El enemigo invisible en el mar: cómo los métodos de prueba modernos están revolucionando la vida útil de los parques eólicos marinos

¡Hola y bienvenido/a a mi blog! Como inspector Frosio Nivel 3 certificado, es mi pasión y mi profesión garantizar la integridad de las estructuras de acero. En ningún lugar esta tarea es más exigente y económicamente más crítica que en el ámbito offshore. Las instalaciones eólicas marinas (OWEA) son obras maestras de la ingeniería y un pilar decisivo de la transición energética. Pero están expuestas a un ataque implacable: una lucha que se libra los 365 días del año, 24 horas al día.

Hablamos de viento, olas, aire salino agresivo, radiación UV intensa e incluso de la influencia de la biología marina. Esta combinación conduce a un envejecimiento acelerado, la denominada degradación. Si falla un componente, los costes se disparan: una reparación en alta mar puede ser de 10 a 100 veces más cara que en tierra. Los tiempos de inactividad también suponen pérdidas de ingresos masivas.

Por ello, la cuestión de la fiabilidad y de la vida útil restante es de importancia central para todas las partes implicadas: desde planificadores, fabricantes y operadores hasta bancos y aseguradoras. Para dar respuestas fundamentadas, no basta con confiar en experiencias de estructuras terrestres. Necesitamos datos precisos y una comprensión profunda de los mecanismos de daño en el mar.

Aquí es donde entra en juego el innovador proyecto de investigación “DegradO” (Degradación de instalaciones eólicas marinas) del reconocido Instituto Fraunhofer de Energía Eólica y Sistemas Energéticos (IWES). En este artículo, como profesional en la materia, me gustaría ofrecerle una visión profunda de esta investigación y mostrar lo que significa para nuestro trabajo diario en protección contra la corrosión.

Por qué la fiabilidad offshore es asunto de la alta dirección

Para la explotación económica de los parques eólicos marinos, cada punto porcentual de disponibilidad cuenta. Las reparaciones en el mar cuestan rápidamente de 10 a 100 veces más que las intervenciones en tierra. Al mismo tiempo, cargas mecánicas variables (operación, viento, olas) y condiciones ambientales agresivas (sal, UV, humedad, incrustaciones) actúan conjuntamente: un turbo para la degradación. Quien no conoce el efecto a largo plazo de estas influencias, planifica a ciegas.

Preguntas clave de todos los actores:

¿Qué componentes son críticos por debilidad?
¿Con qué rapidez progresa el daño y por qué?
¿Cómo se puede estimar de forma fiable la vida útil restante?
¿Qué ensayos reflejan realmente la realidad offshore?

El talón de Aquiles de los gigantes: por qué las soldaduras están en el foco

Las estructuras portantes de las OWEA son gigantescas construcciones de acero soldadas. La soldadura es una técnica de unión eficiente, pero inevitablemente crea puntos débiles. En una soldadura confluyen distintos materiales y zonas: el material base, el material de aportación y la zona afectada por el calor. Esta inhomogeneidad debida al proceso de fabricación modifica las propiedades del material.

Además, la geometría del cordón, posibles imperfecciones y tensiones residuales de fabricación generan las llamadas entalladuras. Éstas perturban el flujo de fuerzas en el componente y conducen a picos de tensión locales. Bajo la carga alternante constante de viento y olas, pueden iniciarse microgrietas por fatiga precisamente en esos puntos.

En las reglas de dimensionamiento esto se tiene en cuenta mediante la verificación de la resistencia a la fatiga. El factor corrosión suele considerarse sólo de forma indirecta, exigiendo una protección anticorrosiva perfecta durante toda la vida útil de al menos 25 años. Pero ¿qué ocurre si esa protección —aunque sea por un pequeño daño mecánico— falla localmente?

Entonces la carga cíclica mecánica se encuentra con un ataque químico agresivo. Este fenómeno, conocido como corrosión-fatiga, acelera dramáticamente el crecimiento de grietas y puede reducir drásticamente la vida útil de una unión. El problema: hasta ahora apenas existen datos experimentales fiables sobre este ataque combinado. El proyecto DegradO se ha fijado el objetivo de cerrar precisamente esta laguna de conocimiento.

Llevar la realidad al laboratorio: el «Laboratorio Marítimo de Fiabilidad» y visión general de DegradO

Para comprender los procesos complejos, el Fraunhofer IWES siguió un enfoque de dos vías:

Exposición natural: desplegar probetas en condiciones reales en las ubicaciones de Bremerhaven, Helgoland y Sylt.
Ensayos de laboratorio: reproducir esas condiciones reales en un entorno controlado para acelerar los procesos de envejecimiento y analizarlos de forma dirigida.

Este proceso iterativo de ensayo en campo, análisis en laboratorio y ajuste de los procedimientos de prueba es la clave para generar datos fiables en un plazo razonable.

El objetivo del proyecto DegradO es desarrollar nuevos métodos de ensayo para representar los procesos de degradación de las OWEA offshore y construir una infraestructura de ensayo y análisis: el Laboratorio Marítimo de Fiabilidad.

Bloques del proyecto:

Cargas reales offshore (viento, agua, sal, UV, bioincrustación) reproducidas realísticamente en el laboratorio, también de forma acelerada.
Fatiga mecánica combinada con condiciones corrosivas/climáticas.
Exposiciones en campo (Bremerhaven, Sylt, Helgoland) ↔ laboratorio: validación mediante comparación de espectros de carga.
Creación de una base de datos de parámetros para imágenes de daños y datos de materiales → asignación rápida, grado de daño, recomendación de mantenimiento/sustitución.

El material de ensayo: un espejo de la realidad

Para los ensayos se utilizó acero estructural típico S355. Para obtener resultados cercanos a la práctica, se aplicaron a las probetas diversos sistemas de protección anticorrosiva establecidos en el mercado y certificados para uso offshore:

Sistema epoxi (EP) multicapa
Sistema dúplex EP multicapa
Sistema poliuretano (PU) multicapas
Sistema de resina viniléster monocapa

Aquí entra en juego nuestra experiencia: todo el proceso, desde la preparación de probetas (chorreado) hasta el recubrimiento final, fue acompañado y liberado por un inspector FROSIO Nivel III. Esto garantiza que la aplicación cumpla los más altos estándares industriales, requisito decisivo para la comparabilidad de los resultados.

Pero los investigadores fueron un paso más allá. Prepararon deliberadamente probetas con defectos, como los que también encontramos en la práctica:

Sobrespesor y subespesor en el espesor de capa.
Contaminación por sal del sustrato inmediatamente antes del recubrimiento.
Daños artificiales tras el curado mediante una ranura de 50 mm (scribe) que deja el acero expuesto.
Daños mecánicos mediante ensayos de impacto con bola.

Estas probetas “imperfectas” valen oro, porque nos ayudan a entender cómo se comporta un sistema cuando las condiciones ideales dejan de existir.

Ensayos de campo en primera línea: ¿qué ocurre realmente en el mar del Norte?

Las probetas preparadas se desplegaron en Sylt, Helgoland y Bremerhaven en distintas zonas: desde la zona de salpicaduras, pasando por la zona intermareal (cambio de agua), hasta la zona permanentemente sumergida.

Durante dos años, las probetas se inspeccionaron visualmente y se documentaron periódicamente. Tras uno y dos años se retiraron probetas y se analizaron en detalle. Para ello se aplicaron métodos clásicos de inspección:

Evaluación óptica de corrosión, ampollamiento, etc.
Análisis de la subsocavación en la ranura artificial.
Ensayo de poros (holidays).
Ensayos de adherencia por tracción.

Estos ensayos de campo proporcionan la referencia (línea base) de valor incalculable. Muestran cómo envejecen los materiales y recubrimientos bajo condiciones reales, complejas y no siempre previsibles.

El acelerador del tiempo: envejecimiento acelerado en el laboratorio de alta tecnología – El Laboratorio Marítimo de Fiabilidad

Esperar dos años a los resultados es demasiado para el rápido desarrollo de nuevos materiales y procesos. Por ello, la simulación en laboratorio es imprescindible. Para ello, los investigadores utilizaron una infraestructura impresionante:

Cámaras de niebla salina y cámaras QUV (para carga UV y de humedad) conforme a normas como la ISO 20340.
Una cámara climática offshore, que además puede simular una carga de agua de oleaje con cambios bruscos de temperatura.

Sin embargo, el punto culminante —y corazón del proyecto— es una combinación de ensayo totalmente novedosa a nivel mundial: una máquina de ensayo servohidráulica de 1 meganewton con cámara climática integrada.

Esta instalación es un verdadero “cambio de juego”. Por primera vez permite someter simultáneamente una probeta de acero masiva (de hasta 3 metros de longitud) a una carga mecánica cíclica (simulación de cargas de viento y olas) y exponerla a las condiciones ambientales típicas offshore. La cámara puede:

Generar temperaturas de -30 °C a +100 °C.
Variar la humedad relativa.
Producir niebla salina.
Irradiar la probeta con luz UV.
Aplicar agua de oleaje o inundar completamente la probeta.

Mecánica: ±1 MN de fuerza de ensayo, ±50 mm de carrera, longitud de probeta hasta 3 m, bastidor de 4 columnas.
Referencia normativa: los programas de ensayo se orientan a la ISO 20340, pero se amplían con cargas adicionales típicas offshore (p. ej., oleaje).

Importante: en entorno corrosivo, el tiempo es el parámetro oculto. Por ello, las frecuencias se reducen (p. ej., 0,3 Hz) para no “acelerar” la corrosión hasta hacerla desaparecer.

Con este montaje, los investigadores pueden estudiar de forma específica la temida corrosión-fatiga y comprender cómo interactúan los distintos parámetros: carga mecánica, corrosión y temperatura.

Los resultados: lo que nos revelan los datos

La pregunta más apasionante es, por supuesto: ¿qué salió de todas las pruebas? El análisis de los ensayos de fatiga proporciona ideas fascinantes y extremadamente relevantes para nosotros como profesionales.

Los resultados se representan en un diagrama de Wöhler (diagrama S-N-D). Éste muestra cuántos ciclos de carga soporta un material a una determinada amplitud de esfuerzo (rango de tensiones) antes de romperse.

He aquí los hallazgos más importantes de las dos primeras series de pruebas, realizadas bajo condiciones atmosféricas normales:

La preparación de la superficie lo es todo: las probetas recubiertas mostraron una resistencia a la fatiga media ~20 % mayor que las probetas desnudas sin recubrimiento. ¿El motivo? Las probetas fueron granalladas antes del recubrimiento. Este proceso no sólo limpia la superficie, sino que también la endurece y genera tensiones residuales compresivas positivas, lo que dificulta la iniciación de grietas. ¡Una prueba científica clara de la importancia de un chorreado de alta calidad!
Incluso una ligera corrosión perjudica mucho: las probetas sin recubrimiento que estuvieron expuestas a la intemperie seis meses en Sylt mostraron una resistencia a la fatiga significativamente menor que las probetas de fábrica. La superficie ligeramente corroída y rugosa actúa como multitud de pequeñas entalladuras en las que las grietas por fatiga se inician mucho antes. Esto subraya lo crítico que es incluso un daño pequeño en la protección que deja el sustrato expuesto.
¿Existe una “resistencia infinita”? Las pruebas mostraron que, incluso con superficies de alta calidad, se produjeron roturas a números de ciclos muy altos (hasta 17 millones). Por tanto, la suposición de una auténtica resistencia infinita —por debajo de la cual serían posibles infinitos ciclos— debe cuestionarse con mucha cautela en estructuras OWEA.

Ahora se esperan resultados realmente revolucionarios de la tercera serie de pruebas, en la que las probetas se cargan simultáneamente de forma mecánica y corrosiva en la nueva combinación de ensayo. Estos datos nos permitirán por primera vez cuantificar la corrosión-fatiga e integrarla en futuros modelos de vida útil.

Sensórica y otras observaciones

La investigación también aportó valiosas conclusiones sobre sistemas de monitorización:

Extensometría eléctrica: fallos en parte tras 1–2 semanas.
Sensores de humedad: fallaron muy pronto; los sensores de temperatura se mantuvieron.
Sensores de fibra óptica: funcionales al final de la prueba, a pesar de pérdidas de intensidad/deformación espectral.
Bioincrustación (percebes): en la realidad altamente dañina (socavación/arranque de capas de protección), reproducible en el laboratorio sólo de forma limitada.
Ingreso de agua de mar a lo largo de los cables → corrosión en extremos de conectores/cristalización salina: ¡tenerlo en cuenta en el diseño de protección!

De la investigación a la práctica: la base de datos de daños

¿De qué sirven los mejores datos si se quedan acumulando polvo en informes? Un objetivo central de DegradO es hacer que el conocimiento adquirido sea directamente aplicable. Para ello se desarrolla una base de datos digital.

Esta base de datos funciona según el principio de un análisis del árbol de fallos (FTA). Un inspector in situ puede introducir una imagen de daño (por ejemplo, una grieta específica, ampollamiento, delaminación) con sus características. El software compara esa entrada con los innumerables casos analizados de laboratorio y campo caracterizados mediante microscopía de alta resolución (REM/FIB) y análisis químicos (EDX).

El sistema puede entonces:

Asignar rápidamente y con fiabilidad las imágenes de daño.
Identificar causas probables.
Evaluar el grado de daño.
Emitir una prognosis de vida útil restante.
Formular una recomendación de mantenimiento o sustitución.

Propósito: asignación rápida y asistida por software de imágenes de daño/datos de medición a grado de daño, causa y medidas.

Contenidos y funciones:

Imágenes, series de medición, descripciones (tipo/causa/apariencia/tamaño/cantidad)
Lógica de árbol de fallos: consulta interactiva de características → diagnóstico concretado
Campos de aplicación: sensores eléctricos y de fibra óptica, cubiertas/recubrimientos, componentes, materiales
Salida: indicación de vida útil restante, recomendación de mantenimiento/sustitución, vinculación campo ↔ laboratorio

Esta herramienta tiene el potencial de revolucionar la planificación de inspecciones y mantenimiento de parques eólicos marinos, al pasar de reparaciones reactivas a un mantenimiento predictivo basado en condición.

Utilidad práctica: lo que operadores, fabricantes y certificadores pueden hacer ahora

Para operadores y O&M:

Orientar el condition monitoring a sensorización de fibra óptica; considerar corrosión en conectores y capas de protección como puntos de diseño.
Priorizar la zona intermareal (inspección, protección, conceptos de reparación).

Para fabricantes y aplicadores:

Entender la preparación de superficie (chorreado) y la elección del sistema como palancas de fatiga.
Anclar de forma consecuente la aseguramiento de la calidad (FROSIO); abordar de forma realista la precarga de sal y los defectos locales (ranuras/impactos).

Para planificación y certificación:

Anclar ensayos combinados mecánico-climáticos en las especificaciones (más allá de ISO 20340).
Construir sistemáticamente datos S-N en condiciones corrosivas e incorporarlos a las verificaciones.

Para aseguradoras y financiadores:

Utilizar análisis de riesgo y fiabilidad apoyados en bases de datos para dimensionar primas/coberturas de forma técnicamente orientada.

Mi conclusión como inspector Frosio y perspectivas

El proyecto DegradO es más que investigación académica. Es un paso decisivo para incrementar la seguridad, la fiabilidad y, con ello, la rentabilidad de la energía eólica marina. Para mí, como especialista en protección contra la corrosión, los resultados hasta la fecha son una clara confirmación de los principios por los que trabajamos cada día:

La calidad cuenta: una preparación de superficie excelente y una aplicación impecable del sistema de recubrimiento no son costes, sino la mejor inversión en una larga vida útil. Las pruebas demuestran que un buen recubrimiento aumenta de forma comprobable la resistencia a la fatiga.
La vigilancia es obligatoria: incluso los defectos más pequeños, combinados con corrosión, pueden tener consecuencias fatales. Las inspecciones regulares y detalladas son esenciales para detectar daños a tiempo, antes de que conduzcan a un fallo crítico.
El conocimiento es poder: gracias a proyectos como DegradO comprendemos cada vez mejor las complejas interrelaciones entre carga mecánica y corrosión. Este conocimiento, agrupado en herramientas como la nueva base de datos de daños, nos permite tomar decisiones más fundamentadas y operar los activos durante toda su vida útil planificada y quizá más allá.

A continuación seguirán extensas pruebas de fatiga en condiciones corrosivas (baja frecuencia, ciclos realistas). Con ello, crece la base de datos para la corrosión-fatiga, una laguna en el diseño actual. El objetivo es una cadena continua de prueba → modelo de mecanismos → vida restante → medida que haga la mantenimiento offshore más planificable y la electricidad eólica más barata.

El trabajo del Fraunhofer IWES proporciona la base científica que sustenta nuestra labor práctica y nos ayuda a asentar la transición energética sobre cimientos seguros y duraderos.

Agradecimientos y fuente:
El proyecto DegradO fue financiado por el BMWK en el marco del 6.º Programa de Investigación Energética “Investigación para un suministro energético respetuoso con el medio ambiente, fiable y asequible”.
Este artículo se basa en trabajos de C. Kupferschmidt, M. Collmann, O. Kranz, Fraunhofer IWES, Bremerhaven.

¿Cuáles son sus impresiones sobre este tema? ¿Ha experimentado en su práctica retos similares con la corrosión-fatiga o con la evaluación de sistemas de recubrimiento? ¡Espero sus comentarios y un intercambio activo!

¿Necesita una inspección profesional o asesoramiento para su proyecto? No dude en ponerse en contacto conmigo para una consulta sin compromiso.

(Para más información, le recomiendo visitar el sitio web del Fraunhofer IWES o consultar la norma ISO 20340, que trata de los ensayos de desempeño de sistemas de recubrimiento anticorrosivo para instalaciones offshore.)

Bibliografía complementaria:

Simulación ambiental y exposición en campo de sensores aptos para offshore
Base de datos de materiales e imágenes de daño: aumentar la seguridad de rendimiento
Resistencia a la fatiga: fundamentos y evaluación (Radaj/Vormwald; Haibach; Mauch)

Superando al mar: eólica marina con mayor vida útil