5 oportunidades para la fabricación aditiva en la industria de la energía eólica

Por Leslie Langnau | 30 de enero de 2019

Por Inês Castro, científica e ingeniera de materiales

Las tecnologías de fabricación aditiva (FA) ofrecen una gama de ventajas para la industria eólica. Los siguientes ejemplos muestran que la implementación es posible, e incluso recomendada, para un proveedor de energía más competitivo en el mercado. Una vez que las tecnologías estén más desarrolladas, confiables y estandarizadas, las cadenas de proveedores se reducirán y la producción podrá estar más localizada, reduciendo los tiempos y costos de transporte, permitiendo la implementación de AM en la industria eólica.

En general, la AM puede acelerar el tiempo de desarrollo de piezas y componentes hasta en un 75 %, reducir los recursos materiales hasta en un 65 % y reducir las emisiones de gases hasta en un 30 %. Además, se puede fabricar una sola pieza en un solo paso, sin necesidad de un proceso de unión secundario.

Además, la fabricación aditiva también se puede utilizar en la reparación de componentes.

Fabricación aditiva aplicada a aerogeneradores El Global Wind Energy Council ha declarado que la industria eólica está experimentando un crecimiento exponencial en los últimos años con la ayuda del mercado de aerogeneradores marinos. Así, el desarrollo y la innovación a través de materiales y tecnologías de fabricación son fundamentales para que la industria eólica prospere y siga aumentando su producción anual de energía [7].

Las palas de una turbina eólica giran y se desplazan con la acción del viento, lo que hace que el rotor gire. La caja de engranajes hace la conexión entre el eje de baja velocidad y el eje de alta velocidad, aumentando las rotaciones por minuto de 30 a 60 rpm a aproximadamente 1000 a 1800 rpm, que utiliza un generador adjunto para convertir estas rotaciones para producir energía eléctrica. La torre soporta la estructura de la turbina, con la góndola que contiene y protege los componentes en la parte superior de la torre [9].

Las tecnologías AM muestran un gran potencial en lo que respecta a la industria de la energía eólica, ya que podrían permitir la fabricación in situ de componentes de turbinas que están diseñados para las necesidades únicas de los recursos de un lugar en particular. Esto, por ejemplo, reduciría los costos de envío, transporte y manejo y aumentaría la velocidad a la que se pueden probar los nuevos prototipos de palas [6].

Moldes fabricados aditivos La Oficina de Fabricación Avanzada (AMO) del Departamento de Energía de EE. UU. ha comenzado a imprimir moldes para palas con tecnologías AM (figura 2). La expansión de esta aplicación en la industria del molde reduciría los pasos, el costo y el tiempo para la fabricación del molde, ya que la ruta tradicional es un proceso que puede tomar varias semanas o meses para lograrse en su totalidad [6, 10].

El molde de la figura 2 se imprimió como varias secciones en una impresora 3D de fabricación aditiva de área grande (BAAM) en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge.

Figura 4: La sección de la cuchilla producida en el molde impreso

Fabricación aditiva de pequeñas turbinas fuera de la red Un proyecto llamado 'Una pequeña turbina para marcar una gran diferencia' iniciado por Kyle Bassett, tiene como objetivo instalar turbinas eólicas impresas en 3D a base de plástico a pequeña escala en áreas remotas con acceso mínimo a la electricidad. El fundador de este proyecto comenzó diseñando una turbina capaz de almacenar la energía generada en baterías para uso personal [11].

Se desarrolló un modelo a escala de la turbina utilizando una impresora 3D Printerbot Simple Metal. Incluía las palas, los cubos, los conectores del rotor, el marco y los extremos de las palas, que serían los componentes más caros si se fabricaran mediante métodos de fabricación tradicionales [13].

Góndolas impresas Otras aplicaciones podrían incluir la creación de la góndola. Las ventajas de incorporar FA en tales estructuras son similares, por ejemplo, incentivos económicos para la producción de moldes, pero también se encuentran desafíos, como la necesidad de ofrecer protección contra la intemperie, enfriamiento pasivo y una geometría de alta complejidad.

El proyecto Additive Manufacturing Integrated Energy (AMIE), sin embargo, ha fabricado con éxito la estructura de la góndola.

Reparación y sustitución de componentes. Si bien la mayor parte de la atención se centra en la fabricación de nuevos componentes, también se debe considerar la reparación de piezas que necesitan mejoras o reemplazo debido al desgaste. Para esta aplicación, los sistemas híbridos que incorporan procesos como la deposición de energía dirigida con mecanizado sustractivo podrían conducir eventualmente a las tolerancias adecuadas y la imitación del diseño de los componentes reemplazados [14].

Impresión de componentes a gran escala La fabricación aditiva de alambre y arco (AM) de metal a gran escala es una tecnología emergente que puede facilitar la impresión de piezas a gran escala. Esto incluso hace posible la fabricación aditiva de los moldes de góndolas y palas, ya que no necesita una sala de operaciones restringida, lo que permite, como su nombre lo indica, aplicaciones a gran escala.