{"id":135031,"date":"2022-01-28T11:09:53","date_gmt":"2022-01-28T10:09:53","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=135031"},"modified":"2022-01-28T11:09:53","modified_gmt":"2022-01-28T10:09:53","slug":"recubrimientos-absorbentes-que-mejoran-la-eficiencia-en-plantas-termosolares","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2022\/01\/28\/135031","title":{"rendered":"Recubrimientos absorbentes que mejoran la eficiencia en plantas termosolares"},"content":{"rendered":"

Autores: \u00c1lvaro Rico1<\/sup>, Noelia Mart\u00ednez1,2<\/sup>, David Merino1<\/sup>, Claudio J. M\u00fanez1<\/sup>, Pedro Poza1<\/sup><\/strong><\/p>\n

1<\/sup> DIMME \u2013 Grupo de Durabilidad e Integridad de Materiales Estructurales, Universidad Rey Juan Carlos, C\/ Tulip\u00e1n s.n. 28933 M\u00f3stoles, Madrid.<\/strong><\/p>\n

2<\/sup> Abengoa Energ\u00eda, Departamento de Energ\u00eda Solar, Energ\u00eda Solar 1, 41014 Sevilla.<\/strong><\/p>\n

Desde el a\u00f1o 2015 el Consejo de las Naciones Unidas ha establecido los 17 objetivos para el desarrollo sostenible del Mundo, tratando de mejorar la prosperidad de la poblaci\u00f3n al mismo tiempo que se protege medioambientalmente el planeta. El objetivo n\u00famero 7 se refiere a la producci\u00f3n y uso de energ\u00eda limpia. En consonancia con este planteamiento, la Uni\u00f3n Europea ha marcado en sus pol\u00edticas medioambientales la inclusi\u00f3n prioritaria de tecnolog\u00edas limpias, tratando de convertirse en actor principal en el desarrollo de estos objetivos. Es evidente, y no descubrimos nada nuevo al decirlo, que la producci\u00f3n de energ\u00eda mediante fuentes renovables se convierte de esta forma en una de las principales herramientas para ayudar a alcanzar este ambicioso objetivo. La energ\u00eda solar de concentraci\u00f3n presenta algunas ventajas frente a otras renovables, como poder ser gestionada gracias a sus posibilidades de almacenamiento. Adem\u00e1s, los estudios realizados por la Uni\u00f3n Europea para reducir las emisiones de CO2<\/sub> predicen que la energ\u00eda solar de concentraci\u00f3n puede llegar a alcanzar el 11 % del total de la energ\u00eda consumida [1].<\/span><\/p>\n

La energ\u00eda solar de concentraci\u00f3n se basa en focalizar la radiaci\u00f3n del sol, mediante un sistema espejos, sobre un receptor, que constituye un caso particular de intercambiador de calor en el que se calienta un fluido portador. Se utilizan diferentes configuraciones como los sistemas cilindro-parab\u00f3licos, donde el receptor se encuentra en el foco lineal de un espejo parab\u00f3lico, o las plantas de torre, en las que un campo de heli\u00f3statos se focaliza sobre un receptor de grandes dimensiones situado en una torre. El mecanismo de funcionamiento de esta tecnolog\u00eda obliga a que el receptor presente una elevada eficiencia para absorber y retener la radiaci\u00f3n solar. Por ello, los tubos por los que circula el fluido caloportador, suelen recubrirse con pinturas de elevada absorbancia solar. Aunque se ha formulado una amplia gama de pinturas, la realidad es que, en t\u00e9rminos comerciales, se emplea casi exclusivamente una; de nombre Pyromark. Aunque gran parte de la tecnolog\u00eda actual se sustenta en el uso de esta pintura por su facilidad de aplicaci\u00f3n (lo que permite pintar y reparar los tubos \u201cin situ\u201d) y por presentar una absorbancia superior al 96 %; lo cierto es que presenta graves problemas de durabilidad que obligan a establecer tareas de mantenimiento muy frecuentes para reparar, o incluso repintar completamente, los tubos inicialmente recubiertos. Puesto que la pintura tiene una base polim\u00e9rica, la resistencia a la fatiga t\u00e9rmica y\/o mec\u00e1nica de la pintura es muy limitada; produci\u00e9ndose ampollamientos y agrietamientos de la pintura que reducen r\u00e1pidamente sus prestaciones \u00f3pticas. Aunque se han estudiado los m\u00e9todos de deposici\u00f3n y consolidaci\u00f3n de estas pinturas en detalle tratando de optimizarlos, y ciertamente en este sentido se han obtenido mejoras significativas [2]; la p\u00e9rdida de durabilidad sigue siendo elevada, lo que hace incurrir en elevados costes de mantenimiento a las plantas termosolares.<\/span><\/p>\n

Una de las l\u00edneas de investigaci\u00f3n del grupo URJC-SOLAR, dentro del Programa de Actividades de I+D ACES2030, es el desarrollo de recubrimientos que se consoliden como alternativas a las pinturas comerciales. Estos nuevos materiales deben mostrar una elevada funcionalidad \u00f3ptica, con elevada absorbancia y baja emisividad, y adem\u00e1s presentar una mayor durabilidad ante las agresiones mec\u00e1nicas y\/o qu\u00edmicas a las que deber\u00e1n enfrentarse en la aplicaci\u00f3n final. Adem\u00e1s, el m\u00e9todo de deposici\u00f3n de estos recubrimientos debe poder ejecutarse en la planta, lo que obliga tambi\u00e9n a trabajar sobre este aspecto.<\/span><\/p>\n

Uno de los sistemas de recubrimientos m\u00e1s prometedores, en consonancia con los requisitos anteriores, se basa en la deposici\u00f3n de \u00f3xidos de cromo mediante la t\u00e9cnica de deposici\u00f3n de plasma atmosf\u00e9rico. La proyecci\u00f3n t\u00e9rmica es una tecnolog\u00eda bien establecida para generar recubrimientos sobre una gran gama de sustratos. El material con el que se pretende consolidar el recubrimiento se calienta en un medio gaseoso y luego se proyecta en forma de gotas fundidas a gran velocidad sobre el sustrato. Durante el impacto, estas gotas fundidas se aplanan y transfieren el calor al sustrato fr\u00edo, de modo que solidifican r\u00e1pidamente generando una estructura t\u00edpica laminar. En funci\u00f3n de los materiales que se desean proyectar y de las caracter\u00edsticas que se pretenden obtener en el recubrimiento, existen diferentes t\u00e9cnicas de proyecci\u00f3n t\u00e9rmica disponibles. Entre las m\u00e1s empleadas se encuentra la proyecci\u00f3n por plasma atmosf\u00e9rico, en la que el calor necesario para fundir el polvo de partida se consigue ionizando un gas, habitualmente Ar, o mezclas de Ar con otros gases inertes como N2<\/sub>, He, etc; mediante una descarga el\u00e9ctrica de alto amperaje. Las pistolas de proyecci\u00f3n convencionales, empleadas desde hace mucho tiempo en la industria de generaci\u00f3n de recubrimientos, presentan una elevada tasa de deposici\u00f3n asociada a las elevadas potencias de trabajo que presentan. Estas potencias se encuentran a d\u00eda de hoy en el entorno de los 80 kW. Estos equipos de deposici\u00f3n convencionales son fijos y se usan para la generaci\u00f3n inicial del recubrimiento. Puesto que no pueden transportarse, no pueden ser empleados en operaciones de reparaci\u00f3n en las plantas termosolares.<\/span><\/p>\n

Recientemente es posible utilizar pistolas portables, como la \u201cCompact Plasma Spray\u201d de Sultzer Metco, cuya principal caracter\u00edstica es que su m\u00e1xima potencia de trabajo es inferior a los 3 kW, habilitando la posibilidad de realizar operaciones de reparaci\u00f3n en planta gracias a su portabilidad. Aunque los mecanismos f\u00edsicos de consolidaci\u00f3n y generaci\u00f3n del recubrimiento son los mismos que en los equipos convencionales, la baja potencia penaliza la tasa de deposici\u00f3n, ralentizando el proceso de fabricaci\u00f3n. No obstante, las zonas que deben repararse son peque\u00f1as habitualmente, por lo que los tiempos de deposici\u00f3n se reducen haciendo factible el uso de estas t\u00e9cnicas en las operaciones de reparaci\u00f3n en planta. Sin embargo, el salto en potencia entre los equipos convencionales y los portables es muy grande. Por ello, debe estudiarse el proceso de fabricaci\u00f3n desde cero, tratando de encontrar el conjunto de par\u00e1metros de fabricaci\u00f3n \u00f3ptimo que permita adoptar a los recubrimientos fabricados las propiedades que se les requieren. En el ejemplo que presentamos, se ha estudiado la influencia de la intensidad de corriente, la tasa de alimentaci\u00f3n de polvo cer\u00e1mico y el caudal de gas plasm\u00e1geno, tres de los par\u00e1metros de fabricaci\u00f3n m\u00e1s relevantes para esta t\u00e9cnica; en la calidad \u00f3ptica de los recubrimientos fabricados. En la figura 1, se presenta un modelo de superficie de respuesta que predice como la absorbancia y la emisividad\u00a0de recubrimientos cer\u00e1micos basados en \u00f3xido de cromo dependen de estos par\u00e1metros de fabricaci\u00f3n.<\/span><\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

Figura 1. Modelo de superficie de respuesta mostrando la dependencia de la absorbancia, la emisividad y la deseabilidad global del recubrimiento con los par\u00e1metros de fabricaci\u00f3n de la t\u00e9cnica empleada.<\/em><\/p>\n

Se puede comprobar que los mayores valores de absorbancia, y los m\u00e1s bajos de emisividad, se obtienen para tasas de alimentaci\u00f3n de polvo elevadas (dentro del rango de uso del equipo), as\u00ed como para caudales del gas plasm\u00e1geno, en este caso Ar, relativamente reducidos. La intensidad de corriente no parece tener una influencia relevante. Para destacar las regiones m\u00e1s adecuadas de la ventana experimental puede emplearse el concepto de deseabilidad que, bas\u00e1ndose en el m\u00e9todo de la m\u00e1xima verosimilitud, ofrece una visi\u00f3n global de la regi\u00f3n de operatividad del equipo en la que se maximiza la absorbancia y se minimiza la emisividad. Las observaciones anteriores se confirman, pudiendo definir de forma relativamente sencilla el conjunto de par\u00e1metros de fabricaci\u00f3n que produce las propiedades requeridas para la aplicaci\u00f3n.<\/span><\/p>\n

Desde el punto de vista del material, cuando se emplean los par\u00e1metros \u00f3ptimos de fabricaci\u00f3n para depositar los recubrimientos se favorece la aparici\u00f3n de fases absorbentes en la microestructura del recubrimiento. En la figura 2 se observa un detalle, obtenido mediante microscop\u00eda electr\u00f3nica de transmisi\u00f3n, de un grano de fase CrO3<\/sub>, con elevada capacidad absorbedora, que solo aparece en las muestras fabricadas con el conjunto de par\u00e1metros identificados previamente.<\/span><\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

Figura 2. Imagen de microscop\u00eda de trasmisi\u00f3n de un encubrimiento cer\u00e1mico mostrando un detalle de una fase absorbente (CrO3<\/sub>).<\/sub><\/em><\/p>\n

La absorbancia medida en estas muestras es superior al 95 %, muy cercana ya a la ofrecida por las pinturas comerciales empleadas actualmente. Estos recubrimientos, por su car\u00e1cter cer\u00e1mico, presentan una resistencia al choque mec\u00e1nico y\/o t\u00e9rmico, as\u00ed como una estabilidad qu\u00edmica frente a ambientes agresivos, muy superior a los de naturaleza polim\u00e9rica. Es decir, manifiestan una durabilidad muy mejorada manteniendo, al mismo tiempo, las prestaciones \u00f3pticas requeridas en los absorbedores solares.<\/span><\/p>\n

Referencias<\/strong><\/p>\n

[1] European Commission. Roadmap 2050. Policy 2012:1\u20139. https:\/\/doi.org\/10.2833\/10759.<\/p>\n

[2] Mart\u00ednez N, Rico A, M\u00fanez CJ, Prieto C, Poza P. Improving durability of silicone-based paint coatings used in solar power plants by controlling consolidation procedures. Sol Energy 2020;199:585\u201395. https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.solener.2020.02.049.<\/p>\n

Contacto<\/strong><\/p>\n

Pedro Poza, Investigador del grupo URJC-SOLAR del Programa ACES2030-CM.<\/p>\n

Coordina ACES2030-CM: Manuel Romero \u00c1lvarez. IMDEA Energ\u00eda<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Autores: \u00c1lvaro Rico1, Noelia Mart\u00ednez1,2, David Merino1, Claudio J. M\u00fanez1, Pedro Poza1 1 DIMME \u2013 Grupo de Durabilidad e Integridad de Materiales Estructurales, Universidad Rey Juan Carlos, C\/ Tulip\u00e1n s.n. 28933 M\u00f3stoles, Madrid. 2 Abengoa Energ\u00eda, Departamento de Energ\u00eda Solar, Energ\u00eda Solar 1, 41014 Sevilla. Desde el a\u00f1o 2015 el Consejo de las Naciones Unidas ha establecido los 17 objetivos para el desarrollo sostenible del Mundo, tratando de mejorar la prosperidad de la poblaci\u00f3n al mismo tiempo que se protege medioambientalmente el planeta. El objetivo n\u00famero 7 se refiere a la producci\u00f3n y uso de energ\u00eda limpia. En consonancia con\u2026<\/p>\n","protected":false},"author":29,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"ngg_post_thumbnail":0},"categories":[1],"tags":[],"blocksy_meta":{"styles_descriptor":{"styles":{"desktop":"","tablet":"","mobile":""},"google_fonts":[],"version":4}},"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/135031"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/users\/29"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=135031"}],"version-history":[{"count":11,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/135031\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":135050,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/135031\/revisions\/135050"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=135031"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=135031"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=135031"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}