“Con los nuevos recubrimientos, las turbinas podrán girar más rápido para generar más energía o las palas se podrán fabricar más delgadas, reduciendo costes”
Entrevista a Álvaro Rodríguez, responsable del área de Energías Renovables Marinas del Centro Tecnológico de Componentes
En febrero de 2016 concluyó el proyecto europeo Acorn (Advanced Coatings for Offshore Renewable Energy) que ha supuesto la investigación en el desarrollo de recubrimientos protectores frente a la corrosión marina. El crecimiento de este mercado está relacionado con la construcción de nuevas estructuras que van desde la cimentación de las turbinas de energía eólica marina a los dispositivos de energía de las olas. Actualmente son necesarios sistemas con una duración superior a 20 años que ofrezcan una protección fiable contra la corrosión por ‘biofouling’ y la corrosión por cavitación que se produce sobre todo en las estructuras offshore fijas. Para combatir los efectos del ‘biofouling’, el proyecto Acorn utiliza la tecnología de la pulverización térmica de aluminio (TSA), proporcionando una matriz de recubrimiento con una vida media en el mar de más dos décadas, como nos explica Álvaro Rodríguez, responsable del área de Energías Renovables Marinas del Centro Tecnológico de Componentes.
Para situarnos. Usted ha participado en la investigación de nuevos recubrimientos para infraestructuras eólicas marinas. ¿Cuál era el objetivo inicial de dicho proyecto? ¿Se ha cumplido?
El proyecto buscaba desarrollar soluciones alternativas, altamente diferenciadas y patentables para solventar el problema de la corrosión, el ‘biofouling’ y la erosión generada por la cavitación en el largo plazo. Para ello se desarrollaron dos familias de recubrimientos. La primera pretende evitar la corrosión y el ‘biofouling’ durante más de 20 años para estructuras fijas (convertidores de oleaje, corrientes, aerogeneradores, etc.). La segunda con objeto de evitar la erosión generada por la cavitación en palas de turbinas marinas y con buenas propiedades anticorrosivas.
Todos los objetivos definidos al comienzo del proyecto se han cumplido y han surgido opciones de mejoras sobre los recubrimientos, que serán abordados en otro proyecto de I+D.
Álvaro Rodríguez, responsable del área de Energías Renovables Marinas del Centro Tecnológico de Componentes, fue el encargado de presentar los resultados del proyecto en el ICOE 2016.
¿La protección a la corrosión en medios marinos es uno de los principales retos a los que deben hacer frente estas estructuras?
Uno de los objetivos principales del proyecto Acorn es desarrollar una protección fiable contra la corrosión marina y el ‘biofouling’, un fenómeno producido por la adhesión de microorganismos, plantas, algas o animales en las superficies de contacto con el medio marino.
Sí, la corrosión marina y el ‘biofouling’ son dos de los problemas más importantes. Estos problemas suponen 50-80 mil millones de dólares anuales.
Las actuales infraestructuras instaladas, ¿qué índice de vida útil tienen? ¿Hasta qué punto los resultados de su proyecto alargarían esta cifra?
Si nos centramos en la familia de recubrimientos que pretenden evitar la corrosión y el ‘biofouling’, nos encontramos con que la vida estimada de las estructuras es de 20 años, si bien los recubrimientos actuales no protegen los materiales con los que se fabrican las estructuras (acero al carbono en un 99%).
Aproximadamente la vida de los recubrimientos orgánicos (pinturas) es inferior a 8 años. Ante esta situación, se presentan diferentes casuísticas. Para las pinturas, existe la posibilidad de repintar la estructura o permitir que se corroa. En el caso de los barcos es sencillo sacarlos a puerto y hacer las reparaciones necesarias. Sin embargo, cuando hablamos de energía eólica offshore fija esta opción no es posible, mientras que el caso de la eólica flotante tendría un coste muy elevado.
Ante esta tesitura, el comportamiento habitual es permitir la corrosión de la estructura, con lo que se pierde material y se compromete la integridad estructural de los aerogeneradores. La gran ventaja de la solución Acorn es que evita la corrosión y el ‘biofouling’ al mismo tiempo. Ahora, con los recubrimientos desarrollados es posible alargar la vida a más de 20 años.
La mejora que supone la familia de recubrimientos ideada para evitar la cavitación es que las turbinas pueden girar más rápido sin que se produzca un desgaste de las palas. Al girar más rápido se podrá producir más energía o se podrán fabricar palas más delgadas, con lo que se reducirán costes.
Reunión de seguimiento y revisión técnica del proyecto ACORN en las instalaciones de CTC Componentes por parte del equpo investigador.
Ustedes presentaron estos resultados ante la ICOE 2016. ¿Cuál es el balance?
Los resultados del proyecto fueron presentados en Santander a finales del año pasado.
También presentamos un poster y un artículo en el ICOE2016 con una acogida muy positiva en ambos casos. Se realizaron varias preguntas y surgieron colaboraciones de estos intereses.
CTC celebra en Santander el primer Workshop del proyecto Acorn
El Centro Tecnológico de Componentes (CTC) y la empresa cántabra Degima mostraron a finales de 2015 por primera vez los avances obtenidos en el proyecto de investigación Acorn, en el que se ensayan nuevos recubrimientos para combatir la corrosión y el ‘biofouling’, así como para reducir el efecto negativo dela cavitación en las turbinas y los convertidores de energía marina.
El objetivo del proyecto, finalizado en febrero de este año, era encontrar una solución patentable y duradera que ofrezca ventajas específicas para las estructuras offshore fijas, como las turbinas y los convertidores de energía de las olas. El uso de sustancias no contaminantes que evitan la corrosión por el ‘biofouling’ (fenómeno producido por la adhesión de seres vivos a las estructuras) es uno de los ejes de la investigación. El otro es el empleo de materiales muy duros que combaten la erosión provocada por la cavitación (desgaste derivado de la implosión de las burbujas que generan las turbinas con su propia actividad).
El proyecto Acorn ha contado con un presupuesto de 1.342.000 euros y se enmarca dentro del Instrumento Pyme del Programa Marco de la Unión Europea (FP7); un programa para que las también las pequeñas y medianas empresas puedan abordar procesos innovadores. De hecho desde el centro recalcan la estrecha colaboración que ha habido entre las pymes involucradas y los centros para obtener un resultado de gran valor añadido. Entre ellas, Degima, la única pyme española involucrada.
El trabajo del centro se ha basado específicamente en la parte del proyecto dedicada a reducir la erosión de los materiales producida por la cavitación. Además de los ensayos de corrosión sobre diferentes recubrimientos, los investigadores del CTC han realizado un modelado numérico hidrodinámico de una turbina. De este modo, pueden predecir dónde, cuándo y en qué condiciones de funcionamiento se produce la cavitación. Este trabajo permite al único Centro Tecnológico de la región continuar desarrollando dos de sus líneas más consolidadas a nivel internacional como son los estudios de corrosión y las técnicas de modelado numérico.
¿Les constan otros proyectos que avancen en una línea similar?
La tecnología desarrollada en el proyecto no está patentada por lo que no se pueden dar muchos detalles técnicos. Sí que sabemos que otros centros están comenzando ahora desarrollos similares a los que ya se han realizado en el proyecto Acorn.
Entrando más en detalle, sin datos confidenciales, exactamente, ¿puede resumirnos cuál es su propuesta para el nuevo recubrimiento?
En el proyecto se utiliza la tecnología de la pulverización térmica de aluminio (TSA), con el que se garantiza una vida media en el mar de más de 20 años. En esta matriz TSA se han introducido sustancias anti-incrustantes, respetuosas con el medio ambiente, que puedan estar expuestas gradualmente a la superficie activa del recubrimiento.
Sin embargo, la preocupación no es sólo por la corrosión. El medio marino supone también problemas de cavitación… ¿Qué peligros supone para una infraestructura de esta índole?
La cavitación es un fenómeno físico que se produce cuando la presión de un líquido se encuentra por debajo de la presión de vapor para esa temperatura. En el caso del agua marina, cuando las turbinas giran muy rápido o lo hacen cerca de la superficie, aparecen burbujas de vapor de agua. En algunas ocasiones, cuando estas burbujas se desplazan por la pala implosionan generando una onda de choque (explosión muy localizada), lo que erosiona los materiales. Estos daños, además de generar pérdidas económicas, hacen que la eficiencia de las turbinas se reduzca.
Al evitar la erosión generada por la cavitación es posible que la turbina funcione en momentos en donde la velocidad es muy alta y, por tanto, genere electricidad en vez de tener que parar la turbina.
Se ha identificado un proyecto en EE UU muy similar a este, si bien en este caso la aplicación era sobre turbinas de centrales hidroeléctricas.
La cavitación
La cavitación es un efecto hidrodinámico producido cuando el agua pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido debido a la conservación de la constante de Bernoulli. Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o cavidades. Éstas viajan a zonas de mayor presión e implosionan produciendo una estela de gas y un arranque de metal de la superficie en la que origina este fenómeno. La implosión causa ondas de presión que viajan en el líquido a velocidades próximas a las del sonido. Dichas ondas pueden disiparse en la corriente del líquido o pueden chocar con una superficie. Si la zona donde chocan las ondas de presión es la misma, el material tiende a debilitarse metalúrgicamente y se inicia una erosión que, además de dañar la superficie, provoca que ésta se convierta en una zona de mayor pérdida de presión y por ende de mayor foco de formación de burbujas de vapor. Si las burbujas de vapor se encuentran cerca o en contacto con una pared sólida cuando implosionan, las fuerzas ejercidas por el líquido dan lugar a presiones localizadas muy altas, ocasionando picaduras sobre la superficie sólida.
En resumen, se suele llamar corrosión por cavitación al fenómeno por el que la cavitación arranca la capa de óxido (resultado de la pasivación) que cubre el metal y lo protege, de tal forma que entre esta zona (ánodo) y la que permanece pasivada (cubierta por óxido) se forma un par galvánico en el que el ánodo (el que se corroe) que es la zona que ha perdido su capa de óxido y la que lo mantiene (cátodo).
Cada vez más las empresas apuestan por energía eólica marina de mayor envergadura. Su propuesta ¿tiene alguna limitación al respecto? Entiendo que es igualmente aplicable sea eólica marina offshore u onshore…
La familia 2 de recubrimientos puede aplicarse directamente a la industria de las turbinas marinas (mareas y corrientes) pero no a la industria eólica. El problema de la cavitación no se da en la eólica ya que únicamente se produce cuando las turbinas giran debajo del agua, es decir, son impulsadas por agua en vez de aire.
Sí que se podría aplicar el recubrimiento desarrollado a otras aplicaciones donde el desgaste sea un mecanismo de degradación principal.
Otro de los retos de la industria en general es el desarrollo de productos medioambientalmente responsables… ¿Su proyecto va también en esta línea?
Ambas familias son respetuosas con el medio ambiente. Fue uno de los requisitos iniciales del proyecto.
Para finalizar, actualmente, ¿en qué fase se encuentra el proyecto? ¿Quién producirá y cómo se comercializará el recubrimiento?
El proyecto ha acabado en febrero de este año. Los dueños de los recubrimientos son:
Familia 1: Alphatek y Degima; Familia 2: Tocardo y WaveDragon
Los recubrimientos se comercializarán principalmente a través de Alphatek y Degima, una empresa cántabra.
Entrevista a Luis San Segundo González, director financiero de Degima
Ante todo, ¿cómo entra Degima a participar en el proyecto?
Degima recibió la invitación de CTC de colaborar en un proyecto de recubrimentos marinos. Dado que Degima tiene una división de aplicación de pinturas, encaja dentro de su actividad una mejora de un recubrimiento marino aplicado a dispositivos flotantes estáticos.
¿Qué pide una empresa como la suya a los nuevos recubrimientos? ¿Qué requisitos deben cumplir?
Existen dos premisas fundamentales aplicables a los proyectos de innovación; por un lado la especificación de usuario final, esto es, que el producto sea factible en su aplicación. Dado que son los científicos y los tecnólogos los que realizan las investigacions en laboratorios, las condiciones de aplicación están muy controladas. En un taller hay, por ejemplo, diferentes grados de humedad, de presión. El pulso de la mano del operario no tiene la misma precisión que el brazo de un robot. Ha de poderse aplicar por ejemplo al aire libre. Son muchas las especificaciones que tiene que cumplir el resultado de la investigación para que se acerque lo máximo posible a una aplicación industrial o comercial. Por otro lado, hay que definir el grupo de ususarios finales; esto es, que los trabajos que realice la empresa sean susceptibles de aplicar la tecnología desarrollada en el proyecto. Para esto tenemos que focalizar los trabajos que habitualmenterealiza Degima y verificar que se puede aplicar sobre ellos la tecnología derivada del proyecto.
¿En qué ha consistido el trabajo de Degima dentro del acuerdo de colaboración con el CTC?
Degima es una pyme. Dentro de este proyecto se beneficia de los derechos de propiedad industrial e intelectual derivados de dicho proyecto, y lo que ha pretendido es acercar los resultados de la investigación lo máximo posible a la dinámica que tiene la empresa. Pongo un ejemplo: en la redacción del proyecto, uno de los socios tiene que investigar la fauna marina que se adhiere a las estructuras metálicas flotantes, (lo que en el proyecto denominamos ‘fouling’): esta Universidad que investiga es sueca y realiza la investigación del ‘foulingn’ en el mar del Norte; Degima solicita que se investigue el ‘fouling’ del mar Cantabrico, pues es aquí donde se prevee tenga una mayor aplicación.
Adicionalmente Degima fabrica y suministra las probetas sobre las que realizar la investigación. Realiza operaciones mecánicas para saber como se va a comportar el recubrimiento sobre pliegues, soldaduras, curva las probetas para aplicar el recubrimiento sobre diferentes ángulos.Fabrica y suministra prototipos, los trata con diferentes tipos de rugosidad mediante procesos mecánicos. Adicionalmente, y en función de los resultados que se van obteniendo del proyecto, procura enfocar o dirigir la investigación en aquellos aspectos que le pueden resultar de mas utilidad de cara al futuro.
¿Y qué les aporta esta innovación en recubrimientos en concreto? ¿Qué aplicaciones prevén a corto-medio plazo?
Partimos de la base de que este es un proyecto de investigación. Los resultados del proyecto no son aplicables al 100% sin más a un producto comercial.Hay que probarlo en dispositivos reales y comprobar que todo está funcionando de acuerdo a lo investigado. En suma hay que procurar ‘acercar a mercado’ los resultados de la investigación. En el futuro se pretende consolidar este recubrimiento como una alternativa a los sistemas de recubrimiento tradicionales para ‘alargar la vida’ de los dispositivos flotantes marinos, dado que ese es el principal objetivo del proyecto.
¿Cómo valoran la fórmula público-privada a la hora de desarrollar soluciones de I+D para la industria?
Este proyecto ha sido financiado por la Unión Europea al amparo del séptimo programa marco. En este programas quien tiene la capacidad y el mando de los proyectos son las Universidades y los centros tecnológicos fundamentalmente. Las empresas tenemos en este marco europeo (FP7) una capacidad de incidir en el proyecto relativamente escaso, y lo que pretendemos es sacar el máximo partido de la investigación. El nuevo marco en el que se desarrollan los proyectos ahora se denomina Horizonte 2020, y aquí las empresas tenemos más capacidad de decisión porque el proyecto se orienta más a la creación de industria, empleo y riqueza y, son precisamente las empresas las que se ocupan de este cometido. En este sentido creemos que el programa marco ha mejorado mucho. Es una formula muy válida para la transferencia de conocimiento de los centros tecnológicos y Universidades a las empresas.
Para finalizar, ¿prevén participar en otros proyectos de estas características? ¿Puede avanzarme alguno?
Sí, este es un proyecto de investigación, y como tal tiene sus carencias. Por ejemplo, sería conveniente dotar al recubrimiento de un pigmento o colorante puesto que en muchos casos lo exige la normativa. Por otro lado también nos sería conveniente ampliar el rango de fouling marinoque se evita su adherencia a la estructura. Queremos seguir participando con el grueso del consorcio en proyecto de investigación que mejoren —entre otros— estos aspectos. Para nosotros resulta de gran importancia nuestra relación con Centros Tecnológicos porque las pymes no somos científicos y tenemos que aprovechar estos programas para dar más valor a la empresa y poder así ampliar nuestra oferta de servicios y buscar nuevos segmentos de mercado.
