5 oportunidades para manufatura aditiva na indústria de energia eólica

Por Leslie Langnau | 30 de janeiro de 2019

Por Inês Castro, cientista e engenheira de materiais

As tecnologias de manufatura aditiva (AM) oferecem uma série de vantagens para a indústria eólica. Os exemplos a seguir mostram que a implementação é possível, e até recomendada, para um fornecedor de energia mais competitivo no mercado. Uma vez que as tecnologias estejam mais desenvolvidas, confiáveis ​​e padronizadas, as cadeias de fornecedores serão reduzidas e a produção poderá ser mais localizada, reduzindo os tempos e custos de transporte, permitindo a implantação da AM na indústria eólica.

Em geral, a AM pode acelerar o tempo de desenvolvimento de peças e componentes em até 75%, reduzir os recursos materiais em até 65% e reduzir as emissões de gases em até 30%. Além disso, uma única peça pode ser fabricada em uma única etapa, não exigindo um processo de união secundária.

Além disso, a manufatura aditiva também pode ser utilizada no reparo de componentes.

Manufatura aditiva aplicada a turbinas eólicas O Conselho Global de Energia Eólica afirmou que a indústria eólica está experimentando um crescimento exponencial nos últimos anos com a ajuda do mercado de turbinas eólicas offshore. Assim, o desenvolvimento e a inovação por meio de materiais e tecnologias de fabricação são essenciais para que a indústria eólica prospere e continue aumentando sua produção anual de energia [7].

As pás de uma turbina eólica giram e se deslocam com a ação do vento, fazendo o rotor girar. A caixa de engrenagens faz a ligação entre o eixo de baixa velocidade e o eixo de alta velocidade, aumentando as rotações por minuto de 30 a 60 rpm para aproximadamente 1000 a 1800 rpm, que um gerador acoplado utiliza para converter essas rotações para produzir energia elétrica. A torre suporta a estrutura da turbina, com a nacela contendo e protegendo os componentes no topo da torre [9].

As tecnologias AM mostram muito potencial quando se trata da indústria de energia eólica, pois podem permitir a fabricação in situ de componentes de turbina projetados para as necessidades exclusivas dos recursos de um determinado local. Isso diminuiria, por exemplo, os custos de remessa, transporte e manuseio e aumentaria a taxa na qual novos protótipos de pás podem ser testados [6].

moldes manufaturados aditivos O Advanced Manufacturing Office (AMO) do Departamento de Energia dos EUA começou a imprimir moldes para pás com tecnologias AM (figura 2). A expansão desta aplicação na indústria de moldes reduziria as etapas, o custo e o tempo de fabricação do molde, já que a rota tradicional é um processo que pode levar várias semanas a meses para ser realizado em sua totalidade [6, 10].

O molde na figura 2 foi impresso como várias seções em uma impressora 3D Big Area Additive Manufacturing (BAAM) no Oak Ridge National Laboratory.

Figura 4: A seção da lâmina produzida no molde impresso

Fabricação aditiva de pequenas turbinas fora da rede Um projeto chamado 'Uma pequena turbina para fazer uma grande diferença' iniciado por Kyle Bassett, tem o objetivo de instalar turbinas eólicas impressas em 3D baseadas em plástico em pequena escala em áreas remotas com acesso mínimo à eletricidade. O idealizador deste projeto começou projetando uma turbina capaz de armazenar a energia gerada em baterias para uso pessoal [11].

Um modelo em escala da turbina foi desenvolvido usando uma impressora Printerbot Simple Metal 3D. Incluía as pás, cubos, conectores do rotor, a estrutura e as extremidades das pás, que seriam os componentes mais caros se fabricados pelos métodos tradicionais de fabricação [13].

Nacelas impressas Outras aplicações podem incluir a criação da nacele. As vantagens de incorporar MA em tais estruturas são semelhantes, por exemplo, incentivos econômicos para a produção de moldes, mas também são encontrados desafios, como a necessidade de oferecer proteção contra intempéries, resfriamento passivo e alta complexidade geométrica.

O projeto Additive Manufacturing Integrated Energy (AMIE), no entanto, fabricou com sucesso a estrutura da nacele.