La generación de energía en el país se ve afectada por fallas que no se detecta fácilmente. FOTO: archivo particular

El rotor (parte giratoria) de una máquina en una central hidroeléctrica pesa hasta 120 toneladas y gira entre 400 y 500 revoluciones por minuto (rpm), así que cualquier tipo de daño inesperado implicaría no solo detener la producción de energía, sino todo un despliegue logístico para verificar y reparar cualquier deterioro interno de esta pieza.

No descubrir a tiempo una falla en el rotor puede causar importantes daños, cuyos costos de reparación superan los 2 millones de dólares, es decir, 6.500 millones de pesos aproximadamente.

El profesor Guillermo León Mesa Betancur, coordinador del Grupo de Investigación en Tecnologías Aplicadas (gita), de la Facultad de Minas de la Universidad Nacional de Colombia (un) Sede Medellín, explica que la localización temprana de posibles errores previene inversiones destinadas a la reparación de máquinas que se dañan por desperfectos no divisados a tiempo.

“Con este sistema podemos mirar pequeñas anomalías que se camuflan en medio de la operación diaria de los generadores. De alguna manera, es como detectar inconvenientes técnicamente imperceptibles por sistemas convencionales, pero que pueden evolucionar hasta convertirse en un problema grave o costoso”, explica el docente.

Según el docente, los servicios públicos deben ser de buena calidad, en el caso de la energía, que no falten y el suministro sea estable. Por ejemplo, en el ámbito domiciliario la idea es que se reciban siempre 100 voltios y 60 hercios.

Durante la última década cerca del 80 % de la energía eléctrica consumida en el país es de origen hídrico, lo cual prueba la alta dependencia de este recurso. De ahí, que además de los consecuentes riesgos de abastecimiento energético frente a variaciones hidrológicas, como el Fenómeno de El Niño, o los estimados a futuro por el cambio climático, también se debe tener en cuenta el óptimo funcionamiento de máquinas tan grandes como los generadores de energía, pues su fallo podría provocar algún colapso y exponer al sector eléctrico a un problema crítico.

Al respecto, menciona, aunque existen sistemas de localización de fallas en el rotor, estos implican su extracción de la máquina para incorporar sensores, un proceso que tarda alrededor de un día y puede costar aproximadamente 700 millones de pesos, por tanto, se requería una estrategia no invasiva para identificar desperfectos sin suspender la operación de los generadores.

Invención patentada

Algunas de las ventajas que ofrece la tecnología, inicialmente denominada Sistema de Diagnóstico de Rotores de Grandes Generadores Hidráulicos desarrollado por la un Sede Medellín, es la instalación y desinstalación del generador eléctrico sin afectar su funcionamiento. Por otro lado, el sistema ayuda a programar el mantenimiento del generador. Durante 2016 se iniciará con las definiciones de posibles modelos de negocio asociados a la tecnología.

Este nuevo producto, que se desarrolló conjuntamente con las Empresas Públicas de Medellín (epm) y el apoyo de la Vicerrectoría de Investigación de la un, empezó a diseñarse hace cinco años, cuando epm cuestionó cuáles eran aquellos problemas que causaban inconvenientes en los generadores, díficiles de identificar porque se presentaban durante la operación normal de las máquinas.

El profesor Mesa explica esta tecnología con un ejemplo: “pensemos en un avión, el ruido que generan sus motores en pleno vuelo puede ocultar pequeños crujidos, que pueden ser normales, pero también el comienzo de defectos delicados que podrían llevar a que ese avión sufra un accidente. Para este caso, el método que inventamos detecta esos crujidos y los estudia sin que el avión detenga su operación”.

El dispositivo está conformado por módulos electrónicos, que pueden ubicarse en diferentes partes del generador eléctrico, conectados a través de fibra óptica; esto garantiza que la máquina no tenga interferencias y por ende no realice paradas abruptas. Para ello, se conecta a los rotores a través de un sistema de adquisición de datos, y la información recolectada se analiza a partir de algoritmos creados por los investigadores.

El equipo, destaca el coordinador del gita, identifica las fallas incipientes en el rotor de tipo eléctrico, asociadas al estado eléctrico del devanado del rotor (bobinas de cobre), las cuales pueden repercutir de forma paulatina en problemas mecánicos más graves.

“Se trata de defectos muy complejos porque son prácticamente invisibles para los equipos convencionales de medida y protección, debido a que, en los niveles de operación normal de la máquina, las corrientes eléctricas del rotor son muy altas y las fallas se presentan en el orden de milésimas de amperios (unidad de intensidad de corriente eléctrica)”, explica el investigador.

Para probar su alta sensibilidad, se realizaron pruebas de medición de nanovoltios con un equipo convencional y se compararon con otra medición realizada por el dispositivo diseñado. “Además de que nuestro sistema nos permitió ver muy pequeños cambios de voltaje (nanovoltios registrados por el nanovoltímetro), también nos ofreció la posibilidad de valorar otras especificaciones técnicas como el ancho de banda, el cual es importante porque permite evaluar otras dinámicas del rotor”, amplía Raúl Esteban Jiménez, magíster en Ingeniería Eléctrica y estudiante de Doctorado en Ciencias–Física.

Para el ingeniero Jiménez, el equipo es la materialización de un concepto que comprende varios aportes tecnológicos en la adquisición de la señal, en su procesamiento y en el análisis de los resultados.

Aportes en medicina

Según los ingenieros Mesa y Jiménez, el Sistema de Diagnóstico de Rotores de Grandes Generadores Hidráulicos también podría ser útil en otros campos de acción por el grado de sensibilidad en la recolección de datos.

“El dispositivo permitiría la caracterización estática y dinámica del cerebro tanto de humanos como de animales, para identificar patrones específicos”, afirma el profesor Mesa.

A su vez, con base en las señales relacionadas con los signos vitales o los impulsos cerebrales, de muy baja intensidad normalmente, el magíster Jiménez destaca que el equipo podría procesar señales pequeñas con el fin de hacer monitoreos que van más allá de lo que actualmente se puede hacer con instrumentación convencional o especializada.

Sin embargo, el objetivo es incorporar a la infraestructura de los grandes generadores hidroeléctricos, termoeléctricos y eólicos del país esta nueva tecnología.