Industria de la energía alternativa

La proliferación de sistemas energéticos alternativos ha creado la necesidad de capturar el exceso de energía que generan y almacenarla para poder distribuirla después a la demanda. Las instalaciones de almacenamiento de baterías a gran escala han aumentado su uso para satisfacer esta necesidad. Estas unidades, así como los materiales y componentes que las componen, deben funcionar de forma fiable en entornos extremos, húmedos, áridos, fríos y calurosos, en todo el mundo.

Torlon PAI, PEEK, Ryton R-4 PPS y Ultem™ PEI de Drake Plastics ofrecen las propiedades de aislamiento eléctrico y térmico y las propiedades de aislamiento necesarias para aisladores, conectores y componentes similares para estos sistemas de almacenamiento de energía. Todos tienen una resistencia química excepcional. Estos materiales de ultra alto rendimiento también presentan un alto módulo y estabilidad dimensional para servir a aplicaciones que requieren rigidez bajo carga a altas temperaturas. Además, su resistencia a los impactos proporciona durabilidad a las carcasas de los componentes, una ventaja especial para las instalaciones en entornos frígidos.

Las temperaturas criogénicas y las altas presiones se utilizan para licuar el hidrógeno con el fin de transportarlo y utilizarlo en el futuro en numerosas aplicaciones, incluidas las naves espaciales. Estas condiciones de proceso reducen en gran medida la gama de materiales candidatos para los componentes de sellado que son esenciales para la integridad de los recipientes de almacenamiento. Torlon PAI tiene un sólido historial de rendimiento fiable en este ámbito. Su capacidad única y excepcional para conservar las propiedades físicas a temperaturas criogénicas ha llevado a la utilización de este polímero de ultra alto rendimiento en juntas y asientos de válvulas mecanizados con precisión que funcionan eficazmente en las rigurosas condiciones que conlleva el procesamiento y almacenamiento de hidrógeno.

Además de Torlon PAI, el PEEK también ha funcionado con éxito durante años como material de alto rendimiento para juntas y componentes críticos utilizados en aplicaciones de aislamiento, compresión, almacenamiento y distribución en la cadena de suministro de hidrógeno. Entre las principales ventajas de rendimiento que se derivan del uso de ambos materiales se encuentran un menor peso y una relación resistencia-peso superior a la de los metales, una mayor resistencia al desgaste en condiciones hidrodinámicas y de fricción, y su capacidad para conservar las propiedades en un amplio rango de temperaturas extremas.

Por necesidad, algunos equipos y componentes están aislados y expuestos a la radiación en ciertas áreas de las centrales nucleares. Un requisito clave para los termoplásticos en estas aplicaciones en las instalaciones de energía nuclear es su capacidad para soportar la exposición a la radiación sin degradarse ni perder un nivel significativo de sus propiedades físicas. Una de las principales preocupaciones es el efecto de la alta exposición a los rad en la resistencia y ductilidad de los materiales, para garantizar que los componentes permanezcan intactos bajo cargas de estrés e impacto.

Para determinar los materiales candidatos viables para las aplicaciones de energía nuclear, el Centro de Aprendizaje de Fabricación de Composites de Estados Unidos realizó pruebas exhaustivas en una variedad de termoplásticos. El Centro evaluó docenas de polímeros exponiendo especímenes de prueba a niveles de radiación de¹⁰³ a¹⁰⁹ rads, y luego comparando sus propiedades físicas con los valores originales antes de la prueba. A niveles de prueba de¹⁰⁶ rads y superiores, muy pocos termoplásticos mostraron la retención de propiedades requerida. Sin embargo, el Torlon 5030 PAI, un polímero reforzado con un 30% de vidrio que Drake Plastics extruye en formas estándar para su mecanizado, pasó la prueba a^{109 radios}, el nivel más alto de exposición. El Victrex PEEK, otro polímero que Drake convierte en formas y piezas de stock de ultra alto rendimiento, también pasó a¹⁰⁹ rads. El PEI Ultem 2300 reforzado con vidrio en un 30%, que Drake suministra en sus exclusivas y eficientes configuraciones Seamless Tube®, también demostró una impresionante retención de propiedades a¹⁰⁸ rads. Enlace al estudio sobre la radiación

El rendimiento de estos polímeros de ultra alto rendimiento ha llevado a su uso para aislantes, cubiertas y otras aplicaciones en instalaciones de energía nuclear, incluidas las que alimentan a los submarinos navales estadounidenses.

Los casquillos, las almohadillas de desgaste y otros componentes que giran y se deslizan bajo cargas elevadas son similares a las aplicaciones de otras industrias en las que la línea de grados de PEEK y PAEK Torlon® PAI, Victrex™ y KetaSpire® de Drake se ha ganado el reconocimiento por su rendimiento a largo plazo. Algunos grados de estos termoplásticos de alto rendimiento ofrecen la ventaja añadida de que no requieren lubricación externa. Los cubos del rotor que soportan la carga y los componentes de la caja de cambios fabricados con diversos grados de polímeros Torlon PAI y PEEK funcionan de forma más silenciosa que las piezas fabricadas con metal, y mantienen una alta resistencia y estabilidad dimensional en amplios rangos de temperatura. Otra ventaja: su resistencia inherente a la corrosión, incluso tras una exposición prolongada a entornos cálidos y húmedos.

Las cajas de engranajes de estas unidades exteriores están sometidas a fuertes tensiones por las ráfagas de viento y los vendavales. Sin una supervisión constante y un mantenimiento predictivo, los fallos pueden ser catastróficos. Los sistemas utilizados para la monitorización de los equipos de lubricación por aceite se basan en bobinas de PAI de Torlon, tubos de contención de aceite y otros componentes estructurales y aislantes que pueden soportar el entorno de funcionamiento y ofrecer una señal imperturbable a los sofisticados componentes electrónicos que monitorizan y caracterizan las partículas metálicas de desgaste de rodamientos y engranajes.

Estas tecnologías energéticas también dependen de las turbinas y de los componentes del sistema de rotación y deslizamiento, como las juntas y los rodamientos y las piezas de desgaste, que deben funcionar a largo plazo. En estas aplicaciones, Torlon PAI y PEEK aportan ventajas significativas sobre los metales, cuya tasa de corrosión empeora con el aumento de los niveles de pH naturales. Este es un problema particular para los materiales metálicos en el agua caliente y el vapor, un entorno en el que los materiales de alto rendimiento de Drake Plastics han estado funcionando de forma fiable durante muchos años. Las fórmulas específicas de estos polímeros de alto rendimiento no requieren lubricación externa, lo que supone una ventaja para reducir la frecuencia y el coste del mantenimiento.

Los equipos de distribución de energía asociados a las tecnologías de energía renovable son otra área de aplicación para Torlon PAI, Ryton R-4 PPS, Ultem PEI y PEEK. Estos polímeros ofrecen resistencia y estabilidad junto con las propiedades de aislamiento térmico y eléctrico que requieren estos componentes.

Los polímeros de ultra alto rendimiento de Drake Plastics están desempeñando un papel en el creciente número de proyectos de investigación destinados a desarrollar la fusión como una fuente de energía viable. Por ejemplo, Drake suministra un 30% de Victrex PEEK reforzado con vidrio en forma de ladrillos que se utilizan en un proyecto como aislantes.

Drake proporciona habitualmente recursos técnicos expertos para apoyar los esfuerzos de los clientes en el desarrollo de nuevas aplicaciones y formulaciones de materiales, incluyendo proyectos en sistemas de energía alternativa. Los clientes aprovechan nuestra experiencia en materiales poliméricos, formulaciones, tecnología de extrusión y mecanizado de precisión para acelerar el ciclo de desarrollo de nuevos compuestos y diseños de componentes. En nuestra operación de extrusión de última generación, Drake convierte las formulaciones de polímero estándar y propias en formas de stock para su mecanizado. Nuestra amplia capacidad de fresado CNC y nuestra experiencia en el mecanizado hacen que los proyectos de nuevos productos avancen con una rápida entrega de muestras de prueba de precisión y prototipos de nuevos diseños de componentes. El laboratorio de pruebas físicas de Drake es el último paso para evaluar y validar el rendimiento de los nuevos productos.

Estas capacidades inyectan un alto nivel de experiencia en materiales y procesamiento a los proyectos de nuevas tecnologías de nuestros clientes, con la ventaja de acortar los plazos y los costes de desarrollo.

• Los sistemas de baterías y almacenamiento de energía utilizan polímeros Drake de alto rendimiento como Torlon PAI, Ryton R-4 PPS y PEEK para aislantes, conectores y carcasas duraderas.
• Los procesos de producción y almacenamiento de hidrógeno cuentan con los asientos de válvula y las juntas de Torlon PAI para un rendimiento fiable a temperaturas criogénicas y altas presiones. El PEEK también se utiliza para juntas y componentes de aislamiento térmico en muchas aplicaciones de la cadena de suministro de hidrógeno.
• Los aislantes y cubiertas del sistema de energía nuclear en Torlon PAI y PEEK soportan la exposición a la radiación sin una degradación significativa de sus propiedades.
• Los proyectos de investigación de la energía de fusión utilizan las formas de Drake hechas de PEEK por sus propiedades aislantes.
• Las turbinas eólicas confían en Torlon PAI para una larga vida útil en bobinas, tubos de contención de aceite, piezas de rodamiento y desgaste y componentes estructurales y aislantes.