Interferometría de moteado cizallada aplicada al ensayo de palas de turbinas eólicas

La energía eólica suple de forma creciente una parte de las necesidades energéticas europeas, y esta tendencia va en aumento. El auge eólico ha fomentado una amplia variedad de soluciones en este campo energético y ha dado lugar a una diversidad de tamaños de palas que plantean unas exigencias elevadas a la hora de mantener la integridad y fiabilidad de las turbinas eólicas. Ahora bien, la mayoría de las técnicas de ensayo no destructivo empleadas hasta el momento han demostrado ser difíciles de utilizar en la inspección en campo de estructuras de turbina complejas bajo velocidades de viento elevadas.

En el marco del proyecto PHASEMASTER (Advanced spatial phase shifting techniques and applications to non-destructive testing of large engineering components on-site), financiado por la UE, se ha desarrollado y perfeccionado un sistema de interferometría de moteado cizallada junto con técnicas y algoritmos de desplazamiento de fase espacial que permiten detectar en campo y con fiabilidad defectos en turbinas eólicas de gran tamaño.

La interferometría de moteado cizallada utiliza la luz coherente proporcionada por un láser para iluminar la superficie de la pala. La luz reflejada genera un patrón moteado que se registra mediante una cámara digital. Los otros componentes del sistema de interferometría cizallada con desplazamiento de fase espacial comprenden una rendija óptica, un difusor, lentes para el tratamiento de la imagen y un prisma integrado con un polarizador lineal. Un cañón calefactor excita las muestras de las palas.

El equipo científico ha logrado desarrollar una serie de métodos y algoritmos para eliminar el ruido del patrón obtenido con la interferometría de moteado. Han desarrollado asimismo algoritmos de extracción de fases a partir de uno o múltiples patrones de franjas de interferencia.

En el primer caso han calculado la orientación de las franjas a partir del flujo óptico obtenido de dos interferogramas sucesivos y a continuación han determinado la fase de los patrones por transformada de fase espiral. Se han desarrollado algoritmos basados en un procedimiento iterativo de mínimos cuadrados, así como una técnica de posprocesamiento basada en el análisis de componentes principales, con el propósito de extraer la fase a partir de franjas de interferencia con desplazamientos aleatorios. Asimismo, el equipo ha conseguido demostrar nuevos algoritmos de compensación de fase que permiten abordar el movimiento en cuerpos rígidos de gran tamaño.

Este sistema innovador de interferometría de moteado cizallada con desplazamiento de fase espacial ha permitido identificar con éxito defectos subsuperficiales en estructuras de materiales compuestos. Además, ha permitido también detectar señales débiles correspondientes a defectos mediante el estudio de las franjas de interferencia dinámicas en un vídeo obtenido de los interferogramas. Se ha hallado que, de cara a la detección de los defectos más pequeños, el sistema de desplazamiento temporal de fases proporciona resultados más fiables a partir del análisis de un vídeo de imágenes moteadas.

Las técnicas ópticas innovadoras aportadas por el proyecto PHASEMASTER deben estimular a otros sectores industriales a aumentar la fiabilidad e integridad de los componentes tecnológicos.