Control de caudal en la generación de energía solar: parte 2
Esta es la segunda de una serie de dos partes que explora la selección de válvulas en aplicaciones de energía solar. El primer artículo se centró en cómo las válvulas de control especialmente adaptadas son capaces de superar los desafíos inherentes a la generación de energía solar. En esta parte, se analizan los materiales usados en la fabricación de válvulas para aplicaciones de energía solar.
Las plantas de energía solar concentrada son entornos agresivos plagados de dificultades como altas temperaturas, cambios drásticos de temperatura, vibración excesiva, características extremas y condiciones ambientales volátiles. Los sistemas de gestión de caudal, en particular los componentes de los sistemas de tuberías, deben ser capaces de funcionar de manera confiable en estos entornos agresivos, y los materiales con los que se fabrican estas válvulas son fundamentales para el éxito conjunto.
Las aplicaciones de energía solar a menudo emplean sales fundidas como "fluido de transferencia" para transportar y almacenar el calor generado por la luz solar concentrada. Las sales fundidas se usan porque son resistentes a altas temperaturas, no son tóxicas ni inflamables. Las válvulas que controlan este fluido son esenciales para la generación de energía solar.
Debido a la naturaleza agresiva y a las temperaturas extremas de las sales fundidas, los fabricantes originales (OEM) de equipos rotativos deben usar materiales específicos para fabricar las válvulas. El tipo de material usado en la construcción de cuerpos de válvula depende de la temperatura de funcionamiento de las sales fundidas. Por ejemplo:
- Grados de acero al carbono hasta 427 °C (800 °F)
- Grados de acero Cr-Mo hasta 570°C (1058°F)
- Grados de acero austenítico estabilizado hasta 600 °C (1112 °F); el acero inoxidable austenítico estabilizado debe poder impedir la corrosión intercristalina
- Aleaciones con níquel para temperaturas superiores a 600°C (1112°F)
Por lo general, los componentes internos son de acero inoxidable o de acero inoxidable estabilizado a temperaturas elevadas. La aleación 6 se usa para fabricar el casquillo guía y la superficie del vástago en casos en que el desgaste en general y el desgaste por roce son motivos de preocupación.
El carbono o el grafito no son adecuados para las válvulas que entran en contacto directo con las sales fundidas, dado el poder de oxidación de estas últimas.
Materiales para los componentes de soporte de las válvulas
Se requieren diseños y materiales distintivos para las juntas y los empaques. Los fabricantes de equipos originales (OEM) a menudo emplean grafito protegido por un cable trenzado Inconel® para los materiales de los empaques. Podría aplicarse una capa fina de desmoldeante, diseñado para anillos de empaque a altas temperaturas, a la superficie interior de la zona del empaque. El desmoldeante protege contra la corrosión, mejora la hermeticidad y facilita el reemplazo del empaque.
Debido a que materiales comunes como la mica no tienen suficiente fuerza y hermeticidad por sí solos, con frecuencia se usan en combinación con otros materiales para fabricar sistemas de prensaestopas. Los fabricantes de equipos originales producen sellos para bonetes y cuerpos de válvula con C-rings u O-rings metálicos debido a su rendimiento comprobado en entornos agresivos.
Impedir la cristalización del fluido de transferencia
Un desafío exclusivo de la generación de energía solar es la necesidad de mantener una temperatura mínima del fluido de transferencia. Si el fluido de transferencia térmica llegara a cristalizarse o pasar al estado sólido, podría dañar la válvula de control. En el caso de las sales fundidas, la temperatura se mantiene constantemente a por lo menos 50°C (122°F) por encima de la temperatura de fusión de las sales.
El límite de temperatura superior ronda los 300°C (572°F) para los sistemas de prensaestopas comúnmente utilizados, pero algunos pueden soportar temperaturas de hasta 400°C (752°F). Las temperaturas excesivas reducen la vida útil del sello del vástago y podrían dañar las cintas calefactoras, así que es importante regular los límites de temperatura inferior y superior para impedir que el fluido se cristalice y que el vástago de la válvula resulte afectado.
Dado que el sello del vástago es una zona delicada, los sensores de temperatura deben ubicarse lo más cerca posible del sistema de sellado para garantizar que la temperatura se mantenga dentro de los límites definidos en todos los estados de funcionamiento. El material aislante del cuerpo o del bonete también debe ser adecuado para las temperaturas previstas.
Debido a las condiciones agresivas del entorno dentro de las plantas de energía solar, es fundamental aislar el prensaestopas para protegerlo del viento y de la arena. Y dado que se requiere un mayor esfuerzo de mantenimiento, el sistema de prensaestopas también debe ser de fácil acceso.
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