Con una potencia de unos diez megavatios, los aerogeneradores actuales en alta mar tienen unas dimensiones enormes. Sus gigantescas góndolas -con un generador, un rotor y unas palas de más de 100 metros- se alzan sobre una torre de acero. Esta torre, a su vez, descansa en el mar sobre colosales tubos de acero conocidos como monopilotes, que actualmente miden hasta diez metros de diámetro y pesan 1.500 toneladas.

Para que puedan resistir durante muchos años las tormentas, las olas y la agresividad del agua salada, y seguir produciéndose de forma económica, los investigadores de materiales de la Universidad del Sarre y los ingenieros mecánicos de la Universidad RWTH de Aquisgrán quieren colaborar con el especialista en acero Dillinger y otras empresas para desarrollar nuevas calidades de acero a medida. El proyecto de investigación cuenta con el apoyo de 1,2 millones de euros del Ministerio de Economía y Energía alemán.

La producción de los enormes tubos de acero para los parques eólicos marinos requiere chapas pesadas como las que produce la empresa siderúrgica Dillinger en el Sarre. Las planchas, con un grosor de pared de unos diez centímetros, se sueldan entre sí para formar secciones de tubería con diámetros de hasta diez metros. A continuación, se unen pieza a pieza con costuras de soldadura adicionales hasta alcanzar longitudes de más de 80 metros. "El problema principal de este proceso es el intenso calor que se aplica brevemente al acero en la soldadura y que cambia la estructura interna del material. Cuanto más gruesas sean las placas pesadas y más rápido se suelden en condiciones de producción, más drásticas pueden ser las desviaciones en la estructura alrededor de las costuras de soldadura", explica Frank Mücklich, profesor de materiales funcionales de la Universidad del Sarre.

El investigador de materiales y su equipo han desarrollado técnicas analíticas especiales que pueden utilizarse para representar cuantitativamente todos los cambios en esta estructura interna de los materiales. Para ello, el investigador utiliza microscopios electrónicos e iónicos de alta resolución, que van hasta la nanotomografía y la tomografía de sonda atómica. La información y las secuencias de imágenes adquiridas a distintas escalas en este proceso se reúnen en el ordenador para formar una imagen espacial precisa de la estructura del acero, hasta el átomo individual. "Esto nos permite ver en los niveles micro y nano, así como en la escala atómica, qué ajustes finos hay que hacer para modificar un material de modo que tenga las propiedades deseadas", dijo Frank Mücklich, que también dirige el Centro de Investigación Steinbeis de Ingeniería de Materiales en el campus universitario de Saarbrücken.

Los socios del proyecto colaboran ahora con los fabricantes de monopilotes EEW Special Pipe Constructions, el Grupo Sif y el fabricante de consumibles de soldadura y fuentes de energía Lincoln Electric para seguir optimizando el acero de la placa pesada para los procesos de soldadura utilizados en la construcción de aerogeneradores en alta mar. "Dillinger ha realizado inversiones con visión de futuro y ha impulsado la innovación en los últimos años para desarrollar una chapa avanzada para el exigente mercado de los monopilotes", dijo Sebastian Scholl, de Dillinger, que es doctor en ciencias de los materiales e ingeniero de soldadura. Gracias a ello, Dillinger ya ha podido aumentar considerablemente la productividad y ha contribuido a reducir los costes de construcción de los aerogeneradores en alta mar".

Scholl añadió que también es importante seguir aumentando la eficiencia del procesamiento de la fabricación pesada, por ejemplo, incrementando la velocidad máxima de soldadura que puede alcanzarse con las calidades de acero de Dillinger. Los modernos procesos de soldadura para chapa pesada, como la soldadura por arco sumergido con varios hilos o la soldadura por haz de electrones, desempeñan un papel importante en este sentido. "El siguiente paso importante será reducir el tiempo de producción. Esto puede lograrse con métodos de soldadura de alto rendimiento. Por ello, queremos colaborar con nuestros socios en este proyecto de investigación para desarrollar un acero que satisfaga estas elevadas exigencias", dijo Scholl.

El profesor Uwe Reisgen, director del Instituto de Tecnología de Soldadura y Unión de la RWTH, está de acuerdo: "Estructuras de acero enormes como éstas son absolutamente inconcebibles sin la tecnología de la soldadura. Para las enormes cantidades que se requieren, necesitamos tanto procesos de soldadura muy eficaces como materiales a medida. Tienen que ser fáciles de procesar con métodos de soldadura de alto rendimiento, sin perder sus propiedades mecánico-tecnológicas. Estoy muy satisfecho de que una empresa siderúrgica tan competente como Dillinger quiera seguir este camino junto a nosotros".

El Ministerio de Economía y Energía alemán financia el proyecto conjunto con 1,2 millones de euros dentro del programa de investigación energética "Innovaciones para la transición energética". El proyecto de investigación tiene un volumen financiero total de más de 1,9 millones de euros. "Queremos contribuir con este proyecto no sólo a un mayor desarrollo de las energías renovables, sino también a asegurar los centros de producción en Alemania y Europa", dijo el investigador de materiales Frank Mücklich.