La aplicación ampliará la vida operativa de la planta y reducir los costes de operación y mantenimiento

La monitorización de corrosión puede prevenir daños graves en las instalaciones, aumentar de la eficiencia energética y reducir emisiones de CO2

Uno de los mayores problemas de las perforaciones geotérmicas es la corrosión de los materiales utilizados. El innovador sensor financiado por la UE y desarrollado por los departamentos de Materiales Avanzados (MAVA) y Mecatrónica (MECA) del Centro Tecnológico (AIMEN), permite monitorizar en tiempo real esos problemas. Ha sido elegido candidato al premio europeo de geotermia 2021

Lorena Freire, Directora de proyectos de I+D en el departamento de Materiales Avanzados de AIMEN *
Lorena Freire

Los problemas clave que limitan la vida útil de los materiales operativos en las plantas geotérmicas son la corrosión y la formación de “scaling”. Estos son causados principalmente ​​por las interacciones químicas de los fluidos geotérmicos con las superficies metálicas y su alta temperatura, lo que aumenta las tasas de degradación y promueve la aparición de fallos relacionados con los procesos de corrosión.

AIMEN diseña un sensor innovador basado en el empleo de técnicas electroquímicas para monitorear no solo la corrosión generalizada sino también los eventos localizados dentro de los pozos y el sistema de tuberías en tiempo real.

La técnica empleada, Espectroscopía de Impedancia Electroquímica (EIE, o EIS -siglas en inglés-) proporciona datos cuantitativos que se relacionan con la calidad del sistema de recubrimiento y/o material respectivo y, al ser un tipo de ensayo no destructivo, se puede utilizar para evaluar el estado de una muestra a medida que cambia durante un proceso de corrosión que ocurre bajo condiciones específicas.

Originalidad

La corrosión y el scaling en los pozos son difíciles de detectar visualmente o monitorear en continuo. Las técnicas estándar basadas en mediciones de pH, temperatura y presión, composición química y propiedades físicas de los fluidos son las que se aplican habitualmente como métodos indirectos para el control de la velocidad de corrosión. También se están utilizando sondas comerciales basadas en resistencia eléctrica para determinar la tasa de pérdida de metal de los pozos midiendo la resistencia eléctrica de un elemento de prueba expuesto instalado dentro del pozo; sin embargo, esta técnica no es generalmente satisfactoria para corrosión localizada y da lugar a datos inconsistentes en comparación con medidas realizadas sobre cupones de pérdida de masa.

Sede de AIMEN, en Porriño, Pontevedra

El nuevo sistema se basa en la aplicación de métodos no estándar (Espectroscopia de Impedancia Electroquímica) para el monitoreo in situ y en línea de la corrosión y la degradación del sistema. La EIE proporciona datos cuantitativos que se pueden relacionar con la calidad del sistema de materiales utilizado y utilizar para monitorizar el estado de las instalaciones geotérmicas (como tuberías, intercambiadores de calor, etc.).

Control en tiempo real

Tradicionalmente, la monitorización de los procesos corrosión se ha realizado utilizando métodos no “on line”, como cupones de pérdida de peso, junto con otras técnicas que implican tiempos largos de exposición para obtener datos precisos.

Estos métodos solo proporcionan información sobre la corrosión ocurrida (acumulada durante un período), y los datos obtenidos pueden ser mal interpretados debido a la aparición de incrustaciones en la superficie de los cupones.

La innovación del método propuesto por AIMEN ha sido evaluada para la monitorización online, en continuo y en remoto, de la tasa de corrosión de diferentes combinaciones de materiales/ recubrimientos utilizados dentro de sistemas de tuberías de una planta de energía geotérmica. La principal ventaja de este sistema es que proporciona no solo datos cuantitativos en tiempo real del comportamiento de los materiales / recubrimientos, sino también información sobre los mecanismos que controlan los procesos de corrosión de los materiales expuestos a condiciones agresivas (composición, temperatura, presión).

Identificar y controlar incrustaciones

La alta sensibilidad de la técnica de espectroscopia de impedancia le permite identificar cambios en el material / recubrimiento mucho antes de que ocurra cualquier daño visible. Además, se pueden determinar los cambios en la resistividad del electrolito debido a la aparición de depósitos inorgánicos. Así, los sensores de corrosión que utilizan esta técnica permiten la identificación de los mecanismos de corrosión y el crecimiento de incrustaciones en tiempo real, evitando problemas de corrosión y asegurando la implementación de soluciones.

Laboratorios de MAVA, realizando los ensayos previos a la optimización del diseño final del sistema,

Una ventaja extremadamente importante de este sistema es que proporciona información directa sobre la velocidad de corrosión en lugar de una mera indicación.

En consecuencia, la aplicación de esta nueva tecnología conducirá a un incremento de la vida operativa de la planta y una reducción de los costes de operación y mantenimiento vinculados a fallos inesperadas debido a procesos de corrosión, lo que ayudará a implementar metodologías mejoradas de mantenimiento predictivo de los activos geotérmicos.

En las plantas de energía geotérmica, el uso de sistemas innovadores de monitorización de corrosión puede prevenir daños graves en las instalaciones, seleccionar el material de mejor comportamiento para cada condición de operación y promover además un aumento de la eficiencia energética y, en consecuencia, una reducción de las emisiones de CO2.

Los nuevos componentes de tubería con sensores electroquímicos integrados proporcionarán datos cuantitativos en tiempo real que se relacionan con la calidad del material utilizado en las instalaciones de tuberías, estimando la tasa de corrosión (mm / año) e identificando su causa. Esta información permite seleccionar el material más resistente a unas condiciones específicas, optimizando las condiciones de operación y maximizando así la eficiencia general de la planta geotérmica. (En las imágenes, perforadora Soilmec SM-8G de Groen Energía en Boadilla del Monte, Madrid y laboratorio de AIMEN en Porriño, Pontevedra)


(*) La línea de trabajo “Corrosión de materiales” realiza análisis del comportamiento de materiales en servicio, predicción del comportamiento mediante la realización de ensayos acelerados, análisis de fallos e I+D de soluciones para aumentar la durabilidad de los materiales en servicio, para diversos sectores. La mayoría de estos ensayos/soluciones se desarrollan dentro del marco del proyectos de I+D, con el objetivo de dar respuesta a problemas que surgen en diferentes sectores asociados a los procesos de corrosión. Y es así como ha surgido el desarrollo de las sondas de corrosión, para dar respuesta a los problemas de degradación que sufren los sistemas de tuberías en plantas como las geotérmicas, expuestas a fluidos con una composición química agresiva  y unas condiciones elevadas de presión y temperatura que favorecen la aparición de este tipo de daños.
  
 Esta sonda de corrosión funciona mediante el empleo de técnicas electroquímicas como la Espectroscopía de Impedancia Electroquímica para la evaluación del comportamiento frente a corrosión de los materiales expuestos a determinadas condiciones. Con este sistema es posible realizar un seguimiento de la corrosión de los materiales en servicio en tiempo real, online y en remoto, obteniendo valores periódicos de tasas de corrosión en mm/año y alertar así de posibles daños. Una descripción más detallada del funcionamiento y de las ventajas del sistema, las puedes encontrar en el documento que te adjunto.
  
 El diseño de este tipo de sistema y su adaptación para diferentes tipos de plantas/condiciones ha sido financiado por proyectos Europeos, en los que el Centro Tecnológico AIMEN ha participado como socio, con el fin de validar su tecnología:
  “Materials Technologies for performance improvement of Cooling Systems in Power Plants” MATchING - https://matching-project.eu/  (2016-2019) H2020 
  “Geothermal Emission Control” GECO - https://geco-h2020.eu/ (2018-2022) H2020