Usando drones para proteger turbinas eólicas do gelo

Condições úmidas e frias são inimigas da energia eólica. Se uma camada de gelo se formar nas pás do rotor, isso pode resultar em desequilíbrio rotacional e, portanto, em maior desgaste. Nestes casos, as turbinas têm muitas vezes de ser desligadas durante vários dias, provocando enormes perdas para os operadores devido à pausa na produção de electricidade.

Agora, pela primeira vez, uma equipe da Fraunhofer conseguiu usar drones para proteger as pás do rotor contra o gelo. A nova técnica foi desenvolvida em conjunto por especialistas do Instituto Fraunhofer de Tecnologia de Fabricação e Materiais Avançados IFAM e do Instituto Fraunhofer de Engenharia de Manufatura e Automação IPA no projeto “TURBO – Revestimento temporário por meio de drones”.

Até agora, os operadores que queriam proteger as suas turbinas eólicas contra o gelo tinham que cavar fundo nos seus bolsos: tapetes de aquecimento que podem ser integrados nas pás ou sistemas para bombear ar quente para os rotores são extremamente caros – assim como o uso de helicópteros para pulverizar agente descongelante nas turbinas.

“Os drones que são usados ​​apenas quando necessário oferecem uma alternativa econômica”, afirma Andreas Stake, gerente de projetos do Fraunhofer IFAM. No entanto, para usar drones para evitar o gelo, uma série de condições devem ser atendidas: Além de serem ecologicamente corretos, os materiais de revestimento precisam demonstrar boa adesão e durabilidade suficiente para que permaneçam nos rotores por semanas e os protejam de gelo. O sistema de pulverização utilizado precisa ser altamente preciso, mas ao mesmo tempo leve. E, finalmente, os drones precisam ter uma carga útil elevada e permitir um controle muito preciso.

Importante para turbinas eólicas: Materiais ecológicos e equipamentos de aplicação precisos

Os investigadores do Fraunhofer que trabalham no projecto TURBO conseguiram desenvolver um protótipo que cumpre todos estes requisitos: O material de revestimento concebido pelos cientistas do Fraunhofer IFAM em Bremen é feito de ureia e cera, é amigo do ambiente e demonstra boa adesão. Este material pode ser aplicado de forma rápida e fácil na técnica de spray e também seca rapidamente. O revestimento foi testado em uma câmara de gelo do instituto para confirmar que protege de forma confiável contra a formação de gelo.

A equipe do Fraunhofer IPA construiu o equipamento utilizado para aplicação do revestimento. Consiste em uma pequena bomba que pressiona a mistura fluida de ureia/cera em alta pressão em uma lança longa e fina, na ponta da qual há um bico com diâmetro de apenas 0,3 milímetros. Este sistema de bomba airless é capaz de produzir gotículas com diâmetro de 100 micrômetros. Mesmo com velocidades de vento de 35 quilómetros por hora, estas gotículas ainda podem ser pulverizadas com precisão nas bordas das pás do rotor, onde se solidificam. As bordas são particularmente importantes porque é onde o processo de formação de gelo começa quando o ar frio e úmido atinge a turbina.

Garantindo o sucesso com simulações

Oliver Tiedje, gerente de projeto do Fraunhofer IPA, e sua equipe determinaram os parâmetros técnicos – por exemplo, a pressão necessária, um método de atomização eficiente e o tamanho ideal de gota – usando simulações de dinâmica de fluidos. “Nossas décadas de experiência na modelagem de processos de revestimento realmente nos ajudaram. Pudemos aproveitar esse conhecimento”, afirma o físico. “No entanto, tivemos que adaptar os parâmetros do processo à geometria complexa das turbinas eólicas.”

Os pesquisadores pretendem agora trabalhar com parceiros da indústria para desenvolver ainda mais a técnica e prepará-la para produção em série. Existem inúmeras aplicações em que os drones podem ser usados ​​para aplicar revestimentos, desde a proteção contra gelo em turbinas eólicas e linhas aéreas no transporte ferroviário até à remodelação de edifícios – por exemplo, na reparação de defeitos de reboco em partes de edifícios que são de difícil acesso.

O projeto “TURBO: Revestimento temporário por meio de drones – Proteção contra congelamento de turbinas eólicas como estudo de caso” foi apoiado por 19 empresas, incluindo fabricantes de revestimentos e matérias-primas, fabricantes de equipamentos de revestimento e drones e operadores de turbinas eólicas.