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Inspeção digital profunda de aerogeradores

As infraestruturas de produção de energia limpa que mais crescem atualmente são a eólica e a fotovoltaica. Em ambas se tende para o gigantismo das estruturas. Isto implica desafios de operação e manutenção. Este é o campo de trabalho da Arbórea Intellbird,  empresa de uma jovem equipe de engenheiros de Salamanca (Espanha), criadores de uma plataforma digital que une software especializado e o dron Aracnocóptero aplicado à inspeção aérea, e que permite digitalizar a inspeção de aerogeradores, grandes instalações fotovoltaicas ou redes elétricas.

La era digital

Alguns autores citam um volume de quase um milhão de manuscritos guardados na mítica biblioteca de Alexandria, em sua época mais florescente. Há 2000 anos atrás esta biblioteca era a meca do saber e poucos tinham acesso a ela. Hoje, uma nada insignificante proporção da população do planeta leva no bolso um dispositivo capaz de dar acesso instantâneo a uma, vertiginosamente, crescente quantidade de livros e documentos técnicos disponíveis. Seu número multiplica por muito os ativos da mítica biblioteca da era ptolemaica.  O acesso universal e instantâneo ao conhecimento leva ao que poderia ser comparado a um novo Renascimento.

Tudo isso é possível graças à grande evolução da tecnologia de microprocessadores. Sua transformação em um objeto de grande consumo, favorece sua miniaturização, melhoria contínua e barateamento.  As repercussões desta evolução do gerenciamento do silício, já permitem uma supercomputação no bolso, que também é aplicada à robotização de nosso âmbito, ajudada pelas cada vez mais amplas possibilidades da comunicação digital. A Internet das coisas abrange os objetos de nossa vida cotidiana.

O avanço tecnológico descrito está sustentado claramente nos processos de eletrificação. Além da eletrificação, paulatinamente é somado o transporte, o qual aumenta a demanda. Parece importante avançar uma produção, cada vez mais sustentável, desta eletricidade. As infraestruturas de produção de energia limpa que mais crescem atualmente, são a eólica e a fotovoltaica. Em ambas se tende ao gigantismo das estruturas. Isto propõe desafios de operação e manutenção que crescem, simultaneamente, com o tamanho das pás ou da superfície plantada com imensas ‘hortas solares’.  A otimização das tarefas de inspeção e reparação preventiva é uma das chaves desta evolução. Na verdade, a digitalização e automatização destes processos começa a perfilar-se como algo essencial para possibilitar uma eletrificação em massa, sustentada em estruturas geradoras de energia renovável.  (1)

De acordo com os dados da Bloomberg New Energy Finance, o setor de geração eólica é um dos segmentos da indústria com mais rápido crescimento global. Com mais de 268 mil aerogeradores instalados no mundo todo, no final de 2014 (2) e 539.123 MW, no final de 2017, conforme os dados do Global Wind Energy Council (GWEC).

O uso de grandes aerogeradores aumenta rapidamente, baseado no preço da energia, as considerações ambientais e a eficácia crescente destas máquinas. De acordo com os dados da Bloomberg New Energy Finance, o setor de geração eólica é um dos segmentos da indústria em mais rápido crescimento global. Com mais de 268 mil aerogeradores instalados no mundo todo no final de 2014 (2) e 539.123 MW, no final de 2017, conforme dados do Global Wind Energy Council (GWEC).

Os aerogeradores tradicionais, desenhados para produzir 1-3 MW de eletricidade têm uma configuração de três hastes, padrão nesta indústria, de 30 a 50 metros de comprimento. Mas, a indústria eólica planeja sua substituição por máquinas cada vez maiores e eficientes, que montando pás de até 80 metros de comprimento  podem gerar 7 MW.

As pás dos aerogeradores são elementos de sofisticado desenho, que apresentam complexas curvas. Baseadas em estruturas de diversas camadas de espessura variável, estão construídas com materiais compostos de camadas de fibras e resinas artificiais, às vezes, com reforço em madeira. Estes elementos são desenhados para funcionar, pelo menos, 20 anos. Porém, na prática surgem dificuldades: As pás sofrem desgastes, impactos de partículas arrastadas pelo vento e, às vezes, forte tensão e torções.  Isto causa uma série complexa de defeitos, variáveis de acordo com o tipo de desenho de pá, seu modelo e inclusive número de série, já que as diferenças em seu processo de fabricação e caraterísticas dos materiais ou desenhos variam muito, em uma indústria que carece de uma longa tradição e, portanto, de padrões bem estabelecidos conforme suficientes referências históricas.

É necessária a aplicação da tecnologia para esclarecer a situação real destes ativos e iniciar um procedimento de manutenção de prevenção sustentável. Isto terminará com as perigosas dúvidas e estabilizará a relação entre fabricantes, promotores e seguradoras.

Os programas de manutenção preventiva de componentes mecânicos, elétricos e eletrônicos dos aerogeradores são habituais no setor da indústria eólica. Porém, no caso das pás, que sem dúvida são um dos componentes mais críticos desta máquina, ainda não existe um esquema padrão.  O surgimento repentino de danos catastróficos nas pás, não é frequente, mas quando há danos são bastante graves.

Atualmente, o setor industrial eólico avança na melhoria de procedimentos para gerar uma potencial manutenção preventiva das pás que permita estabelecer programas de reparação preventiva com baixo custo, centradas na identificação de defeitos em suas primeiras fases, com o objetivo de evitar grandes sinistros. O uso deste tipo de tecnologias é essencial para o correto dimensionamento dos riscos e a sustentabilidade do negócio das seguradoras neste setor. Até agora, a situação das pás dos aerogeradores, componente crítico, era uma perigosa incerteza. A consequência direta dos danos catastróficos sofridos, que ocorrem com frequência é uma desesperante perda de coberturas  para os pequenos promotores e um encarecimento possivelmente desnecessário dos prêmios, quando não um mau negócio para as seguradoras.  É necessária a aplicação da tecnologia, para esclarecer a situação real destes ativos e iniciar um procedimento de manutenção preventiva sustentável. Isto terminará com as perigosas dúvidas e estabilizará a relação entre fabricantes, promotores e seguradoras.

Filmagem aérea de uma inspeção eólica

Este é o campo de trabalho da Arbórea Intellbird. A inovação proporcionada pela jovem equipe de engenheiros de Salamanca (Espanha), criadores da plataforma digital que une software especializado e o dron Aracnocóptero aplicado à inspeção aérea, permite digitalizar a inspeção de aerogeradores, grandes instalações fotovoltaicas e redes elétricas. Seu voo garante segurança nas pás dos aerogeradores de diversos países, por exemplo, Espanha, Portugal, México, Chile e até do Japão. Esta pequena empresa na que a Iberdrola e o Estado espanhol foram integrados através de CDTI, gera serviços às principais multinacionais da energia limpa. Ao promover o processamento digital inteligente aumenta a eficiência e segurança nas grandes infraestruturas de produção e, ao mesmo tempo, diminuem os seus custos de operação e manutenção. Desta forma, aposta na aceleração da expansão da geração renovável, como caminho para a sustentabilidade.

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INSPEÇÃO DE PÁS COM DRONES, PRIMEIROS PASSOS

Na primeira década do século XXI o desenvolvimento da indústria dos drones começa a focar-se timidamente a aplicativos no setor da energia eólica. Em 2010 a indústria eólica espanhola propôs, de forma pioneira, a Arbórea Intellbird a criação de um dron multirrotor específico para inspeção de pás de aerogeradores. O sistema foi desenvolvido a partir da plataforma Aracnocóptero, cujo desenho foi iniciado em 2008. Em 2012 o Aracnocóptero EOL6 foi apresentado com grande sucesso na maior feira do setor eólico, a Husum Wind Energy no norte da Alemanha.

Em 2010, a indústria eólica espanhola propôs a Arborea Intellbird, pioneira, a criação de um drone multirrotor específico para a inspeção de pás de turbinas eólicas.

Para avaliar as possíveis vantagens da tecnologia dron à inspeção de pás de aerogeradores, é necessário conhecer as necessidades do setor e também as soluções oferecidas pelo mercado; suas diferenças e vantagens.

Apesar do auge mundial, o setor da energia eólica, em algumas áreas geográficas é um setor economicamente contraído. Isto é devido à instabilidade de políticas regulamentares, que estabelecem incerteza nos mecanismos de investimento. A tendência, em todos os casos é otimizar os processos de manutenção, reduzindo ao máximo seus custos por aerogerador, especialmente, nos processos considerados de rotina.  Por isso, é habitual nesta indústria a atribuição de orçamentos fixos e ajustados à manutenção por máquina, com revisão e manutenção de todos os componentes que necessitam, que são muitos. Aos painéis elétricos, caixas multiplicadoras, elevadores, sistemas de óleo, controle eletrônico  ou mecanismos diversos de segurança devemos somar as pás.

Considerando o número de elementos a manter e o ajustado orçamento para isso, não é aplicável como máxima geral nenhum procedimento de inspeção, que ainda sendo ótimo, exceda os custos operacionais bastante ajustados.

Partindo deste princípio, é analisado um segundo princípio, neste caso relacionado com o aplicativo civil industrial do setor dron, que afirma que normalmente não é viável utilizar tecnologia aérea, para substituir o que pode ser feito no terreno de forma barata, segura e com sucesso, exceto quando superados estes três parâmetros utilizando meios aéreos, o qual é um complexo desafio.

Necesidades do sector

A indústria eólica demanda relatórios técnicos motivados que possam detetar com precisão, analisar, diagnosticar os problemas e emitir recomendações concisas ajustadas aos princípios de economia e prudência.  Dados que possam realmente estabelecer um esquema de manutenção preventiva. Isto que pode parecer simples, está longe de ser fácil. As consequências de um defeito detetado em uma pá, podem variar conforme o processo de fabricação, modelo e inclusive da série. Assim, foram detetados lotes defeituosos nos que determinados problemas devem ser resolvidos rapidamente, por risco de catástrofe.  Tal como analisado, a deteção de deficiência das pás é uma tarefa de alto nível técnico, que requer experiência e um profundo conhecimento histórico deste produto tão especializado, como são as pás de um aerogerador

Inspeção Digital

Este método inovador propõe vantagens em relação ao método de subida dos técnicos às pás ou a inspeção no terreno, pelos aspetos de segurança. A vantagem em tempo de análise no telescópio e, absolutamente, quanto à qualidade dos dados obtidos.

Realizar uma análise posterior, baseada nas imagens ou vídeos de toda superfície do aerogerador, implica o processamento de uma grande quantidade de dados, multiplicando o esforço de inspeção. A quantidade de informação obtida em uma inspeção com SARP das pás de um aerogerador, tomando imagens de toda a

superfície com máquinas Reflex de alta resolução, pode oscilar entre 5 e 10 Gbytes de dados por máquina. Este notável aumento desnecessário de informação deve ser filtrado e analisado, o qual significa multiplicar o número de horas/técnico da inspeção. Como mencionado, a deteção e classificação de defeitos em pás é uma tarefa de engenharia especializada. Analisar minuciosamente centenas de fotografias de alta resolução de cada aerogerador, não é um processo viável para a indústria do setor. Viola o primeiro princípio de economia no procedimento de inspeção, indicado anteriormente.

As principais vantagens da tecnologia baseada em drones está em suas possibilidades para oferecer medidas de diversos sensores e gerar dados reproduzíveis de alta qualidade.

O desafio do processamento

A maioria dos métodos de inspeção de pás de aerogeradores está baseada na geração de uma inspeção no terreno. A decisão sobre que defeitos especificar e documentar, fica a critério técnico do inspetor. Isto significa que é necessário levar um inspetor qualificado ao local, que de outra forma teria que revisar uma grande quantidade de fotografias ou extensos vídeos no escritório, gerando uma duplicação do esforço de inspeção pouco operacional.

Esta informação pode ser gerenciada através de plataformas de software, com objetivo de automatizar a gestão de alguns dados do processo de inspeção fora do campo. Isto propõe consideráveis vantagens aumentando o rigor e objetividade da inspeção.  A plataforma de software desenvolvida (Web Blade)  permite resolver o processamento, gerando mapas completos da pá em diversos pontos, medindo e posicionando os danos com precisão, inclusive aqueles não visíveis, como as deficiências nas linhas de colagem entre elementos internos. Esta tecnologia disruptiva foi implantada pela Iberdrola e outras grandes empresas do setor, com a auditoria de milhares de pás no mundo todo.

A complexidade de diagnóstico de deficiências, baseado nos diversos parâmetros; “um defeito não tem a mesma importância em todas as pás”, reduz a utilidade real do reconhecimento automático puro, mas a visão artificial integrada permite uma medida muito objetiva e precisa. O olho do engenheiro experto é uma garantia para a indústria eólica atual. Isto, apoiado pelos algoritmos matemáticos que relacionam deficiência com consequências e facilitam a aplicação de inteligência artificial ao processo. Esta plataforma inovadora permite um profundo conhecimento objetivo e reproduzível da situação da pá, obtido através de um teste não destrutivo realizado na segurança da distância, ao tomar dados com a aeronave. A análise inteligente e automática permite detetar e medir problemas estruturais internos e externos, analisar e posicionar defeitos e relacioná-los, facilitando a comparação das pás, sua evolução no tempo e, portanto, classificar as pás por riscos e necessidades de manutenção atuais e futuras. Este procedimento disruptivo desenvolvido na Espanha, com a participação da Iberdrola, que combina drones e software, recentemente também foi validado pela VESTAS como procedimento aplicável a suas pás.

Contar com dados reproduzíveis da melhor resolução possível, provenientes de um número elevado de sensores de boa qualidade, validados do ponto de vista técnico para a deteção de deficiências, é um fator importante para justificar o uso vantajoso desta plataforma de inspeção digital aérea, melhor que qualquer outro sistema.

Carlos Bernabéu González, Presidente e CEO da Arbórea Intellbird

Carlos Bernabéu com a equipe de operação eólica da Iberdrola em Venta, Oaxaca, México.

Responsável pelo desenvolvimento e fabricação do Aracnocóptero® e de seus aplicativos para inspeção de Aerogeradores ou redes elétricas para grandes empresas do setor.

Dirigiu operações de inspeção aérea Endesa, Iberdrola, Enel ou Rede Elétrica da Espanha, entre outras.

– Diretor da escola de formação de pilotos de Sistemas Aéreos Remotamente Pilotados (SARP), da Arbórea a primeira da Espanha. Colaborador da escola UAS do Exército do Ar.

– Responsável de diversos projetos de I&D aplicados à Gestão Ambiental para Administrações Públicas na Espanha e em outros países.

–  Experto em manejo e etologia de aves de rapina e gestão de aves e outros vertebrados de espécies invasoras.

– Palestrante e conferenciante de diversos congressos nacionais e internacionais organizados por Universidades ou instituições diversas, tais como UNESCO, NATO, USAL, etc.

– Fundador e Presidente da Associação Espanhola de Falcoaria (2002/ 2006) e Representante espanhol na IAF (Associação internacional de falcoaria e conservação de aves de rapina) (2002/2006)

– Membro do comitê assessor do Arquivo ibero-americano de falcoaria  (www.aic.uva.es) instituto de estudos Ibero-americanos.

– Dirigiu diversas iniciativas de formação no âmbito universitário e as instituições públicas em matéria de Gestão ambiental e conservação.

– Assessor do Centro de excelência de drones da Agência Estatal de Segurança Aérea ( AESA)

– Autor e coautor de diversas publicações em matéria de RPAS, EIA, Educação Ambiental, falcoaria e manejo de aves de rapina, entre os quais estão livros e artigos em revistas especializadas espanholas e estrangeiras.

Para conhecer mais  sobre ARBOREA INTELLBIRD:  www.aracnocoptero.com

 

 

1 Carlos Bernabéu , Para “O Mundo Inovadores”

2 Global Wind Energy Council. http://www.gwec.net/global-figures/wind-in-numbers/

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