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Modelo evalúa falla de turbinas en termoeléctricas

Un modelo para identificar dónde y cómo fallan las turbinas de las plantas termoeléctricas —desarrollado por investigadores de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín— servirá de base para crear estrategias de ingeniería molecular que alarguen la vida útil de estas costosas piezas, que se usan en el país para generar energía en temporadas de sequía cuando baja el nivel de los embalses.

Medellín, 27 de abril de 2021Agencia de Noticias UN-

La investigación se enfocó en los materiales de las turbinas usadas para la generación de energía termoeléctrica. Foto: Cortesía EPM.

El líder de la investigación fue el profesor Pablo Hernández. Foto: Juan Pablo Hernández.

En Colombia las termoeléctricas se activan cuando hay escasez de agua y las hidroeléctricas no operan a su mayor capacidad. Foto: Yuri Kadobnov / AFP

Como el uso intermitente de las turbinas es propio de la región, se desarrolló un modelo propio para estudiar las fallas. Fotos: Aizar Raldes / AFP

Facultad de Minas de la UNAL Sede Medellín. Foto: Unimedios.

El profesor Pablo Hernández Ortiz, de la UNAL Sede Medellín y líder de la investigación que fue publicada por la revista Science Advances, explica que la investigación duró ocho años y recibió apoyos de Colciencias (hoy Ministerio de Ciencias) y de EPM.

“Con el profesor Alejandro Toro y el resto del equipo se revisó, desde el punto de vista molecular, el rendimiento de los recubrimientos cerámicos que tienen las turbinas de gas que usa EPM para generar energía en sus plantas. Pero hay una particularidad: en Colombia las termoeléctricas se prenden y se apagan bajo demanda, eso hace que las turbinas no se usen para lo que fueron diseñadas, que es estar prendidas y operando constantemente”, resalta.

“Esa intermitencia en la generación causa un desgaste anormal en las turbinas. Mi labor desde el grupo de ingeniería molecular fue desarrollar un modelo que permitiera capturar muchos de los efectos fundamentales de esos recubrimientos cristalinos y cómo van fallando en el tiempo a medida que les ponen tensión”, agrega el docente Hernández.

Al igual que los metales, esos recubrimientos cerámicos se consideran estructuras policristalinas, es decir, que sus moléculas están alineadas de manera distinta formando cristales diferentes. “Cuando uno funde acero, este queda en estado líquido, pero cuando se empieza a enfriar, se generan cristales en toda las partes de esos fundidos. Los cristales son imposibles de alinear, así que no es un monocristal sino una estructura policristalina. Muchos materiales pueden tener diferentes estructuras cristalinas en el mismo material”, aclara el experto.

Como el uso intermitente de las turbinas es propio de la región, no se halló ningún modelo para estudiar los efectos y las fallas, por lo que los investigadores desarrollaron uno propio. Para esto, adaptaron modelos de biología molecular, de células y materiales, y los combinaron en un “gran modelo fenomenológico” que permitió hacer una simulación sin precedentes en escala de micras, pero con información desde la molécula.

“Con ese modelo logramos entender y explicar cosas que la gente en el pasado no había podido explicarse como, por ejemplo, dónde está el stress point (el punto en el que el material falla)”, detalla el docente.

Con base en ese modelo se crearán las soluciones para el problema de falla en los materiales. “Por ejemplo, si tengo un acero que antes resistía una carga, solo con hacerle un tratamiento apropiado, sin cambiarlo, ese material va a resistir mucho más”, sostiene el investigador Hernández.

El siguiente paso del equipo científico es estudiar el creep, que es la falla que presentan los materiales a lo largo del tiempo. “Ese creep sucede cuando, por ejemplo, tengo un acero y no lo halo del todo sino un poco, y le dejo esa carga durante mucho tiempo. Lo que ocurre es que después de mucho tiempo el material falla, pero no tendría por qué, pues no ha llegado a la carga máxima”, comenta.

Con el modelo creado para las turbinas, entre otros, los investigadores harán una serie de simulaciones para identificar qué origina el creep y establecer soluciones.

“Seguimos avanzando en procura del diseño dirigido molecular para materiales funcionalizados, es decir, materiales que sean mejores sin agregar nada a los procesos de manipulación habituales”, concluye el investigador.

(Por: fin/VRB/MLA/DAMF
)
N.° 861

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