Perfiles de acero inoxidable ferrítico para estructuras de seguimiento solar
Un cliente del sector de la energía fotovoltaica necesitaba perfiles de acero inoxidable a medida para el prototipo de un nuevo modelo de panel solar. El sistema estaba diseñado para seguir la trayectoria del sol de este a oeste y se instaló en los Pirineos, entre Francia y España, donde la estructura soporta una oscilación térmica de 60 °C entre máximas estivales de +40 °C y mínimas invernales de -20 °C. Para un sistema de seguimiento de precisión, esa variación planteaba un problema de ingeniería directo: la dilatación y la contracción del bastidor habrían introducido un error de posición en el mecanismo de rotación del panel. La solución exigía un material estructural con un coeficiente de dilatación térmica próximo al del acero estructural S275, lo que apuntaba al acero inoxidable ferrítico. Montanstahl fabricó vigas H a medida en acero inoxidable ferrítico 410S y perfiles de doble C en 304L mediante soldadura por láser, y los entregó en longitudes de hasta 12 metros.
Por qué inoxidable ferrítico en un sistema de seguimiento solar
Un sistema de paneles solares con seguimiento gira de forma continua para acompañar el arco del sol. Cualquier dilatación o contracción térmica del bastidor introduce un error angular en el mecanismo de accionamiento, reduce la eficiencia de captación y puede someter a esfuerzo mecánico los rodamientos y los actuadores del seguidor. Los inoxidables austeníticos habituales, como el 304L y el 316L, tienen un coeficiente de dilatación térmica de unos 17 µm/(m·K), bastante superior al del acero estructural al carbono, en torno a 12 µm/(m·K). El inoxidable ferrítico 410S se sitúa en unos 10 µm/(m·K), muy cerca del acero al carbono S275, y limita así la dilatación diferencial entre los perfiles inoxidables y los componentes de acero al carbono del resto de la estructura. En un entorno de montaña con una oscilación anual de 60 °C, esa diferencia de comportamiento térmico es la justificación técnica para especificar un grado ferrítico en lugar de las alternativas austeníticas más disponibles.
Vigas H 410S hasta 12 m y perfiles de doble C 304L, soldados por láser
Montanstahl produjo dos tipos de perfil distintos para la estructura prototipo. Los elementos portantes principales eran vigas H especiales en acero inoxidable ferrítico 410S, en medidas 100×55×4×6 mm y 80×46×4×5 mm, suministradas en longitudes de 11,8 a 12 metros. Las secciones secundarias eran perfiles a medida de doble C en acero inoxidable austenítico 304L, de 69×19 mm y 120×18 mm, empleados en la fijación de los paneles y los elementos de conexión, donde la restricción de dilatación diferencial era menos crítica y la mejor resistencia a la corrosión y la disponibilidad del 304L lo convertían en la elección adecuada. Ambos tipos de perfil se produjeron mediante soldadura por láser, lo que permitió combinar en un único programa de producción las geometrías de sección fuera de norma y el grado ferrítico difícil de conseguir. La geometría de la viga H en 410S no existe en ningún catálogo de laminado en caliente: la soldadura por láser a partir de chapa es la única vía de producción que hace viable una viga inoxidable ferrítica a medida en cantidades de prototipo.
Contexto de aplicación
Este proyecto se enmarca en el segmento de energía y generación eléctrica de Montanstahl, donde los perfiles especiales soldados por láser en acero inoxidable y estructural se especifican para infraestructuras de energía renovable que exigen resistencia a la corrosión, estabilidad dimensional y propiedades del material más allá de lo que pueden ofrecer las secciones laminadas en caliente estándar. Los sistemas de seguimiento solar en entornos expuestos de montaña o desierto representan una aplicación estructural exigente en la que dilatación térmica, resistencia a la corrosión y larga vida útil deben resolverse en la elección del material y de la sección. La capacidad de Montanstahl de producir perfiles a medida en grados ferríticos como el 410S, que no existen como secciones estructurales laminadas en caliente estándar, convierte la soldadura por láser en la tecnología habilitadora de esta clase de aplicaciones. Los perfiles de este tipo se producen bajo pedido y se suministran a proyectos de energía renovable en todo el mundo.