Predicción de los daños por fallo en superaleaciones de cristales simples
Las palas utilizadas en las turbinas de gas soportan, durante su uso, temperaturas y tensiones extremadamente altas. La complejidad y alto grado de interrelación entre estos mecanismos dañinos hace que su estudio se convierta en una tarea difícil. Por ejemplo, los requisitos de encendido, apagado y cambio de potencia pueden originar fallos combinados de estiramiento y fatiga con efectos de rotura no deseados. Aumentar la protección contra fallos implica el uso de materiales avanzados, revestimientos y sistemas de enfriamiento, o combinaciones de éstos. Las actuales técnicas industriales de fabricación de palas de turbinas de gas utilizan superaleaciones de base níquel de cristal simple, por su capacidad de aumentar la temperatura interior de la turbina y consecuentemente reducir el consumo de combustible en las unidades de potencia. Revestidos con recubrimiento de barrera térmica, estos materiales avanzados mejoran considerablemente la efectividad termodinámica de las palas. A pesar de esto, las roturas parecen inevitables dados los varios efectos no deseados que se infieren del caso, incluyéndose los daños al sustrato, la oxidación y la degradación del revestimiento de barrera térmica. Impulsado por estas necesidades, el proyecto analizó los mecanismos perjudiciales para las superaleaciones monocristalinas de base, revestidas y no revestidas. Centrándose en la microestructura de estos materiales, los estudios lograron la modelación de los daños en los fenómenos de fatiga y degradación de los recubrimientos de barrera térmica. Los modelos micromecánicos, mesomecánicos y macromecánicos desarrollados sirvieron para diseñar herramientas de evaluación que pudieran predecir el tiempo de vida útil de las palas de turbinas. Más específicamente, los modelos se basan en la microestructura de precipitados, los defectos de fundición y las propiedades protectoras de los revestimientos de barrera térmica. Con base en el análisis estructural se realizó también la validación de varias herramientas de evaluación del ciclo de vida. Se confía en que la predicción del tiempo de vida útil, estrechamente relacionada con las herramientas de evaluación diseñadas, ofrecerá grandes ventajas a los fabricantes y usuarios de turbinas de gas. Puede contribuir al diseño de palas de mayor durabilidad y seguridad, y a la precisión de los parámetros de reparación para una minimización del tiempo de inactividad y una maximización de la producción.
