Un proyecto ha demostrado que la impresión 3D tiene el potencial de producir estructuras muy fuertes y rígidas, óptimas para la energía marina

Desde febrero de 2022, investigadores del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) y el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico han estado explorando cómo la fabricación aditiva podría complementar las tecnologías de energía marina.

 

"Al principio, rápidamente descubrimos que los procesos típicos de fabricación aditiva de plástico no producirían componentes lo suficientemente fuertes para soportar las fuerzas del océano", dijo Paul Murdy, ingeniero mecánico del NREL e investigador principal del estudio de fabricación aditiva para energía marina. "Se hizo evidente que sería imposible diseñar esta estructura sin utilizar metales".

 

Con el apoyo de la Oficina de Tecnologías Hidráulicas del Departamento de Energía de EE. UU. para avanzar en la investigación y el desarrollo fundamentales para la iniciativa Powering the Blue Economy, el equipo del NREL ha estado analizando materiales y métodos de impresión para los componentes que componen las palas de las turbinas mareomotrices. A través de su investigación, los expertos han determinado que el acero inoxidable (un material resistente a la corrosión) y la deposición de metal por láser (un método de fabricación aditiva) son las opciones más prometedoras para fabricar largueros de turbinas mareomotrices.

 

Pero ¿qué es exactamente un larguero de turbina?

Un larguero actúa como columna vertebral de la pala de la turbina, manteniendo la estructura en su lugar, lo que significa que es un componente crítico que soporta carga. Y estos componentes deben ser muy duraderos para el medio ambiente oceánico.

 

"Hemos abierto un espacio de diseño realmente único a través de la impresión 3D", dijo Murdy. "Este proyecto ha demostrado que la fabricación aditiva tiene el potencial de producir estructuras muy fuertes y rígidas que serán buenas para la energía marina".

 

La fabricación aditiva también podría abordar muchos de los desafíos que enfrenta la energía marina, como los largos plazos de fabricación y los altos costes. Por ejemplo, la fabricación aditiva permite a los expertos diseñar componentes con detalles únicos: el material se puede agregar y quitar fácilmente en diferentes lugares sin agregar pasos de fabricación ni afectar los plazos. Debido a esto, los desarrolladores pueden probar varios diseños únicos en un período de tiempo mucho más corto y con una inversión significativamente menor. Avance de tecnologías prácticas y accesibles Miguel González-Montijo, un pasante graduado en NREL que está obteniendo un doctorado en ingeniería civil, diseñó el larguero de la turbina.

 

"Estaba interesado en la geometría del larguero y quería asegurarme de que la forma, el tamaño y las complejidades geométricas del larguero coincidieran con el diseño de pala de una turbina marina existente", dijo González-Montijo.

 

Al diseñar un mástil que pueda utilizarse en las tecnologías existentes de turbinas mareomotrices, el equipo espera permitir la creación rápida de prototipos de dispositivos de energía marina. Tener más prototipos permitiría realizar más pruebas e iteraciones de diseño, lo que ayudaría a los investigadores a identificar las tecnologías más prometedoras para los sectores de la economía azul, como la acuicultura o las microrredes en las comunidades costeras.

 

“Para comunidades específicas en lugares particulares, la energía marina podría cambiar las reglas del juego”, dijo González-Montijo. “Por ejemplo, mi hogar, Puerto Rico, podría beneficiarse de una red energética mejorada que incorpore tecnologías de energía renovable como la energía hidrocinética marina. Estas tecnologías podrían ayudar a muchas ciudades pequeñas a desarrollar resiliencia e independencia energética mientras suministran energía renovable de origen local”.

 

Utilizando una combinación de archivos de diseño asistido por computadora (o archivos CAD) y software de impresión 3D de última generación, las piezas pueden diseñarse de manera única y específica para diferentes tecnologías y luego imprimirse para que encajen perfectamente dentro del sistema. Esta técnica no sólo permite a los investigadores conectar y usar, investigando qué piezas funcionan mejor para ciertos escenarios, sino que también hace que la energía marina sea mucho más accesible a través de herramientas de diseño ampliamente utilizadas (como el software CAD estándar). Digamos, por ejemplo, que una comunidad costera instala un convertidor de energía de las olas para ayudar a alimentar una microrred, pero un componente se desgasta. Con acceso a una impresora 3D, el equipo local que mantenía el dispositivo podría importar un archivo CAD, imprimir la pieza y reemplazarla.

 

En otras palabras, la fabricación aditiva podría ayudar a generar resiliencia y seguridad energética en las regiones costeras al satisfacer rápidamente las necesidades de una comunidad. En lugar de depender de cadenas de suministro o conducir largas distancias para conseguir piezas de repuesto, la fabricación aditiva podría dar a las comunidades mucho más control sobre su infraestructura energética.

 

Llegar al punto de prueba

El equipo de investigación del NREL está probando ahora su larguero impreso en 3D para validar el diseño y las herramientas utilizadas para modelar y fabricar el larguero. "La validación estructural es fundamental para garantizar que el larguero reaccione a las fuerzas de la vida real de la manera que predicen nuestros modelos", dijo Murdy. "También nos ayuda a comprender en qué se diferencia el novedoso proceso de fabricación aditiva de las técnicas convencionales de fabricación de acero y cómo podemos tenerlo en cuenta en diseños futuros".

 

El equipo planea realizar pruebas de carga aumentando gradualmente la cantidad de fuerza y ​​peso sobre el larguero, hasta alcanzar un máximo de 1900 libras, que es un 50% más de lo que el larguero está diseñado para soportar. Los investigadores también realizarán pruebas de fatiga (es decir, tensiones y deformaciones repetidas) para comprender cuánto tiempo resistiría el mástil las intensidades del entorno oceánico.

 

"Esta prueba es la pieza final de nuestra investigación y cerrará el círculo del proyecto", dijo Murdy. "Hemos podido adoptar un enfoque integral con este proyecto: desde el modelado teórico hasta las pruebas materializadas, hemos ejercido todas nuestras capacidades". El equipo de NREL confió en Ai-Build para fabricar el mástil (que tardó aproximadamente una semana en imprimirse). Sin embargo, este proyecto demostró que tener la capacidad de imprimir en 3D este tipo de componentes beneficiaría la investigación sobre energía marina y energía hidráulica del laboratorio en general. Pronto, los investigadores del NREL tendrán acceso a una impresora 3D que podrá fabricar componentes similares utilizando metal y otros materiales innovadores.

 

Una vez que se completen las pruebas, el equipo de NREL sintetizará los resultados y continuará iterando en el diseño del larguero. También investigarán otras áreas donde este método puede promover las tecnologías de energía marina.

 

Fuente: https://www.nrel.gov

Foto de Axel Antas-Bergkvist en Unsplash

 

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