Evaluación de materiales para componentes críticos de operación de turbinas en condiciones de corrosión/erosión y cavitación

Abstract

RESUMEN: En Antioquia (Colombia), gran parte del recurso hídrico puede ser aprovechado por microcentrales eléctricas, en consecuencia, en la Universidad de Antioquia, se está desarrollando un prototipo de turbina Pelton de 5 kW con destino a zonas no interconectadas del departamento. Los álabes de dichas turbinas están sujetos a fuerzas mecánicas e hidrodinámicas y en especial, al efecto de cavitación, por lo tanto, los materiales para dichos álabes deben resistir las solicitaciones ya mencionadas. En el presente artículo se evalúan cuatro materiales en condiciones aceleradas de cavitación [2] (norma ASTM G32 [3]) y corrosión/erosión (POT TEST [4]): acero inoxidable martensítico (ASTM A746 grado CA6NM [1]) y bronces al níquel (C99350), aluminio (C95300) y silicio (SAE 68B). Además, se caracterizaran por los métodos de espectroscopía óptica, microscopía óptica y mediante propiedades mecánicas utilizando las normas ASTM E8 y ASTM E18. Los ensayos mostraron que hay una menor diferencia entre el acero inoxidable martensítico y los bronces al aluminio y al níquel en cavitación, mientras que el bronce al silicio mostró el peor comportamiento en toda la serie evaluada, aunque muy buenos resultados bajo condiciones de corrosión/erosión.

ABSTRACT: In Antioquia (Colombia), much of the water resource can be used by micro electrical stations, consequently, at the University of Antioquia, is developing a prototype 5 kW Pelton turbine bound for non-interconnected areas of the department. The blades of these turbines are subject to mechanical and hydrodynamic forces and in particular to the cavitation effect, materials need to support these features. Four materials was evaluated under accelerated conditions of cavitation [2] (ASTM G32 [3]) and corrosion/erosion (POT TEST [4]): martensitic stainless steel (ASTM A746 grade CA6NM [1]) and nickel bronzes (C99350), aluminum (C95300) and silicon (SAE 68B). Furthermore, the materials were characterized by optical spectroscopy, optical microscopy and mechanical properties by using ASTM E8 and ASTM E18. The trials showed that there is less difference between the martensitic stainless steel and aluminum bronzes and nickel in cavitation, while the silicon bronze showed the worst performance in the entire series evaluated, although very good results under conditions of corrosion / erosion.