Los cables dinámicos son caros, complicados y tienen que poder manejar las fuerzas cinéticas en el océano. Crédito: Headspin/SINTEF
Imagine que los cables de su casa no solo tienen que soportar un alto flujo de corriente eléctrica, clima y viento, sino también agua salada, corrientes oceánicas, cambios de temperatura y grandes movimientos. Este es el gran desafío para conectar grandes estructuras eléctricas en el mar a la red eléctrica.
Los cables dinámicos submarinos son la solución a esta tarea desafiante. Son cables grandes, robustos y flexibles que deben poder resistir las fuerzas que se encuentran en el océano y en estructuras como plantas de energía solar flotante, jaulas de pescado en alta mar, plataformas de petróleo y gas y turbinas eólicas en alta mar.
Los cables dinámicos actúan como un cordón umbilical a los cables estáticos submarinos que transportan electricidad hacia o desde la costa.
“Son un poco como los cables de alimentación que tenemos para todos los dispositivos eléctricos que conectamos a través de un enchufe a los cables fijos en la pared”, dice Naiquan Ye, gerente de investigación de SINTEF.
Está trabajando para garantizar la robustez de los cables dinámicos, que tiene un gran impacto en el costo de muchos proyectos.
“Según los planes actuales, Europa necesitará 6,000 km de cables de energía submarina anualmente. Eso es hasta la distancia desde Noruega a Bermudas”, dice el investigador.
Expuesto a tensiones difíciles
Es raro que tengamos interrupciones en el cable en los cables en nuestras paredes, pero ¿con qué frecuencia tuvimos que lanzar un cable de carga o reemplazar un cable de extensión porque estaba enrollado o mal manejado demasiadas veces?
Según Lloyd Warwick, una compañía que se especializa en acuerdos de reclamos para la industria de seguros, el 83% de las reclamaciones de seguro eólico en alta mar se deben fallas en el cable. Los cables se vuelven vulnerables cuando se calientan debido a que la corriente fluye a través de ellos y se mueven por corrientes oceánicas, olas y la distancia en constante cambio entre la estructura flotante y el fondo marino estacionario.
Los cables también son de múltiples capas para garantizar una transmisión de electricidad confiable. Estas capas deben ser impermeables, transportar señales de control, no verse afectados por el magnetismo, no la electricidad de la fuga, y también resistir las tensiones del movimiento constante en el agua de mar helada y más cálida.
Tres tipos de cables submarinos:
Los cables dinámicos son móviles y de transporte de energía, y a menudo también información, entre una instalación flotante y el cable submarino estático. Los cables de energía submarina estática son cables que se encuentran estacionarios en el fondo del mar y transportan energía entre las instalaciones en el mar y en la tierra, o entre los países. Estos no están expuestos a las mismas tensiones que los cables dinámicos. Los cables de comunicación son como cables de energía submarina estática, pero contienen fibra óptica y otras tecnologías de información.
Reducción de costos
Por lo tanto, no es tan sorprendente que estos cables sean caros de producir. La demanda para ellos ha sido baja hasta ahora, siendo el comprador principal la industria del petróleo y el gas, que ha tenido el presupuesto para pagar un poco más por seguridad.
Esto está cambiando con la transición a la energía renovable.
Los presupuestos suelen ser más estrictos aquí, y a diferencia de una plataforma de petróleo donde un cable es suficiente, un parque eólico en alta mar necesita un cable dinámico y submarino para cada turbina eólica.
El diseño y la producción deben optimizarse en términos de costo, pero también para que los cables duren el mayor tiempo posible.
Aquí es donde entra el equipo de Ye. Durante muchos años de simulación y prueba de cables, el grupo ha aprendido mucho sobre cómo se comportan los diferentes componentes de estos cables y cómo manejan el estrés interno y externo.
“Desde la década de 1980, los investigadores de SINTEF han desarrollado modelos avanzados para simular las propiedades de los cables en entornos marinos complejos. Estas herramientas numéricas son líderes en el mundo, y la industria los utiliza para garantizar una producción segura y sostenible de energía a base de océano, tanto en el petróleo y el gas como en las industrias eólicas en offshore”, dice Ye.
Espectro de agotamiento
La mayor amenaza para la vida útil de un cable es la fatiga. En pocas palabras, los materiales se desgastan. A medida que la corriente fluye a través del cable, se comporta un poco como una manguera de jardín cuando enciende el agua; comienza a moverse y doblarse.
En una manguera de agua, esto no es un problema porque el agua fluye fácilmente, pero en un cable eléctrico tiene múltiples cables de metal, al igual que la sección transversal de un cable de carga en casa. Si los gira y los gira demasiado, eventualmente se romperán y luego se romperán.
Luego están los materiales aislantes, como un cable de datos que transmite señales de control y el cable en sí. Todos consisten en materiales variados que pueden soportar diferentes cantidades de movimiento con el tiempo.
Además de todo esto, cada uno de los materiales se moverá de manera diferente. Así como la goma o plástico alrededor del exterior de un cable doméstico normal tiene una movilidad completamente diferente si elimina lo que hay dentro.
Los cálculos numéricos se quedan cortos
“Sin embargo, las propiedades y movimientos de los cables son mucho más complicados de lo que los modelos numéricos pueden predecir. Las impurezas en el material, la producción, la instalación y el entorno en el que se encuentran, como la temperatura, pueden afectar la vida útil de los cables”, dice Ye.
Las pruebas de laboratorio son un método crítico para determinar los efectos de estas influencias. En el laboratorio de diseño, monitoreamos cómo se comportan los cables en la vida real, y los resultados se vuelven a encender las herramientas numéricas para encontrar métodos más precisos para estimar la vida útil de los cables.
“Si las pruebas de laboratorio se realizan temprano en un proyecto de viento en alta mar, puede reducir significativamente el costo de los cables de energía al tiempo que optimiza el diseño”, dice Ye.
Al torcer y girar el cable en una plataforma de prueba, los investigadores pueden ver cómo los diferentes componentes del cable se mueven entre sí. Estos componentes a menudo pueden moverse dentro del cable cuando están en funcionamiento. Los movimientos generalmente no son lineales debido a la fricción entre los componentes, es decir, no son directamente proporcionales a los movimientos alrededor del cable. Es por eso que es tan difícil calcular cómo se mueven un cable y su contenido.
Probar cables a gran escala permite ver cuánto puede soportar el cable, qué tan fuerte es y cuál será el punto débil que hace que un cable se rompa.
De tierra a agua
Una cosa es cuando trabajas con cables en tierra seca, pero ¿qué sucede cuando pones el cable en agua y agrega que los movimientos naturales del agua sobre él?
Estas no son fuerzas que encajan en una fórmula simple. Las corrientes en el agua son variables a diferentes profundidades, ubicaciones y temperatura, y el viento y las ondas afectan todo, incluido cómo se mueve la turbina eólica y, por lo tanto, mueve el cable. Los cables también pueden diferir en diseño y elección de material.
Al llegar a 30 metros de cable a través de una cuenca oceánica, podemos imitar muchas de estas fuerzas y recopilar datos. Estos datos se comparan con los datos de las pruebas en tierra y se destinan a modelos de computadora que se están volviendo cada vez más precisos.
Modelos de simulación cada vez mejores
Aunque cada cable y cada área oceánica son únicas, todavía es posible crear herramientas de simulación para mejorar el proceso de diseño de los cables antes de que se prueben. Cada vez que se prueban los cables, se generan datos, que se vuelven a encender a las herramientas para mejorarlos constantemente.
El objetivo es que el diseño del cable se haga tan bien desde el principio que los cables pasan todas las pruebas con colores voladores, sin ser de gran tamaño o innecesariamente caros.
Cita: cables dinámicos: el cordón umbilical de las instalaciones oceánicas (2025, 10 de abril) recuperó el 10 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-dynamic-cables-cilical-cord-cean.html
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