Rodetes Pernados con Recubrimiento HVOF (High Velocity Oxy-Fuel)

Gabriel Jaime Escudero Arismendi 
Gabriel.Escudero@epm.com.co

Carolina Cardona Gómez  
carolina.cardona@epm.com.co

Pedro Alejandro Eusse Bernal  
Pedro.Eusse@epm.com.co
Gerencia Desarrollo e Innovación.

En algunas centrales de generación de energía de EPM se utilizan turbinas tipo Francis, las cuales operan en un amplio rango de altura y caudal. El corazón de una turbina Francis es el rodete, compuesto por álabes fijos, y es precisamente allí, donde ocurre el intercambio de energía entre la máquina y el agua.

Este tipo de piezas y sus componentes sufren un alto desgaste si el agua que pasa por éstas contiene un alto nivel de sedimentos, originando mayores costos de mantenimiento, debido a la necesidad de incrementar la cantidad de reparaciones, y menores ingresos por generación de energía, pues aumentan las frecuencias de intervención.

En el momento de hacer intervenciones en un rodete tradicional, es necesario realizar reparaciones profundas en sus partes, asunto que no ocurre con una nueva tecnología que está emergiendo en el mercado, ya que cuenta con recubrimientos térmicos que protegen el material base del rodete y adicionalmente, sus álabes son intercambiables, lo que permite el total recubrimiento, inclusive en turbinas de tamaños pequeños.

A esta nueva tecnología denominada rodete pernado Monsoon Runner™ se le aplica mediante un robot, un revestimiento de spray térmico llamado HVOF (High Velocity Oxy-Fuel), el cual garantiza protección al rodete y a sus componentes, evitando el desgaste excesivo de las superficies húmedas.

Este recubrimiento de carburo de tungsteno se utiliza para mejorar las propiedades mecánicas superficiales en espesores de hasta 0.6mm, siendo un material de alta resistencia que a su vez puede ser frágil al impacto. Se aplica sobre la superficie mediante una corriente de gas de alta velocidad y temperatura, produciendo un revestimiento denso que puede ser rectificado para obtener un acabado de superficie de gran calidad.

Este trabajo se realiza mediante el uso de una pistola de detonación, en la que es necesario garantizar un proceso que utilice energía de alto impacto para generar recubrimientos densos con alta adhesión al material base, lo cual sólo se logra mediante aplicación perpendicular a la superficie intervenida. De esa manera, si una máquina cuenta con piezas desmontables o que puedan ser desacopladas, se puede lograr un adecuado revestimiento que lleva al incremento en la resistencia de desgaste. Por lo tanto, toma especial relevancia este spray térmico en los rodetes Francis pernados, dándose una aplicación homogénea del recubrimiento, la cual no se logra en rodetes tradicionales.

Así, el recubrimiento HVOF tiene como objetivo final incrementar la vida útil de componentes metálicos sometidos a condiciones de operación bajo ambientes altamente erosivos y agresivos, y en el caso específico del Grupo EPM puede emplearse en varias máquinas y equipos, que cumplan con la condición anteriormente descrita y que hacen parte de los principales procesos productivos del grupo empresarial.

Por lo anterior, se está implementando un piloto con una turbina Francis pernada con recubrimiento HVOF en la Central Hidroeléctrica La Herradura (CHLH), por considerarse que las difíciles condiciones operativas a las que están sometidas las unidades generadoras de esta central, debido al gran arrastre de sedimentos que presenta el río La Herradura, ofrece la mejor opción para evaluar la efectividad de esta solución. Asimismo, porque la geometría de las turbinas que se encuentran instaladas en la CHLH no permite una aplicación homogénea del revestimiento HVOF a 90 grados, el cual corresponde al ángulo apropiado para lograr dicha homogeneidad.

Antecedentes Central Hidroeléctrica la Herradura

La CHLH, con una capacidad instalada de 19.8 MW, entró en operación en 2004. Se encuentra ubicada en los límites de los municipios de Cañasgordas y Frontino, a 142 kilómetros de Medellín, por la carretera al mar.

La captación del proyecto, sobre el río La Herradura, está localizada en el municipio de Frontino, mientras que en el municipio de Cañasgordas se encuentran la casa de máquinas, las obras de conducción y la descarga de las aguas turbinadas al río del mismo nombre.

Posee dos unidades generadoras accionadas por turbinas tipo Francis de eje horizontal.La central aprovecha una caída neta de 230.6 metros y un caudal de cinco metros cúbicos por segundo (5m3/s).

Desde su entrada en operación, las turbinas de las unidades generadoras presentan alto desgaste en todos sus componentes, causados por la alta sedimentación del agua utilizada para turbinar. Este desgaste obliga a realizar paradas operativas que afectan la disponibilidad de las máquinas, disminuyendo los ingresos e incrementando los costos de mantenimiento. 

Figura 1. Central Hidroeléctrica La Herradura

El programa inició su divulgación en 2018, gracias a la colaboración de las Gerencias de Identidad Corporativa y de Comunicación Corporativa. Ventures es el programa de EPM que agrupa todas las iniciativas de emprendimiento corporativo, y tiene principalmente dos focos de trabajo: el primero es acelerar emprendimientos, y, el segundo, realizar inversiones en fondos de capital privado para trabajar de la mano de las empresas invertidas, y tener la participación de EPM y sus filiales en el ecosistema emprendedor nacional e internacional.

A partir de las experiencias y lecciones aprendidas, se identificó la necesidad de crear una aceleradora de empresas, la cual, mediante metodologías ya existentes y estrategia de negocios, incrementara el valor de emprendimientos que estuviesen alineados con la estrategia de crecimiento y los focos de innovación de EPM. Fue así como se dio inicio a la búsqueda de un(os) aliado(s) estratégico(s) que le permitiera a la empresa sacar adelante esta herramienta de generación de valor, a través del trabajo directo con emprendedores.

Durante el 2018 se evolucionó en lo particular para seleccionar los aliados idóneos, llegando a la Corporación RutaN y a la Incubadora de Empresas CREAME. Con ellos se celebró un convenio de cooperación interinstitucional enmarcado en formar y asesorar a startups –empresas que incorporan componentes de ciencia o tecnología aplicada, enmarcadas dentro de la estrategia de crecimiento de EPM-, mediante la colaboración voluntaria de las partes en un modelo de aceleración de empresas

¿Por qué Ruta N? RUTA N es una entidad sin ánimo de lucro constituida por Empresas Públicas de Medellín, UNE Telecomunicaciones y el Municipio de Medellín; cuyo propósito es facilitar la evolución económica de la ciudad hacia negocios intensivos en ciencia, tecnología e innovación, de forma incluyente y sostenible. Su principal objetivo, para el año 2021, es posicionar a Medellín como la ciudad más innovadora de América Latina basando su economía en el conocimiento.

Igualmente, CREAME es una incubadora y aceleradora de empresas, que establece conexiones y genera ambientes propicios y competitivos para la consolidación y fortalecimiento de empresas. Además, ha desarrollado en su quehacer una metodología de acompañamiento y aceleración a startups, de acuerdo con un direccionamiento estratégico que le permite tener metas a corto, mediano y largo plazo y entregando herramientas para el crecimiento acelerado. Finalmente, desarrolla programas de emprendimiento corporativo que permiten conectar empresas medianas y grandes con startups.

Con ellos la Gerencia Desarrollo e Innovación desarrolló una estrategia para acelerar al menos TRES (3) empresas en el año 2019, comenzando con una convocatoria abierta en la cual participaron más de 70 empresas del orden nacional; todas ellas enmarcadas en los focos de innovación de EPM, alineados con la estrategia de crecimiento de los negocios. De esta forma, desde febrero de los corrientes se vienen entonces generando nuevas capacidades a las empresas seleccionadas, como son: Grupo HOH, Uptime Analytics y NEU.

¿Qué hacen los emprendimientos seleccionados?:

Grupo HOH: Su propósito superior es brindar soluciones distribuidas e inteligentes para el tratamiento de agua, utilizando tecnologías de punta como la ultrafiltración.

Utpime Analytics: Empresa que enfoca su propuesta de valor en optimizar la eficiencia energética y operacional de activos industriales a través de tecnologías como IoT – Internet de las cosas por sus siglas en Inglés, Inteligencia Artificial, y Aprendizaje de máquinas (Machine Learning).

NEU: Intraemprendimiento de ERCO energía, empresa invertida por el Fondo de capital privado de EPM, en donde se busca generar nuevos modelos de transacción de energía de forma digital, punto a punto, incluso con base en tecnologías de libro distribuido como el Blockchain.

Finalmente, el objetivo que se busca con el programa Ventures EPM, es el de crear capacidades de la mano de los emprendedores, conectando la empresa con estos generadores de nuevas ideas, desde sus inicios hasta llevarlos a ser una nueva compañía con posibilidades de ser un proveedor de EPM, objeto de inversión de fondos operativos, o porque no, ser un nuevo unicornio Local. (ver gráfica siguiente).

Figura 2. Estado actual del rodete en operación en la CHLH, que se pretende reemplazar por rodete pernado con recubrimiento HVOF

Durante el año de seguimiento operativo, se implementará un proceso de medición de sedimentos, con el fin de calcular las toneladas que han pasado por el rodete, como base para verificar la garantía que ofrece el fabricante.

EPM será el encargado de efectuar este proceso de medición de sedimentos, considerando que el periodo de garantía en el recubrimiento de la turbina y sus componentes debe cumplir como mínimo con alguna de estas tres condiciones:

• Setenta y cinco mil (75.000) toneladas de sedimento pasando a través de la turbina, medidas mediante el procedimiento que indique el fabricante.
• Dos años de operación, lo cual se verificará al terminar el proyecto piloto de un año.
• Doscientos (200) Start-ups (arranques de turbina).

Así, en la búsqueda de nuevos desarrollos tecnológicos que permitan optimizar las operaciones actuales y alcanzar altos niveles de eficiencia en sus procesos de generación de energía eléctrica, EPM encuentra en esta nueva tecnología una opción atractiva que permite cumplir con este propósito.

De esta manera EPM avanza hacia la implementación de proyectos innovadores que buscan garantizar la continuidad en términos operativos, financieros, ambientales y sociales del negocio de Generación Energía, con base en una operación eficiente, segura y rentable.