Sistema para el control y gestión de las turbinas en plantas hidroeléctricas, que detecta y clasifica diferentes fenómenos de cavitación aún en sus estados más primigenios de avance

Datos

Acrónimo: CAV – TH
Referencia: RTC2019- 006947-3
Socios: Universitat Politecnica de Valencia e Instituto Tecnológico y de Energías Renovables.
Duración: 01/07/2020 – 31/12/2023 (42 meses)
Presupuesto: 449.118,2 €
Co-Financiación: Retos Colaboración 2019. Programa Estatal de I+D+i Orientada a los Retos de la Sociedad.

Resumen del proyecto

La energía hidráulica ya se considera una de las principales fuentes de energía renovable en territorio español, contando, según datos del pasado año 2.018, con hasta 20.380 MW de potencia instalada. Esta magnitud, supone que este tipo de energía es ya la tercera más utilizada en nuestro país, tan sólo por detrás de los ciclos combinados (26.284 MW) y la energía eólica (23.466 MW). Además, se debe poner de manifiesto que éste es un sector que presenta una clara tendencia alcista, pues en los últimos 13 años (año 2006, 17.018 MW), las cifras de potencia instalada se han incrementado en cerca de un 20%.

La energía hidráulica, es generada en instalaciones conocidas como centrales hidroeléctricas. En una central hidroeléctrica el agua, en su caída entre dos niveles, se hace pasar por una turbina hidráulica la cual transmite la energía a un generador donde se transforma en energía eléctrica. Debido a su coste y función, las turbinas se consideran puntos de vital importancia en la producción de energía eléctrica, siendo necesario mantener el máximo nivel de servicio durante toda su vida útil.

Uno de los principales problemas que se encuentra en las turbinas hidráulicas es la aparición de fenómenos de cavitación, siendo una de las principales causas de falla en este tipo de elementos. La cavitación es el resultado de la reducción de la presión del líquido a consecuencia de un cambio brusco en la velocidad del flujo, que provoca la formación de cavidades de vapor dentro del mismo. Asimismo, esta no sigue un patrón de formación constante, pudiendo presentarse de distintas formas en función del tipo de cavitación que actúe.

El objetivo general de CAV – TH es desarrollar un nuevo sistema de monitorización de turbinas de centrales hidroeléctricas capaz de detectar, en tiempo real y para cualquier tipología de turbina existente en el mercado:

• el riesgo de aparición de fenómenos de cavitación
• la existencia del fenómeno de forma prematura y fiable
• el tipo de cavitación, cuantificando su intensidad.

Para lograr con éxito el objetivo descrito, se desarrollará como solución el nuevo sistema CAV-TH, basado en la monitorización a tiempo real de las vibraciones y fluctuaciones de presión producidas en la turbina, acompañada de una potente algoritmia para la aplicación de técnicas de análisis modal operacional sobre los registros, y un modelo matemático, calibrado y validado, que permita tanto la particularización de la solución a cualquier tipología de turbina como la introducción de un carácter predictivo a la solución.

A continuación, se adjunta el esquema de funcionamiento de la solución:

A partir de los algoritmos desarrollados se logrará identificar cada tipología de cavitación existente, pues cada una de ellas lleva asociada una determinada banda de frecuencia. Así mismo, y con el objetivo de incrementar la precisión del sistema, un sensor de presión detectará las fluctuaciones registradas de este parámetro, para apoyar en la clasificación de aquellas tipologías de cavitación que se detectan a bajas frecuencias. Posteriormente, para cuantificar la intensidad y gravedad de cada tipo de cavitación, se empleará la medición de la amplitud del espectro de frecuencia, el cual irá aumentando, pero sin cambiar su forma, a medida que se incrementa la gravedad del fenómeno. Los resultados de la solución se mostrarán a través de una plataforma digital cloud-based, que permitirá a los clientes potenciales acceder directamente a los resultados obtenidos en cada turbina monitorizada.