Aplicación destacada:Impresión 3D para intercambiadores de calor

[Crédito de la imagen:Tecnología Conflux]

La gama de aplicaciones industriales para la impresión 3D está creciendo a pasos agigantados.

Sin embargo, a pesar de este crecimiento, quedan muchas lagunas en la comprensión de las verdaderas capacidades de la impresión 3D. Respaldando este hecho, está el último informe de AMFG State of the 3D Printing Industry Survey 2019, que encontró que la falta de conocimiento sobre la impresión 3D sigue siendo uno de los mayores desafíos para los proveedores de servicios de impresión 3D en la actualidad.

Para arrojar luz sobre cómo se utiliza la impresión 3D en aplicaciones industriales en la actualidad, estamos lanzando una serie de Application Spotlight semanal. En la serie, analizaremos el uso de la impresión 3D para una aplicación en particular y profundizaremos en los beneficios y ejemplos clave.

La apertura de nuestra serie esta semana es la impresión 3D para intercambiadores de calor. La tecnología ofrece una serie de beneficios para los fabricantes que buscan optimizar los diseños de los intercambiadores de calor. Entre ellos se encuentran un peso más ligero, un tamaño más pequeño y un rendimiento superior.

Pero antes de explorar los beneficios con más detalle, veamos primero qué es un intercambiador de calor y por qué esta aplicación es ideal para la impresión 3D.

Eche un vistazo a las otras aplicaciones cubiertas en esta serie:

Impresión 3D para rodamientos

Impresión 3D para la fabricación de bicicletas

Impresión 3D para odontología digital y fabricación de alineadores transparentes

Impresión 3D para implantes médicos

Cohetes impresos en 3D y el futuro de la fabricación de naves espaciales

Impresión 3D para la fabricación de calzado

Impresión 3D para componentes electrónicos

Impresión 3D en la industria ferroviaria

Gafas impresas en 3D

Impresión 3D para la producción de piezas finales

Impresión 3D para soportes

Impresión 3D para piezas de turbinas

Cómo la impresión 3D permite componentes hidráulicos de mejor rendimiento

Cómo la impresión 3D apoya la innovación en la industria de la energía nuclear

¿Qué es un intercambiador de calor?

Un intercambiador de calor se utiliza para regular la temperatura y es uno de los equipos industriales más importantes. Los intercambiadores de calor permiten que el calor de un fluido pase a otro fluido con el propósito principal de calentar elementos o enfriarlos.

Dentro del sector industrial, la función de enfriamiento se usa con más frecuencia para evitar el sobrecalentamiento de los equipos. .

Los intercambiadores de calor tienen una amplia gama de aplicaciones. Los motores de automóviles, barcos y aviones utilizan intercambiadores de calor para funcionar de manera más eficiente. Los componentes de los sistemas de aire acondicionado y refrigeración, como los refrigeradores, también requieren intercambiadores de calor.

Debido a la gran versatilidad de las aplicaciones, los diseños de los intercambiadores de calor pueden variar enormemente. La mayoría de los intercambiadores de calor de fabricación convencional tienen un diseño de bobina o placa.

En su forma más simple, los intercambiadores de calor de serpentines utilizan uno o más tubos en espiral, separando dos fluidos:uno que fluye por el interior del tubo y otro que fluye por el exterior.

Los intercambiadores de calor de placas utilizan placas delgadas de metal para separar los dos fluidos. Los fluidos generalmente fluyen en direcciones opuestas para mejorar la transferencia de calor.

¿Por qué la impresión 3D es adecuada para intercambiadores de calor?

La producción de intercambiadores de calor utilizando técnicas convencionales es a menudo una tarea compleja y que requiere mucho tiempo, que requiere múltiples pasos como la formación y la soldadura.

Además, existe una demanda creciente para hacer que los intercambiadores de calor sean más compactos y eficientes para mejorar los requisitos de rendimiento cada vez mayores. Y, sin embargo, las capacidades de las técnicas de fabricación actuales a menudo resultan ineficaces para satisfacer esta demanda. Como resultado, los fabricantes a menudo tienen que comprometerse entre la complejidad del diseño, el costo y el tiempo de entrega.

Para superar estas limitaciones y habilitar nuevos diseños de intercambiadores de calor, las empresas están comenzando a investigar las capacidades de la impresión 3D.

¿Cómo se pueden beneficiar los intercambiadores de calor de la impresión 3D?

Mayor rendimiento a través de geometrías más complejas

La impresión 3D es conocida por su capacidad para dar vida a formas complejas. Al diseñar intercambiadores de calor, este beneficio se puede utilizar para crear paredes tan delgadas como 200 micrones y canales de flujo pequeños e intrincados dentro del componente.

Esto significa que los ingenieros pueden diseñar un intercambiador de calor con una mayor superficie de transferencia de calor en el interior. Cuanto mayor sea la superficie, más calor se puede eliminar, lo que aumenta el rendimiento de un intercambiador de calor.

Peso y tamaño reducidos

La mayoría de los intercambiadores de calor actuales tienen diseños rectilíneos, rectangulares o de carcasa de tubo. Debido a su forma única, la instalación de estos intercambiadores de calor en un dispositivo puede ser un desafío. La impresión 3D, por otro lado, permite a los ingenieros hacer que el dispositivo sea más liviano y pequeño, pero con el mismo o incluso mejor desempeño

Las nuevas formas y características internas que son posibles con la impresión 3D facilitan la miniaturización de los intercambiadores de calor. . Como resultado, los intercambiadores de calor impresos en 3D tienen una forma mucho más compacta que se adapta a los requisitos de espacio reducido.

Producción simplificada

Tradicionalmente, la producción de intercambiadores de calor implica varios pasos, que incluyen formación, soldadura fuerte y soldadura. Sin embargo, estos pasos son costosos y requieren mucho tiempo.

Cuando se utiliza la impresión 3D para producir un intercambiador de calor directamente, todas estas operaciones se pueden eliminar, agilizando así el proceso de producción.

Mejor calidad

Además, un intercambiador de calor impreso en 3D se construye en una sola operación, por lo que no hay costuras o juntas que puedan desarrollar fugas. Debido a una producción más sencilla, la variabilidad del proceso es menor y se espera que la calidad general sea mucho mayor.

Ejemplos de intercambiadores de calor impresos en 3D

Las industrias aeroespacial, de los deportes de motor y de la energía lideran actualmente el desarrollo de intercambiadores de calor impresos en 3D.

Conflux Core:un nuevo punto de referencia para intercambiadores de calor

Conflux Technology es una empresa australiana que se especializa en la impresión 3D de metal de componentes térmicos y fluidos. Estos componentes se utilizan en industrias como la automoción, el automovilismo y la aeroespacial.

Al aprovechar la impresión 3D, Conflux ha desarrollado y patentado un diseño de intercambiador de calor único llamado Conflux Core.

El uso de la impresión 3D permitió la creación de geometrías altamente complejas dentro del componente Conflux Core, aumentando su superficie. Esto permitió triplicar el rechazo de calor térmico. El nuevo diseño, en comparación con un punto de referencia de Fórmula 1, demostró ser un 22% más ligero y 55 mm más pequeño en longitud.

Además, la impresión 3D permitió un proceso de desarrollo extremadamente rápido, que tomó solo seis meses.

Finalmente, gracias a la flexibilidad de diseño de la impresión 3D, el equipo de Conflux pudo consolidar subcomponentes en una sola pieza. Además de un diseño simplificado, una pieza consolidada también requiere menos material para la producción, lo que potencialmente reduce los gastos de material. Para los fabricantes que usan Conflux Core, la consolidación de piezas podría traducirse en un tiempo de ensamblaje reducido y menos puntos de falla de juntas y uniones.

Intercambiador de calor inspirado en los pulmones de GE

GE Research está desarrollando un intercambiador de calor con mayor temperatura de funcionamiento y eficiencia térmica para equipos de generación de energía. Sorprendentemente, para lograr esto, el equipo ideó un diseño innovador inspirado en los pulmones humanos.

El intercambiador de calor de GE cuenta con una red trifurcada de canales, que toma el aire caliente que sale de una turbina de gas. Esta red está entrelazada con otra red de canales llenos de fluido de trabajo más frío, corriendo en la dirección opuesta. El aire caliente y el fluido frío no se mezclan entre sí, pero su proximidad permite un intercambio de calor eficiente.

Este nuevo tipo de intercambiador de calor podría ayudar a las plantas de energía a manejar temperaturas de 1,650 grados F (871 ° F). C). Eso es más de 450 grados F (232 ° C) más alto que los intercambiadores de calor actuales.

El equipo descubrió que la única tecnología capaz de producir tal diseño era la impresión 3D.

El intercambiador de calor impreso en 3D se fabricará utilizando una superaleación de níquel única, resistente a las grietas y capaz de soportar altas temperaturas, desarrollada por GE Research específicamente para esta tecnología.

La combinación de la libertad de diseño que ofrece la impresión 3D y la resistencia de una superaleación se establece para permitir un cambio radical en el rendimiento del intercambiador de calor.

Uso de tecnología avanzada para cumplir con requisitos avanzados

Los intercambiadores de calor son una gran aplicación para la impresión 3D. La tecnología proporciona una flexibilidad de diseño significativa, lo que permite formas más compactas y un mayor rendimiento.

Gracias a sus capacidades únicas, la impresión 3D podría convertirse en una tecnología clave para la fabricación de intercambiadores de calor. Con una tecnología tan flexible a bordo, los fabricantes de intercambiadores de calor podrán cumplir directamente con los nuevos requisitos de tamaño y rendimiento.

En nuestro próximo artículo, analizaremos la impresión 3D para rodamientos . ¡Estén atentos!