El acero inoxidable en las tecnologías de energía limpia

Son muchas las tecnologías de energía limpia que utilizan en partes de sus equipos aceros inoxidables con diferentes requerimientos de níquel. Los que contienen entre 8 y 9% poseen una fuerte estructura austenítica y muestran mejores características de soldabilidad. Además, hace al inoxidable más soldable, más formable y dúctil, incrementa el grado de dureza, la tenacidad, la resistencia a temperaturas elevadas y criogénicas.

Por ejemplo, la energía geotérmica requiere aceros inoxidables con alto contenido de níquel; la energía termosolar de concentración también conocida como CSP, requiere aceros inoxidables con un contenido moderado de níquel y la energía hidro-eléctrica, requiere aceros inoxidables con un contenido bajo de este importante elemento (que aunque sea bajo, le brinda una buena soldabilidad a las palas de las turbinas y les brinda larga vida útil a los componentes utilizados en las compuertas de las presas).

La central eléctrica Hellisheidi en Islandia, cerca de la capital Reykjavik, está clasificada como la sexta planta de ENERGÍA GEOTÉRMICA más grande del mundo; produce 303 MW de electricidad y 400 MW de energía térmica que se utilizan para calentar hogares y negocios, transportados por una tubería de 19.5 km hasta la ciudad. Los pozos extraen el agua a una temperatura de alrededor de 200°C con una cantidad baja de cloruro y de sulfuro de hidrógeno.

Los materiales que utilizan las plantas de energía geotérmica van desde el acero al carbono hasta varios tipos de aceros inoxidables (incluso titanio para ciertos componentes críticos). Algunos de los componentes clave que son de acero inoxidable son las turbinas, condensadores, intercambiadores de calor, bombas y sistemas de tuberías (de aceros inoxidables austeníticos y dúplex). Los aceros inoxidables brindan resistencia a la corrosión y superficies limpias para una excelente transferencia de calor.

La ENERGÍA HIDROELÉCTRICA es actualmente la mayor fuente de electricidad renovable y se espera que para el año 2040 su capacidad crezca en un 70%. Transforma la fuerza del agua en energía eléctrica y para aprovechar dicha fuerza, se construyen grandes infraestructuras hidráulicas capaces de extraer el máximo potencial de este recurso renovable.

El acero inoxidable se utiliza en algunos componentes clave como las turbinas para generar electricidad. Las turbinas necesitan resistencia a la corrosión y a la cavitación*. Varían en tamaño, pero en general son muy grandes y requieren de aceros inoxidables con una buena soldabilidad; las más duraderas están fabricadas con aceros inoxidables martensíticos y austeníticos. Los estatores (partes fijas de una máquina rotativa) también son muy grandes y son de acero inoxidable austenítico por sus cualidades no magnéticas, clave para su rendimiento.

*La cavitación es un fenómeno físico, mediante el cual un líquido, en determinadas condiciones, pasa a estado gaseoso y unos instantes después pasa nuevamente a estado líquido.

Las compuertas son de gran diámetro y el acero inoxidable proporciona mayor resistencia y reduce el peso. Los austeníticos brindan una buena soldabilidad a las compuertas y mayor durabilidad. Los aceros inoxidables brindan un menor costo porque requieren mínimo mantenimiento, proporcionan mayor eficiencia y son un material clave para el futuro de esta tecnología.

La ENERGÍA EÓLICA es la que se obtiene a partir de la fuerza del viento a través de un aerogenerador que transforma la energía cinética de las corrientes de aire en energía eléctrica. El uso del viento para generar esta energía ha aumentado en todo el mundo. El costo de la energía de las turbinas eólicas se ha reducido, mientras que el tamaño individual de las turbinas ha aumentado.

Muchos elementos como escaleras, paneles de control y sujetadores son de acero inoxidable austenítico para mejorar la tenacidad, la capacidad de absorber energía mecánica sin fracturarse, que es fundamental para el funcionamiento de las turbinas eólicas.

La caja de engranes de una turbina contiene las partes móviles más críticas (una caja de cambios para una turbina de 8 MW puede pesar 86 toneladas). Si falla una pieza importante o la caja de engranajes, el reemplazarlas en una turbina eólica terrestre tiene un alto costo económico y en una turbina en alta mar, el costo es más alto y requiere de mucho tiempo para su reparación o cambio. Por lo que la eficiencia y larga vida útil de los materiales utilizados en estos equipos son factores primordiales para que la energía eólica sea económicamente viable. El acero inoxidable proporciona estas dos ventajas esenciales.

El peso de la caja de cambios también es importante ya que la estructura debe soportar el peso de la góndola donde se encuentra la caja de cambios en las condiciones de viento más fuertes. Una reducción de un kilogramo de peso en una góndola puede ahorrar hasta 10 kg de material en la estructura de soporte. El acero inoxidable es un material que ofrece una buena relación entre peso y resistencia (alta resistencia), lo que quiere decir que se pueden usar espesores delgados con la resistencia mecánica que se requiere. Gran parte del material de la caja de cambios es acero inoxidable (con un contenido de níquel de hasta un 2% para ciertos componentes), sin embargo, debido a su buen rendimiento se sugieren inoxidables con un contenido de níquel más alto porque se están considerando en el futuro tamaños de turbina de hasta 20 MW y los componentes que hoy no están fabricados con acero inoxidable, se contempla que en el futuro deben ser fabricados con un inoxidable que contenta alrededor de un 0.5% de níquel para reducir el peso y aumentar la resistencia.

En cada aerogenerador se utilizan unos 2,000 kgs de acero inoxidable. Las aplicaciones que utilizan acero inoxidable en el área de la góndola son los ejes, cojinetes, engranajes, componentes hidráulicos. En otras áreas se utiliza en sujetadores, carcasas de gabinetes de control, entre muchos otros componentes.

Referencia bibliográfica:

https://nickelinstitute.org/en/blog/2021/september/wind-and-water-nickel-in-clean-energy/