MaterLab

Durabilidad y caracterización de materiales bajo radiación solar concentrada

Esta línea de actuación del laboratorio está dedicada al estudio y evaluación de como la radiación solar concentrada afecta al rendimiento y durabilidad de los materiales. Esto es especialmente importante para materiales utilizados en receptores centrales, porque necesitan un envejecimiento acelerado para estudiar la durabilidad de los componentes más críticos de las plantas termosolares, no solo materiales absorbentes, sino también tratamientos superficiales y revestimientos que aumenten la absortancia. Así pues es necesario encontrar y estudiar los mecanismos de la degradación física, fatiga y rotura de estos materiales a altas temperaturas bajo radiación solar concentrada.
El equipo asociado a esta actividad está compuesto por instrumentos de interior y de intemperie.  Los instrumentos de interior están dedicados a la preparación metalográfica y al análisis de piezas de ensayo tratadas con radiación solar concentrada y, eventualmente, ciclos térmicos para envejecimiento acelerado, y caracterización de ensayos solares mediante termogravimetría. Estos equipos están dentro del edificio de control de los Hornos Solares de la PSA y situados en cuatro salas, cada una de ellas dedicada a distintos tipos de análisis:

  • Sala de Metalografía
  • Sala de Microscopía
  • Sala de Termogravimetría
  • Sala de Ciclado Térmico

Los equipos de laboratorio situados en estas salas se describen a continuación:

Sala de Metalografía

  • Máquina de corte manual: Remet TR60
  • Prensa de montaje: Struers Labopres-3
  • Unidad de impregnación al vacío: Struers Epovac
  • Pulidora: Tegrapol-15 automática con Sistema de dosificación  Tegradoser-5
  • Pulidora metalográfica de 2 placas: LS1/LS2 (Remet)
  • Lijadora: Remet SM1000
  • Baño ultrasónico: Selecta Ultrasons-H 75ºC con calentador
  • Cabina de gases: Flores Valles VA 120 960 M-010-02
  • Fuente de alimentación programable: Iso-Tech IPS 405 para ataque electroquímico
  • Tamizador analítico por agitación: Retsch AS 200 Control (Sieves: 20, 10, 5, 2.5 y 1.25 mm and 710, 630, 425, 315, 250, 160, 150, 90, 53 y 32 µm)
  • Cámara digital con mesa de reproducción
Vista de la sala de Metalografía en el edificio del Horno Solar

Sala de Microscopía

  • Sistema óptico de Metrología superficial 3D: Leica DCM 3D
  • Microscopio óptico Leica DMI 5000 con  Sistema de adquisición de imagen y mesa motorizada  Leyca-IM50.
  • Microscopio óptico Olympus Union MC 85647.
  • Microdurómetro Struers Duramin HMV-2 con Sistema de visualización y software MicroVickers hardness tester HMV-AD 3.12
  • Durómetro manual
  • Unidad de medida de acabado superficial ZEISS Surfcom 480 con procesador de datos
  • Balanza: Mettler E2001/MC max 60Kg
  • Balanza: Mettler Toledo classic max 320g / min 10mg
(a) (b)
Vista de a) la sala de Microscopía, b) balanza Termogravimétrica dentro de su sala

Sala de Termogravimetría

  • La balanza termogravimétrica SETSYS Evolution18 TGA, DTA, DSC (rango de temperatura ambiente hasta 1750°C) equipada con un enfriador compacto de recirculación (Julabo FC1600T) y una línea termostática hasta 200°C, con caja de seguridad para ensayos en presencia de  H2, y adaptada para conectar simultáneamente al equipo un mezclador evaporador controlado y un MicroGC. Esta balanza termogravimétrica tiene diferentes posibilidades de ensayos:
  • Ensayos en atmósfera pura de hidrógeno hasta 1750°C
  • Ensayos en atmósfera de oxigeno
  • Ensayos en  vapor de agua con otros gases simultáneamente.
  • Ensayos en atmósfera corrosiva hasta 1000°C
  • Sistema CEM (Controlled evaporator mixer) para suministro de vapor.
  • Detector de Gases Fijo: Dräger Polytron SE Ex, con un Sistema de control Regard 1.

Sala de Ciclado Térmico

Incluye la instrumentación necesaria para ciclado térmico:

  • 2 hornos mufla,
  • Horno cerámico de alta temperatura,
  • cámara climática,
  • un lazo experimental con receptor volumétrico refrigerado por aire y la instrumentación asociada;
  • microscópios ópticos y electrónicos,

Los equipos de interior situados en las cuatro salas  descritas anteriormente están complementados con un microscopio electrónico instalado en su propia sala, que está compartida con las unidades TSA y SSC, y con las siguientes especificaciones.

  • Microscópio electrónico de barrido (SEM)- Hitachi, model S-3400N II, alto/bajo vacío, con detectores de electrones secundarios y retrodispersados, etapa de refrigeración y aumentos desde 5x hasta 300.000x.
  • Sistema de microanálisis por dispersión de rayos X (EDS) Quantax 400

Además, la sala SEM también tiene un detector ambiental  de electrones secundarios  (Environmental secondary electron detector ,ESED), un secador por punto crítico y pulverizador.
El equipo de intemperie está compuesto de varios discos parabólicos solares situados cerca del edificio de hornos solares de la PSA.  Estos discos solares se utilizan para realizar ciclos térmicos bajo condiciones solares reales, con flujo solar muy alto (hasta 1200 kW/m2) y altas temperaturas (desde 200°C a 1200°C) y están equipados con distintos bancos de ensayo para ensayar configuraciones de receptores volumétricos y de tubos.