Desarrollo y evaluación de nuevos recubrimientos para la mejora de la eficiencia de las plantas solares de concentración de potencia (CSP)

Abstract

Las plantas de concentración solar de potencia (CSP) es una tecnología en continuo desarrollo por mejorar la eficiencia de este tipo de energías renovables. Estas tecnologías utilizan como medio de almacenamiento de energía térmica solar (TES) sales fundidas. Las plantas CSP de primera generación utilizan sales fundidas de nitratos, de las cuales, las más empleada es la Solar Salt (60 wt% NaNO3 y 40 wt% KNO3). Sin embargo, las plantas CSP de segunda generación utilizan otro tipo de sales fundidas como pueden ser de cloruros o de carbonatos. La ventaja que tienen este tipo de sales es su estabilidad a altas temperaturas hasta al menos 750 ºC. Uno de los problemas que aparecen con este tipo de sales es su alta corrosividad en los metales, por lo que actualmente se está poniendo foco en soluciones que mitiguen esta problemática. Se ha visto que el empleo de recubrimientos mediante diferentes técnicas de deposición y compuestos es la línea principal de estudio. Además, de estas soluciones se está estudiando el empleo de nanopartículas cerámicas dispersas dentro de las sales para que estas no afecten severamente al metal. En el presente trabajo se estudiará el comportamiento de dos aceros inoxidables austeníticos AISI 321 y AISI 347 frente a sales fundidas de cloruros a una temperatura de 700 ºC durante 200 horas bajo una atmósfera de aire atmosférico. En adición, se ensayaron en dos sales diferentes. Por un lado, se prepararon utilizando una mezcla binaria KCl-NaCl. Por otro lado, se mezcló utilizando una composición ternaria KClMgCl2-NaCl. Tras la revisión bibliográfica realizada, se han escogido dos recubrimientos por proyección térmica con el objetivo de mitigar la corrosión en estos materiales. Se depositará sobre los dos sustratos un recubrimiento MCrAlX (M: Ni, y/o Co; X: Y, Hf, Si, y/o Ta), Amdry 997, mediante proyección térmica a alta velocidad (HVOF) y un recubrimiento NiCrAl, Metco 443NS, mediante proyección térmica por plasma atmosférico (APS). Las condiciones de ensayo de estas muestras será igual que para las muestras sin recubrir. Los resultados obtenidos tras los ensayos de corrosión por sales fundidas de cloruros a 700 ºC durante 200 h muestran un ataque bastante severo en las muestras sin recubrimiento obteniendo reducciones de espesor hasta el 51%. Sin embargo, los resultados adquiridos tras el ensayo de corrosión de las muestras con los recubrimientos por proyección térmica mostraron mejor comportamiento frente a la corrosión por sales fundidas que las muestras AISI 321 y AISI 347 sin recubrir, obteniendo una reducción de hasta el 30,62% del espesor del sustrato original.