones del parque. Las arquetas serán de sección rectangular y de dimensiones apropiadas, y estarán provistas de un dispositivo de desagüe eficaz. Zanjas de tendido eléctrico y comunicaciones La apertura de zanjas para el cableado podrá hacerse a mano, a máquina o de forma mixta entre ambas. Siempre que se pueda se utilizará la excavación con máquina. Todas las canalizaciones eléctricas y de control del parque serán subterráneas a través de zanjas. Las zanjas se excavarán hasta la profundidad establecida en el proyecto, colocándose entibaciones en el caso que la naturaleza del terreno lo haga preciso. El fondo de la zanja deberá estar en terreno firme para evitar corrimientos en profundidad que someterían a los cables a esfuerzos por estiramiento. Durante la apertura se procurará dejar, si es posible, un paso de 0,50 m. entre la zanja y las tierras extraídas, con el fin de facilitar la circulación del personal de la obra y evitar la caída de éste en la zanja. Se tomarán las medidas oportunas para no tapar de tierras los registros o arquetas colindantes. Las zanjas deberán seguir la metodología de seguridad y señalización durante la obra.

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Dentro de las zanjas se suelen montar conductores de 20 kV. Estos se instalarán bajo tubo de polietileno de alta densidad y doble pared, lisa la interior y corrugada la exterior, que generalmente son de 200 mm de diámetro. Por su parte, los cables de comunicaciones se instalarán, en la misma zanja, bajo tubo de iguales características pero con un diámetro menor por ejemplo suele ser de 90 mm. Finalmente, se instalará, en canalización conjunta con los anteriores, un cable de cobre desnudo y 50 mm2 de sección (conductor de tierra), directamente enterrado en el fondo de la zanja. Conforme al proyecto se consideraran varios tipos de canalización que serán montados en las zanjas en función del número de conductores a instalar en ellas. El proyecto de obra definirá el modo de excavación, la profundidad y anchura así como el modo de relleno de la zanja. Para este último se citan algunos puntos destacados a continuación: ■■

1. Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 1.1. Tipos de instalaciones

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1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores

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En el fondo de la zanja se colocará el conductor de tierra, y sobre él se extenderá una primera capa de relleno con material seleccionado procedente de la excavación, de 100 mm de espesor, limpio de piedras, raíces y otros elementos que puedan dañar los tubos. Posteriormente se dispondrán los tubos protectores para los cables de media tensión y fibra óptica, tal y como se indica en el plano correspondiente. Una vez colocados los tubos, se procederá a rellenar la zanja con material seleccionado procedente de la excavación, que se compactará convenientemente, y sobre la que se colocará, en todo su recorrido, una protección mecánica a base una placa de señalización de polietileno que advierta de la existencia de cables eléctricos de media tensión por debajo de ella y a su vez sirva como protección mecánica. Una vez montada la protección mecánica de los cables de tensión y comunicaciones se completará el relleno de la zanja, en tramos de 200 mm que se compactarán convenientemente, con productos procedentes de la excavación, limpios de piedras, ramas y raíces. La última capa de relleno se realizará con tierra vegetal, procedente de la capa superficial de la excavación y guardada convenientemente, con la finalidad de recuperar el entorno vegetal de la zona lo antes posible.

Cimentación aerogenerador La cimentación del aerogenerador asegura la estabilidad del mismo para todas las condiciones de diseño, y está diseñada por el fabricante para una amplia variedad de terrenos. Consta del anclaje y de la zapata. El anclaje se diseña como continuación de la torre, a la que se atornilla por medio de una brida interior, de manera que transmite los esfuerzos a la zapata. La zapata, construida en hormigón en masa, es de planta cuadrada, y está reforzada por una armadura de acero.

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1.1.2. Máquina eólica. Aerogenerador

1. Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 1.1. Tipos de instalaciones 1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores

La energía cinética del viento es transformada en energía eléctrica por medio de los denominados aerogeneradores o generadores eólicos. Ya se ha visto en anteriores unidades que el aerogenerador es un dispositivo consistente en un sistema mecánico de rotación o rotor provisto de palas que con la energía cinética del viento mueven un generador eléctrico conectado al sistema motriz. La potencia obtenida en este proceso es directamente proporcional al cubo de la velocidad del viento, lo que conlleva que ligeras variaciones de velocidad, originen grandes variaciones de potencia. El aerogenerador se compone de un soporte rígido y de gran altura para resistir la fuerza del viento y evitar turbulencias de su base. Sobre el soporte se localiza un sistema de rotación o rotor conformado por una serie de palas que son las que reciben la energía del viento. El rotor dispone también de sistemas de orientación y regulación para control de la posición respecto al viento y de la velocidad de rotación del mismo. El sistema de generación es el encargado de producir la energía eléctrica mediante la conexión al rotor por un sistema de transmisión. También se ha tratado en profundidad los diferentes modelos de aerogeneradores dependiendo de la localización del generador, aunque su esquema de funcionamiento es el mismo para los dos tipos: ■■

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Aerogenerador de eje horizontal: El rotor se encuentra acoplado a un soporte donde se encuentra el generador estando ambos montados sobre una torre que puede ser de metal o de hormigón. Aerogenerador de eje vertical: El generador se localiza en la base de la torre y aunque es más sencillo de mantener el rendimiento de la instalación es menor que en los aerogeneradores de eje horizontal.

Las máquinas eólicas actuales y de mayor uso son las de eje horizontal. Están conformados por diferentes tipos de materiales tradicionales y últimamente de materiales compuestos en su estructura. Estas máquinas están dotadas de sistemas de un alto nivel tecnológico para el aprovechamiento, transformación y producción de energía eólica a energía eléctrica, siendo el aerogenerador principal componente de la inversión (Figura 1). Sin embargo para su óptimo funcionamiento también es de importancia cada una de las etapas de construcción y montaje de sus componentes. En términos generales una vez construida y revisada la cimentación y otros componentes de la base y sistemas de conexión, se procede al armado del resto de elementos que conformarán el sistema eólico a través de grúas de gran altura. De manera general la metodología de montaje considera primero montar las secciones de la torre, luego la góndola y cubierta, el rotor y por último las palas.

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1. Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 1.1. Tipos de instalaciones 1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores

Figura 1 Descripción de las partes principales de un aerogenerador. Los principales componentes de los aerogeneradores son: (1) Palas y rotor, (2) Buje, (3) Sistema de control, (4) Bastidor principal, (5) Multiplicadora, (6) Freno de disco, (7) Acoplamiento con el generador, (8) Sistema de refrigeración, (9) Sistema de medición eólica, (10) Generador, (11) Sistema de Yaw (posicionamiento), (12) Sistema hidráulico, (13) Rodamiento de Yaw y (14) Torre. Fuente: http://www.acciona-energia.es.

1.1.3. Subestación eléctrica Las subestaciones se pueden clasificar según la función que desempeñan en la red eléctrica como: ■■

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Subestaciones de generación, cuyo cometido es conectar e incorporar a la red la energía producida por los diferentes centros y sistemas de generación eléctrica (Solar, hidráulicos, eólicos, etc.). Estas subestaciones suelen tener que elevar el nivel de tensión de la energía, desde los valores de generación a los valores de transporte. Subestaciones de transporte de la energía, desde su punto de generación hasta las áreas de consumo. Actúan de interconexión entre un número variable de líneas de la red. Subestaciones de distribución, que conectan las líneas de transporte con las ramas de distribución de la energía, a menor nivel de tensión, para su transporte local y distribución.

Atendiendo a las soluciones constructivas de la subestación, se pueden dividir en: ■■

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Subestaciones de intemperie, donde la aparamenta eléctrica y los embarrados están situados a la intemperie, enclavados sobre el terreno a través de estructuras metálicas o de hormigón y sus cimentaciones. Subestaciones de interior, donde el conjunto de la subestación se ubica en edificaciones, utilizándose sistemas de construcción convencionales o prefabricados. Estos sistemas obedecen a criterios ambientales o de emplazamiento.

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Dependiendo del tipo de aparamenta utilizada, se puede realizar otra clasificación: ■■

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Subestación convencional, que monta los componentes discretos convencionales conectados entre sí mediante conexiones realizadas insitu. Pueden realizarse en intemperie o interior. Subestaciones blindadas, que utilizan los componentes integrados y montados en fábrica, protegidos mediante pantallas metálicas y aisladas generalmente mediante gas (SF6). Pueden realizarse en intemperie o interior.

Para el montaje de las subestaciones eléctricas deben construirse las respectivas cimentaciones. Éstas constituyen la parte estructural de la subestación encargada de transmitir las cargas de la estructura al terreno. Depende su construcción de las cargas soportadas y del tipo de terreno donde se asientan. Existen dos tipos básicos de cimentaciones: superficial y profunda. Asimismo, hay algunas variaciones de cada tipo. Las cimentaciones superficiales constan de zapatas.

1. Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica

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1.1. Tipos de instalaciones

Las zapatas pueden ser, a su vez:

1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores

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Las cimentaciones profundas constan de cajones perforados y muchas variedades de pilotes de hormigón hincables o colados en su sitio. Cuadradas: ancho y largo de la cimentación tienen la misma longitud. La profundidad es variable. Es la zapata más utilizada en construcciones de subestaciones a la intemperie. Rectangulares: utilizadas en el caso de que no sea posible implementar una zapata cuadrada o en diseños específicos que demuestren su eficacia en un caso particular. Piramidales: son zapatas cuadradas o rectangulares cuya parte superior se estrecha, en forma de pirámide. Por su geometría evita que se acumulen balsas de agua en su superficie. Zapatas aisladas: es aquella sobre la que descansa o recae un solo pilar, encargada de transmitir a través de su superficie de cimentación las cargas al terreno. Zapatas corridas: pueden ser bajo muros, pilares, etc. Son cimentaciones de gran longitud en comparación con su sección transversal. Zapatas ligadas: varias zapatas unidas entre sí.

Para el transformador de potencia de la subestación, en el caso de una subestación transformadora, la cimentación usada es la bancada, debido a las dimensiones y peso de dicho aparato. Las cargas que deberán soportar estas cimentaciones, serán solamente aquellas que aparezcan en una subestación, debidas generalmente a las condiciones climatológicas del lugar y características eléctricas de la subestación.

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1.1.4. Torres meteorológicas

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Las torres meteorológicas monitorean y procesan información necesaria para el control óptimo de los grupos y sistemas encargados de la producción de energía eléctrica. Estos sistemas son de gran importancia para el desarrollo a corto y largo plazo de los parques eólicos. Por otro lado, las torres meteorológicas deben ser muy fiables pese a localizaciones remotas con baja energía eléctrica para su funcionamiento o en su caso mediante alimentación propia (módulos fotovoltaicos y/o baterías). Así mismo el mantenimiento de estos sistemas y componentes (sensores) de alta precisión y de alto coste deben ser mínimo.

1. Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 1.1. Tipos de instalaciones 1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores

El viento se muestrea a través de las torres por medio de los sistemas anemométricos y otros dispositivos de medición instalados para obtener una mayor precisión. Estos deben medir, transformar y calcular (procesos matemáticos y estadísticos) las distintas variables, que posteriormente se mostrarán y representarán las características del recurso eólico como velocidad del viento, dirección, densidad, presión, temperatura, etc. Estos datos medidos son registrados y transferidos al centro de control en un intervalo de tiempo seleccionado y deseado. Existen varias opciones para el acceso a los datos y transferencia de los mismos por distintos sistemas de comunicación (radio RF, GPRS, CDMA1 y comunicación con SCADA). El personal técnico puede personalizar la transmisión de datos e instalar una gran variedad de sensores para obtener un mayor número de datos del recurso eólico. El software de algunos sistemas de registro (SCADA) permite al usuario crear y visualizar informes en tiempo real. También un visualizador tipo ’Tablero de instrumentos’ permite una fácil visualización de datos meteorológicos en vivo desde los ordenadores del centro de control.

1.1.5. Otras instalaciones Construcción de plataformas de montaje Al igual que para el transporte de los equipos, en las labores de instalación de los aerogeneradores se requieren infraestructuras auxiliares. Se trata de las plataformas de montaje sobre las que se sustentan las grúas necesarias para el izado de las torres y demás componentes del equipo con gran tamaño. Este emplazamiento destinado a la grúa presenta unos requerimientos de superficie que no suelen ser menores de 24 m x 16 m. Las acciones de ejecución de la plataforma son idénticas a las que se han expuesto para los viales de acceso. Construcción de edificaciones anejas Code Division Multiple Access (Acceso múltiple por división de código). Tecnología de comunicaciones celulares e inalámbricas.

Dentro de las necesidades constructivas se completan con los edificios de explotación, relativos a operaciones de control-comunicación y a la subestación de la planta (parte cubierta).

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El centro de control del parque es más o menos complejo dependiendo de las características del mismo, pero generalmente alberga los lugares de mando para control y mantenimiento, almacén y servicios administrativos. Para ello, se requiere una planta rectangular de unos 10 m de ancho, por 25 m de largo, y 6 m de alto, y construcciones auxiliares para abastecimiento de aguas y saneamiento (pozo y fosa séptica, respectivamente), aunque las dimensiones y disposición de las referidas instalaciones dependerán de cada instalación concreta. Las acciones principales del proceso de construcción de dichas instalaciones suelen ser: ■■

Adecuación de superficies de acopio.

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Despeje y desbroce.

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Explanación y excavación.

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1. Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 1.1. Tipos de instalaciones 1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores

Realización de estructuras civiles (edificios y fosas): con diferentes materiales de construcción, como morteros, hormigones, maderas, materiales cerámicos u otros.

Para ello, se emplearán vehículos y maquinaria específica. La instalación de equipos y/o sistemas de comunicación y control resultan de gran importancia de cara a la gestión óptima del parque eólico. Estas instalaciones deben ser capaces de manejar y transmitir en tiempo real una gran cantidad de datos a través de los puertos de comunicación sea de tipo local o remoto así como de la tecnología adoptada. Actualmente es común en los parques eólicos operar y gestionar las instalaciones desde centros o salas de control a gran distancia de los parques mediante comunicación remota, que interactúa con cada uno de los aerogeneradores, los cuales contienen un propio sistema de control y comunicación para ajustar los parámetros necesarios para su optimización.

1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores Una vez transportados los componentes del aerogenerador hasta el punto de anclaje, se procede a su ensamblaje, haciendo uso de una grúa de grandes dimensiones. De este modo se realiza el izado de la torre, la góndola y el rotor. El anclaje al terreno del aerogenerador consiste en una zapata de planta cuadrada, con unas dimensiones mínimas de 8 m de lado y entre 2,5 y 6 m de profundidad aproximada (dato técnico que dependerá del fabricante), sobre la que se construye un pedestal macizo de hormigón, generalmente de planta octogonal, de unos 3 m de lado y más de 1 m de altura, y sobre el que se coloca el fuste del aerogenerador.

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1. Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 1.1. Tipos de instalaciones

Así, las acciones previas para el proceso de montaje del aerogenerador y otros relacionados a éste se pueden resumir en: uso de maquinaria para obra e izado; voladuras del sustrato rocoso; movimiento de tierras y cimentación de hormigón para grúas, para aerogeneradores y para subestaciones. El mantenimiento mecánico del parque y aerogeneradores, lo determinan los protocolos establecidos por el área de gestión de seguridad y mantenimiento siendo de tipo preventivos y correctivos. Los primeros se enfocan en la limpieza del entorno y suelo, protecciones contra corrosión y fatiga de componentes en los aerogeneradores y como de otros dispositivos expuestos a la intemperie que necesitan ser periódicamente revisados como los del centro de transformación. Los correctivos cuando los sistemas o dispositivos fallan y es necesario reparar o cambiar los componentes estropeados.

1.2.1. Metodología de trabajo en un parque eólico: Montaje, puesta en marcha, mantenimientos preventivos y correctivos, equipos de trabajo La metodología de trabajo para montar y poner en marcha el parque eólico contempla varias etapas de construcción, por ejemplo: ■■

Desarrollo de la obra civil.

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Montaje de aerogeneradores (Torres, góndolas, bujes, palas).

1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores

• Montaje de componentes mecánicos e hidráulicos. • Cableado de circuitos eléctricos, electrónicos, comunicación y control. ■■

Montaje de torres meteorológicas.

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Montaje de componentes de subestaciones.

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Cableado eléctrico y de comunicación entre los aerogeneradores y centros de transformación así como para el centro de control. Montaje de componentes de la red eléctrica, subestación y tendido eléctrico. Pruebas de los diferentes sistemas para el funcionamiento de los aerogeneradores. Revisión de los sistemas de seguridad de todos los dispositivos e instalaciones. Pruebas de los centro de comunicación y control. Ajuste y puesta a punto de parámetros para diferentes sistemas de producción de energía eléctrica. Puesta en marcha de todas las instalaciones para la producción de energía eléctrica.

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Pruebas de transmisión y distribución de la energía eléctrica.

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Certificación de montaje de todos los sistemas e instalaciones.

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Certificación para la producción y transmisión de energía eléctrica.

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Etc.

Las labores de mantenimiento de un parque eólico se basan principalmente en el seguimiento periódico del funcionamiento de los aerogeneradores para detección y solución de los fallos que desencadenan sus paradas. Con respecto a este seguimiento se establecen tareas de mantenimiento preventivo y correctivo, estas pueden ser: ■■

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1. Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica

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1.1. Tipos de instalaciones

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1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores

Lubricación de los cojinetes, soportes y rodamientos, lo cual implica un trasiego de los mismos. Reparación de canalizaciones subterráneas. Sustitución de piezas de los equipos de operación que se encuentren averiados. Almacenamiento de recambios de elementos críticos, y materiales de mantenimiento (como aceites). Uso de las áreas de mantenimiento y servicios, puesto que en instalaciones eólicas de cierta envergadura se hace necesaria la presencia continuada de personal de mantenimiento. Uso de los accesos asociados al parque.

Los equipos y herramientas de trabajo los establece el protocolo de mantenimiento así como los dispositivos de seguridad a utilizar por el personal (EPIs) en las instalaciones durante la etapa de construcción y mantenimiento.

1.2.2. Procedimientos y operaciones de preparación y replanteo de las instalaciones Dentro del plan de gestión, montaje y seguridad de las instalaciones, se deben seguir los procedimientos técnicos exigidos por el fabricante a las empresas de obra civil y empresas instaladoras, así como aplicar las distintas normativas que por ley refiere la instalación de equipos y uso de herramientas y otras importantes del sector eléctrico y seguridad. Estos procedimientos deben ser supervisados por un responsable técnico (empresa suministradora de aerogeneradores y otra de la empresa gestora) en las distintas áreas y etapas las cuales se deben certificar. El plan de gestión establece las operaciones de control para montar adecuadamente cada uno de los componentes. La secuencia de preparación es muy importante para la actuación y óptima ejecución de los elemento constituyentes de las instalaciones. Resulta de importancia asegurarse que se tienen todos los componentes necesarios para tener éxito en cada una de las etapas de montaje. Ello generará un desarrollo de trabajo y tiempo bien invertido (no generación de costes extras), lo que evita hacer procesos correctivos o reparaciones posteriores, y que puedan influir en el funcionamiento y garantía de los equipos.

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Es decir, el proceso de preparación evita repetir las etapas de montaje, lo cual significa que el efecto de las correcciones necesitará un estudio y/o análisis de las condiciones por las cuales se realiza la reparación y así mismo se debe asegurar que éstas son correctas para un óptimo funcionamiento posterior. Dicho estudio se denomina replanteo. El replanteo de las instalaciones viene por el hecho de evitar cometer errores importantes en cualquiera de las etapas de montaje que pueden ser debidos a una mala gestión o control por parte del personal, de tal manera que posteriormente las averías tienen que resolverse de manera óptima para tener éxito en las fases de instalación. En general los procedimientos de montaje y operaciones se focalizan en los grandes componentes o estructuras, como cimentaciones, torres, aerogeneradores, tendido eléctrico y subestación, centros de control, etc.

1.2.3. Fases de montaje. Organización y plan de seguridad 1. Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 1.1. Tipos de instalaciones 1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores

En el caso que nos ocupa, el montaje y mantenimiento de un parque eólico así como de los aerogeneradores puede estructurarse de manera general de tres fases (o cuatro, si se contara con el Repowering) que, por orden cronológico, son las que siguen: ejecución, funcionamiento y clausura. A continuación en el diagrama de la Figura 2 se muestra el orden característico de las fases de montaje.

Figura 2 Diagrama general de las distintas fases de montaje, gestión-organización para la construcción y mantenimiento de instalaciones de un parque eólico.

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Una buena organización y gestión de las instalaciones de un parque eólico ayudará a la identificación de efectos, positivos o negativos, en cualquier proyecto de inversión. Esto se puede realizar de forma sencilla e inicial mediante un método de Flujo de Procesos o a través de otros métodos que la empresa adopte. Éste trata de definir los contenidos y objetivos del proyecto de forma secuencial y detallada para todos los usuarios, haciendo especial hincapié en los aspectos que pudieran conllevar alteraciones de los factores ambientales y socioeconómicos (producción) así como los correspondientes a seguridad. El plan de seguridad deberá evaluar los riesgos profesionales en parques eólicos tanto para instalaciones como para el personal. Está conformado por puntos entre los que se encuentran los riesgos profesionales en el montaje y mantenimiento de parques eólicos, equipos de seguridad y emergencias.

1.2.4. Calidad en el montaje. Pliegos de prescripciones técnicas 1. Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 1.1. Tipos de instalaciones 1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores

La calidad del montaje y certificación de todos los componentes del parque eólico garantizan el éxito global de su funcionamiento en todas y cada una de sus fases. Con respecto a la calidad de los aerogeneradores y sus componentes como principal elemento de transformación de energía eléctrica así como de inversión, se debe certificar la calidad de estos sistemas por parte de la empresa suministradora a partir de: ■■

Fabricación de componentes de aerogeneradores.

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Construcción, desde el diseño hasta la puesta en marcha.

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Operación y mantenimiento, revisión y auditoría del estado de los aerogeneradores.

Estas certificaciones evalúan la fabricación de los aerogeneradores a través de ensayos destructivos y no destructivos así como por otros métodos de inspección/prueba para comprobar la calidad de los materiales, sistemas y de su funcionamiento óptimo. Para que la calidad de estos sistemas prevalezca, deben tomarse otras consideraciones relevantes que hacen y dan valor a la garantía, como lo es el transporte adecuado de las estructuras, el montaje bajo el pliego de prescripciones técnicas del fabricante y por supuesto con personal cualificado para instalar cada uno de los componentes correctamente a través de la información técnica contenida en los manuales, planos, esquemas, diagramas, etc. La calidad también depende de la supervisión y dirección de obra para la construcción del parque eólico, verificando la obra civil, montaje y puesta en marcha de aerogeneradores, subestaciones eléctricas y líneas de alta tensión bajo informes y auditorías para una mejor gestión. Con ello se asegura el cumplimiento del proyecto bajo las normativas vigentes y así mismo esta interacción entre empresa gestora y empresa suministradora puede propo-

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1. Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica

ner mejoras técnicas para un mejor aprovechamiento de los sistemas cuando en el proyecto no se han considerado algunas cuestiones técnicas exigidas por suministrador. Por otro lado, una vez montado y puesto en marcha cada uno de los aerogeneradores, se realizarán inspecciones técnicas por el fabricante para certificar el funcionamiento de estos y a su vez la empresa gestora del parque haga válida la garantía de cada sistema.

1.2.5. Procesos de documentación técnica del trabajo La utilización general de sistemas de control como los SCADAS (u otros sistemas), deben facilitar el proceso de gestión de documentación técnica. Los formatos de los ficheros almacenados en las bases de datos deben configurarse en formato estándar para ser tratados de manera más sencilla por el operario y usuario de gestión del centro de control y de mantenimiento. Durante el proceso se programan rutinas de trabajo de cada uno de los aerogeneradores así como su almacenamiento en la base de datos que luego serán utilizados para la elaboración de informes del aerogenerador. Estos ficheros contienen información por ejemplo: ■■

1.1. Tipos de instalaciones 1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores

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Periodo de muestreo de cada variable (períodos cada diez minutos, por ejemplo). Ordenación de campos de las variables medidas como; Fecha, Hora, Viento Incidente, kW generados.

La documentación técnica de trabajo de manera general debe contener: ■■

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Datos del tiempo de muestreo, de las torres anemométricas. Datos de operaciones realizadas en mantenimiento y siguientes revisiones.

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Datos de generación eléctrica en subestación.

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Datos horarios de los sistemas de predicción.

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Datos promedio de la producción de los aerogeneradores.

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Etc.

1.2.6. Tipología de averías Dentro del mantenimiento preventivo se puede considerar de manera general dos tipos de averías, las “reparables” (inmediatas/no inmediatas) y las “no reparables” (estas pertenecientes al mantenimiento correctivo). ■■

Las reparables inmediatas (sustitución del componente, material en stock), no requieren de equipo o procesos especiales, pero son de importancia (por ejemplo, Lámparas estándar de emergencia, fusibles, botoneras, sellado de puertas o ventilaciones de la torre y góndola, conexiones/conectores).

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CONTENIDOS

■■

Las reparables no inmediatas (sustitución o calibración de uno o más componentes, pudiendo estar en stock o no pero siendo de fácil adquisición y montaje), las cuales una vez detectadas las irregularidades de su funcionamiento se verifica los límites de trabajo (revisión de manuales) y se revisan además si dicha irregularidad es debida a este componente u otros. Se verifica si es posible ajustar/calibrar por medios mecánicos, eléctricos o desde el centro de control para mejorar su funcionamiento no llegando a ser óptimo pero sí operativo.

Si no son “reparables” (inmediatas/no inmediatas) las averías se convierten en una tarea propia del mantenimiento correctivo, que implica estudio del fallo y procesos a seguir para realizar el desmontaje y posterior montaje de los componentes para corregir el error, comprobación del sistema, ajuste/ puesta a punto, y por último, certificado de operación para puesta en marcha. A continuación se relacionan algunas averías frecuentes entre los sistemas eólicos: ■■

1. Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica ■■

1.1. Tipos de instalaciones 1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores

■■

IGBT (Isolated gate bipolar transistor): Transistor bipolar de puerta de salida.

■■

Averías consecuencia de la operación de los equipos: averías por vibración, presión o termostato de freno, torsión de cable, elevada temperatura en el convertidor, multiplicadora, etc. Averías en la instrumentación: sensores de vibración, termostatos, encoder de velocidad, anemómetro, veleta, etc. Averías en la electrónica de control: tarjetas UPS, comunicación, y controladores. Averías en la electrónica de potencia: arrancadores, rectificadores y cargadores, IGBTs2. Elementos de sistemas hidráulico/engrase: filtros, servo-válvulas, válvulas termostáticas, bomba… Aparellaje: contactores, térmicos, …. Elementos mecánicos: retenes, aceites, zapatas de freno, acoplamientos, desalineaciones, ventiladores de refrigeración y motores de accionamiento, … Palas: Reparaciones de perforaciones y desconchados, picajes, lacados, bordes de ataque y refuerzo, rotura debida en muchos casos a tormentas con aparato eléctrico… Generadores: Rodamientos y defectos aislamiento en bobinado. Causas de trabajo a altas temperaturas, (>120 ºC) por condiciones de ventilación. Multiplicadora: Rodamientos (principal etapa intermedia helicoidal), y piñones. Es normal la sustitución por el mal estado del aceite. Averías en los moto-reductores de orientación. Acoplamientos de eje rápido (con probabilidad de daños en rodamientos de elementos unidos).

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Otras averías menos frecuentes pueden localizarse en:

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1. Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 1.1. Tipos de instalaciones 1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores

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Sistema de Pitch: Barra del pitch en sistemas hidráulicos y servo-motores en sistemas mecánicos. Convertidor: Componentes etapas de potencia (tormentas y calentamientos).

■■

Sistema del Yaw: Rotura de dientes coronas.

■■

Rodamientos de palas.

■■

Rodamiento de eje principal de baja velocidad.

■■

Fisuras y grietas en el bastidor.

■■

Transformadores (Trafos): Entre sus causas se pueden encontrar posibles cortos en zona de Baja Tensión (protección de fusibles poco selectiva) y calentamientos.

■■

Celdas de media tensión.

■■

….

1.2.7. Programa de mantenimiento El objetivo del programa de mantenimiento es revisar y auditar el funcionamiento óptimo del parque eólico para su explotación, con ayuda técnica y cualificada del área de mantenimiento para el caso predictivo y/o correctivo. La asistencia técnica para el mantenimiento debe ser integral en todas las áreas: geología, evaluación de recurso eólico, cálculo de estructuras, topografía, aparamenta eléctrica, materiales, ensayos mecánicos y eléctricos. Por otro lado, el programa de mantenimiento debe disponer de centros, laboratorios o talleres para realizar ensayos (químicos, mecánicos y eléctricos) y otras pruebas así como de las mismas reparaciones de algún componente o subcontratar empresas especializadas para resolver de manera óptima y rápida las averías que pueda ocurrir durante el funcionamiento de las instalaciones. En general los beneficios de un buen mantenimiento pueden ser de transcendencia en: ■■

Asegurar la calidad de los componentes de los aerogeneradores.

■■

Garantizar el cumplimiento de requisitos técnicos, de plazos y costes.

■■

Aumentar la disponibilidad del parque eólico.

■■

Identificar defectos a tiempo para ser reparados oportunamente.

■■

Reducir costes de mantenimiento.

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El programa de mantenimiento puede constituirse por tres apartados:

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I) Mantenimiento preventivo:

1. Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 1.1. Tipos de instalaciones 1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores

■■

Planificación y gestión del mantenimiento preventivo.

■■

Medidas de parámetros: procedimientos de obtención y registro.

II) Mantenimiento predictivo: ■■

Análisis de los sistemas, estructuras, equipos y componentes por diversas técnicas.

III) Mantenimiento correctivo: ■■

■■

Diagnóstico de averías. Procedimientos de aislamiento mecánico y eléctrico de componentes averiados.

■■

Métodos para la reparación de componentes averiados.

■■

Gestión de la reposición de equipos y componentes.

1.2.8. Diagnóstico de averías en instalaciones de energía eólica Las operaciones de diagnostico y de reparación de fallas/averías requieren ser personal altamente cualificado así como de la asistencia de equipos y métodos especiales. Las averías pueden ser en equipos eléctricos, electrónicos, mecánicos, hidráulicos, informáticos, etc. El personal técnico o de ingeniería deberá tener conocimientos y experiencia amplia para detectar posibles fallas en las instalaciones. Lo anterior incluye conocer los modos usuales de fallos de los equipos de prueba que pueden resultar de utilidad en una situación particular, además de los procedimientos normales para efectuar las reparaciones necesarias conforme protocolos de mantenimiento preventivo y predictivo instaurados por el fabricante y empresa gestora. Una vez diagnosticada la avería independientemente de las circunstancias, el objetivo es conseguir que la unidad defectuosa opere de acuerdo a lo esperado en el menor tiempo posible. En muchos ambientes operativos, la pérdida de una pieza crítica del equipo puede significar la interrupción del proceso de producción energética, por lo cual la velocidad de actuación es un parámetro esencial en la reparación del equipo mediante un eficiente diagnóstico de avería. Los diferentes tipos de averías pueden ocurrir debido a la incorrecta operación del equipo por la falta de conocimiento adecuado de su funcionamiento. En ocasiones lleva a suponer que opera incorrectamente, cuando en realidad no existen problemas de funcionamiento como tal. Tales situaciones deben ser verificadas dentro de los procesos de diagnóstico. Por otra parte, las averías pueden estar motivadas por errores en el montaje y/o cons-

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1. Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 1.1. Tipos de instalaciones 1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores

trucción. Bajo esta categoría se agrupan todos aquellos problemas, errores y averías relacionados con el diseño, montaje o fallos comunes en una sección del manual de mantenimiento correspondiente, que define las características del error e indica a su vez el procedimiento de reparación de la pieza o componente para hacer más eficiente el mantenimiento, así como puntos de prueba/diagnóstico para detectar y solventar el error. Se destaca que una de las averías más frecuentes tiene que ver con la parte eléctrica de los aerogeneradores, que relaciona fallos en el suministro de potencia nominal. Esta avería proviene de la fuente de transformación de potencia de los aerogeneradores. En esta parte se manejan corrientes y voltaje de importancia, además de temperaturas elevadas. Los componentes de las fuentes de transformación están sujetos a esfuerzos eléctricos, térmicos y mecánicos que pueden conducir a fallos en sus componentes. Cuando la potencia esperada (dato técnico del fabricante bajo ciertas condiciones) de los aerogeneradores no consigue ser la óptima esperada, después de buscar solucionar el problema mediante los centros de control y transformación, se considera que existe una avería compleja y el equipo en muchos casos deja de operar por completo por seguridad. En este tipo de reparaciones, se toma todas las medidas exigidas por las normativas de trabajo y seguridad que ha instaurado la empresa gestora para su reparación.

1.2.9. Procedimientos de aislamiento mecánico y eléctrico de los diferentes componentes de la instalación para realizar el mantenimiento correctivo Dentro de los procedimientos de mantenimiento correctivo, es de importancia bloquear/apagar por completo todos los sistemas que hacen funcionar al equipo o instalación. Se necesita controlar la energía de éstos, las cuales pueden ser: eléctrica, hidráulica, neumática, mecánica, térmica, así como líquidos, vapores y gases presurizados. El procedimiento para aislar/detener/apagar conlleva varios pasos de gran importancia para hacer un mantenimiento seguro y así como de la protección del personal, dispositivo e instalaciones. Estos procedimientos deberán estar contenidos en los manuales de mantenimiento y de seguridad que la empresa gestora ha elaborado. A continuación se citan algunos pasos y condiciones a tener en cuenta para realizar el mantenimiento: I) Preparación para apagar: para asegurar y rotular cualquier equipo antes de apagarlo se requiere conocer: el tipo y cantidad de energía que lo hace funcionar, los peligros de dicha energía y la manera de controlarla. Se debe evaluar si la tarea se combina con otras de alto riesgo “trabajo en espacios confinados, trabajo en alturas, trabajos en caliente” e implementar el procedimiento si se requiere, según política de salud y seguridad en el trabajo de la empresa.

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Además en la implementación se debe:

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■■

Reconocer el equipo: es necesario asegurarse de conocer cuáles son las fuentes de energía que están presentes y como controlarlas correctamente, verificándose lo siguiente: • Identificar las fuentes de energía y donde están ubicados los interruptores. • Determinar el problema: falla mecánica, atascamiento, limpieza o mantenimiento rutinario. • Determinar si hay otros sistemas o máquinas activas por la misma fuente. • Si más de una persona trabajará en el procedimiento, es necesario asegurar que se disponga del número suficiente de portacandados. • Asegurarse de contar con los dispositivos de protección como bloqueadores o cadenas adecuados para la máquina a reparar.

1. Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica

• Verificar si es necesario el uso de equipos de protección personal especial. ■■

1.1. Tipos de instalaciones 1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores

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Verificar si hay fluidos, sustancias químicas o gases con las que puedan entrar en contacto. Notificar al personal afectado sobre la realización del trabajo: antes de comenzar cualquier procedimiento de bloqueo/aislamiento se notifica al superior y a todos los empleados que se vean involucrados y que tengan que ver con la máquina. Se debe informar sobre qué es lo que se va a hacer y la necesidad de mantenerse alejados de la máquina. Señalizar el sitio de trabajo: El sitio afectado por el trabajo que se va a realizar se debe señalizar para advertir a las demás personas que no deben ocuparlo y que en esos momentos se está realizando una labor.

II) Apagado de equipos: El primer paso para el aseguramiento de la energía peligrosa es pulsar el botón de parada de la máquina. Todo interruptor de circuitos, válvulas o mecanismo de aislamiento de energía debe ponerse en la posición que indique visiblemente que está apagado o desconectado. ■■

Cortar las fuentes de energía: Siempre que sea posible, antes de bloquear la fuente principal, se colocará la máquina en su posición de reposo, asegurándose que todos los controles, manuales y automáticos, están apagados, y comprobar en la máquina que el botón de arranque ha sido apagado.

Antes de aislar la fuente principal se deben apagar todos los equipos que alimenta para evitar que la demanda o carga de estos equipos generen un accidente. Es importante recordar que el botón de arranque no se debe utilizar como medio de aislamiento, puesto que algunos equipos pueden operar aún si el botón está en posición de parada.

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III) Aislamiento de equipos: Se accionará el interruptor general. Es necesario aislar el equipo de todas las fuentes de energía, tanto de los proveedores secundarios como del principal. IV) Fijación de candados de bloqueo y tarjetas: Una vez que el dispositivo de desconexión está abierto o en posición OFF, se debe colocar el candado de bloqueo en el dispositivo de cierre de energía o colocar el aviso de prevención según la política de salud y seguridad en el trabajo contemplada por la empresa, teniendo en cuenta lo siguiente. ■■

■■

1. Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 1.1. Tipos de instalaciones 1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores

■■

Utilizar una pieza adicional si el candado no puede ser conectado directamente al control. Al utilizar un sistema de aseguramiento, cada empleado debe colocar su candado de bloqueo. Tratar de abrir los candados para asegurarse que están bien cerrados. Más de un empleado puede asegurar un sistema de aislamiento de energía utilizando un cierre múltiple. Si se utilizan avisos en tarjetas, en vez de candados de bloqueo, se deben colocar en el mismo lugar o lo más cercano posible a donde se pondría el candado. Las tarjetas se deben rellenar completa y correctamente escribiendo los siguientes datos: • Fecha de expedición, el nombre del equipo, el responsable, el trabajo a realizar y el nombre de la persona que autoriza el bloqueo.

■■

Si la fuente es energía eléctrica: • Evaluar si hay circuitos adicionales que pueden abastecer otras partes de la máquina y bloquearlos (algunas veces las piezas diferentes de las máquinas reciben su energía de circuitos diferentes).

■■

Si la fuente es energía hidráulica: • Apagar el motor y esperar a que deje de moverse, luego desconectar el interruptor. Si otras máquinas son abastecidas por la misma bomba, es posible que tenga que deban ser bloqueadas las válvulas que controlan el flujo del fluido hidráulico del equipo. • Cerrar y bloquear las válvulas tanto en el lado de entrada como de salida de la máquina para prevenir que el fluido vaya de regreso a la máquina y provoque pérdidas y contaminación del fluido.

■■

Si la fuente es energía neumática: • El bloqueo se realiza en el interruptor eléctrico y en las válvulas de control de flujo de la parte especifica del equipo.

V) Control de energía almacenada: los equipos luego de ser aislados de su fuente pueden contener energía almacenada y esta se debe controlar para evitar su liberación accidentalmente.

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Los siguientes pasos se deben tomar para protegerse de la energía que pueda estar almacenada en el equipo después de que haya sido aislado de sus fuentes de energía. ■■

■■

Instalar conexión a tierra.

■■

Dejar escapar cualquier tipo de presión existente.

■■

1.1. Tipos de instalaciones 1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores

Verificar la efectividad del bloqueo y garantizar que este no sea operativo accidentalmente.

■■

1. Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica

Inspeccionar el sistema para asegurarse de que todas las piezas móviles se han detenido.

■■

Desconectar la tensión en resortes o bloquear el movimiento de partes activadas por sistemas de resortes. Bloquear las partes que pueden caerse debido a la gravedad. Bloquear las partes en los sistemas hidráulicos o neumáticos que puedan moverse debido a la falta de presión de aire. Purgar las mangueras y destapar todo sistema de ventilación. Drenar los sistemas de tuberías y cerrar válvulas para prevenir el flujo de materiales tóxicos. Si una tubería debe ser bloqueada donde no hay válvula, utilizar una brida de tubo.

■■

Purgar los tanques de procesamiento y tuberías de conducción.

■■

Disipar todo extremo de calor o frío, o utilizar ropa protectora.

■■

Si la energía acumulada puede almacenarse, monitorear su nivel para que no exceda el límite de seguridad. Todas las baterías que abastezcan el circuito se tienen que desconectar.

VI) Verificación del aislamiento de equipos: El “suponer” que el bloqueo ha funcionado para evitar que el equipo se energice es peligroso, por ello cuando se hayan bloqueado todas las fuentes de energía y toda la energía residual haya sido controlada o disipada, se debe comprobar en los controles de la máquina que no existe movimiento y que ninguna de las luces indicadoras muestre potencia, además: ■■

Verificar que no haya nadie en las áreas de peligro.

■■

Asegurar que las fuentes de energía no puedan ser energizadas.

■■

Comprobar la ausencia de energía por medio de equipos de detección o tratando de accionar sus interruptores y controles.

Una vez realizado todas estas indicaciones se procede al mantenimiento correctivo de los sistemas averiados del sistema eólico.

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1.2.10. Métodos para la reparación de los distintos componentes mecánicos de las instalaciones Los métodos de reparación de los componentes deberán considerar algunos puntos generales a seguir para evaluar la situación actual del componente y reparar dicho elemento afectado bajo la metodología técnica del fabricante o empresa encargada. En Figura 3, se puntualiza las partes comunes que son objeto de reparación dentro un sistema eólico.

1. Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 1.1. Tipos de instalaciones 1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores

Figura 3 Descripción general de componentes mecánicos que son objeto de reparación.

Los métodos de reparación deben atender a puntos como: ■■

Definir el tipo de fallo (reparación/sustitución).

■■

Empresa encargada de la reparación (homologada).

■■

Determinar la metodología de reparación/sustitución (personal cualificado y uso de equipo especializado para reparación y comprobación).

■■

Coste de reparación.

■■

Definir tiempos/condiciones de reparación.

■■

Auditoria de paso.

■■

Montaje de la pieza reparada.

■■

Comprobación, ajuste y puesta a punto del sistema reparado.

En Figura 4, se muestra una secuencia y método para la reparación de una pieza a modo de ejemplo (acople de la transmisión), donde la empresa encargada debe certificar siempre la reparación así como definir la metodología empleada y componentes/recambios empleados.

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1. Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 1.1. Tipos de instalaciones 1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores

Figura 4 Ejemplo de un ciclo o secuencia de reparación para una pieza dañada. Fuente: Winergy.

1.2.11. Análisis económico de las actuaciones La dirección económica de la empresa interactúa de manera conjunta con todas las áreas y departamentos de gestión, evaluando de forma continua la producción energética como etapa final del rendimiento de las instalaciones. El análisis económico de las actuaciones de montaje y mantenimiento inicia con el correcto montaje y luego del imponderable mantenimiento de las instalaciones, con especial interés para los componentes de los aerogeneradores. El factor humano es de importancia en el desarrollo del análisis económico, sujeto a la influencia de una infinidad de variables internas y externas que propone cada empresa para la gestión y/o estrategias que considere necesarias para el desarrollo de la explotación óptima del recurso eólico. Las actuaciones del análisis económico para las etapas de montaje y mantenimiento toman en consideración factores como por ejemplo: ■■

Gestión del factor humano.

■■

Formación del personal.

■■

Tecnología de la información y sistemas de gestión.

■■

Gestión de repuestos y stocks.

■■

Mantenimiento y seguridad.

■■

Indicadores de mantenimiento.

■■

Indicadores de producción.

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1. Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 1.1. Tipos de instalaciones 1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores

1.2.12. Equipos y herramientas más usuales para realizar el montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones eólicas Dentro de cada una de las etapas de montaje y mantenimiento mecánico, se utilizarán equipos y herramientas manuales (o no manuales), para realizar los trabajos respectivos. Aunque ya han sido tratados en los puntos 3.7 y 3.8 de la unidad MF0616_3, a continuación se muestra relación no exhaustiva de los equipos y herramientas utilizadas en las distintas fases: Equipos de transporte ■■

Camión (Trailers: con útil especial para trasporte de las secciones de la torre y palas).

■■

Camión basculante.

■■

Furgonetas para mercancías y personal.

■■

Grúas sobre camión.

■■

Pala cargadora (montacargas).

■■

Traspalés.

■■

Grúa móvil.

■■

Dúmper.

■■

Etc.

Equipos de obra civil ■■

Andamios en general.

■■

Grúas.

■■

Carretillas.

■■

Hormigonera.

■■

Martillos picadores.

■■

Torreta de hormigonado.

■■

Bomba de hormigón

■■

Escaleras de mano.

■■

Carros de plataforma elevadora.

■■

Puntales.

■■

Retroexcavadora.

■■

Sierra circular.

■■

Hormigonera eléctrica.

■■

Soldadura eléctrica.

CONTENIDOS

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■■

Soldadura autógena y oxicorte.

■■

Vibrador.

■■

Herramientas manuales y eléctricas.

■■

Herramienta rotativa (Taladros, Cierras de disco, Máquinas de percusión, etc.).

■■

Brújulas/GPS.

■■

Etc.

Equipos de seguridad ■■

Equipos de protección individual (EPI).

■■

Equipos de control frente a caídas.

■■

Equipos auxiliares de seguridad y emergencias.

Herramientas para izado 1. Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 1.1. Tipos de instalaciones 1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores

■■

Herramientas manuales y eléctricas.

■■

Grúas torre (pluma).

■■

Grúas sobre camión.

■■

Mangas tractoras (griphoists).

■■

Cables de acero.

■■

Minigrúa (tirfor).

■■

Poleas.

■■

Gato hidráulico.

■■

Maquinaria de elevación.

■■

Bridas.

■■

Tornillos/tuercas.

■■

Taladros.

■■

Carracas.

■■

Etc.

Herramientas especiales de montaje y mantenimiento de las instalaciones eólicas ■■

Herramientas manuales y eléctricas (perforación y sellado).

■■

Multímetro (digital).

■■

Amperímetros (digital).

■■

Tensiómetro (digital).

■■

Pinzas amperimétricas.

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1. Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 1.1. Tipos de instalaciones 1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores

■■

Pinza de medida de corriente de fuga.

■■

Vatímetros programables (alta precisión).

■■

Medidor de aislamiento.

■■

Comprobador de diferenciales e impedancias de bucle.

■■

Sondas de medición eléctrica y electrónica (tester especiales) para pruebas de cableado.

■■

Sistemas/equipos de vibraciones.

■■

Sistemas/equipos de ultrasonido.

■■

Anemómetro.

■■

Termómetro digital.

■■

Sondas y sensores térmicos.

■■

Trazador de curvas potencia eléctrica (kW) Vs. Velocidad de viento (m/s).

■■

Osciloscopios portátiles.

■■

Cámara termográfica de altas prestaciones.

■■

Equipos de adquisición de datos (datalogger).

■■

Analizador de calidad de suministro eléctrico, armónicos y energía.

■■

Sistema de medición para envío de señales mediante tecnología de fibra óptica.

■■

Brújulas.

■■

GPS.

■■

Etc.

Otras herramientas para mantenimiento de las instalaciones Según sea el tipo de actuación o mantenimiento (revisión preventivacorrectiva), se pueden utilizar otras herramientas como: ■■

Llaves dinamométricas y accesorios.

■■

Carracas neumáticas, eléctricas.

■■

Medidores caudal (Caudalímetro).

■■

Medidores electrónicos de presión.

■■

Galgas (kit).

■■

Micrómetros.

■■

Medidor de longitud (incidencia laser).

■■

Medidores de temperatura (incidencia laser).

■■

Medidor de turbulencia y velocidad.

■■

Medidor de velocidad de hélice.

CONTENIDOS

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■■

Sistema de sondas para medición de ondas.

■■

Tubos pitot.

■■

Manómetros: de tipo analógico y/o digital.

■■

Durómetros.

■■

Medidores de frecuencia de resonancia.

■■

Medidores/sensores de nivel.

■■

Medidores por detección de ultrasonido.

■■

Analizador de decibelios.

■■

Humedímetro (Medidores de humedad para aire y suelo)

■■

Analizador para detección de fugas (para gases y hidráulicos).

■■

1. Metodología del montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 1.1. Tipos de instalaciones 1.2. Montaje y mantenimiento mecánico de parques eólicos y de aerogeneradores

Compuestos químicos (luminiscentes) para detección de fracturas y corrosión.

Actualmente dentro del mantenimiento de las instalaciones y dispositivos se utilizan sistemas informáticos, cuyas señales están conectadas a diversidad de sensores y dispositivos capaces de realizar pruebas exhaustivas de control y mantenimiento, operados desde los mismos centros de control.

1.2.13. Sistemas de seguridad para el mantenimiento Los sistemas de seguridad son establecidos por la empresa gestora dentro del estudio referente a seguridad y evaluación de riesgos en las instalaciones del parque eólico. A su vez el manual correspondiente de seguridad detallará cada una de las consideraciones a seguir para el montaje y mantenimiento de cada elemento, así como del comportamiento a adoptar por el personal técnico o supervisión a través de los equipos necesarios de seguridad a emplear en cada fase conforme las normativas actuales de trabajo exigidas por ley. Los sistemas de seguridad para el mantenimiento están conformados por otros sistemas como: ■■

■■

Sistemas de prevención de accidentes (formación del personal). Sistemas de seguridad personal (formación cualificada del personal para el mantenimiento de diversas áreas).

■■

Sistemas de comunicación (centros de control).

■■

Sistemas de control y parada de emergencia de las instalaciones.

■■

Sistemas de señalización.

■■

Sistemas de evacuación.

■■

Sistemas de vigilancia.

■■

Sistemas de asistencia y emergencia.

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CONTENIDOS

2. Montaje y mantenimiento mecánico de Instalaciones de energía eólica 2.1. Diseño de la estructura del montaje mecánico El diseño del montaje de todas las estructuras, conlleva un proceso/procedimiento técnico que debe aplicarse y cumplirse a detalle por parte de la empresa instaladora, la cual deberá certificar el trabajo así como emitir un certificado de garantía de las instalaciones montadas, así como el fabricante emite certifica la garantía del material fabricado. La estructura debe siempre considerar en todo momento: ■■

Acopio de los materiales y herramientas para la construcción.

■■

Ejecución y seguimiento de la obra civil para, accesos a las instalaciones.

■■

Construcción de las cimentaciones, arquetas y zanjas.

■■

2. Montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 2.1. Diseño de la estructura del montaje mecánico 2.2. Diseño de la estructura del mantenimiento mecánico 2.3. Técnicas y operaciones en el montaje y mantenimiento mecánico de aerogeneradores

■■

Desplazamiento de materiales y equipos para el izado de torres y góndolas. Instalaciones para cableado entre torres y centros de transformación eléctrica.

■■

Ensamblaje de la torre.

■■

Ensamblaje del aerogenerador.

■■

Preparación y montaje de la góndola.

■■

Preparación y montaje del rotor y palas.

■■

Instalación del cableado interno de la torre y góndola.

■■

Instalación de los sistemas hidráulicos.

■■

Construcción e instalación de los sistemas de transformación eléctrica.

■■

Instalación de los sistemas de medición y muestreo de parámetros ambientales.

■■

Instalación de dispositivos de comunicación.

■■

Etc.

2.2. Diseño de la estructura del mantenimiento mecánico A partir del área de gestión, mantenimiento y seguridad, se estructuran las etapas para las cuales se deben cumplir las acciones referentes al mantenimiento de las instalaciones y dispositivos, según refieran y estipulen los manuales técnicos. La estructura del mantenimiento para los diferentes sistemas deberá tener en cuenta en su parte inicial para el montaje: ■■

Revisión de las cimentaciones, estados y orientación adecuada de ellas.

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CONTENIDOS

■■

Revisión del estado y características de las torres, aerogeneradores y otros sistemas eléctricos referentes a las subestaciones de transformación-distribución. Revisión de las condiciones adecuadas para el montaje los sistemas de medición de las condiciones climáticas.

■■

Inspección de las torres y palas durante su traslado.

■■

Verificación del plan de mantenimiento y situaciones de emergencia.

Las estructuras de mantenimiento y gestión de un parque eólico deben contemplar tres estados definidos a través de los tres niveles de mantenimiento: correctivo, preventivo y predictivo.

2.3. Técnicas y operaciones en el montaje y mantenimiento mecánico de aerogeneradores La empresa gestora junto con la empresa suministradora de aerogeneradores deberá interactuar para el montaje y mantenimiento de cada uno de los componentes que conforma los aerogeneradores. Las operaciones se realizan mediante personal cualificado y bajo la supervisión del encargado de cada área para las distintas etapas. En general las técnicas son las mismas para montaje y operaciones del ensamblado, las cuales deben considerar: ■■

Disposición del sitio donde se desarrollará la obra.

■■

Implementación de las medidas de seguridad en cada una de las etapas.

■■

Gestión y distribución de herramientas, materiales y otros elementos necesarios para realizar el trabajo de obra.

Para el montaje de estructuras principales y auxiliares dentro de una instalación eólica deben considerarse los siguientes pasos: ■■

■■

Montaje de las secciones de torre (distintas fases dependientes de la altura y del generador). Montaje de palas al rotor, o montaje del rotor al aerogenerador sin palas. Montaje de aerogeneradores y otras partes: rotor con palas, rotor sin palas.

■■

Montaje de sistemas de orientación e inclinación (sensores).

■■

Montaje y ajuste de mordazas de sujeción.

■■

Montaje de sistemas de limitación de la velocidad y seguridad (sensores).

■■

Montaje de protección contra viento excesivo (sensores de vibración y tensión en la base, torre y góndola). Montaje y conexiones de redes eléctricas internas en la torre. Montaje y comprobación de redes eléctricas del sistema de almacenamiento.

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■■

Montaje de los sistemas de control.

■■

Montaje de sistemas hidráulicos.

■■

Aplicar y verificar las protecciones de sellado.

■■

Etc.

Finalmente se inspeccionará todas las instalaciones y se emitirá un informe técnico al departamento de gestión, de cada una de las etapas de trabajo construidas y montadas. Se debe dejar el entorno de trabajo en condiciones óptimas tanto de orden y limpieza después de las operaciones de montaje, retirada de los residuos a los contenedores correspondientes.

2.3.1. Cimentación y torre Cimentación

Como ya se ha comentado en la presente unidad de la cimentación depende la estabilidad del mismo. Para la cimentación de las estructuras/zapatas se construyen los cimientos soporte de estructuras metálicas que son del tipo prismático, con un hormigón característico como por ejemplo el tipo H-150. Los anclajes de la estructura metálica se realizarán mediante barras corrugadas roscadas, embebidas en el hormigón. En general las zapatas están reforzadas por una armadura de acero que ayuda a la unión con la cimentación. Su dimensión y el tipo de cimentación estarán en función del peso-altura de la torre así como del aerogenerador y por supuesto de la aptitud portante del terreno sobre el cual descansa éste. Se clasifican en dos cimentaciones a realizar: ■■

Cimentaciones superficiales (grúas).

■■

Cimentaciones profundas (torre).

Dentro de las cimentaciones superficiales se distinguen elementos como: ■■

Corridas.

■■

Losas.

■■

Vigas flotantes.

■■

Zapatas.

En las cimentaciones profundas consideramos: ■■

Los pilotes realizados in situ.

■■

Los pilotes prefabricados.

La actividad constructiva de cimentación comporta básicamente; la excavación, su fabricación in situ (ferrallado, hormigonado) o la hinca del pilote prefabricado. Para ello deberá considerarse el transporte vertical y horizontal de todos los elementos que componen la cimentación.

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Para realizar esta actividad de una manera eficiente y eficaz se debe tener:

CONTENIDOS

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2. Montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 2.1. Diseño de la estructura del montaje mecánico 2.2. Diseño de la estructura del mantenimiento mecánico

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Programación (planificación y coordinación) de las distintas subactividades que componen la construcción de la cimentación. Organización del trabajo para poner en práctica la programación, para ello se establecerán los caminos de circulación de maquinaria, zonas de estacionamiento, zonas de acopio de material, etc. Finalmente una previsión de elementos personales y auxiliares como andamios con escaleras adosadas, maquinaria para movimiento de tierras, maquinaria para transporte horizontal y vertical, etc.

Por otro lado se tiene que tener en cuenta previamente la cimentación para las grúas torre, que son de importancia cuando así se requiera el proyecto para montar la estructura completa de torre y aerogenerador. Para esta actividad debe de considerarse la construcción de la bancada de la grúa torre, teniendo un ensanchamiento de la base de los soportes verticales pertenecientes a estructuras de la grúa, sobre suelos homogéneos, encargado de repartir las cargas sobre el terreno. Las zapatas se construyen, básicamente, realizando una pequeña excavación de sección cuadrada o rectangular, y una vez nivelada la rasante a cota se coloca la armadura y posteriormente el hormigón, según las características descritas en el proyecto de ejecución material.

2.3. Técnicas y operaciones en el montaje y mantenimiento mecánico de aerogeneradores

Figura 5 Estados y procesos de cimentación de una base para una torre eólica. (Fuente: www.deltabat.es).

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2. Montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica

Se proyecta también la construcción de las cimentaciones de apoyo de los proyectores de iluminación, así como las correspondientes canalizaciones eléctricas para el tendido de cables mediante zanjas y arquetas. Torre La torre es la encargada de soportar la góndola y el rotor. Generalmente es una ventaja disponer de una torre alta, dado que la velocidad del viento aumenta conforme nos alejamos del nivel del suelo. Las turbinas modernas tienen torres con alturas desde los 50 a 150 metros. En general las torres son de tipo tubular, aunque también las hay de celosía. Las torres tubulares son más seguras para el personal de mantenimiento de las turbinas ya que pueden usar una escalera interior para acceder a la parte superior de la turbina. La construcción de la torre se realiza por distintas fases (Figura 6). El montaje estructural de las torres conlleva varias etapas, iniciando por la cimentación, montaje de la base de la torre, apriete y/o soldadura de la estructura, nuevamente montaje de la segunda estructura tubular de la torre y así sucesivamente.

2.1. Diseño de la estructura del montaje mecánico 2.2. Diseño de la estructura del mantenimiento mecánico 2.3. Técnicas y operaciones en el montaje y mantenimiento mecánico de aerogeneradores

Figura 6 Proceso de montaje de una torre eólica. (Fuente: www.nordex-online.com).

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2.3.2. Proceso de construcción

El aerogenerador y otros elementos de la torre se transportan a pie de obra como un conjunto de piezas dispuestas para su ensamblaje. Se da por hecho que las cimentaciones (los pernos de anclaje se encuentran embutidos y en perfecto estado) están en óptimas condiciones así como la colocación de la/las grúas y su cimentación si es el caso. Se utilizarán los sistemas de seguridad que establezca la normativa vigente. Primero se debe comprobar y supervisar este conjunto de piezas para el proceso de construcción, es decir libre de cualquier tipo de error o defecto antes de su instalación. Las piezas a verificar son: ■■

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Los tramos de la torre tubular (estado de bridas). La góndola completa, con cables de conexión a la unidad de control, conexiones hidráulicas, etc.

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Estado de palas sin ensamblar.

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Buje del rotor y su protección.

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Unidad de control.

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Accesorios (escalera interior, línea de seguridad, tornillos de ensamblaje, etc.).

El proceso de construcción se inicia: ■■

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Ensamblando los tramos de la torre, verticalmente, sobre la base de anclaje, mediante tornillos que unen las bridas colocadas en los extremos de los tramos. A continuación, se colocan los diversos accesorios de la torre (escaleras, plataformas, cable de seguridad anticaídas, etc.). Luego se procede al ensamblaje del rotor, sobre el terreno, acoplando las palas al buje y colocando la protección frontal.

Una vez levantada la torre, se procede al levantamiento del resto de equipos mediante una grúa con gran capacidad por ejemplo de 250 a 300 Tn, operando del modo siguiente: ■■

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Se iza la góndola, y cuando esté situada sobre el collarín superior de la torre, se aprietan los tornillos de sujeción. Se eleva el rotor completo, en posición vertical. Se fija el buje del rotor al plato de conexión situado en el extremo delantero del eje principal de la góndola. Se conecta el mecanismo de regulación del paso de las palas. Se procede al tendido de los cables de la góndola por el interior de la torre, para su posterior conexión a la unidad de control. Se coloca la unidad de control sobre los apoyos dispuestos en la cimentación y se conectan los cables de potencia y de control de la góndola, quedando el aerogenerador dispuesto para su conexión a la red.

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Todo el recinto deberá estar protegido por un cierre de valla metálica, para evitar el acceso de personal ajeno a la obra.

2.3.3. Principales conceptos de uniones atornilladas Par efectuar la unión y rigidez entre piezas (bridas) que componen una estructura (metálica/no metálica), se utilizan medios de unión a través de tornillos y/o tuercas (Figura 7). Estos elementos roscados ejercen diferentes funciones cuando el perfil y forma de la sección de la rosca es distinto. Según la función de la rosca, existen distintos tipos de perfiles como: ■■

Rosca métrica ISO.

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Rosca Withworth.

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Rosca trapezoidal.

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Rosca redonda.

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Rosca en dientes de sierra.

Las roscas pueden ser exteriores o machos (tornillos) o bien interiores o hembras (tuercas), debiendo ser sus magnitudes coherentes para que ambos elementos puedan enroscarse. Por otro lado, las características de los elementos de unión como los tornillos se definen mediante: ■■

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Diámetro exterior de la caña: en el sistema métrico se expresa en milímetros (mm) y en el sistema inglés en fracciones de pulgadas (pulg.). Paso de la rosca: Distancia que hay entre dos crestas sucesivas, en el sistema métrico se expresa en mm y en el sistema inglés por el número de hilos que hay en una pulgada. Sentido de la hélice de la rosca: a derechas o a izquierdas. Prácticamente casi toda la tornillería tiene rosca a derechas, pero algunos ejes de máquinas tienen alguna vez rosca a izquierda. Los tornillos de las rue-

Unión atornillada

Bridas

Figura 7 Interior de una unión atornillada para una torre eólica.

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das de los vehículos industriales tienen roscas de diferente sentido en los tornillos de las ruedas de la derecha (a derechas) que en los de la izquierda (a izquierdas). Esto se debe a que de esta forma los tornillos tienden a apretarse cuando las ruedas giran en el sentido de la marcha. Asimismo, la combinación de roscas a derechas y a izquierdas es utilizada en tensores roscados. ■■

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Longitud de la caña: es variable Tipo de cabeza: en estrella ó phillips, bristol, de pala y algunos otros especiales. Tolerancia y calidad de la rosca. Material constituyente y resistencia mecánica que tienen: salvo excepciones la mayor parte de tornillos son de acero de diferentes aleaciones y resistencia mecánica. Para madera se utilizan mucho los tornillos de latón.

Por otro lado los tornillos se clasifican en tres tipos: 2. Montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 2.1. Diseño de la estructura del montaje mecánico 2.2. Diseño de la estructura del mantenimiento mecánico 2.3. Técnicas y operaciones en el montaje y mantenimiento mecánico de aerogeneradores

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Tornillos ordinarios T.

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Tornillos calibrados TC.

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Tornillos de alta resistencia TR.

Los tornillos ordinarios y calibrados se diferencian básicamente en sus características geométricas. En los tornillos ordinarios el diámetro del agujero es 1 mm más grande que el del vástago, mientras que en los calibrados ambos diámetros están ajustados, por lo que se utilizan con preferencia para la formación de nudos rígidos. Los tornillos y tuercas ordinarios y calibrados tienen rosca triangular ISO de paso grueso. Estos dos se fabrican generalmente de acero. Para el caso de tornillos de alta resistencia se distinguen por el uso de aleaciones metálicas que propician sus propiedades mecánicas. Por otro lado, el par de fuerza con el que se debe apretar un tornillo o una tuerca se expresa en varias unidades y para aplicarlo se usan llaves dinamométricas o pistolas atornilladoras que pueden regular el par máximo de apriete, pero no el par exacto. El par de apriete exacto crea una tensión normal en el tornillo-tuerca, que no deforma ni provoca daños en la sujeción entre las piezas. El par de apriete húmedo está asociado con un lubricante dado (típicamente grasa). Debe ser determinado empíricamente (haciendo pruebas de tensión sobre el tornillo). Bajo ningún motivo debe cambiarse el lubricante, puesto que se modificaría el coeficiente de fricción alterando el esfuerzo axial en el tornillo. El par aplicado en los tornillos con lubricante está determinado por las características del material y la dureza de los tornillos y la rosca involucrados. Típicamente los par de aprietes húmedos o lubricados son mucho menores que los de apriete seco.

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2.3.3.1. Unión torsionada, par La sujeción mediante el par de apriete crea una tensión en el interior del tornillo y de la tuerca, y también entre las uniones de la pieza o estructura. El exceso de tensión aplicada a un elemento de sujeción genera una deformación en los cuerpos producida por dos pares de fuerzas, las cuales actúan en direcciones opuestas y en planos paralelos, de forma que cada sección del cuerpo experimenta una rotación respecto a otra sección próxima, véase Figura 8. En elementos de sujeción (tornillos-tuercas) esta tensión depende de la métrica u dureza del material, por lo que el par de apriete es inicialmente dependiente de esos factores. Otras variables que también influyen sobre el par son las arandelas y el material de éstas, lubricantes y otros que facilitan el deslizamiento de la tuerca, de modo que el mismo par de apriete genera tensiones diferentes en el tornillo y pieza.

Figura 8 Torsión de uniones atornilladas.

2.3.3.2. Unión tensionada, fuerza de tracción En el momento en que un tornillo es roscado a una tuerca para una unión de elementos se crea una tensión en las roscas del tornillo y de la tuerca en sentido contrario creándose una unión tensionada (véase Figura 9). A su vez si los elementos de unión ejercen una fuerza contraria, se genera entre todos los elementos un sistema de fuerzas a tracción. La tracción entre una unión tensionada de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, generan una deformación o estiramiento del material. 2.3.3.3. Procedimientos de apriete de uniones entre tramos Los procedimiento para la unión de dos bridas son de gran importancia para unir los tramos de las torres, así como de un adecuado apriete de los tornillos/tuercas para conseguir estabilidad en la estructura la cual estará sometida a los esfuerzos de carga por el viento durante varios años.

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2. Montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 2.1. Diseño de la estructura del montaje mecánico 2.2. Diseño de la estructura del mantenimiento mecánico

Figura 9 A) Unión tensionada bajo una fuerza a tracción en uniones atornilladas. B) Elongación del elemento de sujeción (tornillo).

Las bridas como tales, son colocadas en segmentos (tramos) finales de cada sección de estos segmentos de torre. Con ellas se conectan el resto de segmentos que harán a la torre completa. Las bridas están vinculadas y diseñadas entre sí para resistir la interacción de distintas fuerzas de carga tanto en compresión, tracción, torsión así como de ciclos de fatiga. Los procedimientos de apriete consisten una vez montados los tramos conforme las guías y marcas señaladas, en sujetar los tornillos de las bridas por el método cruzado para distribuir las cargas entre las uniones y de los propios tornillos, véase Figura 10.

2.3. Técnicas y operaciones en el montaje y mantenimiento mecánico de aerogeneradores

Figura 10 Método cruzado para apriete de tornillos.

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2.3.3.4. Tensionado en base de la torre

2. Montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 2.1. Diseño de la estructura del montaje mecánico

Los tramos, uniones y en general la estructura de la torre eólica, se diseñan para soportar niveles altos de tensiones producidos por el viento, el movimiento de las palas y las vibraciones que puedan generarse de estas dos variables. Las propiedades mecánicas (resistencia, densidad, módulo de young, y etc.) de los materiales utilizados ayudan a mantener estable a estas grandes estructuras que conforman la torre. Durante años las uniones y base de las torres estarán sometidas a las fuerzas o cargas producidas por el viento. El comportamiento mecánico de los materiales es importante, así como su mantenimiento para no tener deformaciones no previstas durante su vida útil. Hay cuatro tipos de cargas que sufren las uniones y base de las torres eólicas durante su funcionamiento (véase Figura 11): ■■

Tensión.

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Compresión.

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Cizalla.

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Torsión.

2.2. Diseño de la estructura del mantenimiento mecánico 2.3. Técnicas y operaciones en el montaje y mantenimiento mecánico de aerogeneradores

Figura 11 Tipos de fuerzas o cargas en las uniones base de la torre eólica. A) La fuerza de tensión produce una elongación y una deformación positiva lineal. Las líneas punteadas representan la forma antes de la deformación; las líneas sólidas representan el cuerpo después de la deformación. B) La carga de compresión produce contracción y deformación lineal negativa. C) Se esquematiza el esfuerzo de cizalla y por último. D) Representa la deformación torsional producida por un torque T.

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2.3.3.5. Herramientas utilizadas de altos pares

Dentro del montaje y mantenimiento de piezas de los sistemas eólicos, hay tornillos que necesitan tener y controlar el apriete determinado en cada uno de ellos. Si no fuese así se aflojarían causando una avería en la máquina que los incorpora, y caso contrario si van muy apretados se pueden descabezar y romperse los tornillos por exceso de tensión. Para estos casos de apriete de precisión se utilizan las llaves dinamométricas. La llave dinamométrica o también conocida como llave de torsión o torquímetro, es una herramienta que se utiliza para apretar los tornillos y las tuercas. La llave dinamométrica, es un instrumento/herramienta de precisión utilizado para aplicar o predeterminar tensión en tornillos, tuercas y sujetadores en partes ensambladas y que por sus condiciones de trabajo tienen que llevar un par de apriete muy exacto. Estas llaves se presentan con mecanismo de trueno o de carátula, análogos o digitales, con particularidades en sus útiles para distintas aplicaciones de elementos de sujeción (principalmente tuercas y tornillos). Estos deben tener una tensión específica, sus aplicaciones más comunes son en equipos hidráulicos, sistemas de presión, válvulas de control e instrumentación, motores de combustión interna, puentes y estructuras, tubería industrial, ensamble de materiales de líneas eléctricas, equipo eléctrico y electrónico. A estas llaves se les llama de precisión, porque están diseñadas, fabricadas y ensambladas con exactitud con componentes de la más alta calidad y deben cumplir las normas internacionales como la ASME / ANSI/ UNE, etc. Estas llaves de precisión deben ser calibradas y certificadas por el departamento de mantenimiento y seguridad de la empresa. Una llave dinamométrica consiste en una llave fija y de un vaso característico que puede ser intercambiable con otras llaves de vaso de otras dimensiones, a la que se acopla un brazo que incorpora un mecanismo en el que se regula el par de apriete, de forma que si se intenta apretar más, salta el mecanismo que lo impide. Nunca se debe reapretar a mano un tornillo que antes haya sido apretado al par adecuado ni utilizar una llave dinamométrica para aflojar tornillos. Cabe destacar que las pistolas neumáticas de apriete no son llaves dinamométricas aunque lo parecen, porque pueden desajustarse con facilidad por diversos motivos. Existen diferentes tipos de llaves dinamométricas por ejemplo, las cuales puede medir en varias unidades diferentes, sistema anglosajon, o Sistema Internacional (S.I.): ■■

Llave dinamométrica digital: Contiene en su interior un circuito electrónico y una pantalla en la que se muestran los valores medidos. Entre otras funciones, avisa mediante un sonido y por vibración, cuando se

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alcanza el par de apriete ajustado previamente. Dentro de estas llaves existe la posibilidad de guardar la información de los aprietes, la cual posteriormente es transferida a sistemas informáticos para documentar la revisión y mantenimiento de los componentes. ■■

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Llave dinamométrica de reloj: Consta de una esfera de reloj en la que se muestra mediante una aguja móvil el valor del par de apriete medido. Llave dinamométrica de salto: Contiene un sistema mecánico regulable a través de un nonio (vernier), que libera la tensión de la llave cuando se alcanza el par de apriete preajustado. Se usa para aplicar un par de apriete determinado de forma repetitiva.

A su vez también existen llaves dinamométricas espaciales, principalmente en el ensamblaje para colocar tornillos de las tapas en componentes eléctricos, o electrónicos en los que se necesita repetir la operación sin perder la exactitud de torque. Para pares de apriete altos se utilizan los multiplicadores de torque que permiten aplicar altas presiones de torque en lugares muy reducidos reemplazando los brazos de palanca y llaves largas, en los cuales se necesita una gran precisión de trabajo. 2.3.3.6. Mantenimiento preventivo El mantenimiento preventivo de los aerogeneradores y entorno debe considerar siempre medidas y normas de seguridad antes de su realización, así como la aplicación de las medidas y equipos de seguridad personal. Este tipo de mantenimiento puede ejecutarse cuando el estado del aerogenerador esta a en parada o a media carga de operación. Es de importancia resaltar que para una velocidad de viento mayor que 15 m/s (promedio de 10 minutos) con carácter general no está permitido el acceso a la góndola, así como está prohibido el acceso a la góndola en operación automática. Por otro lado dentro de las operaciones de seguridad debe conmutarse el control a operación de servicio del aerogenerador. Cuando se realicen mantenimiento de componentes eléctricos y electrónicos en la instalación se debe aplicar las reglas o protocolos de seguridad por ejemplo: ■■

Desconectar.

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Bloquear contra reconexión.

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Comprobar ausencia de voltaje.

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Conectar a tierra y cortocircuitar.

■■

Cubrir y/o poner barreras en áreas vecinas bajo tensión.

Durante trabajos en componentes eléctricas de la instalación solamente se permite el uso de herramientas aisladas, y por supuesto de personal cualificado.

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Por otro lado, el mantenimiento de líneas consiste en ocasiones en pintar apoyos de las líneas eléctricas de baja, alta y muy alta tensión en funcionamiento, sin necesidad de proceder a su descarga. Con esta técnica se reducen los plazos de ejecución de los trabajos, manteniendo la calidad del suministro eléctrico. Para el caso de mantenimiento de instalaciones hidráulicas debe considerarse: ■■

Eliminación total de la presión por medio de las válvulas de seguridad.

■■

Controlar el nivel de presión por medio de los manómetros.

■■

Antes de la reposición de la hidráulica es indispensable que sean cerradas las válvulas de seguridad.

Para el caso del mantenimiento de la torre, en general las superficies de éstas se encuentra afectada por depósitos de grasa, aceites, polvillo de las pastillas de los frenos, excrementos de pájaros, roces de animales (en la parte inferior), partículas y zonas de oxidación por fallos en el montaje inicial y que no fueron reparados convenientemente. Primero se realizará una limpieza mediante la aplicación de un producto disolvente desengrasante con agentes de emulsión, que no sea perjudicial para el medio ambiente. La aplicación se lleva a cabo mediante un pulverizador manual, cepillo o fibra sintética frotando el área manchada. A continuación de la aplicación de esta limpieza, se aclarará toda la superficie mediante chorro de agua a alta presión (aproximadamente 200 bars) con el fin de eliminar todos los residuos que se hayan podido producir En caso de que esta limpieza no sea suficiente para eliminar la suciedad fuertemente incrustada en la pintura, se realizará un ligero lijado de la zona afectada, hasta la completa eliminación de estos depósitos, aplicando una capa de pintura de acabado sobre las zonas previamente tratadas. Para el caso de reparación y pintado de superficies de la torre dentro del mantenimiento, es de importancia tener un área limpia y de alta adherencia para asegurar que: ■■

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Las superficies estén exentas de óxidos y resto de pinturas antiguas que presenten mala adherencia. Eliminar la pintura original en zonas próximas a las preparadas, para que el sustrato se encuentre en buen estado a la aplicación de la nueva pintura.

Se consideran dos fases diferenciadas en el proceso reparación de la pintura: ■■

■■

Preparación superficial de las zonas afectadas por la corrosión o que presenten pinturas con mala adherencia. Aplicación del Sistema de Pintura de reparación.

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2. Montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica

Asimismo, se realizará el mismo proceso alrededor de las zonas que presentan corrosión, eliminando la posible oxidación bajo la pintura antigua así como las pinturas que se encuentren mal adheridas. Para el caso de las zonas afectadas por la corrosión, se eliminarán estos óxidos previamente y luego se pintará la zona dañada. Las zonas más afectadas por la corrosión en los aerogeneradores suelen ser: ■■

Puertas.

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Zonas puntuales de la superficie de la torre.

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Puntos de soldadura de algunos accesorios.

Para el mantenimiento o reparación de las juntas de unión entre tramos, se debe prestar especial atención a las bridas, en concreto, el sellado del resquicio dejado por los chaflanes de las bridas que unen los diferentes tramos de cada torre para evitar el prematuro desarrollo de fenómenos de corrosión. Existen dos sistemas, que se exponen a continuación, para realizar esta protección: ■■

2.1. Diseño de la estructura del montaje mecánico 2.2. Diseño de la estructura del mantenimiento mecánico 2.3. Técnicas y operaciones en el montaje y mantenimiento mecánico de aerogeneradores

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Sistema con masilla sellante: Se emplea un sellante de tipo poliuretano monocomponente, con un espesor entre 5 y 10 mm aproximadamente, aplicado con pistola manual. Esta operación se realiza después de haber aplicado la capa de imprimación y la capa gruesa intermedia y antes de la capa final de acabado. Sistema con cinta sellante: Se emplea una banda de 10 cm de anchura sobre la junta de unión de los tramos. Se trata de una cinta de aluminio impermeable y flexible cubierta de un copolímero de betún autoadhesivo y reforzado con una malla de poliéster de alta resistencia al desgarro. Su color es plomo/grafito no presentando ningún inconveniente para ser pintada con la pintura de acabado final. Esta operación se realiza con la capa de imprimación aplicada, no siendo necesaria la capa gruesa intermedia.

También puede realizarse este procedimiento durante el montaje de las torres en parques eólicos de nueva creación, simplemente matizando la zona de las juntas, aplicando una fina capa de imprimación (con objeto de que tenga adherencia la banda) y, a continuación, aplicando la capa de acabado.

2.3.4. Nacelle y características técnicas-tecnológicas Como es bien sabido la mayor inversión de un parque eólico corresponde a los aerogeneradores. Las características de la góndola o nacelle varían entre los diferentes suministradores, los cuales aplican distintas tecnologías (hardware y software) y materiales para su constitución.

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2.3.4.1. Buje y Cono: Principios de giro de rodamientos de pala y movimientos de cilindros. Ensamblaje y mantenimiento del buje. Proceso de colocación. Funcionamiento El buje es la estructura base del rotor. El buje está acoplado al eje de baja velocidad del aerogenerador. Este a su vez contiene a las palas y al cono, denominándose a éste rotor del aerogenerador, véase Figura 12. Las características técnicas del buje pueden ser: ■■

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Material y método de fabricación para la estructura principal (dimensiones). Sistema de acople y sujeción del buje al aerogenerador. Estructura secundarias para el sistema de control/movimiento de palas (fijo o tipo pitch).

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Sistema de lubricación y engrasado.

■■

Accesibilidad para mantenimiento (montaje/desmontaje de piezas).

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Tipos de rodamientos del buje y de las palas.

■■

Cono de la nariz.

Dentro de las funciones que desempeña el buje y según diseño, las palas están unidas al buje mediante un rodamiento que permite a éstos girar alrededor de su eje. El rodamiento se une a la pala por su anillo interior y al buje por el exterior. Cada empresa tiene su propio diseño para el buje siendo su sentido de giro generalmente es en sentido horario. A su vez, en el interior del buje se encuentran los elementos que permiten el cambio de paso (ángulo de incidencia del viento sobre la pala) o pitch, en cuyas versiones más modernas se encuentran los cilindros hidráulicos (cilindros de pitch), actuadores eléctricos o hidráulicos que son elementos físicos que permiten el giro entre 0º (cuando la velocidad del viento está entre 0 m/s y 15 m/s) y 90º o posición de bandera (situación en parada de

Cono

Góndola Pala

Figura 12 Conformado de rotor (buje, cono, pala) característico (tripala horizontal).

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2. Montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica

emergencia o cuando no se quiere que el buje gire), por eso, muchas veces cuando un aerogenerador está parado y se mira de frente, las palas dibujan una fina línea recta y cuando está en marcha vemos su silueta al completo. A este elemento se le une mediante pernos a tracción los llamados rodamientos de pala, los cuales minimizan el rozamiento de las palas al girar sobre su propio eje. La mayoría de los fabricantes de aerogeneradores utilizan acero y diversas aleaciones para su construcción en función de distintas variables (temperatura, tipo de viento, grado de humedad, etc.). El ensamblaje total del buje (palas y cono), se realiza dentro de parque eólico. El mantenimiento de los componentes del buje se centran en el acople y rodamientos de las palas, también en los rodamientos de sujeción al eje lento, así como en el par de apriete de ambos casos. Por otro lado se debe tener prevención continua frente a la corrosión de superficies y uniones. El proceso de instalación se lleva a cabo cuando se encuentra totalmente armado el rotor (palas y cono) al aerogenerador. Éste se elevará a la altura del aerogenerador mediante un sistema de grúas para ser colocada al aerogenerador (véase Figura 13).

2.1. Diseño de la estructura del montaje mecánico 2.2. Diseño de la estructura del mantenimiento mecánico 2.3. Técnicas y operaciones en el montaje y mantenimiento mecánico de aerogeneradores

Montaje sujeción

de para

arneses el

de rotor

(completo: palas y cono)

Colocación del rotor a la góndola

Elevación

del

rotor

para

montaje Figura 13 Secuencia de montaje del rotor completo al aerogenerador. (Fuente: Gunnar Britse & ACSA).

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2.3.4.2. Palas: Descripción de las diferentes partes. Conceptos principales de las palas. Montaje, manejo, colocación y proceso de apriete. Influencia del apriete en el asentamiento de rodamiento y las diferencias de pitch. Sistema de cambio de paso: Pitch positivo y negativo. Procedimientos de mantenimiento preventivo y detección de problemas. Mantenimiento correctivo Las palas son las encargadas de captar la energía cinética que transporta el viento cuando éste las encuentra en su trayectoria, transmitiéndola en el buje o rotor en forma de movimiento rotacional. El diseño de las palas actuales para aerogeneradores se parecen mucho a las alas de un avión por su gran aerodinámica, siendo de importancia para las mismas la sección transversal (Figura 14). Los perfiles del interior de la pala suelen diseñarse de manera específica a este tipo de palas para su sustentación y la habilidad de los perfiles para funcionar con o sin turbulencias, con ello se ha demostrado que el coeficiente de potencia eólica aumenta en función de las condiciones de diseño. Las palas de los aerogeneradores están siempre curvadas en sentido longitudinal. Una de las leyes fundamentales que rigen a estas estructuras se basa en la teoría de movimiento de fluidos a través del Teorema de Bernoulli, que relaciona un aumento de velocidad de flujo con una disminución de la presión y viceversa. A través de los efectos físicos de resistencia y de sustentación sobre la superficie de la pala (superficie aerodinámica), será directamente proporcional al área total expuesta al flujo de aire y al cuadrado de la velocidad con que ese flujo incide en ella. La sustentación también es proporcional a la inclinación del ángulo de ataque del eje de la superficie de sustentación respecto a la corriente de aire. De la teoría estudiada en estas palas se sabe que para ángulo

Figura 14 Descripción de los componentes de una pala eólica.

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superiores a 14 grados, la sustentación cambia con rapidez hasta llegar a la pérdida total (denominado perfil aerodinámico de pérdida).

A continuación en la Figura 15, se esquematiza el transporte, colocación y montaje de las palas al aerogenerador (buje). El apriete de los elementos de sujeción se realiza conforme a las condiciones técnicas del fabricante. A su vez la influencia del apriete inadecuado en los rodamientos puede provocar deterioro de los mismos en tiempo menor al esperado. Los fallos más frecuentes de los componentes de un rodamiento se suelen dar en el orden siguiente: ■■

Pista exterior.

■■

Pista interior.

■■

Elementos rodantes.

■■

Daños en la jaula.

Es realmente importante saber si el rodamiento tiene un defecto en la pista interior o en la pista exterior. La importancia de la localización del tipo de defecto se encuentra en la necesidad de saber cuál es la vida útil que le queda al rodamiento. De ahí la importancia de conocer si el defecto se está produciendo en la pista interior o en la exterior, ya que los rodamientos con defectos en la pista exterior tienen generalmente una mayor duración que Transporte de las palas

Montaje de palas al rotor

Figura 15 Montaje de las palas al rotor. (Fuente: Gunnar Britse).

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rodamientos con defectos en la pista interior. Para ello se realizan diferentes etapas de mantenimiento de tipo preventivo (lubricación y engrasado), luego predictivas (análisis y diagnóstico mediante técnicas de vibración) antes de realizar las correctivas (sustitución del componente). Dentro del buje hay ciertos elementos mecánicos que permiten variar el ángulo de incidencia de las palas o también conocido como “pitch” (véase Figura 16). Este sistema tiene dos funciones o diferencias según sea el estado o condición el aerogenerador. La primera es regular la velocidad del movimiento del rotor a través de la captación e incidencia del viento sobre el ángulo óptimo de las palas en plena carga de producción del aerogenerador y la segunda, es en caso de parada total de aerogenerador rotando las palas a 90 º de su base y de la incidencia perpendicular del viento y simultáneamente se desconecta el generador y se incrementa paulatinamente la presión en el circuito secundario de frenada. A su vez en un aerogenerador de regulación por cambio del ángulo de paso (sistema pitch), el controlador electrónico de la turbina comprueba varias veces por segundo la potencia generada. Cuando ésta alcanza un valor demasiado alto, el controlador envía una orden al mecanismo de cambio del ángulo de paso, que inmediatamente hace girar las palas del rotor ligeramente fuera del viento. Y a la inversa, las palas son vueltas hacia el viento cuando éste disminuye de nuevo. Así pues, las palas del rotor deben ser capaces de girar alrededor de su eje longitudinal (variar el ángulo de paso), tal y como se muestra en la Figura 16. Durante la operación normal, las palas girarán una fracción de grado cada vez (y el rotor estará girando al mismo tiempo). El diseño de aerogeneradores controlados por cambio del ángulo de paso requiere una ingeniería muy desarrollada, para asegurar que las palas giren exactamente el ángulo deseado. En este tipo de aerogeneradores, el ordenador generalmente girará las palas unos pocos grados cada vez que el

Figura 16 Sistema de variación del ángulo de las palas, también conocido como “pitch”.

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viento cambie, para mantener un ángulo óptimo que proporcione el máximo rendimiento a todas las velocidades de viento. El mecanismo de cambio del ángulo de paso suele funcionar de forma hidráulica. La principal función del “sistema de cambio de paso” es el control de potencia el sistema de control, el cual está continuamente comparando la curva de potencia con la producción del aerogenerador, seleccionando el paso de la pala óptimo para cada velocidad de rotación. El movimiento del sistema Pitch se considera positivo cuando la incidencia del viento obtiene en la superficie de pala una fuerza máxima de sustentación que provoca una mayor velocidad, mientras que en el caso contrario (Pitch negativo) la fuerza de sustentación no produce velocidad en el rotor. El cambio de paso se realiza mediante un actuador hidráulico individual para cada pala, aumentando o disminuyendo la presión. Con este sistema se logra una mayor precisión en la regulación, optimizar la dinámica del sistema y una mayor seguridad frente a fallos. Previo a cualquier trabajo en un aerogenerador se deberá revisar que se cumplen todas las condiciones de seguridad marcadas tanto por el fabricante como por los responsables de Seguridad y Salud. Se prestará especial atención a las palas (deberán estar en bandera) y al eje del rotor (que debe estar bloqueado). Para el caso del mantenimiento del sistema de cambio de paso (o pitch) los trabajadores (personal técnico cualificado) deberán estar familiarizados con la localización de los botones de emergencia (setas de emergencia), que por regla general se encontrarán: ■■

En el eje principal.

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En la plataforma de giro.

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En el controlador del TOP.

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En el controlador del ground.

Al accionar cualquiera de las setas el sistema deberá entrar en parada, por lo que no existirá tensión en los contactores de los motores ni en las electroválvulas de emergencia del sistema hidráulico, con lo que las palas pasarán a bandera (90º de pala, es el mínimo ángulo de la pala expuesta al viento). ■■

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La primera tarea será comprobar si alguna de las lámparas de señalización está fundida, esta tarea se realizará mediante el pulsador de prueba de lámparas. En caso de alguna lámpara esté fundida se deberá proceder a su sustitución. Se revisará y limpiará el armario por si tiene restos de suciedad, polvo, etc. Se comprobarán que todas las conexiones externas están fijas tanto en los embarrados como en las inductancias.

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Se deberán anotar las velocidades del viento, este se podrá ver en el display correspondiente, en el PC o en el dispositivo que tenga la máquina. También se deberán tener en cuenta la temperatura ambiente y la temperatura del aceite de la multiplicadora. Se deberá comprobar el correcto funcionamiento de las setas de emergencia, se accionarán una por una para ver que la alarma de solicitud se activa, después de la comprobación se deberán reponer otra vez a su estado original. Los frenos deben activarse al accionar las setas de emergencia. El sensor de vibraciones se activará y se comprobará que la señal digital se activa y produce el enclavamiento en el sistema, después de la comprobación se deberá desactivar.

Las pruebas a realizar en el pitch serán: ■■

Prueba de tope negativo.

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Prueba de tope positivo.

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Prueba del pitch positivo del desplazamiento.

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Prueba del pitch negativo del desplazamiento.

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Prueba de flujo positivo válvula proporcional.

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Prueba de flujo negativo válvula proporcional.

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Prueba de consigna senoidal del pitch.

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Prueba de consigna de posición del pitch.

Todas estas pruebas se realizarán con el sistema en emergencia y sin ningún enclavamiento. Una vez finalizadas se procederá a dar orden al sistema de fin de pruebas. Los procedimientos de mantenimiento preventivo y detección de problemas se realizan mediante un diagnóstico espectral para determinar el comportamiento de los rodamientos, teniendo en cuenta dentro del análisis la interpretación de señales de amplitud y frecuencia en comparativa a los patrones técnicos establecidos por área de mantenimiento, por ejemplo: ■■

Defectos idénticos en las dos pistas de rodadura de un mismo rodamiento: se caracterizan porque las amplitudes de las frecuencias de defecto de la pista interior serán menores que las amplitudes de las frecuencias de defecto en la pista exterior. La razón está basada en la propia construcción del rodamiento y en la trayectoria que recorre la vibración hasta llegar al sensor. Si colocamos el sensor (palpador) en la zona de carga del rodamiento, donde ocurren la mayoría de los defectos de la pista exterior, la transmisión al sensor se produce a través de la pista exterior y la cajera. Esta es una trayectoria de transmisión que proporciona una indicación fiable de la vibración debida al defecto. Si el defecto está localizado en una zona de la pista interior, que es la que

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gira en la mayoría de los casos, la energía de la vibración se transmite en este caso desde la pista interior al sensor a través de las bolas o rodillos, la jaula, la pista exterior y la cajera, por lo que, la transmisión es normalmente más pobre. Además, hay que añadir el hecho que la pista interior se está moviendo y se encuentra a menudo fuera de la zona de carga, por lo que, la amplitud de los impactos es significativamente inferior. Es importante asegurarse de que el muestreo de datos de cada medida tarde, por lo menos, el tiempo de una revolución del eje, ya que si los datos se toman muy rápidamente puede ocurrir que no se almacene la señal fuerte de la onda producida al pasar el defecto por la zona de carga, factor a tener en cuenta cuando se utiliza la onda en el tiempo para el diagnóstico de defectos en rodamientos. ■■

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2.1. Diseño de la estructura del montaje mecánico 2.2. Diseño de la estructura del mantenimiento mecánico 2.3. Técnicas y operaciones en el montaje y mantenimiento mecánico de aerogeneradores

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La lectura de vibración a alta frecuencia son el primer indicador del inicio de deterioro de un rodamiento, ya que los impactos de un pequeño defecto suelen excitar las frecuencias naturales de las pistas de rodadura (a alta frecuencia). Estas medidas se realizan en unidades de aceleración en la banda comprendida entre 1 y 20 kHz. En fases iniciales de deterioro de pistas de un rodamiento suelen aparecer, en los espectros, los armónicos a altas frecuencias con bajas amplitudes. Su identificación nos permitirá conocer la etapa inicial de deterioro de un rodamiento y poder realizar un seguimiento de su evolución, permitiéndonos planificar su cambio con la suficiente antelación. A medida que el daño progresa aumentarán las amplitudes de las frecuencias de fallo localizadas inicialmente y aparecerán armónicos intermedios de dichas frecuencias de fallo, hasta que en una etapa final, de máxima severidad del daño, aparecerán claramente los primeros armónicos de las frecuencias de fallo. La aparición de otras frecuencias de fallo del rodamiento indicará una mayor severidad del defecto. Las frecuencias de deterioro en pistas de un rodamiento suelen ir acompañadas por bandas laterales cuya diferencia de frecuencia con respecto a las fundamentales coinciden con la frecuencia de giro. Otra frecuencia que puede modular las frecuencias de deterioro en pista de un rodamiento es la FTF o frecuencia de deterioro de las jaulas del rodamiento, indicando un mayor deterioro del rodamiento. El aumento del número y amplitud de estas bandas laterales indicará la progresión del daño. Cuando hay deterioros importantes del rodamiento pueden desaparecer frecuencias individuales y aparecer bandas anchas de energía que suelen indicar cambios en la geometría del rodamiento. Si la lubricación no es la adecuada, se acelerará el deterioro del rodamiento, por lo que es conveniente cuando se localiza el daño, engrasar el rodamiento adecuadamente para tratar de prolongar su vida.

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El análisis de la onda en el tiempo puede ayudarnos a la hora de emitir un diagnóstico del estado del rodamiento. Para rodamientos muy deteriorados se caracterizará por presentar elevados impactos en aceleración y una diferencia de frecuencia entre crestas próximas que coinciden aproximadamente con la frecuencia de giro. La influencia de la frecuencia de giro y la progresión del deterioro de un rodamiento está demostrado que para frecuencias de giro de 50 Hz o superiores se acelera la degradación considerablemente, mientras que para frecuencias por debajo de 5 Hz la progresión del defecto es muy lenta pudiendo prolongarse durante varios meses.

El mantenimiento correctivo de rodamientos se desarrolla a partir del fallo total de la pieza así como de los casos históricos obtenidos anteriormente por componentes similares o de otros que involucren rodamientos. Esta información ayuda a predecir y determinar la severidad en casos futuros para corregir el problema. Por ejemplo, si se identifica un defecto en un rodamiento y se predice una duración de tres semanas será una excelente oportunidad para comparar el fallo con los datos de vibración obtenidos. Si el defecto es muy grave, la próxima vez que los niveles alcancen los obtenidos en la última lectura sabremos que el daño es muy severo. Si, por otro lado, cuando se cambia un rodamiento y presenta un desconchado regular sabremos que si en el futuro el rodamiento presenta las mismas características todavía podrá seguir trabajando durante más tiempo. Aunque las máquinas no sean idénticas, es posible extrapolar los resultados de rodamientos similares, teniendo en cuenta algunas pequeñas diferencias de comportamiento. 2.3.4.3. Eje lento: descripción y funcionamiento. Importancia del elemento. Montaje y mantenimiento preventivo, aprietes, engrases y retenes. Mantenimiento correctivo y gran correctivo El tren de potencia está constituido por el eje lento, el soporte principal de dicho eje, el multiplicador de velocidades y el acoplamiento. El eje principal de transmisión o también conocido como de baja velocidad (por ejemplo en un aerogenerador de 600 kW este eje gira en torno a unas 19 a 30 r.p.m.), es uno de los componentes básicos que constituyen los aerogeneradores. Este elemento está situado entre el rotor y la transmisión (multiplicador), basa su importancia en la doble función mecánica y estructural que desempeña. Esta pieza se encarga de transmitir el par motriz recibido del buje y por otro lado actúa como soporte del rotor haciendo frente a las tensiones biaxiales del viento. Según diseño y tecnología de los fabricantes, algunos de estos ejes contienen conductos internos para el sistema hidráulico de frenos aerodinámicos que se conectan a las palas. Este eje principal que es parte del desarrollo del tren de potencia (multiplicadora) puede presentar múltiples diseños en función de las distintas ca-

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racterísticas perseguidas por el proyectista. Algunas de las configuraciones pueden ser: ■■

Rotor montado “directamente” en el eje de entrada a la transmisión.

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Eje principal montado sobre “cojinetes de rodillo cónicos”.

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Eje principal montado sobre “cojinetes de bolas”.

El conjunto de piezas sea cual sea el tipo de eje desde un inicio estarán sometidas a procesos de fatiga, por tanto es de importancia un óptimo mantenimiento de tipo preventivo a través del mantenimiento predictivo para cada unos de sus elementos que lo conforman. Ahora bien las características y efectos físicos de carga sobre la estructura para un eje lento con dos rodamientos a considerar dentro del mantenimiento son: ■■

2. Montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 2.1. Diseño de la estructura del montaje mecánico

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2.2. Diseño de la estructura del mantenimiento mecánico 2.3. Técnicas y operaciones en el montaje y mantenimiento mecánico de aerogeneradores

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Análisis de vibración de transmisión del giro del rotor a la multiplicadora. Pruebas de ultrasonido a todos los componentes para verificar si hay grietas o fisuras internas. Verificar los rodamientos de apoyo. Transmisión de esfuerzos y vibraciones a la etapa multiplicadora por efectos viento (par torsor). Estos esfuerzos se transmiten a los rodamientos y a sus soportes que hay que verificar su estado para no afectar la estructura de la máquina y a la de la torre. Verificación de los aprietes de uniones y de tornillos (datos técnicos del fabricante).

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Verificar estados de retenes.

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Verificar niveles de engrase.

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Conexiones de circuito eléctrico e hidráulico.

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Etc.

Para el caso de con un rodamiento, el mantenimiento verificará: ■■

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Pruebas de ultrasonido a todos los componentes para verificar si hay grietas o fisuras internas. Revisión del estado del eje (fisuras) y del único rodamiento de apoyo. El segundo apoyo del eje es directamente la propia multiplicadora (analizar la transmisión de vibraciones). Se sitúa lejos del otro apoyo para disminuir las cargas en este punto. Verificar las uniones y apriete de tornillos (datos técnicos del fabricante). Verificar los soportes de la multiplicadora que para este caso es muy robusta y se soporta al eje, rotor y palas.

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Verificar estados de retenes.

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Verificar niveles de engrase.

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Conexiones de circuito eléctrico e hidráulico.

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Etc.

El mantenimiento correctivo se realizará cuando uno de los componentes principales del eje lento se necesita cambiar indiscutiblemente. Por ejemplo los rodamientos, soportes, el eje (el cual implica desmontar la góndola de la torre, o en su caso sacar toda la estructura que conforma el aerogenerador del bastidor principal o chasis). 2.3.4.4. Sistemas de orientación, Yaw: Descripción y funcionamiento. Sistemas asociados (Control de dirección del viento y control de enrollamiento de cables). Montaje y mantenimientos preventivos y correctivos. Roturas de rodadura El aerogenerador cuenta en muchos casos con un sistema activo de orientación, que hace girar la góndola de forma que el rotor permanezca orientado hacia el viento, véase Figura 16. El sistema actúa sobre un rodamiento de bolas que une la torre al chasis. La parte exterior del rodamiento, que se une a la torre a través de tornillos, tiene un dentado sobre el que actúan las motorreductoras y sensores de orientación (Sistema Yaw). En la parte interna de la torre existe un disco de freno (corona), al que se montan mordazas de sujeción (mordazas pasivas) y mordazas para el freno (mordazas activas). Cuando el aerogenerador no está orientado y se necesita que opere a pleno funcionamiento, se desbloquean las mordazas activas a través de la reducción de presión del circuito hidráulico sobre estas mordazas, y a la vez se activan las motorreductoras para mover la góndola a la posición deseada/ óptima del viento.

Figura 16 Ejemplo de un sistema de orientación y sus componentes principales. 1) Bastidor. 2) Sectores de la corona. 3) Base de la corona. 4) Motorreductoras de giro. 5) Mordazas Híbridas.

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Por otro lado, a través de los sensores de viento localizados en el exterior de la góndola (duplicados por seguridad), el control es informado de si la góndola está orientada o no con el viento incidente. Si no lo está, se vuelven a liberar parcialmente las mordazas (reduciendo la presión de su circuito hidráulico) de freno de forma que cuando las motorreductoras eléctricas aplican su par de giro sobre el rodamiento corona, la máquina mantiene un par pasivo que hace más suave y más seguro el movimiento de la máquina. En la Figura 16, se muestran los principales componentes característicos de un sistema de orientación. La base de la corona (3) se encuentra firmemente unida al bastidor (1) del aerogenerador. Es decir la corona es la pieza que finaliza la columna de la torre y que une a la góndola. Esta corona está dividida en sectores independiente que van atornillados de forma que en caso de resultar dañado alguno de ellos pueda ser sustituido “fácilmente” sin necesidad de cambiar la corona entera.

A su vez en el bastidor del aerogenerador se encuentran alojadas las motorreductoras del sistema Yaw, que dependiendo del tamaño de la góndola puede contener de 2 a 4 (o más según diseño) motorreductoras eléctricas, las cuales son las que efectúan el movimiento de giro de la góndola conforme las señales y comandos de control del Yaw permitiendo orientar a través de los sensores el sistema eólico en la dirección correcta (palas perpendiculares al viento). El control de dirección del viento, se realiza mediante la instrumentación del sistema Yaw, qué consiste principalmente de dos sensores, el de orientación (derecha-izquierda) y el de enrollamiento de cables. El sensor de posición opera mediante señales eléctricas retroalimentadas de sensores externos (velocidad y potencia del viento, presión, humedad, etc.) para el movimiento de las motorreductoras y del movimiento de la góndola a la posición óptima del viento cuando está en plena carga de funcionamiento. El sensor de enrollamiento tiene un encoder incremental (número de vueltas de la góndola y de los cables) y el sensor de enrollamiento de los cables. Estos envían señales para desenrollar los cables cuando se acumulan demasiadas vueltas (derecha: sentido horario (CW)3 o izquierda: sentido anti horario (CCW)4), Figura 17. Vemos este sistema cuenta con un piñón engranado a la corona así como de encoder. El encoder envía dos señales para que el SCADA (PLC o CPU) calcule cuantas vueltas tiene acumuladas el cable y mangueras y en qué sentido están. Para el control de enrollamiento de estos cables y mangueras (y otras conexiones) que bajan de la góndola, el sistema Yaw evita el que se retuerzan de manera extrema, es decir los cables siempre se retuercen hasta el punto donde la góndola deja de orientarse en ese sentido y se para todo el sistema para que se pueda quitar esa torsión a los cables, siendo fundamental este proceso en la góndola aunque parezca sencillo.

CW: Clockwise. CCW: Counter clockwise.

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Figura 17 Esquema de los sensores de un sistema Yaw.

A través del sistema Yaw, es el encargado de corregir este problema. El sistema tiene un sensor que envía sus señales a un sistema PLC o a un dispositivo de control como SCADA para posterior envío de señales al centro de control del aerogenerador (o PC), que sabe cuantas vueltas ha dado la góndola y en que sentido, así como en cada momento si está orientando en sentido horario (CW) o anti horario (CCW). De manera paralela esta información es también detectada y enviada a los centros de control remotos, gestión y mantenimiento de las instalaciones. Dentro de las distintas fases de mantenimiento esta es una de las partes siempre a tener en cuenta para revisar y solventar si es necesario durante el mantenimiento preventivo, predictivo y por supuesto correctivo. En lo que concierne a otros componentes mecánicos, los rodamientos se encuentran entre los mecanismos más importantes de las máquinas eólicas y de los sistemas que lo conforman, como el de orientación. A estos componentes mecánicos se les exige gran capacidad de carga y fiabilidad. En consecuencia, es absolutamente natural que los rodamientos jueguen un papel de tal importancia en estos sistemas así como de su mantenimiento preventivo, predictivo y correctivo. Desafortunadamente sucede algunas veces que un rodamiento no alcanza su duración calculada. Puede haber varias razones para esto, por ejemplo, cargas más pesadas que las previstas, lubricación inadecuada o insuficiente, manipulación negligente, obturaciones ineficaces, o ajustes demasiados fuertes que provocan insuficiente juego interno del rodamiento, etc. Cada uno de estos factores puede originar la rotura de estos componentes. La fuerza global de rozamiento de una pieza cuando esta gira a través de un rodamiento, genera un rozamiento denominado por rodadura. Este efecto de rozamiento por rodadura, se produce cuando la superficie de contacto entre elementos del rodamiento están apoyadas sus respectivas superficies durante breves instantes (condición del movimiento de rotación).

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La rotura de rodamientos por rodadura de estos componentes, generalmente se da por sobrepasar los valores de carga, tiempo de vida útil u otros factores, lo que más tarde producirá la fatiga del material si no se detecta a tiempo este desperfecto en el componente durante las revisiones de mantenimiento preventivo y predictivo. El período hasta que aparece el primer signo de fatiga es función del número de revoluciones a que es sometido el rodamiento y de la magnitud de la carga extra ejercida sobres las piezas como se ha mencionada ya anteriormente. La fatiga es el resultado de esfuerzos de cortadura que surgen cíclicamente, inmediatamente debajo de la superficie (pistas del anillo interior o exterior así como de los distintos tipos rodamientos: bolas o rodillos) que soporta la carga. Después de algún tiempo, estos esfuerzos causarán grietas que se extienden gradualmente hasta la superficie. Cuando estos elementos rodantes sobrepasan sus capacidades de carga pueden fragmentarse y romperse. A este proceso de agrietamiento se le conoce como Flaking o Spalling (desconchado o descascarillado). 2.3.4.5. Multiplicadora: Descripción y funcionamiento. Diferentes modelos. Recirculación y refrigeración, descripción de componentes y funcionamiento. Montaje, mantenimiento preventivo, correctivo y predictivo. Inspecciones visuales, virutas, videoscopio, análisis de vibraciones y análisis de aceite. Cambio de la multiplicadora. Reparación de la multiplicadora La función de la multiplicadora es transmitir la potencia mecánica al generador eléctrico en condiciones óptimas para la generación de electricidad. El acoplamiento entre multiplicador y generador es elástico, con capacidad de absorber desalineamientos en operación en continuo Según la configuración, la multiplicadora en general contiene un eje de baja velocidad y posterior a este un arreglo de ejes y engranajes mecánicos para aumentar la velocidad de rotación que se transmitirá al generador eléctrico a través de un eje de alta velocidad. La salida y relación de este eje de alta velocidad es de 50 a 100 veces más rápido que el eje de baja velocidad. ■■

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Eje lento: Este eje definido como de baja velocidad, es el encargado de transmitir el movimiento de las palas y del rotor al sistema multiplicador. Según el tipo de tecnología este eje puede contener en su interior conductos hidráulicos o eléctricos para accionar y controlar los sistemas y movimientos de las palas. Eje de alta velocidad: Después de la etapa de multiplicación de velocidad, este movimiento debe ser transferido al aerogenerador, resultando el encargado de ello otro eje de alta velocidad. Por la alta velocidad que se transmite por este eje, este debe estar balanceado para no generar vibraciones al generador.

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Por otro lado la multiplicadora pude contar con un sistema de reducción de giro (freno hidráulico por pinza y disco), y en otras ocasiones de un sistema de emergencia (freno mecánico por pinza y disco). El eje principal se fabrica de materiales especiales como el acero forjado. Este eje consta de una brida para su unión mediante tornillos al buje, se apoya sobre un rodamiento de doble hilera de rodillos en su parte delantera y se une al multiplicador mediante un aro Stüwe de compresión. El multiplicador tiene una relación de velocidades mayor a 1:50 o 1:100 (según diseño del fabricante), que consigue mediante una primera etapa de engranes y piñones y luego dos o más etapas de engranes. El sentido de giro en eje lento y eje rápido es el mismo. Existen dos modelos característicos de engranaje dentro de los sistemas de la multiplicadora, denominado tren tipo planetario (Figura 18A) y el tren tipo tándem (Figura 18B). La multiplicadora tipo Planetario, es un tipo de multiplicador que se va imponiendo en la actualidad debido principalmente a las siguientes características: ■■

Alta relación de transformación.

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Varias multiplicaciones con un juego de engranajes.

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Menor espacio de trabajo y compacto.

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Soporta mayores cargas.

Por otro lado, la refrigeración y circulación hidráulica es de importancia y se debe tener muy en cuenta para el rendimiento de este componente. La multiplicadora suele está equipada con sistemas de refrigeración del aceite el cual se encarga de mantener la temperatura en sus valores correctos para evitar que este pierda propiedades y deje de trabajar en las condiciones correctas el A)

Figura 18 Sistema multiplicador de velocidad para un sistema eólico. A) Tren planetario. B) Tren tándem. (Fuente: http://www.opexenergy.com).

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sistema mecánico de engranes. Además, la multiplicadora también está equipada con un sistema de lubricación, que puede ser por bomba independiente o por barbotaje. La bomba se acopla a un motor eléctrico y se instala a un costado de la máquina y se activa antes de liberar el rotor, con lo que la máquina recibe una cantidad suficiente de aceite ya antes de iniciar el giro, teniendo en cuenta que el caudal en todo momento es constante e independiente del régimen de revoluciones del multiplicador. En este caso la cantidad de aceite en el cárter es sensiblemente inferior que en la lubricación por barbotaje, si bien, en la práctica se opta por una combinación racional de los dos sistemas, a objeto de minimizar las necesidades de energía requeridas para los equipos de bombeo y abaratar los costes aunque hay que inspeccionar y verificar más elementos para el funcionamiento correcto.

Las inspecciones en las distintas etapas de mantenimiento llevado a cabo por las empresas especializadas cumplimentarán debidamente los informes correspondientes en los cuales quedarán reflejados los resultados obtenidos por las distintas técnicas de análisis que se han empleado. El mantenimiento de los sistemas de engranajes que puedan resultar dañados por el funcionamiento, resulta ser vital para el funcionamiento óptimo del aerogenerador durante sus primeros años, con lo cual su inspección y mantenimiento son esenciales. Por ejemplo se destaca dentro del mantenimiento preventivo-correctivo la utilización de la técnica denominada como Protección contra el desgaste con “Laser Cladding a5”. Dado que las multiplicadoras de los aerogeneradores están sujetas a gran presión y sufren mucho desgaste entre engranes (acoplamiento de estriados) por los efectos de fricción, técnicas como estas ayudan a corregir y/o reparar partes deterioradas de estos componentes vitales sin tener que sustituirlas (menor coste de reparación para la empresa). La técnica de reparación por Laser Cladding resulta muy flexible para restaurar partes deterioradas y no tener que sustituirlas.

El láser “cladding” permite dar solución a los problemas de porosidad, distorsión térmica de la pieza tratada o dificultades en el procesado de zonas muy localizadas que suelen aparecen con otras técnicas de tratamiento superficial con aporte de material.

Las inspecciones visuales son de gran importancia para el mantenimiento, en especial para la multiplicadora. Estas ayudarán a prevenir y predecir futuros daños en los componentes al detectarse desgastes de las piezas a través del polvo metálico (viruta) que generan los componentes en los cojinetes o bancadas de los rodamientos o de los acoples de los ejes de transmisión (exterior o interior), lo cual ocasionará fugas de aceite así como daño en los retenes. Se inspeccionarán si existen fisuras, grietas, deformaciones, etc. Una de las técnicas empleadas en este tipo de inspecciones en el mantenimiento es a través de un videoscopio (véase Figura 19). Con esta técnica se pueden explorar zonas internas de difícil acceso, como los engranes de la multiplicadora o el interior de las palas y rodamientos. Esta técnica permite

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Figura 19 Inspección de la multiplicadora y engranes mediante videoscopio. (Fuente: http://www.stork-gears.com).

comprobar las condiciones generales de varios componentes. Mediante la sonda de iluminación y de gran potencia se lleva la luz hasta los rincones más oscuros y remotos de la multiplicadora proporcionando imágenes claras y definidas que ayudan a identificar el problema así como dar un efectivo diagnóstico de grietas, desgastes o corrosión. El análisis de vibración es una técnica efectiva para controlar el estado de los engranajes y rodamientos y determinar la causa fundamental del fallo de la máquina. Con un analizador de espectro se puede llevar a cabo mediciones de vibración in situ para detectar diversos tipos de problemas en la multiplicadora como: ■■

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Daños en los engranajes (cortes, desgaste abrasivo…). Defectos en los rodamientos (fracturas en la carcasa, daños en el anillo interior o exterior).

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Fallos de alineación

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Holgura.

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Desequilibrios.

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Zonas de resonancia.

También se puede analizar y medir el comportamiento dinámico de la estructura del aerogenerador, como por ejemplo la vibración de la carcasa y el desplazamiento del eje. Por otro lado estos sistemas también pueden sufrir averías por el mal estado del aceite o pérdida de éste. Dentro del programa de mantenimiento se tiene que revisar los niveles así como analizar sus propiedades. Para el correcto funcionamiento de la multiplicadora, ésta debe estar siempre perfectamente lubricada ya que está formada por engranajes metálicos que al estar en movimiento, rozando con otros metales y soportando grandes esfuerzos, tienden a calentarse y degradarse, por lo que sin una

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correcta lubricación su vida útil se vería reducida drásticamente pudiendo provocar severas averías.

En general el sistema de lubricación dispone de una bomba que se encarga de recircular el aceite y lo distribuye por los conductos internos. Dicha bomba puede estar integrada o ser externa a la multiplicadora. Además, los engranajes también se lubrican por salpicadura. El aceite se debe conservar en buen estado, para lo cual debe ser filtrado y refrigerado o calentado para que no pierda propiedades, o bien sustituido cuando así sea requerido. La lubricación apropiada es extremadamente importante para el curso de la vida y la condición de la caja de engranajes. En muchos casos, los problemas del engranaje y del cojinete resultan del aceite contaminado o escaso. La contaminación del filtro de aceite puede dar lugar a fallos en el cojinete y el diente de engranaje. Es preciso igualmente hacer mención a que la lubricación a veces escasa causa el contacto metal sobre metal, consecuentemente con desgaste abrasivo. El análisis del aceite proporciona información importante en la forma en que se produce el desgaste y los problemas que puede presentar la lubricación de la caja de engranajes. Teniendo en cuenta que las inspecciones visuales de los patrones de desgaste y las picaduras del diente de engranaje pueden revelar salida/pérdida del aceite o uso de de los lubricantes incorrectos. El mantenimiento de aceite en los sistemas y/o equipos se realiza mediante una purga y reposición del mismo. Un aceite limpio es de gran importancia para un rendimiento fiable de los aerogeneradores. Los aerogeneradores a menudo sufren averías por la contaminación de los rodamientos. Gracias metodologías de prevención tan simples como la purga de aceite la vida útil de los componentes se mantiene. El cambio de la multiplicadora se realiza cuando no se ha podido evitar el daño a través de las etapas previas de mantenimiento. Cuando uno de los engranes o piñones principales de la multiplicadora quedan deteriorados se debe cambiar la multiplicadora. Esta operación es más práctica a efectos de producción del aerogenerador que de reparar la multiplicadora, pues requiere mayor tiempo para reparar y ajustar todos los componentes. Existen empresas que se encargan de reparar y ofrecer servicios de recambios o sustitución de multiplicadoras mientras se repara la pieza original. 2.3.4.6. Freno: Circuito de freno, pinzas, materiales de frenado y discos En general los aerogeneradores disponen de un sistema de freno principal, el cual está formado por dos o tres sistemas de frenado: ■■

Aerodinámico (Figura 20A).

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2. Montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 2.1. Diseño de la estructura del montaje mecánico

Mecánico por disco para eje de baja velocidad (Figura 20B). Mecánico por disco para eje de alta velocidad (opcional, depende del fabricante, Figura 20B).

Sistema aerodinámico: ■■

El extremo de las palas se encuentra retenido en su posición por medio de un pistón hidráulico con presión. La pérdida de presión hace que, a causa de la fuerza centrífuga si el rotor está girando, el freno aerodinámico se abra hacia el exterior (alerón en la punta), girando 90 grados sobre su eje, gracias a un mecanismo propio e independiente. La actuación del freno principal está gobernada por un circuito hidráulico redundante, gobernado por dos sistemas distintos (Figura 20A). En consecuencia dicha redundancia garantiza la seguridad del aerogenerador, dada la existencia de dos sistemas independientes de actuación del sistema de frenado principal (el cual a su vez responde a un diseño de seguridad intrínseca) y dado que la inconsistencia entre ambos sistemas provoca la actuación del sistema de frenado y la correspondiente detección del fallo.

Sistema de frenado mecánico por disco para eje de baja velocidad: ■■

2.2. Diseño de la estructura del mantenimiento mecánico 2.3. Técnicas y operaciones en el montaje y mantenimiento mecánico de aerogeneradores

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Está basado en un freno mecánico de disco colocado en el eje lento (Figura 20B). El disco de freno está atornillado directamente al buje. Las pinzas de freno, de tipo directo reciben la presión de actuación de un cilindro hidráulico ejerciendo así la fuerza de frenado sobre el disco. Un acumulador de presión cargado por la central hidráulica es suficiente para garantizar varias operaciones de frenado, incluso considerando el estado de desgaste de las pastillas de freno, y de mantener la presión de frenado durante largos períodos de tiempo. La presión se aplica directamente a las pastillas de freno. El sistema de frenado secundario no está diseñado para parar el rotor por sí solo, sino conjuntamente con el sistema de frenado principal. En condiciones extremas supone una mejora de la seguridad dado que su actuación es más rápida que la del freno principal, provocando una disminución de revoluciones del rotor antes que los frenos aerodinámicos empiecen a ser efectivos en casos de pérdida de carga. El tiempo de actuación del freno de disco está limitado a fin de limitar la temperatura en las pastillas y el freno de disco. Únicamente en el caso de que durante una operación de frenado ordenada por el sistema de control se supere el tiempo máximo permitido y el rotor siga girando, el sistema de control interrumpe la actuación del freno y el aerogenerador se desorienta 90 grados. Después de un tiempo prefijado que permite el descenso de temperatura de las pastillas y el freno de disco el control da orden de frenado por segunda vez manteniendo la vigilancia de los límites de temperatura.

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Sistema de frenado mecánico por disco para eje de alta velocidad:

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En este sistema una pinza de freno con muelle produce la fuerza de frenado necesaria en las pastillas de freno. El freno se libera por la presión hidráulica y su operación es de seguridad intrínseca. Este tercer sistema se actúa únicamente cuando el rotor del aerogenerador está parado por los otros dos sistemas de frenado descritos. Su función es disponer de un par adicional de frenado en caso de condiciones externas extrema y de ayuda a los trabajos de mantenimiento.

El material de los discos de frenado generalmente son de hierro fundido y las pastillas de estos frenos son de varios tipos como el ferodo. Los distintos elementos que los constituyen (véase ejemplo Figura 20C), dependen de la tecnología del fabricante y de las dimensiones del aerogenerador. A)

2. Montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica

Pistón

2.1. Diseño de la estructura del montaje mecánico

Disco

2.2. Diseño de la estructura del mantenimiento mecánico

activaci Motor ón

Disco

2.3. Técnicas y operaciones en el montaje y mantenimiento mecánico de aerogeneradores

Mordazas del freno

Pistón Motor

de activaci

ón Pistón

Motor

de activaci

Diferentes tamaños de

ón

sistemas de freno de un aerogenerador

Pastillas de freno

Mordazas (pinzas)

Figura 20 Sistemas de freno para un aerogenerador. A) Aerodinámico. B) Mecánico. C) Componentes de diferentes tipos de freno mecánicos para los diferentes aerogeneradores. (http://www.hanning-kahl.de).

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2.3.4.7. Eje de transmisión: cardán, alineado, juntas, engrase, rótulas, tornillos y par de apriete

2. Montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 2.1. Diseño de la estructura del montaje mecánico

El eje de transmisión es el que transmite la alta velocidad de giro de la multiplicadora al generador (Figura 21). El eje de transmisión, también conocido como cardán es un componente mecánico que permite unir dos ejes que giran en un ángulo distinto uno respecto del otro (Figura 22). Su objetivo es transmitir el movimiento de rotación de un eje al otro a pesar de tener ángulo distinto o inclinación de los dos puntos de unión. Una inadecuada alineación que pueda darse en este eje cardán, ocasionaría el daño en las estructuras de unión y entre ellas mismas, es decir, cualquier daño genera desbalance (vibración y zumbido) al estar sometido a las altas velocidades de giro. El eje cardán se monta balanceado dinámicamente. Sin el equilibrio o ajuste adecuado, las juntas y descansos de transmisión y rótulas se deterioran en forma prematura. Para obtener un equilibrio adecuado del conjunto, se requiere el uso de una balanceadora de cardanes. Estos sistemas deben ser engrasados dentro de las rutinas de mantenimiento, así como verificar el par de apriete de los tornillos (especiales para alta velocidad). Un par de apriete inadecuado a este eje con el resto de elementos provocará también daños.

2.2. Diseño de la estructura del mantenimiento mecánico 2.3. Técnicas y operaciones en el montaje y mantenimiento mecánico de aerogeneradores

Figura 21 Componentes del tren mecánico de una máquina eólica.

Cardán

Junta

Rotulas

Figura 22 Componentes del tren mecánico de una máquina eólica.

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2. Montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica

2.3.4.8. Generador: Descripción y funcionamiento general. Montaje. Alineación. Mantenimiento preventivo, correctivo y gran correctivo El generador es un dispositivo capaz de transformar la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estator). Los generadores para las máquinas eólicas suelen ser de tipo asíncrono o de inducción. ■■

■■

2.1. Diseño de la estructura del montaje mecánico 2.2. Diseño de la estructura del mantenimiento mecánico 2.3. Técnicas y operaciones en el montaje y mantenimiento mecánico de aerogeneradores

Generador asíncrono: tiene un doble devanado estatórico de, por ejemplo, 4 y 6 polos, lo que permite elegir, en función de la velocidad del viento, cuál de los polos se conectan a la red, optimizando así el rendimiento de la transformación energética y características aerodinámicas, a la vez que se reduce el nivel de ruido a bajas velocidades de viento.. Generador es de tipo síncrono: es de velocidad de sincronismo 1500 rpm. El sistema de control permite al generador producir energía desde 750 rpm hasta la velocidad de sincronismo. Este sistema de velocidad variable permite optimizar la captación de energía para velocidades de viento inferiores a la velocidad nominal.

En este sistema, el acoplamiento entre el generador síncrono y la red eléctrica de frecuencia fija, se establece a través de un convertidor de frecuencia situado directamente entre el estator de la máquina y la red. La potencia total generada por la máquina pasa a través del convertidor. El generador se sitúa y se monta en la parte trasera de la góndola. La alineación con los demás elementos se consigue a través del ajuste de sus soportes o bases de sujeción. Estas bases de sujeción son anti-vibratorias y están diseñadas para absorber cargas radiales y longitudinales excepcionalmente altas. Por otro lado el eje de transmisión cardán, puede ayudar en esta alineación cuando los puntos no son perpendiculares entre sí. Para el mantenimiento preventivo, éste consistirá básicamente en limpieza y verificación. Esta actuación de mantenimiento deberá hacerse con la máquina desacoplada de red y el contactor del rotor abierto: ■■

■■

Mediciones de vibraciones. Posibles vibraciones que puedan aparecer a baja velocidad y que son sensibles tanto sobre la carcasa como sobre los rodamientos o las escobillas. Posibles vibraciones o golpes en las juntas elásticas o flexibles del acoplamiento.

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■■

Se observará que la ventilación no ha sido perjudicada por materiales extraños. Limpieza por aspiración enérgica del cuerpo de anillos rozantes. Medición de temperatura, en especial ante la sospecha de calentamiento excesivo. Se podrá realizar por la medición de la resistencia de los devanados de la máquina en frío y en caliente.

El generador suele incorporar varias escobillas electrografíticas por anillo, las cuales deben ser reemplazadas cada cierto tiempo (normalmente una vez al año). Por último, se engrasarán los rodamientos del generador, esta grasa deberá estar exenta de resinas y ácidos, no deberá solidificarse ni ponerse grumosa. Es muy importante no mezclar grasas de diferentes propiedades. 2.3.4.9. Acoplamiento: Descripción de funciones e importancia de los pares de apriete para el deslizamiento. Modelos. Amortiguador. Montaje. Mantenimiento preventivo y correctivo El acoplamiento mecánico permite transmitir el movimiento del rotor eólico y las diversas etapas de rotación de la multiplicadora y generador. Como tal, el dispositivo de acoplamiento une a los ejes principales y se acopla a un cojinete cuyas bolas/rodillos, dispuestas en agujeros radiales de acople (dientes), engranan en un guía del propio eje (Figura 24). Estos dispositivos pueden definirse bajo otras características como: ■■

■■

Acoplamiento Deslizante: El acoplamiento deslizante (slip coupling) sirve como limitador de par actuando de la misma manera que el acoplamiento de dos ejes colineales. Cuando la carga excede, el par máximo que puede soportar el acoplamiento, los dos ejes rotan uno respecto a otro hasta alcanzar el valor de par máximo. Acoplamiento Flexible: Acoplamiento flexible del eje de salida de la multiplicadora con el eje de alta velocidad del generador. Este es uno de los más utilizados.

Cojinetes

Figura 23 Acoplamiento Flexible. (Fuente: Universidad Carlos III de Madrid).

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A continuación en la Figura 24, mostramos diferentes modelos de acople para los sistemas eólicos.

Figura 24 Modelos variados para el acoplamiento mecánico de sistema transmisión de un aerogenerador.

Es de gran importancia el par de apriete de estos sistemas de acople. En primer lugar por las altas velocidades y vibraciones que puedan sufrir otros elementos anteriores y que puedan transmitirse a estos a causa de un mal balance dinámico, desalineamiento, torsión o inclinación inadecuada entre ellos, puediendo provocar que la fuerza de los aprietes en los tornillos disminuya. Por otro lado si el par de apriete se sobrepasa y no se tiene cuidado en las caras de las uniones, se puede provocar la deformación, torsional del material y tornillos así como una compresión o tracción en el interior de estos que provoque la fractura. Algunos sistemas de acople más sofisticados contienen un sistema de amortiguación, el cual ayuda a disminuir las vibraciones transmitidas por otros medios anteriores. Antes de montar estos dispositivos se deben balancear dinámicamente, para compensar la inercia de la fuerza centrífuga en el giro por la alta velocidad y que pudiera provocar deformación en algún componente del tren de trasmisión y/o del generador. El montaje se realiza conforme los datos técnicos del fabricante. El mantenimiento de ellos, consiste en comprobar el par de apriete así como analizar las vibraciones que pueda provocar este elemento, y verificar la perpendicularidad del eje de engranaje de estas uniones. Las uniones de engranado de los acoples rígidos o flexibles sufren deterioro, con lo cual dentro del mantenimiento correctivo deberán ser remplazados. 2.3.4.10. Oleohidráulica (convencional y proporcional). Grupo Hidráulico. El sistema hidráulico dentro del aerogenerador. Esquema hidráulico de un aerogenerador. Esquema general. Esquemas de funcionamiento. Tanque y bastidor. Aceite. Filtrado. Bomba, Válvulas limitadoras de presión. Válvulas reductoras de presión. Acumuladores. Montaje. Mantenimiento preventivo y correctivo

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La oleohidráulica es una rama de la hidráulica y se refiere a los fluidos en base a los derivados del petróleo. El principio precursor de la Oleohidráulica es la ley de Pascal: “La presión aplicada a un líquido confinado se transmite en todas direcciones, y ejerce fuerzas iguales sobre áreas iguales. La oleohidráulica convencional se refiere a la utilización de componentes montados por medio de roscas directamente en las tuberías o en placas de montaje. Las uniones entre los diversos componentes son hechas básicamente de tubos y mangueras. Estos circuitos ocupan un mayor espacio, siendo generalmente utilizado cuan es posible instalar la unidad hidráulica al lado de la máquina. La oleohidráulica proporcional es hoy un concepto establecido y moderno utilizado en la regulación y conmutación hidráulica utilizando elementos físicos como válvulas servo-proporcionales que mediante una señal de control es posible controlar las magnitudes de caudal y presión en el proceso, ya sea por un solenoide proporcional (válvula proporcional) o por medio de un motor de torque (servo válvula). Grupo hidráulico es el que se encarga de suministrar al sistema un flujo/ caudal constante de aceite en este caso a los elementos que conforman la máquina eólica. Los aerogeneradores, en la actualidad, utilizan fundamentalmente dos sistemas de lubricación por grasa: el sistema progresivo y el sistema de línea simple. Puede utilizarse un mismo equipo de bombeo para ambos sistemas y la configuración de la bomba se selecciona de acuerdo con la aplicación. Básicamente, cada bomba se compone de un elemento de bombeo de tipo pistón (capaz de aportar grasa a presiones superiores a 350 bar), un depósito y dispositivos de control. La configuración del depósito es de gran importancia debido a que algunas grasas, con el paso del tiempo, tienden a sufrir separaciones, perdiendo sus propiedades lubricantes. Los sistemas hidráulicos de los aerogeneradores son diversos, pues dependen de la tecnología de los fabricantes de éstas máquinas. El sistema hidráulico dentro de un aerogenerador se componen básicamente de: ■■

Bombas.

■■

Tuberías.

■■

Válvulas.

■■

Depósitos.

■■

Cilindros o botellas.

■■

Motores.

■■

Filtros.

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Para el caso del sistema de filtrado en línea, estos filtros de aceite están instalados en circuitos de refrigeración de aceite, los cuales:

■■

Mejoran la calidad del aceite.

■■

Evitan daños mayores a la multiplicadora.

■■

Indican o predicen por el estado de uso los problemas de contaminación.

Figura 25 Sistema de filtrado en línea. (Fuente: www.opex-energy.com).

Para el caso de sistemas de filtrado fuera de línea se debe tener en cuenta que: ■■

El filtro offline está instalado de apoyo al circuito de filtrado y refrigeración.

■■

El filtro offline es un circuito cerrado con su propia bomba y filtro.

■■

La filtración y purga debe ser continua con la máquina parada.

Es decir mayor poder de filtrado en todo el sistema, garantizará una mayor calidad y con ellos se puede alargar la vida útil de los componentes de la multiplicadora. Para ello se debe utilizar el aceite específico y de alta calidad (bajo índice de degradación). Así mismo obtendremos una menor contaminación del medio ambiente (hay que ser consientes que el uso de estos materiales para el mantenimiento pude alargarse durante 20 años).

Figura 26 : Sistema filtrado fuera de línea. (Fuente: www.opex-energy.com).

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Por otro lado algunas multiplicadoras están equipadas con elementos de calefacción, con lo cual hay que tener en cuenta: ■■

■■

La viscosidad del aceite puede ser muy alta a bajas temperaturas. El aceite con alta viscosidad es difícil de recircular y puede causar daños a la bomba. Hay que revisar las empaquetaduras y juntas. La resistencia calientan el aceite y bajan la viscosidad a un nivel que es posible recircular bien. Los sensores deben estar calibrados para no sufrir degradación innecesaria así como de otros componentes internor/ externos.

Figura 27 Sistema de calefacción. (Fuente: www.opex-energy.com).

A través de las bombas de aceite, se suministrará el lubricante a los diversos puntos de los rodamientos de las palas, de la multiplicadora. Para ello se instala un distribuidor progresivo que a su vez alimenta a los inyectores que abastecen a cada punto de los engranes o dispositivos De esta forma, los puntos que previamente eran de difícil acceso, son ahora lubricados rápida y eficazmente desde un sólo punto. Las bombas hidráulicas en maquinaria suelen ser de tres tipos fundamentalmente: Bombas de engranajes, bombas de paletas y bombas de pistones. Las válvulas son fundamentales en los circuitos hidráulicos, y son las que controlan los flujos de aceite para dirigirlos hacia el lugar conveniente en cada momento. Cada fabricante puede denominarlas de una manera distinta, pero básicamente las funciones son similares en casi todos los circuitos hidráulicos. Podemos hablar de válvulas de carrete, de retención, reductoras de presión, de seguridad, compensadoras, pilotadas, antirretorno, moduladoras, combinadas, etc. Actualmente la tendencia general de todos los fabricantes es la de sustituir los circuitos controlados hidráulicamente por control electrónicos. En éstos, los circuitos son mandados por señales eléctricas, si bien la tendencia parece indicar que en los próximos años la parte hidráulica de las máquinas se limitará a los circuitos principales que son menos propensos a las averías.

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Los depósitos hidráulicos pueden ser de dos tipos: presurizados, que mantienen durante el funcionamiento de la máquina una presión en su interior que favorece la descarga de aceite hacia las bombas y depósitos con respiradero que no mantienen presión en su interior. Los cilindros pueden tener diversas formas o tener los soportes colocados de distinta manera, pero generalmente se pueden clasificar por el sistema de cierre de la tapa, las cuales varían en función de la presión que tengan que soportar. Las tapas que usan tornillos aguantan generalmente más presión que las tapas que van atornilladas directamente en la camisa. Estas últimas pueden ser atornilladas exteriormente o bien en la parte interior de la camisa. Los diferentes tipos de mantenimiento para estos sistemas lo determina el departamento de gestión, no todos los sistemas hidráulicos tienen la misma inspección, sin embargo, éstos se basan en determinar las propiedades de los aceites, recambio de filtros e inspección entre las conexiones hidráulicas. Los sensores son testeados y comparados con los gráficos de rendimiento. 2.3.4.11. Sistema de refrigeración. Funcionamiento. Montaje y mantenimiento Los generadores necesitan refrigeración durante su funcionamiento. En la mayoría de turbinas la refrigeración se lleva a cabo mediante la recirculación de un líquido como aceite o agua, donde a través de un encapsulamiento que contiene una red de conductos hidráulicos alrededor del generador se enfría. Por otro lado, existe otro sistema o unidad refrigerante para enfriar el aceite del multiplicador. Ambos sistemas de refrigeración se construyen de forma muy compacta, lo que también les proporciona algunas ventajas en cuanto a rendimientos eléctricos de consumo se refiere, pues precisan de un radiador en la góndola para eliminar el calor de este sistema de refrigeración hidráulico a través de un ventilador eléctrico. El montaje de estos sistemas depende de la tecnología utilizada en la fabricación de los aerogeneradores, aunque en general estos sistemas vienen ya implementados dentro de la góndola o en otros casos en el interior de la torre. El mantenimiento de éstos lo establece el mismo protocolo del fabricante. 2.3.4.12. Sistema de giro: Motorreductoras del Yaw, frenos hidráulicos, par de apriete de los tornillos de amarre Como ya se ha comentado, los aerogeneradores disponen de un sistema de orientación-control de tipo eléctrico activo. El movimiento de la estructura (góndola con respecto a la torre) lo conforman varias piezas dentro de las cuales las motorreductoras son de gran importancia. En la Figura 28 se muestran los componentes generales que constituyen a este sistema. Este sistema de giro lo conforma la corona de giro que une el bastidor de la góndola con la torre a través de las mordazas activas y pasivas con las

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cuales se controla el movimiento de rotación del bastidor con la base a través de las motorreductoras.

2. Montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica

Este sistema actúa como un cojinete de fricción que está colocado horizontalmente, ya que el movimiento es un giro horizontal sobre el que se apoya la góndola (o nacelle). Las mordazas en este caso van atornilladas al bastidor de la góndola y rodean la parte inferior de la corona, de forma que no es posible que la góndola “vuelque” debido al excesivo viento. Existen tres variantes para el sistema: ■■

Mordazas pasivas con freno hidráulico.

■■

Mordazas activas.

■■

Mordazas híbridas.

Las mordazas (sean del tipo activas, pasivas e híbridas) son los elementos de unión deslizante entre la góndola y la torre del aerogenerador. Unas permiten permiten el deslizamiento entre las dos piezas con un determinado rozamiento, mientras otras aprovechan una presión hidráulica para forzar ambas piezas y obtener una resistencia al giro. A)

2.1. Diseño de la estructura del montaje mecánico 2.2. Diseño de la estructura del mantenimiento mecánico 2.3. Técnicas y operaciones en el montaje y mantenimiento mecánico de aerogeneradores

Motorreductora del Yaw

Figura 28 A) Descripción de componentes generales del sistema de giro. B) Motorreductora del Yaw (Fuente: http://www.cubasolar.cu.).

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2. Montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 2.1. Diseño de la estructura del montaje mecánico 2.2. Diseño de la estructura del mantenimiento mecánico

Normalmente este tipo de estructuras giran lentamente y bajo la acción del rozamiento, para que el engrane (los dientes) entre reductora y corona estén siempre en contacto cuando haya de producirse el giro oportuno, evitando de esta manera que pudieran producirse golpes entre los dientes. No obstante, este tipo de sistemas presentan sus inconvenientes: si bien operan adecuadamente con respecto a la suavidad de funcionamiento, posee piezas de desgaste que hay que sustituir periódicamente. Cuando el aerogenerador no está orientándose, las mordazas activas o el freno hidráulico actúan manteniendo la posición de la góndola. Para orientarse, se disminuye primero la presión y luego actúan con las motorreductoras. La alineación de la góndola frente al viento se efectúa por medio de motorreductoras que engranan con la corona de orientación de la torre. La corona es una rueda dentada atornillada a la torre. Entre la corona y al góndola existe una placa intermedia horizontal y una de tipo radial que ayuda a mantener centrado el movimiento de rotación entre las dos estructuras (torregóndola), véase Figura 29. Los frenos del sistema de giro dependen de la operación de las mordazas, en este caso las de tipo activo. El deslizamiento de la góndola sobre la torre se genera cuando se desactivan las mordazas activas y se ponen en funcionamiento las motorreductoras hasta obtener el grado de giro deseado. Las mordazas se vuelven a activar a través de la presión del sistema hidráulico.

2.3. Técnicas y operaciones en el montaje y mantenimiento mecánico de aerogeneradores

Figura 29 Descripción de componentes del sistema de giro entre la torre y góndola.

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2. Montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica 2.1. Diseño de la estructura del montaje mecánico 2.2. Diseño de la estructura del mantenimiento mecánico

El sistema de frenos necesita de un mantenimiento correctivo, pues las piezas de las mordazas se desgastan. Las piezas a sustituir son las placas o pastillas de deslizamiento, que pueden ser de teflón si son pasivas, o de ferodo sin son activas. En la Figura 30, mostramos un ejemplo de la articulación las pastillas pasivas y activas para las mordazas activas. La unión física de dos grandes estructuras como lo son la torre y góndola son de una inmensa importancia dentro del montaje del sistema eólico, al igual que el par de apriete de los tornillos de amarre entre estas dos estructuras. Inicialmente, el par de apriete de los tornillos de amarre que componen al sistema de giro debe ser verificado pieza a pieza dentro de las operaciones propias del control de calidad del fabricante. Para las siguientes etapas de montaje entre la torre y la góndola, en el sistema de giro que pertenece al sistema de orientación de la góndola debe ser especialmente revisado y verificado el par de apriete de estos tornillos de amarre que conforman cada una de las mordazas. Dicha operación debe ser realizada por personal cualificado empleando los datos técnicos que el fabricante recomiende. La operación debe quedar igualmente reflejada en las hojas de mantenimiento preceptivas, en la cual quedarán reflejadas la fuerza de apriete de cada elemento de la mordaza así como el tipo de herramienta utilizada en el par de apriete. Esta tarea es de suma importancia para verificar en futuras etapas de mantenimiento si hay algún problema que pudiera ser predecido, evitando así la posible ruptura de algún componente.

2.3. Técnicas y operaciones en el montaje y mantenimiento mecánico de aerogeneradores

Figura 30 Sistema de freno (mordazas activas) constituidas por pastillas de pasivas y activas. (Fuente: GES-Global Energy Services).

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En definitvia, el buen apriete de los tornillos de amare dará un óptimo movimiento y control de la posición de la góndola contra la incidencia del viento sin aumentar el desgaste de piezas o las pastillas que conforman el sistema de freno. 2.3.4.13. Polipasto Los sistemas tipo polipasto son esenciales en el mantenimiento de los aerogeneradores (Figura 31). Estos sistemas de elevación se montan en plumas giratorias o en pórticos desplazables y con capacidad de carga elevada para transportar herramientas, repuestos y materiales a la cabina de la góndola. Estos sistemas tienen un gran recorrido (hasta 100 m y capacidades de carga de 500 kg). Estos sistemas cuentan con mandos para hacer un mejor control y desplazamiento de las cargas. Para el transporte por el interior de la torre, el gancho y sus accesorios se protegen para no dañar el revestimiento interior de la torre.

Figura 31 Ejemplo de un sistema polipasto montado en una pluma giratoria o en un pórtico desplazable dentro de la góndola.

2.3.4.14. Veleta y Anemómetro: Ajuste y verificación de señales Conforme a lo indicado en anteriores unidades, la forma más usual de medir la velocidad del viento es mediante un anemómetro mecánico con cazoletas, si bien algunos anemómetros pueden estar equipados con hélices y otros modernos sistemas que incluyen ultrasonidos o accesorios provistos de un láser que detectan el desfase del sonido o la luz coherente reflejada por las moléculas de aire, o bien el de hilo electrocalentado, que mide el viento a través de la diferencia de temperaturas entre los hilos calentados y la veleta con la cual se detecta la dirección del viento. El sistema consta de un generador de C.C. que varía la tensión generada en concordancia directa con las revoluciones giradas. Estas señales eléctricas son transformadas en datos que posteriormente son registrados mediante software. En lo referente a la verificación de señales, el mantenimiento de la veleta consiste en ajustar/verificar la posición del potenciómetro el cual varía su resistencia eléctrica en función del ángulo girado. Se debe verificar que la posición norte (o cuadrante) de la veleta debe ser cero en resistencia óhmica.

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Por otro lado, el anemómetro debe limpiarse y engrasarse en todas sus partes mecánicas, previa inspección.

Dentro de la revisión y mantenimiento la información es contrastada con equipos de pruebas para verificar la lectura correcta y trasformación de datos eólicos. También se revisará, ajustará y sincronizará el registro de datos al Data Logger o sistemas de almacenamiento y control de la torre con los patrones o certificaciones de medición.

2.3.5. Otros elementos del aerogenerador 2.3.5.1. Circuitos eléctricos de potencia: Formas de funcionamiento, dimensionado, características, protecciones, elementos de corte y mando, pares de apriete de los tornillos de sujeción Un circuito de potencia, está compuesto de semiconductores de potencia y elementos pasivos, el cual conecta la fuente primaria de alimentación con la carga. Las formas de funcionamiento y operación en los circuitos pueden ser de tipo manual (interruptores) o automática (control de señales a través de un PC mediante PLC´s, relevadores u otros dispositivos de conmutación). El dimensionamiento de los circuitos se diseña conforme al rendimiento de las cargas para su óptimo funcionamiento. Las características de los circuitos dependen del diseño y uso, siendo analógicos, digitales o una mezcla de ambos. Este sistema de protección consiste en separar los circuitos de utilización respecto de la fuente de energía (circuito de distribución y alimentación de la corriente al elemento que se quiere proteger y circuito general de suministro de electricidad) por medio de transformadores o grupos convertidores (motor-generador) manteniendo aislados de tierra todos los conductores del circuito de utilización incluido el neutro. Con respecto a los elementos de corte en los circuitos del aerogenerador, estos deben contener: ■■

Interruptor general de corte.

■■

Interruptor diferencial.

■■

Pequeños interruptores para baja potencia (AC/DC).

Es de destacar el interruptor diferencial: Es un elemento destinado a la protección de las personas, que desconecta automáticamente la instalación cuando se produce alguna derivación de algún equipo o en algún punto de la instalación. Esta desconexión del interruptor diferencial evita la posibilidad de un accidente eléctrico. Si se desconectara, volverá a conectarse manualmente, si volviera a dispararse, es porque existe una avería en la instalación.

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Existen interruptores diferenciales de alta sensibilidad que aportan una protección muy eficaz contra incendios, al limitar a potencias muy bajas las eventuales fugas de energía eléctrica por defecto de aislamiento. Los elementos de mando básicos de los circuitos operan a través de los contactos eléctricos de los relés que pueden ser contactos normalmente abiertos NA, o normalmente cerrados NC. En los esquemas de conexión estandarizados siempre se representa y dibuja el contacto en su posición de reposo, con la bobina del relé en reposo o en OFF. El contacto NC se dibuja cerrado y el contacto NA se dibuja abierto. Los relés se dibujan sin energizar. La metodología a seguir para el ajuste para el caso de sistemas neumáticos que son más versátiles y rápidos es: 1. Asegurar que el sistema está preparado para giro a derechas. 2. Determinar la presión de aire requerida usando el gráfico de presión de aire y la relación que se tiene para conseguir el par de apriete promedio que el fabricante especifica. 3. Ajustar el regulador de presión “a derechas” hasta que se consiga la presión correcta. Por otro lado el ajuste del par para el “afloje de tornillos” debe considerar los siguientes pasos: 1. Asegurar que el sistema esta preparado para giro a izquierdas. 2. Determinar la presión máxima de aire usando el gráfico de presión de aire o la placa de la herramienta, y ajustar la presión de aire de la misma forma que para el apriete de pernos (ver datos técnicos del fabricante, donde se tiene que aplicar mayor presión para aflojar los tornillos). 3. Ajustar el regulador de presión “a izquierdas” hasta que se consiga la presión correcta. 2.3.5.2. Elementos auxiliares: Relación y funcionamiento de los diferentes sensores (vibraciones, velocidad, temperatura, etc.). Ventiladores. Ascensor. Resistencias de calefacción Normalmente, la góndola posee sensores o instrumentos de medición que constantemente están midiendo los parámetros siguientes: velocidad (anemómetro) y dirección del viento (veleta), velocidad del rotor y del generador, temperatura ambiente y de los componentes, presión del aceite, ángulo de paso y acimut (ángulo del mecanismo de orientación basado en la dirección del viento), magnitudes eléctricas y vibraciones en la góndola. La relación de estos datos dará un funcionamiento óptimo para su control. Uno de los más clásicos y simples dispositivos de seguridad en un aerogenerador es el sensor de vibraciones. Consiste simplemente en una bola que reposa sobre un anillo. La bola está conectada a un interruptor a través

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de una cadena (Figura 32). Si la turbina empieza a vibrar, la bola se caerá del anillo sobre el que reposa y desconectará la turbina.

2. Montaje y mantenimiento mecánico de instalaciones de energía eólica

Otros sensores semejantes a los de vibración son los de desplazamiento y deformación. De manera general se clasifican en: ■■

Transformador diferencial de variación lineal (analógico).

■■

Galga extensiométrica (analógico).

■■

Magnetoestrictivos (analógico/digital).

■■

Magnetorresistivos (analógico).

■■

LVDT (analógico).

Para medir la velocidad se utilizan sensores tipo encoder que pueden ser de tipo óptico o magnético, cuyo disco se instala y gira junto al eje de baja y alta velocidad del aerogenerador. Este sensor también es empleado en el sistema de orientación y posición del aerogenerador a través del sistema pitch, los cuales controlaran la rotación a través de las motorreductoras Yaw. Existen otros sensores para medir la velocidad como: ■■

Dinamo tacométrica (analógico).

2.1. Diseño de la estructura del montaje mecánico

■■

Detector inductivo (digital).

2.2. Diseño de la estructura del mantenimiento mecánico

■■

Servo-inclinómetros (digital).

■■

RVDT (analógico/digital).

2.3. Técnicas y operaciones en el montaje y mantenimiento mecánico de aerogeneradores

Con respecto a la temperatura existen diferentes tipos de sensores y sondas para medir la variación temperatura. Estos se instalan en diferentes sistemas para monitorizar y/o controlar el estado del sistema o equipo. Pueden ser de tipo: ■■

Termopar (analógico).

■■

RTD (analógico).

■■

Termistor NTC (analógico).

■■

Termistor PTC (analógico).

Figura 32 Sensor de vibración.

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■■

Por otra parte, se pueden emplear sistemas de ventilación en el aerogenerador (el tipo de ventiladores depende de cada fabricante), para mantener una temperatura constante en aquellos dispositivos que lo necesiten y den estabilidad en el funcionamiento de éstos, como los electrónicos, hidráulicos y de potencia. Las resistencias de calefacción son sobre todo empleadas en los sistemas hidráulicos. Son utilizadas para el calentamiento de agua y/o aceite así como para modificar la temperatura del aire en ciertos entornos cerrados. Existen diferentes tipos de resistencias de calefacción como:

Bimetal (digital).

■■

Resistencias de Aire Forzado.

■■

Resistencias Planas.

■■

Resistencias Tipo Arco.

■■

Resistencias Tipo Aro.

■■

Resistencias Tipo Espiral.

■■

Resistencias Tipo Resorte.

2.3.6. Procesos de documentación técnica del trabajo. Partes de trabajo Cada empresa gestiona de manera diferente sus procesos de documentación técnica y administrativa en las diferentes áreas de trabajos que constituye el parque eólico. Para el caso de la documentación técnica que es necesaria para realizar las diferentes etapas de mantenimiento en las instalaciones y sistemas, está contenida en distintos manuales técnicos que se les designa un nombre y número de referencia para seguir las órdenes de trabajo. A continuación en la Tabla 1, se da ejemplo de los nombres de los manuales técnicos. No. manual. Clasificación

Manuales técnicos (nombre del documento)

Política, gestión y normativas de la empresa para el mantenimiento. Objetivos y contenidos de la información técnica.

Personal cualificado y empresas homologadas para mantenimiento, gestión.

Indicaciones de Seguridad y Normativas.

Indicaciones Generales de las instalaciones y sistemas. A

Sistemas de comunicación.

Sistemas de control.

Número identificativo

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Ensayos y técnicas de predicción de componentes (Laboratorio-taller).

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Ensayos destructivos.

Ensayos no destructivos.

Programa de Servicio para Aceites y Grasas (reciclado).

Procesos de documentación técnica del trabajo. A

A Cuaderno de Deberes de Mantenimiento.

B Protocolo de Mantenimiento.

C Instrucciones de Trabajo (Partes de trabajo).

Tabla 1 Ejemplo de descripción de los nombres de manuales técnicos utilizados en el mantenimiento y montaje de componentes.

Dentro de los procesos de documentación técnica contenida en estos manuales técnicos se especifican y se dan las instrucciones de las partes de trabajo que se deben realizar en las etapas de mantenimiento entre los componentes. En la Tabla 2, se define un ejemplo de partes de trabajo e instrucciones que se realizan dentro del mantenimiento de un aerogenerador. No. manual. Clasificación 7

Manuales técnicos (nombre del documento) AEROGENERADOR (10XXX7YA-XXXXXX)

Número identificativo

Procesos de documentación técnica del trabajo. A

A Cuaderno de Deberes de Mantenimiento.

B Protocolo de Mantenimiento.

Mantenimiento preventivo.

Mantenimiento predictivo.

Mantenimiento correctivo.

Instrucciones de Trabajo (Partes de trabajo).

Instrucción de Trabajo – Palas de Rotor y Maza.

Instrucción de Trabajo – Ajustes de Palas.

Instrucción de Trabajo – Descanso Rotor.

Instrucción de Trabajo – Descansos Transmisión.

Instrucción de Trabajo – Transmisión.

Instrucción de Trabajo – Freno (Línea de Accionamiento).

Instrucción de Trabajo – Eje de Accionamiento y de salida.

Instrucción de Trabajo – Generador.

Instrucción de Trabajo – Descanso Azimutal.

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C10

Instrucción de Trabajo – Accionamiento Azimutal.

C11

Instrucción de Trabajo – Freno AzimutaL.

C12

Instrucción de Trabajo – Grúa.

C13

Instrucción de Trabajo – Hidráulica.

C14

Instrucción de Trabajo – Sistema de Enfriamiento.

C15

Instrucción de Trabajo - Soporte de Máquina, Recubrimiento de Góndola, Instrumentos de Medición de Viento.

C16

Instrucción de Trabajo – Torre.

C17

Instrucción de Trabajo – Gabinete de Conmutación y Convertidor.

C18

Instrucción de Trabajo – Pararrayos.

C19

Instrucción de Trabajo – Función Integridad.

Anexos.

Anexos 01 – Instrucciones de Mantenimiento y Planos Generales.

Anexos 02.

Tabla 2 Ejemplo de descripción e instrucciones de las partes de trabajo en el mantenimiento para un aerogenerador.

2.3.7. Documentación y reportes a base de datos El área de gestión y mantenimiento debe cumplimentar los respectivos informes técnicos de los procesos de mantenimiento realizados. En ellos se describen la sistematización efectuada conforme las órdenes de trabajo, comentarios técnicos y demás detalles que refieren al mantenimiento. A través de procesos informáticos se administra la información de los distintos tipos de mantenimiento y se almacenan de manera automática en la base de datos del sistema general de gestión de la empresa. Por ejemplo la arquitectura de gestión del control SCADA, permite conocer el estado de las instalaciones, coordinar eficientemente las labores de producción y de mantenimiento a través de la generación de reportes y almacenamiento de información histórica, es decir: ■■

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De manera continua permiten la generación automática o a petición de reportes impresos de producción y balances. También el registro y almacenamiento de información operacional y de alarmas.

También existe otro tipo de sistemas informáticos (que pueden interactuar con SCADA) para una gestión más específica como el sistema IngeRAS™,

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que es una herramienta enfocada más a la gestión de mantenimiento desde cualquier sala de control y de manera remota para diferentes sistemas como: ■■

Sistemas de medición.

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Sistemas eólicos (Aerogeneradores).

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Sistemas hidráulicos.

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Sistemas de transformación y distribución.

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Sistemas de control y detección (Mantenimiento).

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Sistemas de comunicación.

Dentro del análisis de la información de gestión se deben tener en cuenta los factores críticos de garantía para un buen mantenimiento en las instalaciones a través de esta documentación técnica de las partes de trabajo realizados, qué en algún momento serán auditados.

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3. Mecánica específica

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3.1. Uso de herramienta de control de pares y de engrase

3. Mecánica específica 3.1. Uso de herramienta de control de pares y de engrase 3.2. Ensamblaje de la máquina en el taller y proceso de colocación en campo. Mantenimiento preventivo 3.3. Conocimiento de materiales 3.4. Tecnología del mecanizado: Torno, fresa y herramientas de corte 3.5. Soldadura: Tecnología de la soldadura. Tipos de soldadura, electrodos

Dentro de las herramientas de apriete se encuentran las herramientas de control de pares que son utilizadas para conseguir a través de la fuerza de amarre una unión entre dos elementos o estructuras por medio de tornillos, pernos, etc. Este tipo de herramientas se puede dividir en dos tipos: manuales y automáticas. Estas últimas pueden operar de manera neumática o eléctrica. Las llaves neumáticas son más comunes que las eléctricas en los procesos de montaje de piezas grandes y pequeñas dentro de las instalaciones eólicas. Estas herramientas contienen motores neumáticos de control remoto y están pensadas para usarse en aprietes especiales. Esta herramienta contiene un sistema regulador de aire, así como de diversidad de llaves de vaso de calidad y placas antigiros para aplicaciones especiales, así como de útiles de montaje de las herramientas necesarios para realizar el trabajo. Dentro de la reacción de apriete del par de apriete, las herramientas neumáticas cuentan con una placa antigiro de dos lados, para de esta forma aguantar la reacción de par de apriete, que es igual y opuesta al par de apriete aplicado por la llave neumática. Se deben tomar precauciones para la utilización de las llaves neumáticas cuando se esté usando la herramienta. En primer lugar, se deben mantener las manos apartadas de la placa antigiro y de la llave de vaso de arrastre, porque se pueden producir lesiones importantes. Los pasos del uso de la herramienta se resumen a continuación: 1. Se coloca la llave neumática con la llave de vaso adecuado (medida correcta), para el tornillo/tuerca a apretar así como la placa antigiro si es necesario. 2. Se comprueba que el sistema de control está colocado para el sentido de giro correcto. 3. Se coloca la herramienta sobre el perno a apretar, sujetando la herramienta en todo momento, para evitar que se escape inesperadamente en caso de fallo del tornillo o del componente. 4. Se pone en marcha la herramienta y se deja que apriete el perno libremente, el par de apriete final no se aplica hasta que el motor se para solo. 5. Se para la herramienta y se retira del tornillo/perno. A su vez para medir el par de apriete se utilizan herramientas para medir el par, y éstas pueden ser a través de Carracas Dinamométricas de control de torque o Dial torque Wrenches. Estas herramientas se utilizan por las áreas de Inspección y Control de Calidad. La finalidad de este tipo de herramienta puede usarse también en producción para realizar aprietes y comprobar el par de apriete de uniones ya apretadas.

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Estas herramientas para medir par suelen tener una escala, o bien un dial analógico (tipo reloj) o un display digital. En ambos casos puede tratarse bien de un destornillador dinamométrico o de una llave dinamométrica. El par se puede medir mientras se va aplicando (modo Track)6, o se puede medir el par máximo aplicado (modo Peak). Existen diversos métodos para la comprobación de un par de apriete aplicado en una unión ya apretada: ■■

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El primero de ellos es el Test de Marcado. Este test se usa para comprobar el par de un tornillo ya apretado y es un método meramente estimativo. Se realiza una marca en la superficie del tornillo o tuerca y se alarga esta marca a la superficie que se está atornillando. Esto se usará como referencia. La unión ha de soltarse y volverse a apretar hasta que las dos marcas vuelvan a alinearse de nuevo. El valor del par puede entonces leerse del display o dial de la herramienta. El segundo de los tests es el Test de Reapriete. De nuevo este test permite comprobar el par de una unión ya apretada. Usando una herramienta de medir par, se aplica una fuerza de apriete hasta que se sienta o se vea que se ha producido un movimiento en la unión. Este par máximo aplicado, que se puede leer en la herramienta, se estima que es una buena aproximación del par original aplicado a la unión. El tercero y último test es el Test de Desapriete. El test de Desapriete es otro método para comprobar el par aplicado en una unión ya apretada. El par se aplica en la dirección de soltar la unión; en el momento en que la unión empiece a soltarse, el par alcanzará su máximo y quedará registrado. Este valor es de nuevo una buena aproximación del par al que la unión fue apretada originalmente.

Por otro lado, para el engrase de los sistemas y/o piezas, se utilizan bombas o pistolas de tipo neumático, las cuales a través de las diferentes boquillas se adaptan a las necesidades de trabajo. En general las pistolas son más versátiles dentro del mantenimiento a grandes alturas pues las cargas de grasa se efectúan por medio de cartuchos. El fluido debe ser aplicado de forma continua manteniendo presionado el gatillo hasta llenar al nivel máximo de engrase (datos técnicos del fabricante).

3.2. Ensamblaje de la máquina en el taller y proceso de colocación en campo. Mantenimiento preventivo

Puede ser usado en modo Track, que muestra los valores de torque mientras se aplican, o en modo Peak que muestra sólo el valor más alto aplicado.

Las torres suelen estar unidas con tornillos o pernos a las cimentaciones de hormigón sobre las que reposan. Sin embargo, hay otros métodos, en el que la parte inferior de la torre es colada dentro de la cimentación de hormigón, por lo que la parte más inferior de la torre tiene que ser soldada directamente en el propio emplazamiento.

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Este método requiere que la torre esté provista de guías y abrazaderas especiales para mantener las dos secciones de la torre en su sitio mientras se está realizando la soldadura. También requiere una pequeña fábrica de torres móvil, incluyendo un generador, un equipo de soldadura y un equipo de inspección de rayos-X, para inspeccionar los cordones de soldadura. Las secciones de la torre de un aerogenerador son atornilladas utilizando bridas de acero laminado en caliente, soldada a los extremos de cada sección de la torre. Las bridas están fabricadas de acero templado. La calidad de las bridas y la tensión en los tornillos son parámetros importantes para la seguridad de las torres de aerogeneradores como se mencionó en secciones anteriores. Por otro lado la mayoría de las secciones de las torres metálicas están soldadas por arco sumergido (“Powder Welded”). Cada sección de la torre está soldada con un cordón longitudinal, además de un cordón circular que la une a las siguientes secciones de la torre. Esto se hace colocando las secciones de la torre sobre un banco de rodillos que gira lentamente la torre, mientras que un operario con una máquina de soldadura por arco sumergido suelda las secciones desde el exterior, mientras otro operador suelda el correspondiente grupo de cordones en el interior, véase Figura 33. Al mismo tiempo los cordones de soldadura de las torres son inspeccionados utilizando dispositivos de ultrasonidos o de rayos-X. Los cordones importantes son inspeccionados al 100%, mientras que el resto de cordones son inspeccionados sobre una muestra base (patrón). En Figuras siguientes se esquematizan y muestran los procesos de montaje y armado para las estructuras como góndola, torre y las palas. El proceso de traslado y colocación de estas grandes estructuras en el parque eólico, se harán de manera progresiva y en el tiempo establecido por la gestión de infraestructura para montar cada uno de los elementos. El trasladar de manera global y abundante a tales elementos al parque eólico, puede provocar deterioro en ellos como corrosión o en peores casos daños

Figura 33 Proceso se soldadura por arco sumergido (“Powder welded”). (Fuente: http://www.windpower.org/es).

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en la estructura que pueden generar micro-grietas o abolladuras que luego tendrán que ser reparadas. El mantenimiento de estos elementos antes de ser instalados/montados, consiste básicamente en mantenerlos libres de contaminantes (agua, sales, polvos, grasas) o de compuestos corrosivos (ácidos) que los puedan dañar.

Figura 34 Proceso de fabricación, montaje y traslado de la góndola. (Fuente: Endesa & Gamesa).

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Figura 35 Proceso de fabricación, montaje y traslado de las secciones de torre. (Fuente: Endesa & Gamesa).

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Figura 36 Proceso de construcción y traslado de las palas. (Fuente: Endesa & Gamesa).

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3.3. Conocimiento de materiales Todos los materiales empleados para la construcción de las instalaciones y que constituyen el parque eólico tienen diversidad de propiedades. La relevancia del conocimiento de los materiales empleados para la construcción de las instalaciones que constituyen un parque eólico resulta de importancia de cara al mantenimiento de las instalaciones. Con carácter general, se pueden clasificar los materiales en: ■■

Metálicos (ferrosos y no ferrosos).

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Poliméricos.

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Cerámicos.

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Compuestos.

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Electrónicos.

Materiales metálicos 3. Mecánica específica 3.1. Uso de herramienta de control de pares y de engrase 3.2. Ensamblaje de la máquina en el taller y proceso de colocación en campo. Mantenimiento preventivo 3.3. Conocimiento de materiales 3.4. Tecnología del mecanizado: Torno, fresa y herramientas de corte 3.5. Soldadura: Tecnología de la soldadura. Tipos de soldadura, electrodos

Los metales tienen una estructura cristalina en la que los átomos están dispuestos de manera ordenada. Son en general buenos conductores eléctricos y térmicos. Muchos metales son relativamente resistentes y dúctiles a temperatura ambiente y otros mantienen alta resistencia, incluso a temperaturas elevadas. Los materiales metálicos se dividen en metales y aleaciones. Las aleaciones pueden ser férreas, que contienen un alto porcentaje de hierro, como el acero o las fundiciones de hierro, y metales y aleaciones no férreas, que carecen de hierro o solo contienen cantidades relativamente pequeñas. Materiales poliméricos La mayoría de los materiales poliméricos están formados por largas cadenas o redes de moléculas orgánicas. Estructuralmente, la mayoría de los materiales poliméricos no son cristalinos, pero algunos constan de mezclas de regiones cristalinas y no cristalinas. La resistencia y ductilidad de estos materiales varía enormemente. Debido a la naturaleza de su estructura interna, la mayoría son malos conductores de la electricidad. Algunos de estos materiales son buenos aislantes, de ahí su aplicación como aislantes eléctricos. En general, los materiales poliméricos tienen bajas densidades y relativamente bajas temperaturas de reblandecimiento o descomposición. Materiales cerámicos Los materiales cerámicos son materiales inorgánicos constituidos por elementos metálicos y no metálicos cohesionados químicamente. Los materiales cerámicos pueden ser cristalinos y no cristalinos o mezcla de ambos. La mayoría de los materiales cerámicos tienen elevada dureza y alta resistencia a elevadas temperaturas, pero tienden a ser frágiles. Las ventajas de los materiales cerámicos para su uso técnico se resumen en bajo peso, alta resistencia

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y dureza, alta resistencia al calor y al desgaste, poca fricción y propiedades aislantes.

Las propiedades aislantes, junto con la alta resistencia al calor y al desgaste de muchos materiales cerámicos, los hace útiles en revestimientos de hornos para tratamientos térmicos y fusión de metales como el acero, aunque también son empleados en aplicaciones como losetas cerámicas de los transbordadores espaciales para proteger térmicamente la estructura interna de aluminio del transbordador durante el lanzamiento y la reentrada en la atmósfera terrestre. Materiales compuestos Los materiales compuestos son mezclas de dos o más materiales. La mayoría de ellos constan de un determinado material de refuerzo y una resina aglomerante compatible con objeto de obtener las características específicas y propiedades deseadas. Normalmente, los componentes no se disuelven recíprocamente y pueden ser identificados físicamente gracias a la interfase entre los mismos. Los materiales compuestos pueden ser de muchos tipos. Los que predominan son los fibrosos (compuestos de fibras en una matriz) y los particulados (compuesto de partículas en una matriz). Existen muchas combinaciones diferentes de materiales de refuerzo y matrices que se pueden usar para producir materiales compuestos. Dos clases de materiales compuestos modernos son la fibra de vidrio que refuerza una matriz de poliéster o de resina epoxi y las fibras de carbono en una matriz epoxídica. Materiales electrónicos Los materiales electrónicos no son importantes por su volumen, pero sí por su avanzada tecnología. El más importante de los materiales electrónicos es el silicio puro, el cual se puede modificar de distintas maneras para cambiar sus características electrónicas. Los dispositivos microelectrónicos han hecho posible nuevos productos, como los satélites de comunicaciones, las computadoras avanzadas, las calculadoras de bolsillo, los relojes digitales y los robots para soldar.

3.4. Tecnología del mecanizado: Torno, fresa y herramientas de corte La incorporación de nuevos materiales y tecnologías está llevando a la sustitución de equipos convencionales por otros más avanzados y a la adaptación o cambio de los procesos y producción dentro del mecanizado. Torno El torno es uno de los sistemas tradicionales de mecanizado de la industria metalúrgica para el mecanizado de metales y plásticos que se caracteriza por ser una máquina herramienta muy eficaz para mecanizar piezas de revo-

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lución. Estas máquinas-herramientas operan haciendo girar la pieza a mecanizar (se sujetan al cabezal mediante las mordazas concéntricas) mientras una o varias herramientas de corte son empujadas en un movimiento regulado de avance contra la superficie de la pieza, cortando la viruta de acuerdo con las condiciones tecnológicas de mecanizado adecuadas. Desde el inicio de la Revolución industrial, el torno se ha convertido en una máquina básica en el proceso industrial de mecanizado. Actualmente ofrece una gran capacidad de producción y precisión en el mecanizado por su estructura funcional y porque los valores tecnológicos del mecanizado están guiados por el ordenador que lleva incorporado, el cual procesa las órdenes de ejecución contenidas en un software que previamente ha confeccionado un programador conocedor de la tecnología de mecanizado en torno. A este sistema se le denomina torno de control numérico, o también conocido como torno CNC. El torno CNC, actúa guiado por una computadora y software que ejecuta programas controlados por medio de datos alfa-numéricos, teniendo en cuenta los ejes cartesianos X,Y,Z. En un sentido amplio se puede decir que un torno CNC, puede hacer todos los trabajos que normalmente se realizan mediante diferentes tipos de torno como paralelos, copiadores, revólver, automáticos e incluso los verticales pueden actuar con control numérico. Su rentabilidad depende del tipo de pieza que se mecanice y de la cantidad de piezas que se tengan que mecanizar en una serie. Por lo que es aconsejable realizar un estudio económico previo antes de decidir el tipo de torno donde se debe mecanizar una pieza. Fresa El mecanizado de materiales mediante fresado es uno de los procesos más utilizados y tradicionales desde hace mucho tiempo, y éste a su vez se ha ido perfeccionando a través del tiempo. Es tan grande la versatilidad de la fresadora, que prácticamente se puede realizar en ella todo tipo de mecanizados con alta reproducción que hace de él una herramienta para una alta productividad de piezas actualmente. Esta máquina está dotada con diversidad de herramientas características de corte, denominadas fresas, que animadas de un movimiento de rotación mecaniza las superficies e interiores de la pieza. Actualmente a través de la aplicación de sistemas informáticos y control numérico CNC, se obtienen dimensionamientos de alta precisión y alta calidad en las piezas. Cuando el eje de la fresa es perpendicular a la superficie de la pieza que se mecaniza, el fresado se denomina frontal. Los movimientos de trabajo de la fresadora son: ■■

Movimiento de corte: por rotación de la fresa.

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Movimiento de avance: por desplazamiento rectilíneo de la pieza.

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Movimiento de profundidad de pasada: por desplazamiento vertical de la pieza.

Actualmente, la fresadora tiene un campo de aplicación para el mecanizado de piezas pequeñas casi ilimitado, y como además se pueden equipar con dispositivos de fresado, las cepilladoras, las mandrinadoras, etc., el fresado como operación se ha extendido a la mecanización de piezas de cualquier tamaño y sector de producción así como para diversidad de materiales a un menor coste. Por otro lado, cuando se trata de mecanizar materiales demasiado duros o cuando se pretende realizar formas microscópicas en piezas muy pequeñas, la mecanización actual necesita herramientas especiales o la aplicación de técnicas nuevas de mecanización y herramientas de corte no tradicionales. Herramientas de corte El corte o mecanizado de distintos materiales necesita de energía, la cual a través de la velocidad y calidad de corte define una función e índice de mecanizabilidad y del espesor que se pretenda cortar, así pues, cuanto menor es el índice de mecanizabilidad, más lento se hace el corte, y cuanto mayor espesor también se reduce la velocidad de corte. Aunque los espesores de corte más comunes en esta tecnología oscilan entre los 0.5 mm y los 120 mm para materiales duros, en ocasiones los usuarios de corte con agua y abrasivo llegan a cortar hasta 350 mm de materiales como el acero inoxidable. En el corte de espesores reducidos, esta tecnología permite la colocación de varias capas una encima de otra para cortarlas a la vez manteniendo las calidades de corte con cierta homogeneidad, aumentando así en gran medida la productividad del proceso. Existen cortes por contacto directo (tradicionales) y no directo (no tradicionales). A pesar de que la tecnología puede cortar todo tipo de materiales, hay algunos que por sus características intrínsecas son especialmente indicados para este tipo de corte y técnicas. Por ejemplo, el aluminio, acero inoxidable, latón, cobre, piedra, cerámica, entre otros. Así pues, la posibilidad de cortar materiales es espectacular con las tecnologías actuales que permiten mecanizaciones microscópicas en los materiales más duros que se conocen, sean o no metálicos. Los nuevos procesos de corte no tradicionales son los que no tiene contacto directo, es decir la herramienta con la pieza. Los más utilizados y novedosos dentro de los distintos sectores son, electroerosión, chorro de agua, mecanizado por ultrasonidos y corte mediante láser. Mecanizado por electro-erosión La electroerosión es un proceso de fabricación, también conocido como Mecanizado por Descarga Eléctrica o EDM.

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El proceso de electro erosión consiste en la generación de un arco eléctrico entre una pieza y un electrodo en un medio dieléctrico para arrancar partículas de la pieza hasta conseguir reproducir en ella las formas del electrodo. Ambos, pieza y electrodo, deben ser conductores, para que pueda establecerse el arco eléctrico que provoque el arranque de material. Dependiendo de la máquina y ajustes en el proceso, es posible que el ciclo completo se repita miles de veces por segundo. También es posible cambiar la polaridad entre el electrodo y la pieza. El resultado deseado del proceso es la erosión uniforme de la pieza, reproduciendo las formas del electrodo. En el proceso el electrodo se desgasta, por eso es necesario desplazarlo hacia la pieza para mantener el hueco constante. En caso que el desgaste sea severo, el electrodo es reemplazado. Mecanizado por chorro de agua El mecanizado por chorro de agua es una herramienta industrial totalmente innovadora. Mediante la presurización a niveles muy altos, y canalizada a través de orificios muy pequeños, el agua corta de una forma muy precisa casi todos los materiales mediante un haz de agua. Este haz de agua es capaz de cortar una gran variedad de materiales. Los materiales blandos como las gomas, espumas, compuestos para las juntas de automoción, fibras de pañales e incluso los alimentos se pueden cortar solamente con agua a alta presión. En este caso solo se emplea la energía cinética del agua para producir el corte. Si además se añade polvo (partículas) de granate como elemento abrasivo al haz de agua se pueden cortar todo tipo de materiales duros tales como metales, piel natural, mármol, cristal, o materiales reforzados con fibras. En este proceso el agua acelera las partículas del abrasivo para producir el corte dejando un aspecto satinado en su perfil. Una vez generada esta presión, es transmitida a través de los conductos de alta presión hasta la cabeza de corte. En este punto, la energía de presión se transforma en energía cinética al atravesar un orificio de un tamaño aproximado de 0.3 mm. El chorro generado, que viaja a tres veces la velocidad del sonido, pasa a través de la cámara de mezcla, en la que se produce el efecto Venturi para absorber el abrasivo y mezclarlo con el haz de agua. A partir de este punto, el chorro de agua y abrasivo pasa a través del tubo de mezcla, y acaba impactando contra el material a cortar. El principio de los procesos de corte con agua pura, y de corte con agua y abrasivo es el mismo. Este sistema permite asegurar un proceso de perforación seguro y consistente, incluso en materiales muy frágiles como el cristal, la piedra o la cerámica. Así se evita la necesidad de pretaladrar mecánicamente las piezas, y algo muy importante de esta técnica es que no genera transmisión de calor al material.

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Mecanizado por ultrasonidos rotatorios

El término “ultrasonidos” es debido a que la vibración se produce a una frecuencia próxima a los 20kHz (vibra unas 20.000 veces por segundo), frecuencia que está en el rango de los ultrasonidos. El mecanizado por ultrasonidos rotatorio (RUM) es un proceso no convencional, indicado para el mecanizado de materiales duros y frágiles como son las cerámicas técnicas, metales duros, vidrios, silicio, piedras preciosas, etc. Se basa en el empleo de herramientas de diamante que eliminan el material por la combinación de un giro y de una vibración ultrasónica en dirección axial. Esta herramienta vibra unas 20.000 veces por segundo gracias a un piezoeléctrico incorporado en el cabezal. La separación continua entre herramienta y pieza gracias a esa vibración ultrasónica hace que, en comparación con los métodos tradicionales, las fuerzas de corte se reduzcan y que la generación de calor sea menor. Esto se traduce en una protección de la herramienta y de la pieza aumentando la productividad en hasta 5 veces la de dichos procesos convencionales, y la obtención de unos acabados superficiales incluso menores que 0.2 mm. Mecanizado por láser La tecnología del mecanizado láser se basa en la generación de un rayo láser de alta potencia que es dirigido contra la pieza mediante un sistema de espejos de alta precisión. En la zona de incidencia del rayo se consigue una elevada densidad de potencia que produce la volatilización del material. El rayo láser erosiona el material en múltiples capas obteniendo, de este modo, la geometría y profundidad requerida. El mecanizado por láser es un proceso no convencional que permite obtener mecanizados de formas complejas y de pequeño tamaño. La gran ventaja de esta tecnología es la posibilidad de mecanizar casi todo tipo de materiales independientemente de su dureza, desde aceros, aleaciones termo resistentes, cerámica, silicio, etc.

3.5. Soldadura: Tecnología de la soldadura. Tipos de soldadura, electrodos La soldadura es en realidad un proceso metalúrgico de fundición de metales mediante un proceso físico, que se utiliza para la fabricación/unión de piezas o en otros casos para reparación de ellas. La mayoría de los procesos de soldadura, al igual que en la fundición de metales, requieren la generación de altas temperaturas para hacer posible la unión de los metales involucrados. El tipo de fuente de calor es básicamente lo que describe el tipo de proceso, por ejemplo las comunes son:

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Soldadura autógena (gas),

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Soldadura de arco (eléctrica).

Aunque la soldadura es usada principalmente para unir metales similares y hasta partes metálicas no similares, es también muy usada en el sector industrial, para reparar y reconstruir partes y componentes averiados o gastados. La soldadura por arco eléctrico es el proceso más usado y versátil de todos los grupos de las técnicas de soldadura. Esta técnica mediante arco eléctrico se genera entre las partes a ser soldada a través de un electrodo metálico que se funde al hacer contacto (cerrar el circuito). Es decir la energía eléctrica generada entre estos puntos se convierte en calor. Ésta genera una temperatura en el arco cerca de 7.000 grados centígrados, causando la fundición de los metales y después la unión. La soldadura de arco manual o MMA, es también conocida como soldadura de electrodo cubierto, soldadura de varilla o soldadura de arco eléctrico (SMAW: Stick Manual Arc Welding). El arco eléctrico es mantenido entre la punta de un electrodo cubierto y la pieza a trabajar. Las gotas de metal derretido son transferidas a través del arco y son convertidas en un cordón de soldadura, luego un escudo protector de gases es producido de la descomposición del material fundente que cubre el electrodo. Además, el fundente también puede proveer algunos complementos a la aleación, la escoria derretida se escurre sobre el cordón de soldadura donde protege el metal soldado aislándolo de la atmósfera durante la solidificación. Esta escoria también ayuda a darle forma al cordón de soldadura especialmente en soldadura vertical y en un plano de trabajo en sentido y dirección opuesta a la vertical del suelo. (La escoria debe ser retirada después de cada procedimiento). Los electrodos a veces contienen aleaciones para el trabajo estructural metálico, fuerza y ductilidad para la soldadura. Las labores más ligeras son efectuadas usando potencia de corriente alterna por el bajo costo de los transformadores que la producen, el trabajo de alta producción industrial usualmente requiere de fuentes, corriente continua más poderosas y grandes rectificadores, para darle la polaridad exacta al proceso. El proceso es mayormente usado para soldar aleaciones férreas en trabajos metálicos estructurales y en la industria en general. A pesar de lo relativamente lento del proceso, por el recambio de electrodos y la remoción de la escoria, se mantiene como una de las técnicas más flexibles y sus ventajas en áreas de acceso restringido son notables. Uno de los principales problemas en soldadura, es el comportamiento de los metales ante la combinación de los agentes atmosféricos y los cambios en su temperatura. El método de proteger el metal caliente del ataque de la atmósfera es el segundo de los mayores problemas a resolver. Las técnicas desarrolladas desde “Protección por fundente”, hasta la de Protección por gas Inerte, consisten en escudos protectores en muchos casos. En algunas instancias la atmósfera de contaminantes es removida usando sistemas de vacío o procesos químicos.

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Por otro lado, entre los procesos de arco eléctrico se incluyen la soldadura de electrodo cubierto, conocido como MAA/SMAW, GMAW o también conocido como MIG y el sistema de alta deposición por arco sumergido SAW. A su vez existen otras variantes como la PAW soldadura por Plasma o la soldadura (sin arco eléctrico) por fricción FSW, para crear alternativas adaptadas a los procedimientos de alta producción y limitaciones especiales de ciertos procesos o materiales.