Fundición de piezas para aerogeneradores

Los aerogeneradores están diseñados para tener una vida útil prevista de 20 años, lo que significa que, en condiciones idóneas, deberían poder funcionar durante esos 20 años sin interrupción. Por eso  la resistencia a la fatiga del material es de especial importancia, ya que, en este caso, también suele recurrirse a piezas fundidas de gran volumen y paredes delgadas para reducir el peso del aerogenerador al mínimo.

Es imprescindible asegurarse de que la superficie de las piezas no presenten ningún tipo de poro que puedan provocar un efecto de entalla. Algunos ejemplos típicos de este tipo de defecto son poros por arrastre de arenas, la adherencia de partículas de escoria a la superficie, las estrías ocasionadas durante el desmoldeo, las marcas provocadas por una aplicación incorrecta de la pintura, la escoria metálica y defectos similares. Se debe prestar especial atención a la eliminación, o más bien a la prevención, de la escoria metálica, ya que ésta puede debilitar el módulo de elasticidad del material en hasta un 50 %.

Por lo general, el efecto de entalla que se produce en estos casos debe eliminarse. Esto normalmente se consigue amolando la pieza, pero respetando en todo momento los espesores de pared mínimos necesarios.
El material líquido, que se compone de un arrabio especial, chatarra de acero seleccionada y retornos, debe fundirse en un horno de inducción de media frecuencia y alto rendimiento.

Sólo es posible fijar los parámetros metalúrgicos necesarios de forma óptima para la fundición si se controlan continuamente todos los pasos del proceso de fusión y si se aplica a la tanda de carga un tratamiento especial de inoculación al tiempo que se garantizan los requisitos de calidad de todo el material de carga. A esto le siguen el desescoriado del clado tras el tratamiento con magnesio y otros pasos posteriores del proceso, tales como el muestreo y la inoculación primaria. Normalmente se realiza una inoculación secundaria en la bañera durante la colada.

Siempre que se hace un diseño por ordenador de las piezas fundidas se da por supuesta la calidad/homogeneidad de fundición del material en virtud del llamado factor de confianza. El fundidor debe verificar que este nivel de calidad previsto se cumpla en todas las fases del proceso de fabricación de piezas de fundición, desde la planificación (simulaciones de llenado de molde y solidificación) hasta la producción (verificación de la fiabilidad de los procesos) y la comprobación de los productos obtenidos (examen ultrasónico, inspección por rayos X, análisis estructural, etc.). Se deben determinar las propiedades mecánicas de todas las piezas fundidas mediante un ensayo de tracción y un ensayo de impacto con probeta entallada adosada a la pieza.

Soluciones para la fundición de piezas para aerogeneradores

ASK Chemicals, en colaboración con sus socios, está desarrollando soluciones de sistema especiales para las piezas fundidas de gran tamaño de los aerogeneradores. En estas soluciones se presta atención a los requisitos especiales aplicables a los sistemas de aglomerantes, como una alta consistencia dimensional y una alta estabilidad térmica, y también a los sistemas de resina furánica con bajo contenido en azufre. Los productos fabricados a medida para garantizar los requisitos de pureza del metal para estas aplicaciones especiales son tan importantes como los tratamientos especiales con hilo, los inoculantes y los métodos de inoculación.
Para estos componentes fundidos en particular se utiliza el material ferrítico EN-GJS-400-18U-LT debido a su alta ductilidad, es decir, su capacidad para reducir la sobrecarga mediante la deformación plástica y para compensar cargas bruscas sin riesgo de rotura. El material también ha demostrado resultados excepcionales al utilizarlo a bajas temperaturas o a temperaturas con variaciones bruscas gracias a su coeficiente de entalladura garantizado de 12 julios a -20 ºC. El alargamiento de rotura es del 18 %. La calidad de fundición mínima se consigue mediante la aplicación simultánea de diversos métodos de ingeniería, empezando con la simulación de llenado de molde y continuando con la simulación de la solidificación y la simulación de la formación estructural.
Los diseños de aerogeneradores con una potencia de hasta 5 MW precisan de piezas fundidas fabricadas en hierro fundido con grafito nodular (EN-GJS-400-18U-LT) y con un peso de hasta 50 toneladas métricas. Implican nuevas dimensiones en cuanto a tamaños, requisitos de los materiales del molde, metalurgia, en especial los tratamientos con magnesio y las técnicas de inoculación, y masas móviles. Es por ello que los proveedores de productos de fundición que operan en el sector de la energía eólica se ven obligados a hacer frente a esta tendencia de desarrollo y a adaptarse a ella según su experiencia, las propiedades verificadas de los materiales utilizados en sus productos, sus equipos y sus capacidades.
La cooperación in situ entre el proveedor y el experto en fundición trae consigo extraordinarios efectos de sinergia. Un breve intercambio de información contribuye a la optimización de los procesos de fundición y de producción, así como a los futuros desarrollos necesarios de los productos de ASK Chemicals. Las técnicas de simulación numérica de llenado de molde y solidificación ayudan a resolver problemas relacionados con la alimentación, por ejemplo, que de lo contrario tendrían difícil solución. Se realizan pruebas para entender mejor cómo se podría seguir optimizando la funcionalidad de los componentes mediante cambios en la fundición. Así, se pueden identificar las deficiencias del diseño o los problemas de sobredimensionamiento ya en una primera fase sin necesidad de fabricar la pieza fundida. Los conocimientos técnicos que ASK Chemicals tiene de sus productos se completan de forma óptima con los amplios conocimientos del fundidor en cuanto a materiales de molde, materiales y metalurgia.