\u201cLas emisiones de CO2 a la atm\u00f3sfera han sido constantes desde la revoluci\u00f3n industrial y hoy en d\u00eda representan la mayor amenaza para la salud mundial. Una gran parte de las emisiones de carbono est\u00e1 asociada a la quema de combustibles f\u00f3siles durante la generaci\u00f3n de energ\u00eda el\u00e9ctrica en centrales a vapor. En este contexto, los esfuerzos de los metal\u00fargicos se han centrado en la b\u00fasqueda de materiales con mayores resistencias a alta temperatura con el fin de incrementar la eficiencia de las centrales termoel\u00e9ctricas. Al aumentar la temperatura de funcionamiento de estas se espera la disminuci\u00f3n de las emisiones de CO2, sin incrementar los costos asociados a materiales\u201d<\/strong>, explica Juan Pablo Sanhueza, Doctor en Ciencia e Ingenier\u00eda de Materiales.<\/p>\nEn consecuencia \u2013 agrega el investigador – la reducci\u00f3n de los gases de efecto invernadero emitidos por las centrales termoel\u00e9ctricas de combustibles f\u00f3siles ha sido la fuerza motriz del desarrollo continuo de materiales resistentes a la alta temperatura. Por lo general, las plantas termoel\u00e9ctricas se pueden clasificar como subcr\u00edticas, supercr\u00edticas y ultra-supercr\u00edticas en funci\u00f3n de su temperatura y presi\u00f3n de trabajo, par\u00e1metros que se correlacionan directamente con la eficiencia neta. En general, para reducir las emisiones de CO2, es necesario aumentar la temperatura y presi\u00f3n de trabajo, por lo que se requieren materiales con mayor resistencia a alta temperatura y resistencia a la oxidaci\u00f3n t\u00e9rmica, aumentando as\u00ed el capital y el costo de generaci\u00f3n de energ\u00eda de las centrales de vapor. Hoy en d\u00eda, la mayor\u00eda de las centrales el\u00e9ctricas de carb\u00f3n del mundo todav\u00eda utilizan tecnolog\u00eda subcr\u00edtica.<\/p>\n
Sin embargo, las centrales el\u00e9ctricas supercr\u00edticas son una buena opci\u00f3n de reemplazo debido a la combinaci\u00f3n de una eficiencia relativamente alta (45%), bajas emisiones de CO2 (722 g \/ kWh) y un menor costo de generaci\u00f3n de energ\u00eda (3,6 US $ \/ kW).<\/p>\n
Los aceros resistentes a la fluencia de 9-12% Cr se utilizan ampliamente en plantas de energ\u00eda supercr\u00edtica para componentes clave como tuber\u00edas, rotores, carcasas de turbinas, calderas, v\u00e1lvulas, \u00e1labes de turbinas, pernos, etc.<\/p>\n
Esto se atribuye principalmente a sus propiedades excepcionales: alta resistencia a la fluencia, resistencia a la oxidaci\u00f3n, soldabilidad, resistencia a la fatiga t\u00e9rmica y costos de producci\u00f3n competitivos. \u201cHoy en d\u00eda, los aceros de grado T\/P91 y T\/P92 son los aceros 9-12%Cr resistentes a la fluencia m\u00e1s comunes utilizados en centrales el\u00e9ctricas de combustibles f\u00f3siles debido a su resistencia a la oxidaci\u00f3n y estabilidad microestructural a altas temperaturas. Sin embargo, su temperatura de operaci\u00f3n esta limita hasta los 620\u00baC, a temperaturas mayores componentes de pared delgada fallan abruptamente por oxidaci\u00f3n. En este contexto, esfuerzos se han llevado a cabo con el fin de mejorar la resistencia a la oxidaci\u00f3n del material mediante el incremento del contenido de Cromo (12%). A pesar de esto, los resultados no han sido satisfactorios debido a que incrementos en el contenido de Cromo degradan la resistencia a la termofluencia, debido a la formaci\u00f3n de fases perjudiciales como la fase Z y Laves\u201d,<\/strong> puntualiza Sanhueza.<\/p>\nRecientemente, el proyecto Z-ultra financiado por el Instituto Frounhofer de Mec\u00e1nica de Materiales desarroll\u00f3 aceros 12%Cr resistentes a la fluencia para centrales el\u00e9ctricas ultra-supercr\u00edticas. El equipo desarroll\u00f3 siete nuevos aceros resistentes a la fluencia reforzados con fase Z. La resistencia a la fluencia de las aleaciones fue un 30% mejor que la de los aceros convencionales T\/P91 y T\/P 92. La resistencia a la oxidaci\u00f3n tambi\u00e9n fue excelente. El proyecto finaliz\u00f3 en 2016 con m\u00e1s de 30 publicaciones y con prototipos de tubos en calderas de dos centrales el\u00e9ctricas ucranianas con fines de demostraci\u00f3n. Sin embargo, y aunque los aceros reforzados por fase Z mostraron una resistencia a la fluencia prometedora y una superior resistencia a la oxidaci\u00f3n a 650\u00baC, las investigaciones revelaron que tras 40.000 h de exposici\u00f3n a la fluencia a 650\u00baC, la fase Z presenta un tama\u00f1o de part\u00edcula demasiado grueso, previendo una disminuci\u00f3n de la resistencia a alta temperatura en el largo plazo.<\/p>\n
De esta manera, y tomando todos estos antecedentes, el acad\u00e9mico Juan Pablo Sanhueza investigar\u00e1 la nucleaci\u00f3n, crecimiento y engrosamiento de la fase de Laves en aceros 12%Cr para aplicaci\u00f3n en componentes de pared delgada a 650\u00baC resistentes a la fluencia t\u00e9rmica de forma experimental, con la ayuda de herramientas computacionales como ThermoCalc, DICTRA y TC-PRISMA. Si bien el efecto de la fase Laves en los aceros 9-12%Cr resistentes a la fluencia es aun controversial y poco entendido, lograr que este inter met\u00e1lico act\u00fae como fase de reforzamiento podr\u00eda involucrar un salto cuantitativo desde temperaturas de operaci\u00f3n de 620\u00baC a temperaturas de 650\u00baC a un costo relativamente bajo.<\/p>\n
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