AO_396

MARZO 2017

AUTOMAZIONE OGGI 396

BANCO PROVA

Come misurare l’effetto abrasivo delle

gocce di pioggia su una superficie?

Con un banco prova altamente realistico,

utilizzato per impianti di energia eolica

Massimo Mortarino

iù veloce di un’auto da corsa di Formula 1, il nuovo

banco prova per erosione pluviale dell’Istituto

Fraunhofer per l’Energia Eolica e Tecnologia dei Si-

stemi Energetici (IWES) accelera la pala di un modello

di rotore fino a 550 km/h per provare l’effetto abrasivo

delle gocce di pioggia su una superficie. Le pale dei rotori sono

esposte a forti influenze ambientali quali pioggia, grandine, sab-

bia, acqua, salsedine e inquinamento che agiscono sulle superfici

provocando l’accumulo di sporcizia e zone irruvidite sulle parti

verniciate e rivestite, specialmente sui bordi di attacco delle pale.

Le variazioni di temperatura e i raggi UV intensificano ulterior-

mente questi effetti.

Incremento dei requisiti climatici

e ambientali

Il risultato è l’asportazione di materiale e la formazione di cricche

causate dall’erosione pluviale, con conseguente aumento del

deterioramento delle proprietà aerodinamiche delle pale. Que-

ste variazioni hanno non solo un impatto negativo sull’efficienza

degli impianti di energia eolica (WPP), ma possono causare anche

l’emissione di forti rumori. Il problema non può essere che esacer-

bato in futuro, poiché i rotori dovranno girare più velocemente

per migliorare il rendimento degli impianti WPP in mare aperto

(offshore). All’aumento della velocità, le gocce di pioggia impat-

tano con maggior energia sui rivestimenti, anticipando ulterior-

mente il verificarsi di danni.

Le zone irruvidite e i danni alla vernice e ai rivestimenti sono parti-

colarmente comuni sul bordo di attacco delle pale, specialmente

sulla cima, e hanno effetto negativo sulle proprietà aerodinami-

che degli impianti di energia eolica, diminuendone le prestazioni.

Banco prova erosione pluviale

con clima controllato

Insieme all’IWES di Bremerhaven (Germania), partecipe al pro-

getto ’Erosione Pluviale delle Pale dei Rotori’ sponsorizzato dal

Ministero Federale Tedesco per l’Ambiente, la Conservazione

della Natura e la Sicurezza Nucleare (BMU), le aziende del settore

industriale svilupparono un banco prova con bracci rotanti utiliz-

zabile per esaminare i modelli di pale con velocità di picco fino

a 600 km/h. Esso consente di monitorare e valutare la resistenza

alla pioggia del rivestimento delle pale dei rotori con un com-

pleto controllo climatico (effetti degli UVA, dimensione variabile

delle gocce, temperatura, ambiente salino). L’ottimizzazione dei

sistemi di rivestimento delle pale del rotore dovrebbe prevenire

i danni ed estendere gli intervalli di manutenzione, riducendo

così i costi. Nella cabina di prova si può verificare la formazione di

ghiaccio sui bracci rotanti contemporaneamente all’erosione plu-

viale oppure effettuare una prova dopo l’altra. I provini possono

essere esposti alle radiazioni UVA per simulare l’invecchiamento

dei polimeri dovuto ai raggi solari.

Strumentazione integrata

e sistema di controllo

Per impiegare con efficienza il banco prova era necessario un si-

stema di misura e controllo in grado non solo di essere configu-

rato rapidamente, ma anche dotato dell’opportuna accuratezza

di misura e resistenza alle interferenze. Venne pertanto utilizzata

la piattaforma di misura e controllo PMX di HBM, provvisto di sva-

riati moduli di misura e di uscita dei segnali che furono usati per

conformarsi ai segnali d’ingresso e di uscita nello strumento base.

Acquisizione dei dati di misura

Tutti i segnali furono acquisiti individualmente e sincronica-

mente, con risoluzione di 24 bit e alla cadenza di 19.200 al se-

condo. Ciò rese possibile la gestione ed elaborazione dei valori

misurati in tempo reale. L’uso dell’interfaccia Ethernet integrata

garantiva che tutti i valori di misura rilevanti venissero salvati nel

PC del banco prova. La susseguente analisi dei dati grezzi salvati

venne effettuata dal software DAQ catman di HBM.

Automazione

Codesys-Soft PLC integrato e la diagnostica nel PMX migliorano

significativamente l’efficienza. Il PMX opera secondo la norma in-

dustriale 61131, diffusa in tutto il mondo, e consente processi di

controllo deterministici in tempo reale - proprietà molto impor-

tante in questo progetto per il sincronismo dei controlli del braccio

nel banco prova e della pioggia e climatizzazione. Il codice venne

creato nell’ambiente di sviluppo di Codesys e, verificata l’assenza di

Goccia dopo

goccia…