Revestimientos innovadores mejoran la eficiencia de motores de turbina mediante aleaciones metálicas refractarias
MadridUn equipo de la Universidad de Virginia ha avanzado en la mejora de la eficiencia de las turbinas al desarrollar nuevos revestimientos protectores. Estos recubrimientos permiten que las turbinas operen a temperaturas más altas, lo que aumenta la eficiencia y reduce el consumo de combustible y las emisiones. Las turbinas son fundamentales para industrias como la aviación y la generación de energía.
El proyecto, respaldado por el programa ULTIMATE de ARPA-E del Departamento de Energía de EE. UU., se centra en desarrollar recubrimientos utilizando aleaciones de metales refractarios. Aunque estos materiales no se habían utilizado mucho anteriormente debido a su baja resistencia a la oxidación, las nuevas investigaciones los están poniendo nuevamente en el foco de atención. Una parte crucial de este estudio involucra óxidos de tierras raras, conocidos por su estabilidad y su capacidad para ofrecer una excelente protección.
Investigadores emplearon elementos de tierras raras como el itrio, erbio y iterbio para crear un revestimiento de una sola capa. Al ajustar cuidadosamente estas combinaciones, lograron mejorar significativamente el rendimiento de los recubrimientos. Este avance elimina la necesidad de utilizar los complicados sistemas multicapa que se emplean actualmente en los motores de turbinas.
El estudio utilizó dos métodos principales para aplicar estos recubrimientos:
- Proyección térmica, que consiste en calentar el material hasta que se funda antes de aplicarlo.
- Aplicación de una mezcla líquida que se seca y solidifica sobre la superficie.
El aprendizaje automático y las simulaciones por computadora fueron esenciales en esta investigación. El equipo empleó estas herramientas para identificar las mejores combinaciones de óxidos de tierras raras. Los métodos computacionales también les permitieron evaluar rápidamente diferentes escenarios, acelerando así el proceso de prueba y mejora.
Cambios significativos: Mejoras en la eficiencia de las turbinas Para las industrias, operar turbinas a temperaturas más altas resulta en un ahorro económico, una reducción de emisiones y un aumento en la eficiencia. Esto es crucial para la generación de electricidad, ya que las turbinas son esenciales en la conversión de calor en energía.
El impacto ambiental es considerable. Los motores más eficientes consumen menos combustibles fósiles y emiten menos gases de efecto invernadero. Esto hace que la tecnología sea atractiva para las industrias que buscan reducir su huella ecológica.
La investigación resulta prometedora, aunque es solo el punto de partida. El equipo reconoce la necesidad de realizar más pruebas y ajustes. A medida que se continúan haciendo mejoras, estos revestimientos podrían establecer nuevos estándares en la tecnología de motores de turbina, beneficiando tanto a las industrias como a los consumidores. El camino hacia motores de turbina más eficientes y sostenibles ha comenzado con estos revestimientos innovadores.
El estudio se publica aquí:
http://dx.doi.org/10.1016/j.scriptamat.2024.116206y su cita oficial - incluidos autores y revista - es
Kristyn D. Ardrey, Mackenzie J. Ridley, Kang Wang, Kevin Reuwer, Giavanna Angelo, Kevin Childrey, William Riffe, Mahboobe Jassas, Mukil Ayyasamy, Prasanna V. Balachandran, Patrick E. Hopkins, Jonathan Laurer, Carolina Tallon, Bi-Cheng Zhou, Elizabeth J. Opila. Opportunities for novel refractory alloy thermal/environmental barrier coatings using multicomponent rare earth oxides. Scripta Materialia, 2024; 251: 116206 DOI: 10.1016/j.scriptamat.2024.116206
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