CAV-TH Sistema para el control y gestión de turbinas en centrales hidroeléctricas, que detecta y clasifica diferentes fenómenos de cavitación incluso en sus etapas más primitivas de desarrollo.
Detalles
Acrónimo: CAV – TH
Referencia: RTC2019- 006947-3
Socios: Universitat Politecnica de Valencia and Instituto Tecnológico y de Energías Renovables.
Duración: 42 meses (del 01/07/2020 al 31/12/2023)
Presupuesto: 449.118,2 €
Cofinanciación: Retos Colaboración 2019. Programa Estatal de I+D+i Orientada a los Retos de la Sociedad.
Descripción general del proyecto
La energía hidroeléctrica ya se considera una de las principales fuentes de energía renovable en España, contando, según datos de 2018, con hasta 20.380 MW de potencia instalada. Esta magnitud supone que este tipo de energía ya es la tercera más utilizada en nuestro país, solo por detrás de los ciclos combinados (26.284 MW) y la energía eólica (23.466 MW). Además, cabe destacar que se trata de un sector con una clara tendencia al alza, ya que en los últimos 13 años (2006, 17.018 MW), la potencia instalada ha aumentado aproximadamente un 20%.
La energía hidráulica se genera en instalaciones conocidas como centrales hidroeléctricas. En una central hidroeléctrica, el agua cae entre dos niveles, pasando por una turbina hidráulica que transmite la energía a un generador donde se transforma en energía eléctrica. Debido a su coste y función, las turbinas son puntos vitales en la producción de energía eléctrica, siendo necesarias para mantener el máximo nivel de servicio durante toda su vida útil.
Uno de los principales problemas de las turbinas hidráulicas es la cavitación, una de las principales causas de fallo en este tipo de elementos. La cavitación es el resultado de la reducción de presión como consecuencia de un cambio repentino en la velocidad del flujo, lo que provoca la formación de cavidades de vapor en su interior. Asimismo, no sigue un patrón de formación constante y puede presentarse de diferentes maneras según el tipo de cavitación.
El objetivo general de CAV-TH es desarrollar un nuevo sistema de monitorización para turbinas hidráulicas capaz de detectar en tiempo real y para cualquier tipo de turbina:
- El riesgo de cavitación.
- La existencia de estos fenómenos de forma prematura y fiable.
- El tipo de cavitación, cuantificando su intensidad.
Para alcanzar este objetivo, se desarrollará el nuevo sistema CAV-TH, basado en la monitorización en tiempo real de las vibraciones y las fluctuaciones de presión producidas en la turbina. Este sistema estará acompañado de un potente algoritmo para la aplicación de técnicas de análisis modal de operación en los registros, y un modelo matemático calibrado y validado, que permite la personalización de la solución para cualquier tipo de turbina y la posibilidad de realizar predicciones.
El siguiente diagrama muestra el funcionamiento de la solución:
Los algoritmos desarrollados permitirán identificar cada tipología de cavitación existente, ya que cada una está asociada a una banda de frecuencia específica. Asimismo, para aumentar la precisión del sistema, se detectarán fluctuaciones de presión con un sensor de presión para facilitar la clasificación de las tipologías de cavitación detectadas a bajas frecuencias.
Posteriormente, para cuantificar la intensidad y la severidad de cada tipo de cavitación, se utilizará la medición de la amplitud del espectro de frecuencias. Esta aumentará su magnitud sin cambiar su forma a medida que aumenta la severidad del fenómeno. Los resultados de la solución se mostrarán a través de una plataforma digital en la nube, que permitirá a los clientes potenciales acceder directamente a los resultados obtenidos en cada turbina monitorizada.
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