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Medição subaquática de força para promover a energia limpa

A Aerodyn Engineering usa o sensor de força S9M de alta precisão da HBM para testar inovadoras turbinas eólicas offshore

As fontes de energia renováveis são fundamentais para superar os desafios da revolução da energia limpa. A Aerodyn engineering desenvolve novos sistemas que permitem uma melhor utilização da força dos fluxos de ar para gerar energia. Testar estas plantas sob condições adversas requer testes e equipamentos de medição confiáveis. Os especialistas em energia eólica confiam nos sensores da HBM para o teste de uma nova turbina offshore na costa japonesa. O transdutor de força S9M da líder global em tecnologia e líder de mercado em teste e medição fornece à Aerodyn Engineering com dados precisamente medidos, mesmo com medições abaixo da superfície do mar.   

A demanda global por energia está crescendo rapidamente. Todos os anos, 16,330 bilhões de quilowatts-hora de energia elétrica são consumidos em todo o mundo, e o número continua aumentando. As fontes de energia renováveis estão se tornando cada vez mais importantes para a geração de energia.

A razão por trás disso é que, para reduzir as emissões de CO2 e limitar a mudança climática, são necessárias tecnologias que gerem energia de forma mais eficiente e ambientalmente mais amigáveis do que, por exemplo, usinas de gás e carvão tradicionais. A Aerodyn Engineering desenvolve turbinas eólicas inovadoras que permitem uma melhor utilização da energia eólica. Antes de implantar estes sistemas, a empresa de tecnologia localizada em Büdelsdorf, Schleswig-Holstein, Alemanha, realiza testes para investigar como suas construções se provam sob condições ambientais extremas. Estas séries de testes complexos exigem equipamentos robustos de teste e medição que fornecem dados confiáveis, mesmo debaixo d'água. Os especialistas Aerodyn Engineerin, portanto, usam tecnologia de sensor de alta qualidade, como o sensor de força S9M de alta precisão da HBM, para testar uma nova turbina eólica offshore.

Problema

A Aerodyn Engineering está atualmente testando o modelo de uma nova turbina eólica flutuante na costa da ilha japonesa de Kurahashi, que pode se alinhar independentemente de acordo com a direção do vento por causa de uma junta giratória. Um objetivo importante desta série de testes é determinar a carga nos seis cabos de ancoragem fixados no fundo do mar para manter a turbina eólica em sua posição. As medições que levam vários meses exigem equipamentos de teste e medição confiáveis com os seguintes recursos:

  • Altamente preciso
  • À prova d´água para medições de longo prazo abaixo da superfície do mar
  • Resistente contra sobrecargas elevadas e corrosão na agressiva água do mar  

Solução

Para sua série de testes, a Aerodyn Engineering usa o sensor de força S9M de alta precisão em forma de S e vários acessórios de instalação. Além disso, a célula de carga miniatura U9C da HBM é usada para medições adicionais dos cabos de sustentação da torre do rotor.

  • A S9M oferece uma classe de precisão de 0,02 e, portanto, uma precisão que é exclusiva para seu design. Ele fornece dados confiáveis em condições extremamente desfavoráveis, devido à sua dependência de temperatura minimizada e resistência contra os efeitos das forças parasitárias.
  • A vedação hermética do sensor de força S9M o torna ideal para uso a longo prazo embaixo d'água. Além disso, o seu robusto corpo de medição de aço inoxidável é resistente à corrosão na agressiva água do mar e resiste com segurança a sobrecargas de até três vezes a sua capacidade.
  • Os acessórios de instalação, como os olhais, são perfeitamente adaptados aos sensores para garantir os melhores resultados de medição.

Resultados

  • O sensor de força S9M fornece dados precisamente medidos devido à sua alta precisão e permite que dados confiáveis para a turbina em tamanho real sejam derivados do teste com o modelo.
  • A instalação do strain gauge soldada e vedada protege de forma otimizada os strain gauges sensíveis contra a entrada de água durante uma série de testes que são realizados ao longo de vários meses.
  • Os sensores S9M e U9C da HBM são dois sensores robustos que podem adquirir a carga dinâmica dos cabos de ancoragem e das hastes tipo torre do rotor com precisão e detalhe.

Experimentação para a turbina eólica flutuante

A temperatura média da água do mar na costa da ilha japonesa de Kurahashi é de 10 °C. Aqui, na Baía de Hiroshima, a Aerodyn Engineering está atualmente testando uma turbina eólica flutuante que se alinha independentemente na direção do vento. Três flutuadores finos mantêm a estrutura com um peso total de três toneladas métricas flutuando na água. Duas pás de rotor com mais de 16 metros foram instaladas na torre de oito metros de altura.

"A turbina fornece uma saída de cinco kilowatts com boas condições de vento. No entanto, este é apenas um modelo em escala 1:10. A turbina de tamanho normal pesará cerca de 3.000 toneladas métricas e gerará até seis megawatts de potência posteriormente", explica Martin Bode, engenheiro-chefe sênior da Aerodyn Engineering. Seis cabos de aço fixados a seis pontos de ancoragem no fundo do mar são usados para estabilizar a turbina eólica em sua posição. A junta giratória, onde os cabos de ancoragem se encontram, permite que toda a turbina se alinhe livremente de acordo com a direção do vento. É importante que os testes determinem o estresse ao qual o sistema de ancoragem da turbina é submetido. “Se eles estão expostos a fortes tempestades ou ondas altas, as âncoras de turbinas eólicas precisam suportar condições extremamente difíceis a longo prazo mais tarde. Portanto, é essencial para as nossas medições usar transdutores de força extremamente robustos que podem ser usados debaixo d'água por vários meses ", diz Martin Bode. Os sensores também precisam fornecer resultados precisos e detalhados para permitir que dados confiáveis para a turbina em tamanho real sejam derivados do teste com o modelo.

“Precisamos de equipamentos de teste e medição confiáveis para os testes complexos de nossa nova turbina eólica offshore. Os transdutores de força S9M fornecem dados confiáveis e muito precisos sobre a carga de tração de nosso sistema de ancoragem, mesmo em condições extremamente adversas no mar”, diz Martin Bode, engenheiro chefe sênior da Aerodyn Engineering.

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Sensor de força S9M: Precisão extremamente alta também na faixa de medição mais baixa do sensor

Os especialistas da HBM, a líder global em tecnologia e líder de mercado em testes e medições, aconselharam a Aerodyn Engineering e os apresentaram com vários sensores.

“O nosso sensor de força S9M hermeticamente encapsulado é a solução ideal para as medições da Aerodyn Engineering abaixo da superfície do mar que levam vários meses. Nossos produtos são exaustivamente testados. Isto garante que cada sensor atenda totalmente aos nossos requisitos de qualidade e aos dos nossos clientes”, afirma Christoph Miks, engenheiro de vendas da HBM.

O sensor de força S9M atende de forma ideal aos requisitos dos especialistas em energia eólica. O transdutor de força em forma de S está disponível com sete capacidades diferentes, variando de 0,5 kN a 50 kN. Ele mede forças de tração e compressão com muita precisão e pode ser usado para uma ampla gama de aplicações de medição estáticas e dinâmicas; por exemplo, em bancadas de teste, medições de torque do braço de alavanca e tarefas de produção e monitoramento. "Devido à sua dependência de temperatura minimizada e o efeito muito pequeno das forças parasitas, o S9M permite uma precisão extremamente alta na faixa de medição mais baixa do sensor, também em ambientes extremamente severos, independentemente de a força ser medida em aplicações industriais ou abaixo da superfície do mar”, Diz Christoph Miks, engenheiro de vendas da HBM.

O S9M oferece alta precisão (classe de precisão HBM: 0,02); Assim, ele fornece uma precisão que é exclusiva para um sensor com este design e também é extremamente robusto. O sensor de força é hermeticamente fechado e é classificado com um grau de proteção IP68, ou seja, é adequado para imersão subaquática. “A instalação do strain gauge soldado e selado protege de forma otimizada os strain gauges sensíveis contra a entrada de água, também durante as medições de longo prazo realizadas pela Aerodyn Engineering.  Nossos produtos são exaustivamente testados para garantir que todos os sensores atendam plenamente aos nossos requisitos de qualidade e aos dos nossos clientes", afirma Christoph Miks.

Adequado para grandes ondas e extremamente robusto devido ao seu corpo de medição de aço

“Nossas turbinas estarão expostas a altíssimas velocidades de vento de até 25 metros por segundo, o que é uma tempestade realmente pesada”, explica Martin Bode, “os cabos de ancoragem também precisam suportar altas ondas de até 17 metros”.

É provável que ondas fortes também ocorram na costa de Kurahashi, o que pode sujeitar temporariamente os cabos de ancoragem a altas cargas de tração. O S9M é extremamente preciso, mesmo com altas capacidades. Portanto, um sensor com maior capacidade pode ser usado em aplicações em que altas sobrecargas provavelmente ocorrerão. O excelente desempenho do sensor garante resultados de medição altamente precisos.

“Nossos sistemas inovadores de energia eólica promovem a revolução da energia limpa. Para conseguir isso, precisamos de parceiros que se juntem a nós para abrir novos caminhos. Os especialistas da HBM nos aconselham a nos permitir obter ótimos resultados em nossos testes. Eles sempre nos ajudaram rapidamente em nossos projetos em todo o mundo, devido à sua presença global”, diz Martin Bode, engenheiro chefe sênior da Aerodyn Engineering.

Além do sensor de força S9M, a Aerodyn Engineering usa acessórios adicionais, como os olhais que combinam perfeitamente com a capacidade do sensor. Os especialistas em energia eólica também usam a célula de carga miniatura U9C para medir a carga de tração dos cabos de três faces da torre do rotor. Devido à sua alta dinâmica e robusto corpo de medição em aço inoxidável, ele adquire com precisão as mudanças de carga nos cabos durante um longo período de tempo. "Oferecemos uma gama mais ampla de sensores e eletrônica de medição para cada requisito", diz Christoph Miks. “Fornecemos aos nossos clientes a tecnologia que compreende a cadeia de medição completa a partir de uma única fonte, desde os sensores até a eletrônica de medição e os acessórios de instalação correspondentes.”

A Aerodyn engineering conta com a extensa experiência da HBM em sensores e tecnologia de testes e medição há vários anos. "Precisamos de um parceiro que nos una para inovar e promover nossos conceitos inovadores de energia eólica", diz Martin Bode, "Os especialistas da HBM nos aconselham e nos fornecem tecnologias confiáveis e de alto nível que tornam nosso teste de protótipo mais eficiente e confiável. Nós nos beneficiamos da presença global da HBM em nossos testes em todo o mundo, por exemplo, quando as missões de medição espontânea exigem uma implantação rápida.”

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Aerodyn Engineering:

Desenvolve e testa usinas eólicas inovadoras e componentes, como turbinas e pás de rotor, para uso onshore e offshore. As turbinas eólicas desenvolvidas pela Aerodyn podem ser encontradas nos cinco continentes. Eles ajudam a tornar a geração de energia mais ecológica e permitem uma melhor utilização de fontes de energia renováveis, como a energia eólica. Os vários conceitos de sistemas disponíveis na empresa localizada em Büdelsdorf, Schleswig-Holstein, Alemanha, fornecem até 6.500 kW de potência nominal.

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