Diseño, implementación y validación de un sistema de medida de distancias entre torre y pala en aerogeneradores

La empresa ISATI Engineering Solutions ha detectado la necesidad por parte de un cliente operador de energía eólica de diseñar una solución para prevenir el impacto de las palas de los aerogeneradores con su torre. El propósito general del proyecto consiste en diseñar, desarrollar y validar un prototipo cuya finalidad es medir la distancia mínima entre la torre y la pala del aerogenerador en cada giro del eje de rotación de la máquina. De esa forma, se consigue mantener la integridad tanto de la pala como de la torre. Al tener que medir distancias de varias decenas de metros de un objeto en movimiento, tecnologías como ultrasonidos, sensores magneto-inductivos o sensores capacitivos no son válidos. Al estar situado en un aerogenerador al aire libre debe usarse una tecnología capaz de funcionar en condiciones adversas tales como lluvia, nieve, polvo en suspensión y alta radiación solar, entre otros… Además, el prototipo debe tener el mínimo coste posible con el fin de ser económicamente atractivo de cara al cliente. Debido a todos estos condicionantes la tecnología elegida es el láser de larga distancia. En concreto se elige la tecnología LiDAR. Esta tecnología mide, en grandes distancias, cuánto tarda la luz en alcanzar un objeto y volver. Además, mediante el uso del barrido láser, es capaz de recorrer gran cantidad de puntos por segundo. Al no ser una tecnología con un alto coste el condicionante económico no supone un obstáculo. La metodología de trabajo seguida se basa en un modelo evolutivo incremental. Esto supone un desarrollo gradual del prototipo tratando cada módulo por separado facilitando así la depuración de errores. Los resultados han sido satisfactorios respecto al planteamiento del proyecto y aprobados por la empresa. La unión del software y la interfaz de usuario junto con el sensor Livox AVIA fue viable pudiendo enviar y recibir datos sin caídas de comunicación. En cuanto a la visualización de las imágenes obtenidas los resultados son los esperados y han sido valorados positivamente por los responsables del proyecto. La investigación y el software desarrollado será utilizado por la empresa como primera piedra para el desarrollo final del sistema completo ABSTRACT: ISATI Engineering Solutions has detected the necessity from a wind energy client of the design of a solution for warning the impact between the blade and the tower of a wind turbine. The project main purpose is to design, develop and validate the prototype whose aim is measuring the distance between the tower and the blade of the wind turbine in each turn of the rotation axis of the machine. In this way the integrity of the blade and the tower can be maintained. The chosen technology must measure tens of meters of a movement object. It means some technologies as ultrasounds, magneto sensor or capacitiances sensors are not valid. The prototype will be located on the outside of the wind turbine so it will have to work in extreme conditions, like rain, snow, suspension dust, sun radiation… Besides, the prototype must have the lower cost as possible. Due to these conditions the chosen technology is the long-distance laser. Specifically, LiDAR is the chosen technology. This technology measures, in large distances, how much the light takes in reaching the object and coming back. In addition, by using the laser scan, it can travel a large number of points per seconds. Economically, LiDAR technology does not have a high cost. The work methodology is based in an incremental evolutionary model. This supposes a gradual development of the software treating each specification of the project one by one making it easier to debug the errors. The results were highly satisfactory with the project approach and have been approved by the company. The software and the user interface union with the Livox AVIA sensor was viable being able to send and receive data without communications issues. Image visualization results were as expected and have been positively valued by the project responsible. The research and the developed software will be used by the company as the first step for the development of the complete system.