¿Cómo proteger
los parques
eólicos cubanos?

Por
José Luis Pifferrer Martínez*


Influencia de los parámetros ambientales agresivos sobre
el parque eólico de Gibara 1.

 

El viento, al considerarlo como recurso energético, tiene sus características específicas: es una fuente con sustanciales variaciones, a pequeña y gran escalas de tiempo, y espaciales, tanto en superficie como en altura, contando además con una componente aleatoria que afecta en gran medida su variación total. El estudio del comportamiento del viento en cada lugar resulta de importancia transcendental para la obtención de datos que permitan una selección adecuada de la turbina a utilizar en dicho sitio, a un punto tal que es determinante para garantizar los mejores resultados económicos del proyecto en cuestión.

En el 2005, como parte de la Revolución Energética se comenzaron a ejecutar varias inversiones aprobadas por el Estado. Entre ellas se potenció el crecimiento de las fuentes de energía renovables (FRE), y en Gibara se concretó la construcción de dos parques eólicos, debido al potencial de la zona costera, y su aprovechamiento para incrementar la producción de energía,
y asumir la demanda eléctrica del municipio. Sin embargo, estas inversiones se realizaron sin tener en cuenta el grado de agresividad corrosiva de la región.

El clima de Cuba se ha identificado como tropical estacionalmente húmedo, con influencia marina y rasgos de semicontinentalidad. Todo esto hace que la circulación atmosférica sobre Cuba tenga un carácter complejo y heterogéneo, determinada por su posición geográfica, su carácter insular, incluyendo su propia forma y orientación con respecto al flujo sinóptico predominante, haciéndose notar la presencia de los alisios, más en el oriente que en el occidente del país. Predominan dos períodos climatológicos: lluvioso (mayo-octubre) y poco lluvioso (noviembre-abril), en los que se manifiestan alrededor de ocho situaciones sinópticas, que demuestran la sustancial diferencia en los procesos circulatorios de los vientos sobre las regiones occidental y oriental.

Por otra parte, la circulación local de brisas se produce en áreas costeras, originada por contrastes de temperatura y presión entre las superficies del mar y la tierra. El ciclo diurno recibe el nombre de brisa marina, y el nocturno, terral o brisa terrestre. La brisa se definió, para condiciones no continentales y bajas latitudes, como una de las componentes del viento real medido en los instrumentos, que en ausencia total de cualquier otro flujo perturbador, surge perpendicular a las líneas costeras. La altura de dicho flujo generalmente oscila entre 0,5 y 4 km, en dependencia de las condiciones de estabilidad de la atmósfera. La brisa marina, luego de formarse en una estrecha franja del litoral costero, puede alcanzar sobre tierra distancias
de 20 a 40 km.

Además, se ha determinado que la ocurrencia de vientos máximos en Cuba está asociada
a la presencia sobre nuestro territorio de determinados tipos de situaciones sinópticas: los organismos ciclónicos tropicales, bajas extra tropicales, sistemas frontales, altas presiones continentales y oceánicas, y las típicas tormentas locales del verano. Los ciclones tropicales
que cruzan sobre nuestro territorio, o se desplazan por los mares adyacentes, son los sistemas que generan los máximos más notables de la velocidad del viento (Fig. 1).

 
Fig. 1. Los ciclones tropicales generan las mayores
velocidades del viento en Cuba.
 

Por tanto, se debe considerar como aspecto fundamental, al seleccionar la turbina eólica
a instalar, su posición dentro del territorio nacional, teniendo en cuenta, además, la distancia
de la costa, la existencia de sistemas montañosos, el aprovechamiento de bajas velocidades
del viento, que soporte el mayor valor de velocidad de viento (racha) instantáneo, entre otros.

Por otra parte, la temperatura media de nuestra región es relativamente alta, lo que trae consigo una elevada humedad relativa, condiciones obligadas a tener en cuenta a la hora de la selección de cualquier tipo de tecnología a instalar. Aunque normalmente los aerogeneradores que se construyen en la actualidad están diseñados para trabajar entre los –20 °C y los +40 °C, y la mayoría de los constructores solo hacen pequeñas variaciones en el diseño para que la máquina trabaje en el mar. No obstante, este aspecto resulta de interés debido al alto grado de corrosión que afecta al Sistema Electroenergético Nacional (SEN), ya que la forma de la isla combinada con la alta temperatura promedio y la constancia de los vientos, provocan un efecto de aerosol
de agua marina sobre todo elemento en tierra, principalmente en las zonas costeras.

Este aspecto tiene mayor peso en el diseño de los parques eólicos, ya que se ha determinado que la corrosión en partes metálicas, componentes eléctricos y electrónicos, es entre 1,5 y 1,8 veces mayor en oriente que en occidente, siendo las regiones de Holguín y Guantánamo las de mayor incidencia (40%).

Las zonas costeras hasta 1 km de distancia al mar sin el efecto de apantallamiento, presentan un nivel de agresividad corrosiva alta y extrema de manera constante en el tiempo. La costa norte presenta un nivel de agresividad mayor que la sur; este efecto se debe a que la dirección predominante del viento en Cuba es del noreste.

Por estas razones, se contrató la realización de un estudio para medir y comprobar cómo es
el comportamiento de estas variables en la zona. Como resultado, el Grupo de Protección de Materiales, perteneciente al Departamento de Investigación y Desarrollo de la Dirección de Química del Centro Nacional de Investigaciones Científicas (CNIC), llevó a cabo la realización
del servicio científico-técnico: «Estudio y determinación de la agresividad corrosiva en la zona
de desarrollo eólico de Gibara, Holguín».


Objetivos

El objetivo general del proyecto es realizar un estudio basado en la influencia de la agresividad corrosiva en una zona de desarrollo eólico, con vistas a incrementar el tiempo de vida útil de los futuros parques que se construirán en las costas cubanas y en otras zonas de interés en el país.

Los objetivos específicos, son:

• Realizar un estudio de diagnóstico en la infraestructura del parque eólico de Gibara 1, con el propósito de solucionar los problemas que existen actualmente en cuanto a su deterioro, por la influencia de la agresividad corrosiva.
• Mostrar el comportamiento en el tiempo de las velocidades de deposición de iones cloruro, compuestos de azufre, material particulado, concentración de NO2 y velocidad de corrosión en
el parque, y su variación con la distancia al mar.
• Determinar los niveles de agresividad y los tipos de atmósferas en la zona de estudio.
• Demostrar cuáles pudieran ser los factores ambientales que más influyen en el deterioro de los componentes de un parque eólico, por el fenómeno de la corrosión. Los factores que influyen en la corrosión atmosférica son: humedad relativa, temperatura, impurezas de la atmósfera, naturaleza del material metálico y tipos de atmósferas.


Niveles de agresividad en la zona de estudio

Lo que se recomienda es monitorear cada variable en el tiempo, como por ejemplo, la velocidad de deposición de iones cloruro, compuestos de azufre, material particulado y concentración de NO2. La confirmación de los niveles de agresividad debe realizarse a un año de exposición de las probetas. Esto sirve para comparar el pronóstico de los niveles de agresividad en diferentes estaciones del año, sobre todo entre el invierno y el verano, así como el comportamiento de la velocidad de corrosión en el tiempo de exposición.
La velocidad de corrosión se determina por los métodos convencionales basados en la diferencia de peso y espesor, en función del área en las probetas y su tiempo de exposición.


Zonas exteriores de los aerogeneradores


Se comenzó valorando el trabajo anticorrosivo realizado en las zonas exteriores de los seis aerogeneradores del parque Gibara 1, y posteriormente en los interiores.
Es importante destacar que los seis aerogeneradores presentaron daños por corrosión
en ambas zonas. El factor fundamental que influyó en la corrosión fue el paso del huracán Ike.
Se toma como referencia el informe de la segunda etapa del trabajo.

El daño principal debido a la corrosión en las zonas exteriores de los aerogeneradores se encontró en las torres, sobre todo en las partes más bajas. Las afectaciones ocurrieron producto a la fuerte abrasión durante el paso del huracán.

Esta acción pudiera provocar, como bien se conoce, la pérdida del recubrimiento, pero además, crear irregularidades en los metales desnudos (sin recubrimientos), provocando una mayor cinética en el proceso corrosivo. La corrosión que aparece debido a la abrasión es considerada como una corrosión con efecto mecánico. Este efecto no es más que el contacto entre el material particulado y la superficie del metal debido a la acción del viento. A medida que se incrementa el efecto de la abrasión, mayor pudiera ser la corrosión atmosférica, sobre todo
si existe una humedad suficiente en la superficie del metal, más la acción de los contaminantes atmosféricos (cloruros, sulfatos, compuestos de azufre, nitratos, carbonatos, entre otros),
es decir, la combinación de un mecanismo mecánico-electroquímico que acelera de manera considerable la corrosión atmosférica. Durante el proceso de chequeo a los trabajos realizados, se detectaron tres problemas.

El primero consistió en la selección no adecuada del sistema de pintura empleada como recubrimiento y protección en las torres. La pintura seleccionada como primario anticorrosivo,
es decir, la primera capa, fue FSD-6206-TKROM. Este primario está compuesto por xileno, tolueno, metanol, y el secante a base de plomo; su coloración puede ser azul o roja, y en este caso fue roja. Este producto no es el más recomendado para un sistema de protección de estructuras a base de pinturas en zonas muy próximas al mar. En su lugar debió aplicarse
un primario anticorrosivo rico en cinc (fosfato de cinc), más recomendado en los sistemas de protección a base de pinturas para las estructuras que se encuentran en atmósferas costeras
e industriales.

El segundo problema se debió también a la mala selección de la pintura como acabado final.
Se utilizó un esmalte sintético brillo. En su lugar debió usarse un esmalte uretano del mismo color, que son los que más se tienden a usar en los acabados finales en sistemas de protección a base de pinturas, también en zonas de alta y extrema agresividad corrosiva.

El tercer problema está relacionado con la no aplicación de una capa intermedia entre el primario y el acabado final. Esta capa es la que garantiza el efecto protector contra la corrosión, debido
a que posee mayores espesores de película húmeda y seca.
No obstante, para la solución de dichos problemas se hace muy necesaria la aplicación precisamente del esmalte uretano como acabado final en las zonas rehabilitadas (Fig. 2).

 
Fig. 2. Zonas rehabilitadas por corrosión en una de las torres.
 

Este producto es compatible con el referido en la descripción del segundo problema, y se debe tratar de que sea del mismo color de la torre. Primeramente se debe ejecutar un lavado manual con agua para la eliminar la grasa, el polvo y sobre todo las sales de iones cloruros depositadas en la superficie. Posteriormente, un secado al sol; es por eso que ese trabajo debe realizarse
en buenas condiciones del tiempo. De esta manera se garantiza un mayor tiempo de durabilidad y vida útil de los aerogeneradores.

La confirmación de la baja efectividad de este sistema de protección a base de pintura se aprecia en las zonas más bajas de las torres (Fig. 3b). Se observa la existencia de corrosión, sobre todo en las zonas muertas.

 
Fig. 3. Corrosión en la zona baja de las torres, a) antes de la rehabilitación,
b) después de la rehabilitación.
 
De forma general, el daño por corrosión es mucho menor en comparación a cómo se encontraba dicha zona hace un año (Fig. 3a).

Es conveniente recordar que en las estructuras la corrosión es más intensa en las zonas más bajas. Esto se debe a que las sales de iones cloruro presentan un efecto gravitatorio, es decir,
se depositan en las zonas más bajas, donde en presencia de la película de agua condensada en la superficie metálica, ocurre la corrosión. Las sales de iones cloruro se encuentran en el aerosol marino en una concentración entre 5 y 10% del total de las partículas. Estas sales representan hasta 95% del total de la masa, es decir, son las que más pesan, de ahí su efecto gravitatorio.


Zonas interiores de los aerogeneradores

La valoración de los trabajos realizados en las zonas interiores, donde también existían daños
por corrosión, se dividió en dos partes. La primera, relacionada con los trabajos ejecutados en
las uniones intermedias. La segunda, en las zonas más bajas en los interiores de los aerogeneradores, específicamente en las virolas que se apoyan en las bases de hormigón armado.

Con relación a la primera parte, se siguió de manera detallada el proceso de rehabilitación,
y se aplicó el mismo sistema de pintura, como en las zonas exteriores dañadas por corrosión.
Aquí el sistema de pintura ha demostrado una mejor efectividad (Figs. 4a y 4b). La razón fundamental se debe a que el nivel de agresividad corrosiva en el interior pudiera ser mucho
menor en comparación con los exteriores, sobre todo con el incremento de la altura.

 
Fig. 4. Efectividad del sistema de protección empleado en una de las uniones en el interior de las torres, a) antes de la rehabilitación, b) después de la rehabilitación.
 

Las zonas más afectadas por corrosión en el interior de las torres se encuentran en las virolas que se apoyan en la bases de hormigón armado (Fig. 4a). El proceso de rehabilitación se llevó a cabo de manera exitosa. Se nota la diferencia entre una zona con los daños por corrosión debido a la penetración del mar, y la otra después de un año de su rehabilitación (Fig. 4b). La rugosidad que se observa en las virolas de apoyo rehabilitadas se debe al producto de corrosión que existió, el cual fue casi totalmente eliminado.

Se hace muy necesario aplicar en estas zonas una capa de pintura epóxica de mejor calidad.
Se puede correr el riesgo de una futura penetración del mar, y que el sistema de pintura aplicado, el cual fue descrito anteriormente, no resista la fuerte abrasión y la corrosión.

Los tipos de pintura epóxica para esto pudieran ser el mismo producto a emplear como capa de acabado final en zonas de elevada agresividad, el primario anticorrosivo rico en cinc o la barrera epóxica, la cual se usa como capa intermedia en los sistemas de rehabilitación. La aplicación de ambos productos pudiera ser la solución más efectiva, teniendo en cuenta los tiempos de secado y el repinte en la capa primaria.

De igual forma, en las figuras 5 y 6 se puede observar el grado de agresividad de las muestras estudiadas en los diferentes sitios instalados, tanto en el exterior como en el interior de los aerogeneradores, destacando en cada una de ellas las distancias de la costa donde fueron ubicadas, observando los cuatro materiales metálicos estudiados, acero al carbono, aluminio, cobre y acero galvanizado (de izquierda a derecha en ese orden).

De acuerdo a esta observación visual se advierte de forma clara que existe una mayor corrosión en las probetas metálicas para los cinco materiales que se estudian, colocados en el sitio exterior de la torre 1, la más cercana al mar. Es válido recordar que en cada sitio exterior se colocaron tres probetas de cada material. Para este sitio solo queda una probeta de acero al carbono. Las otras dos fueron fuertemente atacadas por la corrosión, provocando su deterioro considerable. Se puede apreciar que para el sitio ubicado a una mayor distancia del mar (Laguna Blanca), las probetas de este material metálico no han perdido prácticamente su brillo metálico en las superficies (Fig. 5).

 
Torre 1. Exterior (50 m del mar).

Grupo Electrógeno (200 m del mar).

Los Cocos (500 m del mar).

Los Altos (700 m del mar).

Laguna Blanca (1 360 m del mar).

Fig. 5. Observación visual de las probetas metálicas colocadas
en los cinco sitios exteriores.
 

Metodología del tratamiento

• Enjuagar con agua potable a chorro manual la zona dañada, para eliminar el polvo existente
y las partículas de sales de iones cloruro.
• Tratamiento superficial con cepillos de alambre, aplicado de forma transversal para eliminar
el producto de corrosión, hasta ver a simple vista el acero base.
• Enjuagar para eliminar el polvo restante del tratamiento.
• Aplicación de la primera capa de pintura, primario anticorrosivo rico en cinc (fosfato de cinc).
• Después de un tiempo de secado de más de 12 horas de la primera capa, se aplica la segunda capa, la cual consiste en la barrera epóxica. Se debe garantizar que esta capa tenga un mayor espesor que la anterior.
• Por último, aplicar la capa de acabado de esmalte uretano del mismo color, después de un tiempo de secado a más de 12 horas de la capa anteriormente aplicada.

 
Torre 1. Interior

Fig. 6. Observación visual de las probetas metálicas
colocadas en el interior de las torres.
 

Otro de los problemas presentes es la contaminación de las tarjetas eléctricas y electrónicas
en el interior de los armarios de la torre, ya que en sus puertas existe un sistema de ventilación inclinada que permite el flujo de aire a su través, necesario para su buen funcionamiento.
No obstante, un detalle significativo fue la colocación de mallas con una capa de lana en el medio, que actúa como filtro de aire, siendo este uno de los métodos más prácticos para combatir la corrosión durante la operación del equipo. Con la aplicación de este sencillo método se ha podido detectar un mejor comportamiento de estos circuitos frente a una elevada agresividad corrosiva, como la que ha comprobado nuestra tecnología (Fig. 7).

 

Fig. 7. Malla colocada para filtrar el aire que entra en el interior del aerogenerador.
 

La tabla 1 muestra los diferentes productos a aplicar para controlar la contaminación presente hoy en las torres de los aerogeneradores, con los cuales se logra mantener una correcta y adecuada superficie luego del tratamiento.

Tabla 1
Nomenclatura de los productos a utilizar
para el tratamiento a las partes dañadas


Conclusiones y recomendaciones

El tratamiento superficial realizado en las áreas dañadas por la corrosión en las zonas exteriores e interiores, se realizó de forma adecuada; sin embargo, para condiciones exteriores no se aplicaron los productos necesarios con el propósito de aumentar la durabilidad y el tiempo de vida útil de los aerogeneradores.
Por ello se recomienda:

• Aplicar los sistemas de protección a base de las pinturas indicadas en este trabajo, para las zonas dañadas por la corrosión.
• Ejecutar las futuras inversiones de este tipo de tecnología a una distancia prudencial de la costa, para minimizar la afectación de la agresividad por la corrosión.

* Empresa Eléctrica Holguín, Cuba.
e-mail: pifferrer@elechol.une.cu