La fabricación aditiva está transformando la energía hidroeléctrica de pequeña escala en Estados Unidos, un proyecto liderado por la empresa Cadens junto al Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) demostró que la impresión 3D puede reducir hasta un 40 % los costos de producción de sistemas microhidroeléctricos adaptados a cada emplazamiento.
Actualmente, menos del 3 % de las aproximadamente 90.000 represas estadounidenses producen electricidad. Sin embargo, unas 51.000 instalaciones poseen potencial para microgeneración hidroeléctrica capaz de aportar hasta 100 kilovatios por unidad. El principal obstáculo ha sido el alto costo de fabricar componentes personalizados para condiciones hidráulicas específicas.
Fabricación aditiva para aprovechar 29 GW de energía sin explotar
Los investigadores estiman que Estados Unidos cuenta con cerca de 29 gigavatios de potencial hidroeléctrico sin desarrollar. Frente a este escenario, Cadens buscó acelerar el despliegue de sistemas hidroeléctricos de baja altura mediante soluciones de manufactura más rápidas y económicas.
La empresa ya disponía de un software denominado Turbine Builder para diseñar turbinas adaptadas a cada sitio. Aun así, fabricar piezas robustas y rentables seguía siendo un desafío técnico importante.
Por ello, el equipo colaboró con el Manufacturing Demonstration Facility del ORNL para integrar fabricación aditiva de gran formato en el desarrollo de componentes críticos.
Turbinas Kaplan-S impresas en 3D para entornos complejos
Uno de los avances más destacados fue la construcción de una turbina Kaplan-S fija mediante componentes impresos en 3D y estructuras híbridas fabricadas con materiales compuestos.
El sistema utilizó grandes tuberías de PVC como conductos principales junto con piezas poliméricas especializadas producidas mediante impresión 3D. Entre ellas resalto el tubo de aspiración fabricado con ABS reforzado con un 20 % de fibra de carbono.
Así mismo, la carcasa del rotor requirió un enfoque diferente, en lugar de imprimir directamente la pieza final, los investigadores imprimieron un molde de alta precisión que posteriormente fue utilizado para fabricar una estructura de fibra de vidrio mediante fundición.
El proceso incluyó mecanizado CNC y recubrimientos protectores para garantizar resistencia frente a presión hidráulica continua y desgaste prolongado.
Más de seis años de operación continua
El prototipo instalado en las instalaciones de Cadens ha operado de forma continua durante más de seis años. Este periodo permitió recopilar información crucial sobre rendimiento hidráulico, comportamiento estructural y eficiencia energética.
Además, el banco de pruebas se convirtió en una plataforma para evaluar materiales, validar modelos de simulación y desarrollar nuevas soluciones relacionadas con almacenamiento energético y resistencia a bioincrustaciones.
Los investigadores sostienen que este enfoque puede facilitar proyectos hidroeléctricos en regiones donde la infraestructura tradicional resulta demasiado costosa o difícil de adaptar.
Energía hidroeléctrica más accesible y flexible
La combinación de diseño digital y manufactura aditiva abre nuevas oportunidades para la generación distribuida de energía renovable. La posibilidad de producir componentes personalizados de manera rápida podría acelerar el aprovechamiento de miles de pequeños emplazamientos hidroeléctricos actualmente inactivos.
Cadens continúa trabajando en la ampliación de la producción y en el perfeccionamiento de diseños capaces de operar en terrenos complejos y entornos con alta acumulación de residuos.
Con estos avances, la impresión 3D comienza a colocarse como una herramienta relevante para modernizar la infraestructura hidroeléctrica y reducir las barreras económicas de la microgeneración renovable.
Fuente y foto: Ornl.gov