En busca de una mejora de la seguridad y la economía de las turbinas de gas
El rendimiento de las turbinas de gas avanzadas, que son las fuentes de energía predominantes en el transporte aéreo y marítimo y en la generación de electricidad, se puede aumentar considerablemente a base de aplicar temperaturas de gas más altas. El uso de recubrimientos de barrera térmica (TBC) en los componentes fundamentales de turbinas de superaleaciones hace posible ese aumento, ya que los protege de la fatiga termomecánica y de la oxidación. Estos recubrimientos especiales proporcionan un aislamiento de un grosor suficiente y durabilidad para resistir una diferencia de temperatura suficiente entre el sustrato de la superaleación que soporta las cargas y la capa protectora cerámica. En el contexto del proyecto HIPERCOAT, científicos de la Universidad de California-Santa Bárbara estudiaron las inestabilidades morfológicas del óxido térmico crecido que se forman en la capa de unión (bond coat) a causa de imperfecciones iniciales de la superficie de contacto. Dichas inestabilidades se producen cuando la no-planaridad inicial del óxido térmico crecido aumenta en amplitud a medida que el sistema experimenta ciclos térmicos por cambios de temperatura extremos. Se estudiaron por medios numéricos la influencia de los desplazamientos inducidos por la deformación plástica de la capa de unión y las tensiones producidas por el desajuste entre la expansión térmica y el sustrato de superaleación. Los resultados analíticos de las tensiones en plano depararon información muy importante relativa a los mecanismos que provocan los fallos. Tales mecanismos hacen que se formen grietas que se extienden lateralmente, lo cual hace peligrar la integridad de los sistemas de barreras térmicas de capas múltiples. Si bien la comprensión de esos mecanismos sigue siendo incompleta, se dispone de una base de conocimientos sólida para asimilar los atributos de los procedimientos de procesado actuales y guiar los esfuerzos futuros por incrementar la durabilidad. Este trabajo, centrado en la microestructura y las propiedades de materiales con y sin tratamiento térmico, se complementará con evaluaciones experimentales de casos prácticos industriales. Los resultados serán de utilidad a una gama mucho más amplia de aplicaciones en las que se deba conservar la integridad estructural en condiciones duras.
