USURA DELLE PALE EOLICHE: GLI EFFETTI DELLE CONDIZIONI ATMOSFERICHE AVVERSE

Moltissimi governi – non tutti purtroppo – si stanno sempre più orientando verso la produzione di energia pulita proveniente da fonti rinnovabili. Tra gli impianti privilegiati nella cosiddetta “transizione energetica” troviamo anche quelli eolici. Il vento è il motore di queste centrali “green”, ma le condizioni atmosferiche, a lungo andare, possono diventare anche la causa dell’usura delle pale eoliche.

Qual è l’effetto di sole, neve e grandine sulle turbine? Nelle prossime righe osserveremo da vicino come questi elementi incidono sullo stato di salute dei componenti e ci soffermeremo sull’importanza della manutenzione predittiva effettuata attraverso gli endoscopi industriali.

Gli effetti degli agenti atmosferici sulle pale eoliche

Le pale eoliche sono costantemente soggette a forze aerodinamiche e impatti ambientali che ne compromettono nel tempo l’efficienza e l’integrità strutturale. 

Tra i fattori responsabili della loro usura c’è indubbiamente la pioggia, la quale causa l’erosione del bordo d’attacco. Tale fenomeno si verifica quando la superficie della pala, che taglia l’aria ad alta velocità, viene colpita ripetutamente da particelle sospese nell’atmosfera, tra cui appunto le gocce d’acqua provenienti dalle perturbazioni.

Il contatto delle particelle con la pala eolica ad altissime velocità (a causa della rotazione l’impatto può avvenire ad una velocità compresa tra i 190 e i 290 km/h) determina una progressiva abrasione della superficie.

Lo stesso processo di deterioramento si verifica con polvere, sabbia, grandine e neve. L’erosione del bordo d’attacco compromette le proprietà aerodinamiche della pala, riducendone l’efficienza e, di conseguenza, la capacità di produrre energia. 

Danni da fulmine

I temporali non portano con sé solo l’acqua, ma anche i temibilissimi fulmini. Le pale eoliche, a causa della loro altezza, sono esposte frequentemente alle scariche elettriche provenienti dal cielo.

Un fulmine può provocare:

• delaminazione e debonding: separazione degli strati del materiale composito di cui è caratterizzata la pala. Ciò accade per il calore generato dall’impatto;
• danni strutturali interni: microfratture e indebolimento della resina, con un conseguente aumento del rischio di rottura della pala stessa.
• Alterazione delle proprietà aerodinamiche della pala e una conseguente riduzione della sua efficienza operativa.

Ghiaccio sulle pale eoliche

In climi freddi, le pale eoliche sono esposte alla formazione di ghiaccio sulle loro superfici, il quale è responsabile di:

• aumento della resistenza aerodinamica, con conseguente calo della produzione energetica;
• squilibrio delle pale, che genera vibrazioni dannose per la struttura della turbina;
• possibili danni strutturali, dovuti al peso aggiuntivo e delle variazioni di carico meccanico.

L’usura da fatica

Tra le principali cause del deterioramento delle pale eoliche c’è anche l’usura da fatica. Di cosa si tratta? 

Durante il loro ciclo di vita le turbine devono resistere a enormi forze meccaniche, tra cui anche la forza di gravità. Infatti, non tutti lo sanno, ma ad ogni rotazione si crea una deformazione alternata delle pale, la quale genera un importante stress meccanico.

Come già accennato, tra le forze che mettono a dura prova le pale eoliche c’è da annoverare anche il vento. I suoi carichi variabili le sottopongono a volumi diversi di pressione, che con il trascorrere del tempo possono generare microfratture.

Prevenire l’usura delle pale eoliche con l’endoscopia industriale

Un vecchio proverbio affermava: “Prevenire è meglio che curare!”. Questo concetto può essere applicato facilmente anche nella gestione degli impianti eolici. Una delle soluzioni migliori per condurre una manutenzione predittiva sulle pale eoliche è l’endoscopia industriale.

Le sonde consentono di effettuare una serie di importanti controlli non distruttivi, ovvero senza effettuare alcun smontaggio dei componenti. Gli endoscopi industriali monitorano lo stato di usura delle superfici delle pale rilevando prima di un eventuale rottura dell’impianto:

• microfessurazioni e delaminazioni;
• livello di erosione del bordo di attacco;
• stato dei rivestimenti protettivi e dei sistemi antighiaccio.

Attraverso l’applicazione dell’endoscopia industriale è possibile prolungare la vita dei sistemi eolici, mantenere costanti i livelli di produzione energetica e risparmiare sugli importanti costi di gestione.

Il gearbox delle pale eoliche

Le condizioni atmosferiche non influiscono solo sulle pale eoliche, ma anche sul gearbox. Di che cosa si tratta?

Il gearbox, comunemente detto anche moltiplicatore di giri, è un componente meccanico fondamentale per aumentare la velocità di rotazione dell’albero collegato al rotore, affinché possa adattarsi alle esigenze del generatore elettrico.

Le pale eoliche ruotano a velocità relativamente basse, generalmente tra 10 e 20 giri al minuto (RPM). Tuttavia, la maggior parte dei generatori elettrici utilizzati nelle turbine eoliche necessita di velocità di rotazione molto più elevate, tipicamente nell’ordine di 1.000-1.500 RPM, per produrre energia elettrica in modo efficiente.

In sostanza, il gearbox ha il compito di trasferire la potenza meccanica dall’albero lento del rotore all’albero veloce del generatore, incrementando il numero di giri in modo proporzionale.

Le condizioni atmosferiche avverse possono causare una serie di problemi al moltiplicatore di giri:

• danneggiamento degli ingranaggi;
• lubrificazione insufficiente;
• rottura dei cuscinetti.

Gli endoscopi industriali individuano tempestivamente eventuali forme di pitting, ovvero le piccole cavità che si formano sui denti degli ingranaggi, uno dei primi segnali della loro usura. Al tempo stesso le sonde possono verificare che l’olio lubrificante non si sia contaminato con particelle metalliche colpevoli di un più rapido deterioramento degli ingranaggi. Infine, sono di vitale importanza per rilevare deformazioni sui cuscinetti dovute alla fatica meccanica e capaci di compromettere la trasmissione della potenza.

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