Modos de fallo en aerogeneradores por etapa de la multiplicadora

GEARBOXES

Los rodamientos son piezas mecánicas diseñados para reducir la fricción entre un eje y las piezas conectadas a éste, que le sirven de apoyo y facilitan su desplazamiento, por lo que son elementos de desgaste de maquinaria en aerogeneradores críticos.

En la multiplicadora, los cojinetes soportan tanto esfuerzos radiales del peso de los ejes como esfuerzos axiales de la carga del rotor. Para su pleno rendimiento resulta vital que estén bien lubricados y protegidos contra la corrosión y la entrada de contaminantes.

El eje principal de los aerogeneradores viene de los álabes, de las palas, pasa en algunos modelos por un rodamiento principal o dos y termina en la etapa lenta de la multiplicadora, la primera de tres fases de las que normalmente dispone este elemento mecánico encargado de multiplicar las revoluciones de entrada para transmitirlas a un eje que culmina en el generador de energía.

En cada una de las tres fases de la multiplicadora, denominadas de baja velocidad, planetaria y etapa de salida o de alta velocidad, pueden producirse fallos vinculados a los engranajes que las constituyen y sus rodamientos.

 

Etapa de baja velocidad

 

En la etapa de baja velocidad se generan fallos con cierta frecuencia y son de difícil detección, porque la velocidad del giro es muy lenta. La inspección visual o la medición a través de otras tecnologías se revelan ineficaces para la detección temprana de los problemas más habituales que afectan a esta etapa, como son el micropitting, grietas microscópicas de los engranajes que con el tiempo y la presión pueden provocar que se rompan, o problemas de esfuerzo axial que dañan el rodamiento de entrada.

 

Etapa planetaria

 

La etapa planetaria es mecánicamente compleja. Se compone de muchos engranajes, con distintas velocidades, que van repartiendo la carga de manera dinámica sobre toda la geometría. En esta fase, los problemas de micropitting y desgaste por deslizamiento y carga axial son los más frecuentes.

A menudo los operadores desconocen cuál es la geometría de la etapa planetaria y, en consecuencia, es muy difícil identificar un problema. El desconocimiento sobre la geometría de la etapa planetaria obedece a que con cierta frecuencia los fabricantes evitan dar estos datos para mantener así el control sobre el mantenimiento.

 

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Al igual que en la etapa de baja velocidad, las técnicas de mantenimiento preventivo no consiguen predecir de forma fehaciente la existencia de un problema en esta fase. La boroscopia, una de las más empleadas, consiste en la inspección visual de los engranajes a través de una fibra óptica, pero la complejidad estructural característica de la etapa planetaria impide que alcance necesariamente los puntos que presentan potencial riesgo de fallo.

En análisis a través de vibraciones presenta asimismo debilidades por desconocimiento de la fisionomía del conjunto. El diagnóstico se torna complejo porque, al no saber la geometría, no se pueden relacionar las formas de onda con un problema o si representan un patrón de normal funcionamiento.

 

Etapa rápida

 

De las tres etapas que normalmente constituyen una multiplicadora, la rápida es la más sencilla de observar porque los rodamientos están más cerca de la carcasa. La velocidad es otro punto a favor para la detección porque, al ser más rápida, es posible repetir muchos ciclos con un punto de contacto invariable.

El modo de fallo que habitualmente sucede en esta etapa son los desgastes de deslizamiento, algo que fundamentalmente ocurre cuando la máquina está parada. Cuando un aerogenerador no está funcionando, no se produce una parada total, siempre hay un ángulo de giro remanente en las palas. La fuerza de este movimiento se ve incrementada en la multiplicadora, que lo traslada al eje rápido y, ante la ausencia de oposición de la carga dinámica del generador, provoca que los rodamientos comiencen a deslizarse, lo que genera desgaste y fractura en las pistas de rodamientos.

Para minimizar este efecto, los fabricantes de rodamientos han ideado un compuesto denominado ‘black oxide’, óxido negro, que los recubre y evita que, durante un tiempo, los deslizamientos desgasten o fracturen las pistas. No se trata de una solución definitiva, pero retarda la aparición de los problemas por deslizamiento.

 

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Una de las problemáticas que mayor interés está despertando en estos momentos en el sector eólico y concretamente en rodamientos es el WEC “White Etching Crakcs”. Aunque se desconocen exactamente los indicios de generación y propagación de este efecto, la presencia de hidrógeno y compuestos como Azufre o Manganeso de los aditivos del aceite generan una corrosión superficial que se aprecia mediante una superficie blanquecina que le da nombre a esta problemática.

 

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