El factor X: esto es lo que se necesita para construir la torre de la turbina eólica offshore más potente del mundo

Cada año, alrededor de 6 millones de personas de todo el mundo viajan a París para subirse a la torre Eiffel. El ingeniero industrial Daniel Castell trabaja en una estructura que también alcanzará grandes alturas. Una maravilla de la ingeniería en sí misma que probablemente muy pocas personas vean – pero de la que millones se benefician.

Castell y su equipo del Centro de Excelencia de Ingeniería de GE Renewable Energy en Barcelona están diseñando una torre especial para la Haliade-X 12MW, la turbina eólica offshore más potente del mundo. La turbina de 12 megavatios será capaz de alimentar el equivalente a 16.000 hogares europeos. Cientos de ellas, coronando las torres diseñadas por Castell, pronto podrían salpicar las costas de Europa y otros continentes, lejos de la vista de bañistas y turistas.Daniel Castell y el equipo que trabaja en el diseño de la torre para la turbina eólica mas alta del mundo desde el centro de ingeniería GE Renewable Energy de Roc Boronat en Barcelona.

Construidas para funcionar en aguas de una profundidad de hasta 50 metros, las estructuras de acero se extenderán hasta 220 metros desde la base enterrada en el fondo marino hasta la parte superior – dependiendo de la ubicación. Con un peso de 2.800 toneladas cada una – incluida la cimentación, que no fue diseñada por GE – estas torres son más que capaces de sostener el masivo generador y la góndola de 12 megavatios, y un rotor récord que alcanza los 220 metros de diámetro una distancia más larga que dos estatuas de la Libertad de pie una encima de la otra.

Flexionándose como un arco, la torre está diseñada para resistir las ráfagas de viento que empujan el gigantesco rotor y la torre desde todos los ángulos, así como las olas que golpean la estructura sumergida.

El equipo está utilizando un modelo virtual de la torre, su gemelo digital y otros modelos informáticos para predecir los efectos de varias fuerzas que el clima y el agua ejercen sobre la torre. “Hay todo tipo de fuerzas en juego”, afirma Castell. “Muchas veces tendrás el viento y las olas actuando en la misma dirección, pero a menudo no lo hacen. Los modelos nos ayudan a mapear el sistema para predecir cómo se comportará”.

Por si eso no fuera suficiente, los diseñadores también deben dar cuenta de las condiciones del lecho marino, donde la base de la torre está anclada a una profundidad de 40 metros. “Es bastante complejo”, reconoce Castell. “Por otra parte, ayudar al mundo a obtener una energía más limpia proporciona una motivación extra”.

Castell ha estado diseñando turbinas eólicas durante una docena de años, pero una torre de este tamaño pone a prueba los límites de la industria en lo que respecta al transporte y la instalación. “La belleza de la [Haliade-X] es que no hay nada que rivalice con ella, ni siquiera se e cerca”, dice Vincent Schellings, responsable del equipo de desarrollo de la Haliade-X.

Hoy en día, la turbina eólica más grande tiene un rotor con un diámetro de 180 pero es un prototipo. Las turbinas más grandes que operan tienen rotores que superan los 167 metros y generadores con una potencia de hasta 9,5 megavatios.

Cuando el equipo de la Haliade-X decidió superar a la competencia, tenían que asegurarse de que estarían en el punto óptimo, donde el tamaño aporta el mayor valor. “Con mayor tamaño y capacidad, puedes generar más energía, pero es posible que las herramientas y la tecnología no existan para transportar e instalar tus turbinas de manera rentable”, dice Schellings. “Posiblemente, tu acceso al mercado sea drásticamente limitado”.El centro de excelencia de ingeniería de GE Renewable Energy se encuentra en este edificio de Roc Boronat en Barcelona, que en su día fue la sede de Can Culleres, empresa que se dedicaba a la fabricación de cubiertos.

Por ejemplo, el equipo confía en martillos gigantes para instalar la cimentación de la turbina, un enorme tubo vertical de acero llamado monopilote de hasta 2.000 toneladas, en el lecho marino. 10 metros de diámetro y paredes gruesas hasta de 12 centímetros, este es el tamaño máximo que los martillos existentes pueden manejar cuando se trata de instalar cimentaciones. Lo mismo se aplica a las barcazas autoelevables (Jack-up vessels) con una grúa  necesaria para instalar las palas, la góndola (la estructura que lo mantiene todo junto, generador incluido) y la torre. “Estamos en un punto en el que estamos alcanzando los límites de las grúas”, asegura Castell.

Eiffel hubiese necesitado 18.000 piezas de acero y 2.5 millones de remaches para construir su torre. Pero la creación de Castell es mucho más racional. El equipo diseñó el segmento de 800 toneladas que se encuentra sobre el monopilote a partir de muchas planchas de acero planas dobladas adecuadamente al radio correcto y unidas mediante soldadura. Los trabajadores envían todo el segmento de 111 metros al parque eólico mediante una barcaza especial y se fija a la cimentación mediante enormes tornillos.

El equipo también está utilizando el gemelo digital para diseñar un amortiguador dinámico en la parte superior de la torre, una especie de péndulo controlado que les permite contrarrestar el fuerte empuje de las fuerzas de la naturaleza en el mar.

Y una vez que las turbinas estén en funcionamiento, utilizarán la tecnología digital para hacer un seguimiento de las turbinas “en el mar” y predecir cualquier posible evento errático con anticipación. Esa capacidad predictiva puede marcar una gran diferencia al darle tiempo al equipo para planificar el servicio y mantener la turbina operativa.

Marc Sala, quien lidera el esfuerzo de ingeniería para la Haliade-X, dice: “Por ejemplo, si eres capaz de detectar y registrar las frecuencias que describen cómo la torre oscila normalmente, podrás detectar si algo está cambiando”.