Robótica e IA para manutenção preditiva das eólicas offshore

Drones aéreos, aquáticos e subaquáticos têm sido utilizados ao redor do mundo para realizar manutenções preditivas nos setores de eólicas offshore

Por Matheus Noronha, Mohamed Khalil e Matheus de Paula

O rumo para explorar o potencial da Economia do Mar está baseado na geração de energia limpa por meio de tecnologias de geração de energia elétrica. Dentre estas tecnologias, as eólicas offshore têm sido consideradas parte da vanguarda para escalar a geração de energia nos oceanos. As eólicas offshore tratam-se da produção de energia elétrica a partir da força dos ventos em alto mar. Os parques eólicos offshore podem estar localizados em águas rasas ou profundas, viabilizando o aproveitamento do potencial eólico das regiões em que são implementados.

O relatório Building a Sustainable and Resilient Ocean Economy publicado pela United Nations Conference on Trade and Development (UNCTAD) e o Departamento de assuntos Econômicos e Sociais estima que a Economia dos Oceanos representa de U$3 a 6 trilhões de dólares investidos por ano, gerando 150 milhões de empregos diretos nos setores de eólicas offshore, pesca, aquicultura, navegação, turismo, óleo e gás, mineração e biotecnologia marina.  Estes números convertem-se na importância dos setores de eólicas offshore aprofundarem-se em tecnologias adjacentes como Inteligência Artificial e Internet das Coisas (IoT) para ampliar a sua capacidade de preservação do ambiente, mitigação das mudanças climáticas e, consequentemente, colaborar com a transição energética.

Apesar do desenvolvimento das eólicas offshore em países como Reino Unido, China e Alemanha, alguns desafios ainda perpassam a rotina das organizações para que os projetos possam se tornar cada vez mais competitivos durante sua implementação. Para garantir o contínuo desenvolvimento da tecnologia, é necessário o aprofundamento na complexidade de engenharia que envolve a operação e manutenção (O&M) e fatores de inspeção, logística e manutenção. Dentre estes fatores, a manutenção preditiva tem se destacado por meio de alternativas tecnológicas que utilizam a Inteligência Artificial (I.A) e a Robótica para reduzir custos de O&M e antecipar possíveis manutenções necessárias nos diversos sistemas envolvidos.

A manutenção preditiva trata-se da atividade de monitoramento contínuo para identificar de forma antecipada a necessidade de possíveis reparos e manutenções. Esse tipo de manutenção permite antecipar falhas iminentes e sinais de deterioração em estágios iniciais, viabilizando a ação de contingência estratégica para realização de processos de manutenção. O processo conta com a coleta e análise de dados de operação associados a temperatura, vibração, pressão e corrente elétrica e permite que as corporações possam agir de forma antecipada para evitar possíveis prejuízos.

Adicionalmente, a manutenção preditiva difere-se da manutenção preventiva. A manutenção preventiva está baseada em planejamento e programação com antecedência para a sua realização, considerando por exemplo manutenções mecânicas, elétricas e eletroeletrônicas. Ao passo que a manutenção preditiva se trata do monitoramento contínuo das máquinas, peças e componentes que envolvem o projeto. A manutenção preditiva se resguarda a partir de programas e tecnologias que permitem a inspeção constante a partir da coleta e monitoramento de dados, tais como os famosos drones. O presente artigo concentra-se em clarificar e apresentar algumas soluções de I.A e robótica que têm sido utilizadas pelo setor de eólicas offshore para o processo de manutenção preditiva.

No setor de eólicas offshore, a manutenção preditiva pode permear desde a operação dos aerogeradores até os detalhes operacionais dos parques eólicos, envolvendo cabeamento, pás e outras peças e componentes fundamentais para a geração de energia. Essa manutenção preditiva para o setor de eólicas offshore tem agregado a conexão de Internet das Coisas (IoT) a partir de sensores interconectados com sistemas robóticos (drones) para indicar se componentes como pás ou turbina precisam de reparos e manutenções. Adicionalmente, a conectividade entre os sistemas amplia a acurácia dos diagnósticos de operação e manutenção com grandes quantidades de dados que são armazenadas e analisadas de forma inteligente a partir de soluções de Inteligência Artificial.

Deste modo, alguns drones aéreos, aquáticos e subaquáticos têm sido considerados ao redor do mundo para realizar essas manutenções preditivas, alinhando soluções de inteligência artificial e robótica no setor de eólicas offshore. Esses drones que se apropriam da I.A para sua operação são o reflexo do investimento intensivo em tecnologia para realização de inspeções rotineiras e constantes, diminuindo os custos de manutenção preventiva e minimizando riscos de falhas futuras.

A pesquisa seminal-científica A review: Challenges and opportunities for artificial intelligence and robotics in the offshore wind sector publicada na revista Energy and AI demonstra algumas soluções de manutenção preditiva que podem ser consideradas para auxiliar na operação e manutenção dos parques eólicos offshore. Na seção abaixo são apresentados alguns exemplos e casos de sucesso de robótica e inteligência artificial explorados no setor de eólicas offshore e que também foram supracitados no artigo científico:

Casos de Inteligência Artificial e Robótica para Manutenção Preditiva

As UAV (Unmanned Aerial Vehicle) são os drones que estão sendo muito utilizados nas inspeções por agentes treinados, já que a inspeção presencial se torna mais difícil e demorada, diante esse problema a utilização dos drones estão em alta.

Os UAVs estão desempenhando uma função crucial no desenvolvimento de técnicas automatizadas para as inspeções, controlando as reais condições das turbinas eólicas, bem como colaborando com a segurança, eficiência e redução de custos dos serviços de O&M.  Os UAVs podem ser utilizados para a inspeção das lâminas, naceles, torres e todos os componentes estruturais que envolvem os parques eólicos offshore.

Os Crawlers são drones com tecnologia de rastreamento, inspeção e monitoramento. Sobrevoam locais específicos, coletando dados como os “web crawlers” na internet. São usados para inspeção de infraestrutura, mapeamento de terrenos, vigilância e segurança. Possuem sensores especializados e são cruciais para a engenharia de controle e manutenção dos parques.

O drone AUV (Autonomous Underwater Vehicle) é um veículo subaquático autônomo elaborado para inspecionar e monitorar parques eólicos no oceano. O AUV é munido com sensores para constatar avarias e degradações nas estruturas submarinas, turbinas e cabos de transmissão, certificando a segurança e eficácia das operações em offshore.

O drone Quadrúpede é uma combinação de um drone com quatro motores, dois para rotação em sentido horário e dois para sentido anti-horário, com um robô de quatro pernas. Os quadrúpedes podem controlar turbinas eólicas a partir de uma inspeção em tempo real. Além disso, vale dizer que possuem uma ampla estabilidade, adaptabilidade e aplicações diversificadas na inspeção de diversos componentes que envolvem a cadeia produtiva das Eólicas Offshore.

Um dos modelos mais clássicos de Quadrúpede é o Spot, pelo qual possui uma ampla capacidade de navegação em distintos ambientes, além da capacidade de atuar fortemente no mapeamento 3D e, também, realizar atividades complexas.

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