Controle de danos: efeitos de quase raios nas pás da turbina eólica.

A publicação a seguir é baseada na tradução livre de um artigo publicado no site windpowerengineering.com.

Link da publicação original:

https://www.windpowerengineering.com/damage-control-effects-of-near-lightning-strikes-on-turbine-blades/

Título em inglês:

Damage control: Effects of near-lightning strikes on turbine blades.

Título traduzido:

Controle de danos: Efeitos de quase raios nas pás da turbina.

Raios atingem os Estados Unidos cerca de 25 milhões de vezes por ano, de acordo com o Serviço Nacional de Meteorologia. Esse é um número impressionante e um dos motivos pelos quais os proprietários e operadores de turbinas eólicas respiram aliviados quando seu equipamento sai ileso durante tempestades elétricas. No entanto, até mesmo uma “chamada fechada” pode causar mais danos do que se poderia esperar. De acordo com uma nova pesquisa, quase quedas de raios podem levar a sérios danos à turbina e tempo de inatividade.

Uma busca rápida na Internet por “pás da turbina e danos por raio” gera várias imagens de lâminas perfuradas e partidas. A maioria dessas lâminas provavelmente passou nas inspeções anuais e pode já ter sofrido um ou dois raios antes de ser danificada a ponto de exigir reparos. Na verdade, essas mesmas lâminas provavelmente sofreram centenas ou milhares de “quase ataques” que criaram níveis microscópicos de danos antes do golpe fatal do raio.

O que é um quase ataque?

Quando uma tempestade com raios passa perto de uma turbina eólica, a tempestade impõe um forte campo elétrico na turbina e nas pás. Este campo elétrico é amplificado perto das pontas das lâminas, fazendo com que o ar pela ponta se ionize e forme serpentinas e líderes energéticos de alta tensão – também conhecidos como ataques próximos.

Pesquisadores da Universidade Politécnica da Catalunha em Barcelona gravaram recentemente um vídeo em alta velocidade de tempestades passando perto de uma instalação de turbina eólica. Como pode ser visto nas gravações dos pesquisadores e conforme descrito em seu artigo científico (assista ao vídeo aqui: https://www.youtube.com/watch?v=tT5bjHyvaC4), atividade elétrica ou quase choques ocorrem nas pontas das lâminas. Isso continua por quase todas as rotações da lâmina por períodos de alguns minutos até algumas horas. Os pesquisadores também descobriram que ataques próximos podem ocorrer mesmo quando uma tempestade com raios está a vários quilômetros de distância.

Imagem 01: Vários “quase ataques” ocorreram nas turbinas eólicas (Foto: Universidade Politécnica da Catalunha em Barcelona).

Não surpreendentemente, os ataques próximos colocam um estresse elétrico considerável na estrutura composta de uma lâmina. Os campos elétricos excedem a resistência dielétrica dos materiais da lâmina, criando fissuras elétricas permanentes dentro do sistema de resina. À medida que os ataques próximos ocorrem ao longo do tempo, a estrutura de uma pá de vento se torna eletricamente porosa, permitindo que a energia elétrica passe com facilidade.

Na maioria dos casos, os danos de quase impacto não são visíveis do solo e podem ser facilmente perdidos durante as inspeções de rotina. Mesmo durante um exame de perto, o único efeito visível serão marcas de queimaduras ou buracos, que muitas vezes podem passar despercebidos.

Protegendo os ativos

Imagem 02: SPDA convencional e as descargas atmosféricas.

O sistema padrão de proteção contra raios das pás de um fabricante de turbinas eólicas depende de dois fatores interligados: a rigidez dielétrica da estrutura das pás e a série combinada de receptores de raios montados no exterior da lâmina. Como acontece com a maioria das coisas, entretanto, a rigidez dielétrica das lâminas da turbina diminui naturalmente com o tempo. Adicione qualquer degradação causada por ataques próximos e a rigidez dielétrica pode ser reduzida a quase zero. Como resultado, o sistema de proteção contra raios de um fabricante se torna menos eficaz com o tempo, enquanto a probabilidade de danos significativos por raios aumenta exponencialmente.

Para estender a vida útil das pás da turbina eólica, os receptores devem ser melhorados e a rigidez dielétrica das pás restaurada. As opções de reparo atuais envolvem a remoção da ponta da lâmina para instalar uma ponta metálica ou uma nova estrutura composta de lâmina, que é um processo caro e demorado.

Imagem 03: Retrofit do SPDA  através dos desviadores e as descargas atmosféricas.

Desviadores de raios segmentados oferecem uma solução mais simples e econômica. Compostos por uma série de pequenos botões de metal (em um laminado de 0,3 mm de espessura por 10 mm de largura), os desviadores segmentados aumentam a eficácia dos receptores existentes e protegem uma estrutura de lâmina já degradada. Quando na presença de um ataque próximo ou de um raio explodido, um canal ionizado se forma sobre os botões de metal para direcionar a energia do raio para o sistema receptor existente e para longe da estrutura da lâmina.

Avanços tecnológicos recentes no projeto do desviador também possibilitam que alguns tipos de desviadores segmentados resistam a vários relâmpagos IEC 61400 LPL1. Anos de experiência em serviço em pás de turbinas eólicas e aeronaves confirmaram que os desviadores segmentados podem ser extremamente duráveis ​​em ambientes desafiadores.

Com a expectativa de que os relâmpagos aumentem em 50% devido às mudanças climáticas (de acordo com um estudo de 2014 liderado pela Universidade da Califórnia em Berkeley e publicado na revista Science), proteger as pás das turbinas está se tornando ainda mais essencial. Evitar danos repetitivos de quase golpe nas pás é crucial para diminuir o tempo de inatividade e estender o desempenho da turbina.

Desviadores de raios segmentados fornecem um meio eficaz e econômico de proteger as pás contra quedas de raios próximos e diretos, garantindo a vida útil completa de um parque eólico.

Fim da tradução livre.

Quer saber mais sobre a tecnologia de desviadores de raios? Contate nossos técnicos:

[email protected]çõesverticais.com.br

[email protected]esverticais.com.br

[email protected]

Sobre os organizadores e tradutores livres: João Marcelo Ribeiro Saraiva e Emerson Nery Carneiro são membros do corpo técnico da Horus Soluções Verticais.

Baixe aqui o E-artigo 04.2020.

Copyright © 2018- Todos os direitos reservados