Os aerogeradores são equipamentos complexos mecânica e eletricamente projetados idealmente para um funcionamento ininterrupto de cerca de 20 anos, conheça as principais avarias eléctricas e mecânicas em Aerogeradores.
O tempo de paragem de um aerogerador por avaria equivale a um prejuízo de algumas centenas de euros por hora para o explorador do parque eólico.
Assim o objectivo das equipas de manutenção, coordenação e supervisão é minimizar os tempos de paragem maximizando assim o rendimento de cada aerogerador e consequentemente de um parque eólico.
As principais avarias durante o funcionamento de um aerogerador são essencialmente de natureza eléctrica, devido a equipamentos com defeito e desgaste natural e quebra de contatos eléctricos.
1. Pequenas avarias
Normalmente as avarias em aerogeradores são de natureza temporária que se solucionam em pouco tempo, normalmente em menos de 24 horas.
As avarias podem dever-se a:
- Condições de Operação;
- Má reparação de um determinado componente;
- Falha do componente ou defeito no seu desenho;
- Falha humana;
- Paragem do Aerogerador por detecção em sensores de valores fora dos parâmetros normais de funcionamento de vibrações, temperaturas, correntes, tensões, etc;
- Paragem devido a erros de leitura ocasionais.
1.1 Avarias e alarmes elétricos
As avarias e alarmes eléctricos que mais incidência possuem são os instrumentos de medição, como o anemômetro, sensor de direção do vento, sensor de vibração temperatura e pressão, sensor de velocidade de rotação, etc.
As possíveis causas que originam estas avarias são:
- Um aviso real correspondente ao alarme;
- Um mau ajuste num determinado sensor;
- Um desajustamento do sensor no decorrer do funcionamento normal;
- Devido a condições adversas da natureza, tal como, temperatura, umidade, gelo, etc.
FIGURA 1 – Avaria Eléctrica com Componente Queimado.
FIGURA 2 – Avaria Eléctrica devido a mau funcionamento no sensor de enrolamento dos cabos
1.1.1 Equipamentos de manobra elétrica
A aparelhagem de manobra existente num aerogerador é responsável pelo accionamento de centenas de contatos, estes equipamentos estão sujeitos a grande stress eléctrico e a um elevado número de manobras por dia.
Componentes como relés, contatores, electro-válvulas, magneto-térmicos, etc podem ocasionar uma avaria eléctrica devido a:
- Falho por fatiga do componente;
- Contacto eléctrico entre cabos e componente com defeito;
- Em consequência de outros alarmes de sistema;
- Falha súbita como sobre-intensidades na linha, tempestades eléctricas, etc;
- Defeito por umidade ou sujidade;
- Falta de manutenção preventiva;
- Desgaste natural e número excessivo de manobras;
- Equipamentos com defeito que geram sobre-intensidades e consequentemente danificam irremediavelmente os componentes de manobra dos mesmos.
No equipamentos eléctricos é importante a realização de relatórios termográficos de forma a detectar antecipadamente pontos e contatos com defeito que originam avarias num futuro.
FIGURA 3 -Imagem Termográfica que identifica um contato quente
1.1.2 Proteção pára-raios
Após uma tempestade eléctrica deve ser inspecionado todo o sistema eléctrico e pára-raios de forma a localizar possíveis avarias provocadas por um raio tal como componentes de medição e outros equipamentos sensíveis.
Os principais componentes a inspecionar são:
- Protetores contra raios no aerogerador;
- Quadros eléctricos;
- Rolamentos principais “Main-Bearing”;
- Estado das pás.
FIGURA 4 – Contato Elétrico não existente em cabo de proteção devido a pintura
1.1.3 Motores e ventiladores
As avarias que sofrem os motores e ventiladores devem-se a:
- Sobre Intensidades devido ao funcionamento;
- Derivação entre fases;
- Problemas com os rolamentos.
As avarias em controladores, módulos de comunicação, UPS, IGBTs e Tiristores normalmente devem-se a:
- Falhas de componentes em cadeia;
- Sobre Tensões e Sobre Intensidades na linha de rede;
- Qualidade reduzida dos componentes;
- Tempestades eléctricas.
1.1.5 Componentes mecânicos-hidráulicos
São defeitos que ocorrem nos sistemas mecânico-hidráulicos normalmente por degradação no óleo e têm como consequências principais:
- GERADOR – Sobre aquecimento, por falta de lubrificação ou umidade nos rolamentos, falta de refrigeração nos bobinados.
- MULTIPLICADORA “GEARBOX” – Retentores danificados, conexões hidráulicas e filtros com defeito;
- BOMBA HIDRÁULICA – Fugas e conexões danificadas;
2. Hidráulica
As principais avarias no sistema hidráulico são:
- Bloqueio de componentes;
- Degradação e rotura;
- Fugas no circuito.
As avarias devem-se a:
- Óleo contaminado, representa um total de 70-80% do total das avarias;
- Má reparação anterior do sistema;
- Sobrecarga do sistema e circuito.
FIGURA 5 – Mangueira Degradada
2.1 Conexões
Para evitar problemas durante o transporte e montagem todos os orifícios devem ser selados de forma segura. Todos os componentes expostos devem ser protegidos imediatamente após a desmontagem, principalmente as mangueiras.
As principais fontes de contaminação do óleo são:
- Tampas e proteções caso não estejam fechadas de forma correta;
- Desgaste de peças móveis (bombas e válvulas) pode levar à criação de partículas metálicas;
- Em peças móveis partículas metálicas, restos de pintura podem contaminar todo o sistema;
- Através do filtro de ar a água em suspensão pode juntar-se ao ar e ao óleo ou condensar-se no depósito do óleo.
Os retentores com o desgaste libertam partículas contaminando o óleo.
As partículas que se encontram no óleo dependendo do seu tamanho podem ocasionar diversos tipos de danos:
- Partículas > 40 µm causam avarias onde bloqueiam válvulas de linha e válvulas como as PROPORCIONAIS;
- Partículas >25-40 µm causam falhas intermitentes e podem bloquear válvulas de linha e válvulas proporcionais;
- Partículas < 25 µm desgastam prematuramente todos os componentes do sistema, normalmente não provocam bloqueios.
2.2 Oxidação
Durante a operação normal, o óleo está exposto a condições que podem decompor o óleo por oxidação. Deve-se ao aquecimento e ao batimento do óleo na presença de ar, catalíticos metálicos ou água.
Os ácidos orgânicos que são solúveis no óleo e insolúveis na água aparecem após a oxidação, isto aumento o risco de corrosão em todos os componentes que integram o sistema.
A oxidação pode levar à formação de barros que formam depósitos em componentes, a oxidação produz ácidos carboxílicos que para neutralizar se adiciona substâncias básicas.
2.3 Presença de ar no óleo
As borbulhas de ar no óleo surgem habitualmente se o depósito é pequeno em relação à procura por sucção de óleo. As borbulhas de ar não terão tempo de flutuar até à superfície e abandonar o óleo antes do próximo pedido de sucção pela bomba.
Também podem entrar no sistema através de bombas deterioradas ou mangueiras danificadas, é normal a introdução de ar no sistema após a substituição de um componente com defeito.
O ar deve ser eliminado através da purga, a existência de ar em grande quantidade pode originar a destruição das bombas. Ao pressurizar as borbulhas de ar, estas explodem, o óleo impulsiona rapidamente criando pressões que podem alcançar os 400 bares. Caso este fenômeno ocorra dentro da bomba pode ocasionar danos graves na mesma.
Uma bomba pode ficar totalmente danificada após funcionar vários minutos com a existência de ar em grandes quantidades dentro do circuito hidráulico.
FIGURA 6 – Borbulhas AR no Óleo
3. Grandes avarias
As grandes avarias ocorrem em raras ocasiões, mas devido à sua gravidade podem deixar o aerogerador inutilizado durante longos períodos de tempo, pois afetam diretamente alguns componentes principais, tais como a multiplicadora, gerador, transformador, pás, etc.
O custo deste tipo de avarias é imenso pois podem inclusive necessitar ferramentas espaciais, trabalhadores qualificados e gruas.
As grandes avarias podem dever-se a:
- Condições de Funcionamento;
- Mal funcionamento de um componente;
- Falha no desenho de um componente ou sistema;
- Falha na qualidade e fabrico de um componente;
- Falha humana grave.
3.1 Avarias elétricas
As grandes avarias mais comuns são de origem eléctrica e ocorrem nos seguintes componentes:
- GERADOR – Defeitos no isolamento, maus contatos nos terminais e falha no isolamento do estator;
- TRANSFORMADOR – Devido a sobre aquecimento por falta de refrigeração, falhas no isolamento, mau dimensionamento da potência nominal, ligações com defeito e defeitos no fabrico;
- Dispositivo de Corte de Média Tensão – Falha em Fusíveis e possíveis fugas de SF6.
FIGURA 7 -Defeito no Isolamento do Transformador de Média Tensão
FIGURA 8 – Incêndio em Aerogerador Alegadamente provocado por defeito no Transformador MT
3.2 Avarias mecânicas
Na multiplicadora as principais avarias que podem ocorrer são as relacionadas com a degradação e consequente rotura das rodas dentadas e rolamentos por falta de lubrificação ou devido à introdução de objetos, que provocam danos, avarias ou desgaste. Também podem ser provocadas por fatiga, flexão e deformação plástica.
FIGURA 9 – Defeito nas Rodas Dentadas de Multiplicadora
Nas pás as principais avarias são as relacionadas com problemas nos rolamentos do sistema. Os danos nas pás devem-se a fissuras estruturais e impactos de raios de tempestades, outras razões são:
- Falta de Lubrificação;
- Contaminação da massa de lubrificação (água e outros resíduos);
- Vibrações excessivas;
- Dimensionamento errado dos rolamentos das pás;
- Danos estruturais de desenho e fabrico;
- Ângulos de Ajuste errados;
- Impacto de aves e outros objetos.
FIGURA 10 – Danos em Pá de Aerogerador
Geralmente as avarias mecânicas devem-se ao desgaste produzido por uma má lubrificação ou quando os componentes são submetidos a sobre esforços. Os desgastes produzidos com o tempo têm elevados custos de reparação, nomeadamente no custo da mão-de-obra e tempo de paragem ao aerogerador.
4. Incêndios
Num ano típico costumam ver-se perdas totais – geralmente causadas por incêndios – dá-se como perda total quando uma unidade é totalmente consumida não podendo ser reparada.
Os incêndios são a 2ª maior causa de catástrofe nas turbinas eólicas
5. Condições climatéricas extremas
Em algumas circunstancias o clima é o responsável por problemas – por vezes os ventos fortes são excessivos para a maquina os poder suportar. Falhas nos travões e as pás viradas para cima ainda piora mais as coisas.
Condições climatéricas extremas numa turbina eólica
6. Falhas no gerador
As principais causas de problemas no gerador são:
- O não cumprimento das práticas de manutenção recomendadas nos procedimentos de lubrificação, sistemas de coletores, etc.
- Falhas mecânica ou elétricas do rolamento, falhas no rotor, falhas no sistema de refrigeração levando a excesso de calor e por sua vez a incêndio.
- Os relâmpagos, vento, condições climáticas extremas, contaminação do lubrificante, etc.
- O desalinhamento ou outra instalação inadequada, vibração excessiva, irregularidades de tensão, insuficiência no conversor, aterramento inadequado, excesso de velocidade (que leva a problemas nos rolamentos), etc.
- Problemas de fabrico, tais como, componentes soltos, isolamento elétrico inadequado, falhas no rotor, a presença de outros componentes dentro da nacele que complicam serviço, etc.
- Para os geradores com menos de 1000 kW, a falha mais comum é um problema no setor do rotor. Para os geradores com mais de 1000 kW, a falha mais comum é associada aos rolamentos. A manutenção é o fator crítico que afeta a vida de máquinas. Reparações adequadas também são essenciais para a fiabilidade e longevidade do gerador.
Gerador danificado devido a excesso de velocidade e consequente sobreaquecimento
7. Problemas com as pás
As principais causas que levam a problemas com as pás são: relâmpagos, danos por colisão com objetos, design mal elaborado, material de fabrico fraco.
Turbina eólica danificada por um relâmpago
A acumulação de insetos, óleo, e gelo nas pás também reduz a eficiência até menos 40%.
Falha numa pá
8. Problemas nos rolamentos – O calcanhar de Aquiles das turbinas
Não importa o modelo da turbina, os rolamentos são sempre um problema em todas elas.
Exemplo de um rolamento danificado
A principal razão de falhas com os rolamentos é a descamação (macropitting) visível a olho nu. Que por sua vez leva a outro tipo de escamação microscópica (micropitting).
Exemplo de um rolamento danificado
Exemplos de defeitos encontrados em rolamento
Existem muitas opiniões sobre as causas potenciais que originam este tipo de problemas:
- Períodos de cargas pesadas e dinâmicas – levando a vibrações e variações bruscas de carga;
- Mudanças rápidas de aceleração e desaceleração;
- Falta de lubrificante;
- Deformações estruturais;
- Condições climatéricas: mudanças rápidas de temperatura, água salgada, vento, pó, etc…;
- Marcha lenta.
Podem existir outros problemas/falhas que não estejam descritos acima, mas é certo que investigações estatísticas em turbinas eólicas onshores e offshores indicam claramente uma relação direta entre os problemas das turbinas e a velocidade do vento e as cargas pesadas e flutuantes/dinâmicas.
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