Recubrimientos resistentes a los fenómenos de degradación en las nuevas turbinas generadoras de energía por vapor de agua

Abstract

En general, la generación de energía eléctrica consiste en transformar alguna clase de energía química, mecánica, térmica o luminosa, entre otras, en energía eléctrica. Desde hace décadas, el objetivo principal que se pretende conseguir en las plantas de generación de energía termoeléctricas, es el aumento de la eficiencia térmica. El aumento de esta eficiencia térmica no solo repercute en el aspecto económico, el cual toda industria persigue, al reducir la cantidad de combustible utilizado, sino que además, este incremento de la eficiencia, reduciría a su vez, la cantidad de emisiones de gases contaminantes de efecto invernadero por kilovatio producido, contribuyendo por tanto a reducir el impacto medioambiental. Las plantas de producción de energía por turbinas de vapor subcríticas que emplean carbón como combustible, alcanzan en la actualidad, como mucho, un 39 por ciento de eficiencia, por tanto, la búsqueda de aumentos en la eficiencia térmica del orden del 46 por ciento en las plantas de generación de energía eléctrica, usando como combustible fósil el carbón, es un reto importante. En estos momentos la tendencia mundial es la utilización de otras fuentes de energía que no produzcan emisiones elevadas de gases contaminantes SO2, NOx y CO2, y que a su vez sean económicamente rentables en lo referente a los materiales necesarios para su implantación. Para aumentar la eficiencia, se debe aumentar la temperatura de operación de la turbina, lo que trae consigo problemas asociados con la resistencia a la fluencia y a la corrosión por vapor de los materiales empleados actualmente. Para solucionar dichos problemas, desde el punto de vista de la selección y diseño de nuevos materiales, se siguen dos posibles vías: a) desarrollo de materiales con alta conductividad térmica, propiedades mecánicas y de resistencia a la corrosión óptimas; b) desarrollo de materiales con alta resistencia mecánica y conductividad térmica, y por primera vez en Europa, lo que constituye la novedad de este trabajo, la aplicación de recubrimientos protectores sobre estos materiales Dentro de la vía de desarrollo de nuevos aceros, una propiedad muy importante a tener en cuenta es la resistencia a la oxidación de dichos aceros, y para ello se añade un porcentaje en cromo alrededor de un 10 por ciento, a los aceros ferríticos que operan a 650ºC, el cual no es suficiente para mantenerlo operativo el tiempo necesario para que salga rentable las paradas de la planta. Los aceros austeníticos altos en cromo (mayor del 12 por ciento) poseen una mayor resistencia a la oxidación que los ferríticos pero sin embargo presentan un gran coeficiente de expansión térmica y un coeficiente de conductividad térmica muy bajo, lo cual puede provocar un desprendimiento de óxidos durante la vida en servicio de los componentes que puede además de bloquear el paso en las tuberías, erosionar los materiales de fabricación de la planta. Hasta la fecha, se utilizan aceros martensíticos ferríticos que presentan una gran resistencia mecánica (a la fluencia en caliente) y resistencia a la oxidación, con una temperatura de operación de 550ºC. La temperatura de operación puede incrementarse empleando aceros con mayor resistencia a la fluencia y pasando a aleaciones base Ni que son mucho más costosas. Sin embargo, estos aceros no resisten la oxidación a estas temperaturas.