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NUOVI SENSORI AIUTANO LO SVILUPPO DELLE TURBINE DI MAREA

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I sensori di coppia senza contatto di Sensor Technology stanno giocando un ruolo chiave nello sviluppo di turbine di marea su scala commerciale

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I sensori di coppia senza contatto di Sensor Technology stanno giocando un ruolo chiave nello sviluppo di turbine di marea su scala commerciale prodotte dalla società irlandese OpenHydro. L'azienda sta usando questi nuovi sensori, che si basano sulla tecnologia SAW (Surface acoustic wave), per misurare con precisione la velocità di rotazione e le forze di attrito in un simulatore per i cuscinetti delle turbine, permettendo così di ottimizzare le prestazioni e l'affidabilità dei suoi prodotti innovativi.

OpenHydro è un'azienda tecnologica che progetta e produce turbine marine

turbine marine per generare energia rinnovabile dai flussi di marea. La visione dell'azienda è di distribuire fattorie di turbine di marea sotto gli oceani del mondo, dove genereranno elettricità in modo affidabile e senza costi per l'ambiente. Questo metodo di produrre elettricità ha molti vantaggi.

Poiché le turbine sono sommerse, sono invisibili e non producono

rumore. E poiché sono sommerse a una profondità considerevole, non presentano rischi per la navigazione. Un vantaggio che è forse il più importante, tuttavia, è che le maree sono completamente prevedibili, il che significa che la produzione di energia delle turbine è altrettanto prevedibile. Non ci sono grandi variazioni stagionali e nessuna dipendenza dai capricci del tempo, come avviene con molte altre fonti di energia rinnovabile.

Raccogliere in modo affidabile ed efficiente l'energia dalle maree, tuttavia, richiede l'uso di una tecnologia innovativa e, nel caso di OpenHydro, questa prende la forma di turbine a centro aperto che possono essere installate direttamente sul fondo del mare. Chiaramente, l'installazione in un luogo così inaccessibile rende l'affidabilità una considerazione primaria nella progettazione e nella costruzione delle turbine. Per questo motivo, OpenHydro valuta attentamente e completamente le prestazioni di tutti i componenti utilizzati nelle sue turbine.

Per i cuscinetti, questa valutazione comporta l'uso di un simulatore che permette agli ingegneri dell'azienda di determinare come le forze di attrito nei cuscinetti variano con diversi carichi e velocità di rotazione. Centrale per il funzionamento di questo simulatore è la misurazione della coppia in un albero dal motore che aziona il cuscinetto in prova. Con i sensori convenzionali, è difficile effettuare questo tipo di misurazione della coppia in modo accurato e affidabile, ma la OpenHydro ha scoperto che il sensore TorqSense della serie RWT420 di Sensor Technology ha fornito una soluzione ideale.

Come tutti i sensori TorqSense, le unità RWT420 dipendono, per il loro funzionamento, da trasduttori ad onde acustiche di superficie (SAW). Questi trasduttori comprendono due sottili elettrodi metallici, a forma di "dita" intrecciate, su un substrato piezoelettrico come il quarzo.

Quando un segnale RF della frequenza corretta viene applicato al trasduttore, si creano delle onde acustiche superficiali, e il trasduttore si comporta come un circuito risonante.

Se il substrato viene deformato, però, la frequenza di risonanza cambia. Quando il trasduttore è attaccato a un albero di trasmissione, la deformazione del substrato e quindi il cambiamento della frequenza di risonanza sarà legato alla coppia applicata all'albero. In altre parole, il trasduttore funziona come un estensimetro dipendente dalla frequenza.

Poiché i trasduttori operano alle radiofrequenze, è facile accoppiare i segnali ad essi in modalità wireless. Pertanto, i sensori TorqSense possono essere utilizzati su alberi rotanti, e possono fornire dati in modo continuo senza la necessità di spazzole e anelli collettori, intrinsecamente inaffidabili e scomodi, che si trovano spesso nei sistemi tradizionali di misurazione della coppia.

"Abbiamo scelto l'RWT420 per il suo comodo funzionamento wireless, e perché era facile per noi da fissare in linea con un albero esistente nel nostro set up sperimentale", ha detto Kevin Harnett, ingegnere meccanico di OpenHydro. "Inoltre, questo modello di sensore ha un'elettronica integrata e un'uscita seriale, il che significa che possiamo collegarlo direttamente a un computer portatile nel nostro laboratorio di prova. Si tratta di una soluzione molto semplice e conveniente"

OpenHydro utilizza il sensore RWT420 insieme al software TorqView di Sensor Technology. Questo offre una scelta di quadrante, barra digitale e display grafico in formato grafico per la coppia, RPM, temperatura e potenza. Fornisce anche strutture per la tracciatura in tempo reale e per la registrazione dei dati, e può emettere i risultati memorizzati come file che sono compatibili con Matlab ed Excel.

"Abbiamo trovato sia il sensore che il software molto facili da usare", ha detto Kevin Harnett, "e il sensore ha dimostrato di essere ben in grado di sopportare le difficili condizioni operative del nostro laboratorio. Abbiamo anche ricevuto un eccellente supporto tecnico da Sensor Technology, che è stato molto utile dato che non avevamo mai lavorato prima con sensori di questo tipo. Nel complesso, siamo molto soddisfatti del prodotto e del servizio che abbiamo ricevuto, e il sensore sta fornendo dati inestimabili per il nostro lavoro di sviluppo"

La prova che questo lavoro di sviluppo sta producendo dividendi è stata ampiamente fornita alla fine del 2009, quando OpenHydro ha installato la prima turbina di marea su scala commerciale nella Baia di Fundy, in Canada, per conto del suo cliente, Nova Scotia Power

Questa unità da 1 MW è arrivata sul posto l'11 novembre ed era operativa, ruotando con le maree, raccogliendo dati e producendo energia il 17 novembre.