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Development of multifunctional Thermal Barrier Coatings and modelling tools for high temperature power generation with improved efficiency

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Hacia mejores recubrimientos de barrera térmica

Las turbinas de gas funcionan a temperaturas muy altas y deben incluir recubrimientos de barrera térmica (TBC) para evitar la degradación de los componentes y aumentar la eficiencia. Unas nuevas formulaciones permitirán mejorar en gran medida el rendimiento de estos recubrimientos.

Tecnologías industriales

Para la generación de energía con turbinas se quema combustible y se alimenta la turbina con los gases formados a partir de la combustión, que se encuentran a temperaturas muy altas. En la actualidad, una de las tecnologías más utilizadas en el proceso de generación de energía son las turbinas de gas, que se alimentan en su mayoría de gas natural, consideradas mejores que las de combustión de carbón. Para el futuro se prevé utilizar hidrógeno o gas de síntesis (una mezcla de hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono). Los TBC protegen los componentes frente a las altas temperaturas de operación y mejoran significativamente la eficiencia del proceso de generación de electricidad pues disminuyen lo más posible la pérdida de calor. Un amplio consorcio europeo inició el proyecto THEBARCODE (Development of multifunctional thermal barrier coatings and modelling tools for high temperature power generation with improved efficiency) para diseñar TBC que fueran mejores y más rentables. El equipo investigó formulaciones de acabado y protección húmedas y secas y capas adherentes aplicadas directamente por debajo de la capa de acabado y protección. Los investigadores de THEBARCODE prepararon algunos materiales no convencionales con técnicas de síntesis ecológicas y una formulación de nanopolvo anticorrosiva para la capa adherente. Se estudió la modificación superficial con un polvo de rociado térmico (listo para su comercialización) y se consideró un método simple y rentable para las superficies con funcionalidad graduada. Se emplearon métodos de aplicación de coste bajo, como el rociado térmico y por plasma, y el depósito pulsado con vapor. Mediante pruebas de microindentación, el equipo midió la dureza de las capas protectoras a escala microscópica. También realizó una prueba de flexión en tres puntos para determinar la elasticidad entre las capas protectora y adeherente. Los científicos investigaron las propiedades mecánicas, el efecto del procedimiento de recocido, los ciclos térmicos y el comportamiento ante el choque térmico de los TBC desarrollados. Estos trabajos permitieron seleccionar cinco fórmulas de recubrimiento prometedoras que se aplicarían por depósito en piezas de motor reales. Se desarrollaron modelos nuevos para el análisis de la expansión de grietas que permiten prever la vida útil y el fallo del TBC. El equipo investigó también distintos métodos de obtener la tasa de liberación de energía por tensión como función de los ciclos térmicos. Los científicos han proporcionado una tecnología de TBC integral, incluyendo materiales nuevos y procesos rentables, todo lo cual mejorará significativamente la eficiencia de la generación de energía con turbinas de gas. Se trata de una importante tecnología de transición que se enmarca en los esfuerzos mundiales por reducir la dependencia con respecto a los combustibles fósiles. El aumento de la eficiencia contribuirá a ampliar su repercusión.

Palabras clave

Recubrimientos de barrera térmica, turbinas de gas, generación de electricidad, THEBARCODE, capas adherentes

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