Claire Swedberg
A GE Hydro, empresa global de energia GE Renewable Energy, sediada em Grenoble, França, expandiu um piloto de sensores sem fio baseados em RFID para rastrear as condições em torno de suas peças giratórias dentro dos geradores, a fim de obter dados de gerenciamento de tensão e temperatura. As etiquetas são presas a hastes (também conhecidas como postes salientes) que giram em torno de rotadores e transmitem condições, aproveitando a energia da tecnologia RFID, eliminando assim a necessidade de fios ou baterias.
O sistema implanta as etiquetas RFID personalizadas da HID Global com os chips sensores da Asygn e leitores RFID da Impinj com antenas da SensThys. O próprio sistema de gerenciamento de software da GE Hydro captura dados de sensores em dezenas de polos em cada rotor, permitindo detectar possíveis falhas ou a necessidade de manutenção no equipamento gerador de energia.
A etiqueta RFID personalizada e a solução completa permitem que a concessionária de energia renovável otimize a geração de energia com base em dados relacionados a quando cada rotor está funcionando da melhor maneira possível ou quando a carga pode ser muito alta. O sistema está sendo testado nas instalações da GE Hydro no Canadá e na França (a empresa se recusa a nomear especificamente essas instalações), e o teste-piloto deve continuar ao longo deste ano.
A solução resulta de uma extensa engenharia por parte da HID e da Asygn para criar uma etiqueta de sensor que não apenas captura os dados do sensor, mas também transmite essas informações de forma confiável em alta velocidade, pois as etiquetas são fixadas em pólos salientes que giram a uma taxa de 800 rotações por minuto. Eles devem transmitir em alta velocidade enquanto giram em torno de um leitor fixo e devem fazê-lo em um ambiente contendo metal e água. O objetivo da empresa é otimizar a disponibilidade e evitar interrupções não planejadas, de acordo com Christian Mirus, gerente de desenvolvimento de negócios de IoT da HID Global.
O projeto foi lançado em 2018, quando a empresa buscou uma solução baseada em tecnologia para obter uma visão em tempo real da saúde de seus rotores e, assim, reduzir o risco de falhas inesperadas, fornecendo dados sobre as condições dos equipamentos. Se a temperatura dos rotores aumentar, por exemplo, isso pode indicar um potencial problema mecânico que pode causar danos a todo o sistema ou que pode exigir um desligamento para reparo.
“Quando você para esse tipo de máquina”, explica Mirus, “talvez você precise pará-la por semanas para fazer manutenção”, durante as quais a geração de energia pode ser afetada. Desde o lançamento, a HID trabalhou com a Asygn para criar três gerações da etiqueta, e a Mirus diz que as instaladas nas duas instalações estão operando com sucesso.
A Asygn fabrica chips de sensores RFID UHF que detectam uma variedade de condições e transmitem os dados resultantes aproveitando a energia recebida de um leitor RFID. O chip único pode medir várias condições e responder à interrogação pela maioria dos leitores RFID UHF EPC padrão. A HID construiu uma etiqueta RFID em metal na qual o chip Asygn está embutido, personalizando a antena da etiqueta para operar nas condições únicas de uma usina hidrelétrica. Este ano, a GE Hydro queria expandir a solução para rastrear a tensão.
“Com a segunda fase do teste”, afirma Mirus, “não estamos apenas fornecendo a temperatura, mas também medindo a tensão na conexão entre os pólos do rotor”. Cada turbina vem com rotores e uma série de polos conectados a esses rotores que ficam submersos e giram com o movimento da água que flui ao seu redor, gerando eletricidade. Os conectores que estão sendo monitorados quanto à temperatura e tensão estão localizados acima da água, enquanto as etiquetas da HID são fixadas dentro desses conectores em cada poste.
O ambiente apresenta desafios únicos para a tecnologia RFID. Primeiro, as etiquetas são expostas a temperaturas superiores a 100 graus Celsius (212 graus Fahrenheit). Portanto, os engenheiros da HID construíram a etiqueta em metal para não apenas sustentar o calor, mas também transmitir com a mesma distância de leitura – aproximadamente 1,5 metros (4,9 pés) – estejam eles expostos ou não a altas temperaturas.
Outro desafio foi fixar cada tag com o chip posicionado para medir a temperatura e a tensão no poste, em vez de outro material ao seu redor. A etiqueta foi projetada para ser montada diretamente no metal, com o chip posicionado contra a superfície metálica que está sendo rastreada.
O maior desafio, no entanto, pode envolver a rotação do rotor. O sistema gira a uma taxa de 800 voltas por minuto, fornecendo aproximadamente 10 milissegundos para o leitor transmitir energia para energizar o chip e, em seguida, receber as leituras do sensor do chip. As antenas de tag são otimizadas para transmitir neste ambiente em alta velocidade. À medida que o leitor interroga a etiqueta, o chip da etiqueta deve receber essa energia, realizar as medições do sensor e transmitir de volta, tudo dentro desse período de 10 milissegundos.
Ao adicionar o sensor de deformação à solução existente, a GE Hydro espera capturar mais dados sobre possíveis problemas ou mau funcionamento do equipamento. Sob calor, por exemplo, as placas de metal se expandem, o que Mirus diz que pode levar a uma ruptura real. Com a tecnologia, a GE Hydro espera detectar não apenas essas mudanças de temperatura, mas também como as flutuações afetam a integridade das peças metálicas. Um leitor Impinj Speedway R420 com antenas SensThys SensRF-101 captura números EPC e UID, juntamente com dados adicionais do sensor, em um bloco de memória dedicado para leituras do sensor.
A solução não apenas pode detectar quaisquer problemas que ocorram em tempo real, mas também permite que a concessionária gerencie melhor a manutenção preventiva, rastreando as condições ao longo do tempo. Por exemplo, ao capturar dados regularmente e detectar mudanças graduais nas condições, o sistema RFID pode fornecer análises sobre as condições que causam essas mudanças, bem como monitorar a rapidez com que as peças se degradam e, portanto, quando a manutenção preventiva precisa ser programada.
Esses dados podem possibilitar que a manutenção programada ocorra apenas quando necessário, bem como permitir que a programação seja mais direcionada para a vida útil e as condições reais do equipamento. Além disso, os dados de temperatura e tensão podem gerenciar o fluxo de água através de cada turbina, garantindo que os níveis de água não causem tensão desnecessária, e o sistema pode ajustar o fluxo de água se for detectada tensão.
A longo prazo, a HID Global e a Asygn planejam comercializar o sistema de detecção sem fio para uso por outras empresas de serviços públicos. Eles pretendem disponibilizar a tecnologia para aplicações em saúde, agricultura e outros setores também.