Reto Smart Factory: Nuevos materiales, acero

Se plantea dentro del reto de Smart factory una línea de investigación serán los nuevos materiales que se deberán integrar dentro del reto propuesta. El objetivo de esta línea será el estudio e investigación de nuevos materiales de fabricación no utilizados en la actualidad en este tipo de estructuras metálicas enfocado a los más relevantes en cuanto a cantidad y coste como son el acero y la pintura. El objetivo es muy ambicioso en cuanto pretende introducir nuevos materiales en el sector como pueden ser aceros con mayor límite elástico, acero termo-mecánicos

Investigador principal

Prof. Dr. D. Federico París Carballo

Investigador

Juan Antonio Cabrera González

Sede

Universidad de Sevilla - GRI TOWER Sevilla, S.L

Tecnología

Análisis estructural de nuevos materiales aceros (pandeo y comportamiento a fatiga)

Agentes agregados

Resumen de la propuesta

Se realizará un estudio e investigación en cuanto a los materiales con los que se fabrican las torres y particularmente con los aceros usados en la actualidad. Se llevará a cabo un estudio y una serie de ensayos con el fin de lograr un nuevo tipo de acero basados en una estructura de grano fino. Gracias a esto se pretende aumentar los parámetros de soldadura; mejorar ciertos parámetros de los aceros utilizados como la tenacidad; estudio de las variables críticas de los materiales; así como una reducción en el grosor de las paredes de las torres eólicas. Todo ello lleva asociado una mejora en la productividad y una reducción de costes. En los próximos apartados de metodología y resultados esperados, se especificarán las acciones llevadas a cabo y los objetivos concretos.

La primera línea principal trata del estudio y evolución de las metodologías actuales de diseño aplicadas al cálculo a pandeo, principalmente de pandeo local, recogidas a nivel normativo dentro del Eurocódigo 3, parte 1-6. El estudio de este fenómeno de inestabilidad crítico en el componente torre de un aerogenerador, plantea más de una línea de optimización, conociendo como optimización la mejora en costes derivada de la disminución drástica del espesor de la pared de la torre eólica. Dicha reducción no solo permite el ahorro en materias primas, sino que a su vez mejora también los tiempos de proceso de soldeo.

La segunda línea principal de estudio, y manteniendo el mismo espíritu de la primera, es el estudio de uniones soldadas y su definición geométrica. Se plantea el estudio y el desarrollo del comportamiento y mejora de las uniones soldadas vinculadas a los productos de eólica. La introducción de los aceros termo-mecánicos y la modificación de los procesos de soldadura abre la necesidad de revisar de nuevo la generación de curvas propias que determinen el comportamiento a fatiga real de dichas uniones. Siendo la definición geométrica el parámetro crítico determinado en los aceros existentes en la industria eólica, el control productivo de los parámetros geométricos debe probarse, controlarse y serializarse, para poder combinarlo con las tres líneas anteriores de investigación una solución óptima en costes.

Objetivo del proyecto

El fin es llevar a cabo la introducción de nuevos aceros termo-mecánicos que nos permitan el uso de parámetros de soldadura más altos, aumentando la productividad de las áreas de soldado y manteniendo
el nivel de calidad adecuado ya existente. Para realizar este estudio se requiere un proceso de ensayo y error, reajustando intensidades, voltajes y velocidades de soldeo, llegando a determinar cuál es la entrada
de calor máxima que dichos aceros pueden llegar a asumir.

Resultados esperados e indicadores

Gracias a a la investigación y desarrollo de nuevos materiales se pretende:
1. Analizar procesos de soldadura de aceros termo-mecánicos, objetivo S420M/S460M.
2. Aplicación del incremento de dicho límite elástico en el cálculo a pandeo.
3. Mejora de las metodologías de pandeo vinculadas al estudio de la defectología real de las piezas a estudiar.
4. Estudio y generación de las curvas a fatiga y definición de las variables críticas para el proceso.
5. Modelado del daño a fatiga respecto a corrosión ambientes offshore.
Aunque se plantea el estudio del comportamiento mecánico y dinámico de nuevos materiales es clave para el sector ver su afectación en cuanto al proceso de pintado y corrosión asociada.

Justificación potencial impacto tecnológico del proyecto (TRL)

El proyecto avanzará desde un TRL inicial TRL2 hasta uno final esperado de TRL5, según las siguientes fases:
1. TRL2: Concepto o Tecnología Formulados. Se parte de unas líneas de investigación definidas.
2. TRL3: Prueba de Concepto. Según esas líneas, y tras un análisis pormenorizado del estado del arte, se comenzará a estructurar una prueba de concepto, cuyos resultados iniciales podrían hacer variar las líneas de investigación fundamentales inicialmente previstas.
3. TRL4: Validación a Nivel de Componente de Laboratorio. Se pretende llevar a cabo una campaña completa de ensayos que permita analizar los comportamientos estructurales de nuevos materiales aceros aplicados a la industria eólica.
4. TRL5: Validación a Nivel de Componente de un entorno relevante. El prototipado previo de laboratorio será testeado en el Centro I+D mediante el desarrollo y validación de una estructura dummy.