{"id":134218,"date":"2020-02-20T13:19:30","date_gmt":"2020-02-20T12:19:30","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=134218"},"modified":"2020-02-20T13:19:30","modified_gmt":"2020-02-20T12:19:30","slug":"fabricacion-aditiva-receptores-volumetricos-avanzados-mediante-impresion-3d","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2020\/02\/20\/134218","title":{"rendered":"Fabricaci\u00f3n aditiva – Receptores volum\u00e9tricos avanzados mediante impresi\u00f3n 3D"},"content":{"rendered":"

Autor: David D\u2019Souza, Unidad de Procesos de Alta Temperatura, IMDEA Energ\u00eda<\/strong><\/p>\n

En tecnolog\u00edas termosolares, el receptor solar es el dispositivo que recoge la energ\u00eda solar concentrada y la transfiere en forma de energ\u00eda t\u00e9rmica a un fluido de trabajo (como agua\/vapor, sales fundidas, aire entre otros). El concepto de receptor volum\u00e9trico consiste en una matriz s\u00f3lida que permite el paso de la luz solar y de una corriente de un fluido (generalmente aire) y en donde la primera se absorbe progresivamente por la matriz, la cual calienta el fluido [1], [2]. Una geometr\u00eda optimizada resulta entonces esencial para obtener una elevada eficiencia t\u00e9rmica, estabilidad de la corriente del fluido, alta temperatura de salida del fluido y absorci\u00f3n solar, as\u00ed como bajas p\u00e9rdidas t\u00e9rmicas y p\u00e9rdidas de carga [1]-[9].<\/p>\n

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Figura 1: Muestras de absorbedores volum\u00e9tricos fabricados por impresi\u00f3n 3D (SLM) en acero inoxidable [11]<\/p>\n

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Figura 2: Absorbedor fabricado por fusi\u00f3n selectiva de haces de electrones\u00a0 (EBSM) en aleaci\u00f3n de titanio y Aluminio (Ti6Al4V) [7]<\/p>\n

La fabricaci\u00f3n aditiva ofrece ventajas \u00fanicas en el desarrollo de receptores volum\u00e9tricos para aplicaciones termosolares [10]-[12]. Permite obtener geometr\u00edas con mayor nivel de complejidad y en tiempos m\u00e1s cortos que los m\u00e9todos de fabricaci\u00f3n tradicionales. Su uso en prototipado es bien conocida, facilitando las etapas de desarrollo y ensayo.<\/p>\n

Si bien existen restricciones en cuanto al tama\u00f1o m\u00ednimo de una capa obtenida por fabricaci\u00f3n aditiva, que suele surgir al reducir al m\u00ednimo el espesor de la pared del canal y depende de la t\u00e9cnica de fabricaci\u00f3n utilizada; este sigue estando muy por debajo del l\u00edmite dictado por las t\u00e9cnicas de fabricaci\u00f3n tradicionales [7].<\/p>\n

Secuencialmente, una v\u00eda de desarrollo convencional de un nuevo concepto de absorbedor comienza con la modelizaci\u00f3n y simulaci\u00f3n num\u00e9rica, continua con la experimentaci\u00f3n de peque\u00f1os prototipos y la experimentaci\u00f3n a mayor escala y, por \u00faltimo, la experimentaci\u00f3n en condiciones reales de operaci\u00f3n (En este caso, empleando radiaci\u00f3n solar) [1]. La fabricaci\u00f3n aditiva puede, en principio, utilizarse para desarrollar el prototipo en las tres \u00faltimas fases experimentales y facilitar el escalado de estos dispositivos hacia Niveles de Desarrollo Tecnol\u00f3gico (Technology Readness level o TRLs) m\u00e1s elevados.<\/p>\n

En cuanto a los materiales, la fabricaci\u00f3n aditiva puede aplicarse en la construcci\u00f3n de absorbedores tanto met\u00e1licos como cer\u00e1micos. As\u00ed, se han construido y experimentado prototipos en acero inoxidable (AISI 316L) [12] y aleaciones de aluminio y titanio (Ti6Al4V) [7] utilizando las t\u00e9cnicas de \u00a0fusi\u00f3n selectiva por l\u00e1ser (o SLM, Selected laser melting) y la fusi\u00f3n selectiva por haz de electrones (o EBM, Electron Beam Melting), respectivamente. Otros metales adecuados para operaci\u00f3n a muy altas temperaturas, como el Inconel 625, tambi\u00e9n puede utilizarse como material de fabricaci\u00f3n [12], [13]. En el caso de absorbedores cer\u00e1micos, se han aplicado t\u00e9cnicas convencionales, especialmente la estereolitograf\u00eda (SL) [15], [16], y se considera que en breve las impresi\u00f3n 3D se adapten a la producci\u00f3n de absorbedores cer\u00e1micos con materiales tales como el carburo de silicio SiC [17].<\/p>\n

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Referencias:<\/strong><\/p>\n

[1]\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 A. L. \u00c1vila-Mar\u00edn, \u2018Volumetric receivers in Solar Thermal Power Plants with Central Receiver System technology: A review\u2019, Sol. Energy, vol. 85, no. 5, pp. 891\u2013910, May 2011, doi: 10.1016\/j.solener.2011.02.002.<\/p>\n

[2]\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 F. Gomez-Garcia, J. Gonz\u00e1lez-Aguilar, G. Olalde, and M. Romero, \u2018Thermal and hydrodynamic behavior of ceramic volumetric absorbers for central receiver solar power plants: A review\u2019, Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 57, pp. 648\u2013658, May 2016, doi: 10.1016\/j.rser.2015.12.106.<\/p>\n

[3]\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 C. Pabst et al., \u2018Experimental performance of an advanced metal volumetric air receiver for Solar Towers\u2019, Renew. Energy, vol. 106, pp. 91\u201398, Jun. 2017, doi: 10.1016\/j.renene.2017.01.016.<\/p>\n

[4]\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 R. Capuano et al., \u2018Numerical models of advanced ceramic absorbers for volumetric solar receivers\u2019, Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 58, pp. 656\u2013665, May 2016, doi: 10.1016\/j.rser.2015.12.068.<\/p>\n

[5]\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Th. Fend, P. Schwarzb\u00f6zl, O. Smirnova, D. Sch\u00f6llgen, and C. Jakob, \u2018Numerical investigation of flow and heat transfer in a volumetric solar receiver\u2019, Renew. Energy, vol. 60, pp. 655\u2013661, Dec. 2013, doi: 10.1016\/j.renene.2013.06.001.<\/p>\n

[6]\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 M. Nakakura, K. Matsubara, S. Bellan, and T. Kodama, \u2018Direct simulation of a volumetric solar receiver with different cell sizes at high outlet temperatures (1,000\u20131,500 \u00b0C)\u2019, Renew. Energy, vol. 146, pp. 1143\u20131152, Feb. 2020, doi: 10.1016\/j.renene.2019.07.039.<\/p>\n

[7]\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 R. Capuano, T. Fend, H. Stadler, B. Hoffschmidt, and R. Pitz-Paal, \u2018Optimized volumetric solar receiver: Thermal performance prediction and experimental validation\u2019, Renew. Energy, vol. 114, pp. 556\u2013566, Dec. 2017, doi: 10.1016\/j.renene.2017.07.071.<\/p>\n

[8]\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 R. Capuano, T. Fend, B. Hoffschmidt, and R. Pitz-Paal, \u2018Innovative Volumetric Solar Receiver Micro-Design Based on Numerical Predictions\u2019, in Volume 8B: Heat Transfer and Thermal Engineering, Houston, Texas, USA, 2015, p. V08BT10A005, doi: 10.1115\/IMECE2015-50597.<\/p>\n

[9]\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 M. Nakakura, S. Bellan, K. Matsubara, and T. Kodama, \u2018Conjugate radiation-convection-conduction simulation of volumetric solar receivers with cut-back inlets\u2019, Sol. Energy, vol. 170, pp. 606\u2013617, Aug. 2018, doi: 10.1016\/j.solener.2018.06.006.<\/p>\n

[10]\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 T. Chartier, \u2018Additive Manufacturing to Produce Complex 3D Ceramic Parts\u2019, J. Ceram. Sci. Tech., no. 02, 2014, doi: 10.4416\/JCST2014-00040.<\/p>\n

[11]\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Y. CHAO, \u2018Design and Experiment of a 3D Printing System for Ceramics by Continuous Extrusion\u2019, J. Ceram. Sci. Tech., no. 353, 2019, doi: 10.4416\/JCST2019-00048.<\/p>\n

[12]\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 S. Luque, G. Men\u00e9ndez, M. Roccabruna, J. Gonz\u00e1lez-Aguilar, L. Crema, and M. Romero, \u2018Exploiting volumetric effects in novel additively manufactured open solar receivers\u2019, Sol. Energy, vol. 174, pp. 342\u2013351, Nov. 2018, doi: 10.1016\/j.solener.2018.09.030.<\/p>\n

[13]\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 L. E. Criales, Y. M. Ar\u0131soy, and T. \u00d6zel, \u2018Sensitivity analysis of material and process parameters in finite element modeling of selective laser melting of Inconel 625\u2019, Int. J. Adv. Manuf. Technol., vol. 86, no. 9\u201312, pp. 2653\u20132666, Oct. 2016, doi: 10.1007\/s00170-015-8329-y.<\/p>\n

[14]\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 M. Scheffler and P. Colombo, Eds., Cellular Ceramics: Structure, Manufacturing, Properties and Applications, 1st ed. Wiley, 2005.<\/p>\n

[15]\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 G. Ding, R. He, K. Zhang, M. Xia, C. Feng, and D. Fang, \u2018Dispersion and stability of SiC ceramic slurry for stereolithography\u2019, Ceram. Int., vol. 46, no. 4, pp. 4720\u20134729, Mar. 2020, doi: 10.1016\/j.ceramint.2019.10.203.<\/p>\n

[16]\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 G. Ding et al., \u2018Stereolithography\u2010based additive manufacturing of gray\u2010colored SiC ceramic green body\u2019, J. Am. Ceram. Soc., vol. 102, no. 12, pp. 7198\u20137209, Dec. 2019, doi: 10.1111\/jace.16648.<\/p>\n

[17]\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 K. Terrani, B. Jolly, and M. Trammell, \u20183D printing of high\u2010purity silicon carbide\u2019, J. Am. Ceram. Soc., vol. 103, no. 3, pp. 1575\u20131581, Mar. 2020, doi: 10.1111\/jace.16888.<\/p>\n

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Contacto<\/strong><\/p>\n

Jos\u00e9 Gonz\u00e1lez Aguilar, Responsable del grupo IMDEAE-UPAT en ACES2030-CM –\u00a0jose.gonzalez@imdea.org<\/a><\/p>\n

Coordina ACES2030-CM: Manuel Romero \u00c1lvarez. IMDEA Energ\u00eda<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Autor: David D\u2019Souza, Unidad de Procesos de Alta Temperatura, IMDEA Energ\u00eda En tecnolog\u00edas termosolares, el receptor solar es el dispositivo que recoge la energ\u00eda solar concentrada y la transfiere en forma de energ\u00eda t\u00e9rmica a un fluido de trabajo (como agua\/vapor, sales fundidas, aire entre otros). El concepto de receptor volum\u00e9trico consiste en una matriz s\u00f3lida que permite el paso de la luz solar y de una corriente de un fluido (generalmente aire) y en donde la primera se absorbe progresivamente por la matriz, la cual calienta el fluido [1], [2]. Una geometr\u00eda optimizada resulta entonces esencial para obtener una\u2026<\/p>\n","protected":false},"author":29,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"ngg_post_thumbnail":0},"categories":[549],"tags":[],"blocksy_meta":{"styles_descriptor":{"styles":{"desktop":"","tablet":"","mobile":""},"google_fonts":[],"version":4}},"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/134218"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/users\/29"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=134218"}],"version-history":[{"count":7,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/134218\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":134227,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/134218\/revisions\/134227"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=134218"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=134218"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=134218"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}