A pesar de los rigores de la investigación científica y los enfoques metódicos de los investigadores más talentosos del mundo, a veces la ciencia tiene una sorpresa reservada.
Tal fue el caso cuando un grupo de investigadores del Laboratorio Nacional de Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. DOE y la Universidad de Akron descubrieron que una forma particular de revestimiento de carbono no necesariamente diseñada para turbinas eólicas puede ser una bendición para el vientoindustria: un hallazgo fortuito que se destacó recientemente en la revista Tribología Internacional .
Debido al entorno extenuante inherente a las transmisiones de las turbinas eólicas, los componentes clave como actuadores, cojinetes y engranajes son propensos a fallas, lo que significa que las turbinas requieren un mantenimiento regular que ayuda a elevar el precio de la energía eólica. Prolongar la vida útil de estos componentes podría ser enormementereducir el costo de la energía eólica, la fuente de energía de más rápido crecimiento en el mundo, lo que la convierte en una fuente de energía aún más atractiva.
Estas fallas a menudo se deben a un fenómeno conocido como micropitting en el que los ciclos repetidos de rodamiento y deslizamiento en los engranajes y cojinetes de las turbinas conducen a grietas en la superficie de los componentes del tren de transmisión. El contacto adicional solo exacerba el agrietamiento una vez que comienza, astillandoen el metal y aumentar la gravedad de las grietas existentes hasta que sea necesario un mantenimiento costoso o, lo que es peor, la transmisión falla.
Ingrese a la Sección de Tribología y Mecánica Térmica de Argonne y su iniciativa de Interacción de Superficie y Lubricación, Descubrimiento e Ingeniería SLIDE, que investiga cómo interactúan los lubricantes y materiales y desarrolla conceptos novedosos de lubricación y revestimiento que reducen la fricción y, por lo tanto, micropitting, prolongando la vida útil de los componentesa través de una gama de tecnologías energéticas.
Y a veces tienen un poco de suerte. Tal fue el caso cuando los investigadores de SLIDE aplicaron este recubrimiento "similar a un diamante" algunos de los enlaces carbono-carbono en el recubrimiento es similar al de los diamantes a los componentes de la turbina eólica,cuál no era el uso previsto
"Sentimos que si funcionaba bajo otras condiciones de deslizamiento, también podría funcionar en trenes de transmisión de turbinas eólicas", dijo Ali Erdemir de SLIDE, miembro distinguido de Argonne. "Inicialmente, nuestras expectativas eran bajas, ya que pensamos que el revestimiento funcionaríadesgastado debido a las altas tensiones inherentes a las turbinas eólicas, pero eso no sucedió "
Hasta ahora, el recubrimiento, llamado N3FC, ha demostrado su valía a través de más de 100 millones de ciclos de prueba sin micropitting apreciable. Erdemir admite que no saben exactamente qué tan lejos podría llegar, ya que ha superado el límite de tiempo de SLIDEplataforma de prueba de micropitting de mesa. Si el recubrimiento funciona de manera similar en condiciones reales, podría significar un gran ahorro en términos de mantenimiento y prevención de fallas en turbinas eólicas en todo el país, por una suma de millones de dólares, dijo Erdemir.
Pero primero, agregó, necesitan aprender exactamente por qué funciona.
"Aún no entendemos el mecanismo exacto", dijo Erdemir. "La creencia general es que la extensión de la vida útil del componente requiere un recubrimiento mucho más duro, ya que una mayor dureza reduce el desgaste. Pero en este caso el recubrimiento tiene menos dureza que elbase de acero, por lo que el pensamiento convencional no se aplica "
El equipo ahora está ansioso por trabajar con empresas y ver cómo funciona N3FC en el campo. Hasta entonces, se mantendrán ocupados tratando de descubrir el mecanismo detrás de este sorprendente desarrollo científico ". Nos encantaría llegar al fondo de esto ydiseñar recubrimientos aún mejores ", dijo Erdemir.
El equipo también está probando el recubrimiento en aplicaciones de sellado para compresores. Como recubrimiento de superficie de baja fricción, también puede resultar beneficioso en entornos de gas natural e hidrógeno. "Parece tener múltiples capacidades en términos de rendimiento", dijo Erdemir.
Si bien gran parte del trabajo se realizó en el laboratorio de tribología de Argonne, la espectroscopía Raman que utiliza luz monocromática, generalmente de un láser se realizó en el Centro de Materiales a Nanoescala del laboratorio, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE.
La investigación fue financiada por la Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable del DOE Oficina de Tecnologías de Vehículos y Oficina de Tecnologías de Energía Eólica e Hidroeléctrica.
Los miembros del equipo incluyen los investigadores de Argonne Giovanni Ramirez, Osman Eryilmaz y Aaron Greco, así como Gary Doll de la Universidad de Akron y Harpal Singh de Argonne y la Universidad de Akron.
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Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional de Argonne . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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