Súper aleaciones para componentes de turbinas

Una investigación de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica.

       

Por: Santiago H. Rodríguez

Montadas en los aviones o utilizadas para generar enormes cantidades de energía, las turbinas son máquinas, generalmente de grandes proporciones, que se someten a constantes esfuerzos y condiciones extremas.

Buscar procesos más eficientes para crear materiales que luego son utilizados en la construcción turbinas es el proyecto más reciente de la investigadora universitaria Dra. Maribel de la Garza Garza.

El proyecto se realiza en colaboración con la empresa Frisa Aerospace, dedicada al desarrollo y venta de anillos para la construcción de turbinas, las cuales pueden ser utilizadas tanto en la industria de generación de energía como en la aeronáutica.

Lo que los científicos de la UANL buscan es que los materiales investigados puedan alcanzar las propiedades necesarias para cumplir el desempeño que requiere una turbina, buscando un ahorro de energía y optimizando los procesos.

Los materiales con los que se fabrican las turbinas tienen la característica de resistir altas temperaturas, lo cual los hace atractivos por su alto desempeño bajo condiciones adversas de temperatura y esfuerzo. Estos materiales presentan mecanismos de endurecimiento por deformación y precipitación muy complejos los cuales se ven afectados por las condiciones de procesamiento que son deformación plástica en caliente y tratamientos térmicos.

Es por eso que con el proyecto se busca simular las condiciones a las que deben ser procesados dichos metales, deformándolos a altas temperaturas y sometiéndolos a diferentes condiciones de esfuerzo y velocidad de deformación, para así encontrar los mecanismos que permitan mejorar las propiedades del material.

“Los materiales con los que trabajamos son de muy altos requerimientos y lo que se busca es entender qué pasa con ellos para poder controlar su calidad”, explicó la investigadora del Departamento de Ingeniería de Materiales de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (FIME) de la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL).

Las turbinas o turbomotores son productos de mucho valor agregado e implican una fuerte inversion, ya que son productos que demandan mucha ingeniería, lo que ha provocado que se abran líneas de investigación dedicadas al estudio de partes específicas de dicha estructura.

Proyectos como éste forman parte de una línea de investigación que está creciendo gracias a que se ha buscado la colaboración activa de la iniciativa privada. “Siempre hemos tenido el interés de participar en proyectos con alguna aplicación industrial”, expresó la doctora de la Garza.

Actualmente las empresas buscan contar con sus propios departamentos de investigación o apoyarse en las universidades o instituciones de investigación para hacer desarrollos y dejar de solicitar estos servicios en el extranjero, ya que se tiene toda la infraestructura, el conocimiento y el recurso humano para llevarla a cabo.

Se puede resumir que este tipo de investigaciones se vuelven atractivas para las empresas y también para el investigador que se siente atraído por proyectos que cuenten con trabajo de ciencia básica pero también que cuenten con una aplicación práctica y eficiente.

Diseño, simulación, fabricación y caracterización de una turbina tipo Pelton de 5 kW. (Spanish).

Título alterno:

Design, simulation, construction and characterization of a 5 kW hydraulic Pelton turbine. (English)

Idioma:

Spanish

Autores:

Agudelo, Sergio1 seragude@udea.edu.coChica, Edwin1 echica@udea.edu.coObando, Felipe1 felipeobando@udea.edu.coSierra, Natalia1 nataliasierra@udea.edu.coVelasquez, Laura1 lauraisabel03@hotmail.comEnriquez, Walter1 walterenriquez77@hotmail.com

Fuente:

Ingeniería y Competitividad. jun2013, Vol. 15 Issue 1, p183-193. 11p.

Tipo de documento:

Article

Materias:

HYDRAULIC turbinesSIMULATION methods & modelsPELTON turbinesCAD/CAM systemsELECTRIC power production

Palabras clave proporcionadas por el autor:

microgeneratorturbineCADCFDmicrogeneradormicrogeneratorpeltonturbina

turbineLanguage of Keywords: English; Spanish

Resumen (inglés):

It is presented the methodology for the construction of a 5 kW hydraulic microgenerator, with a Pelton turbine. For a given operating conditions (hydraulic head and flow) and from a theoretical and experimental basis, the different components were modeled using computational tools such as CAD (Computer Aided Design), CAE (Computer Aided Engineering) and CFD (Computer Fluid Dynamics). Subsequently, it was used a CAM (Computer Aided Manufactured) software and casting processes for manufacturing the components of the microgenerator. Finally, and in order to validate the design, characterization was performed by testing the microgenerator in the Laboratory of Alternative Energy Research Group at the Universidad de Antioquia. From the tests performed, it was possible to quantify the efficiency of the Pelton turbine, to find the optimum ratio between the opening of the nozzle and the generated power, the optimum speed of operation, the overall efficiency of the microgenerator and the hydraulic conditions in which the microgenerator can be used providing an optimal efficiency of electric power generation. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Resumen (español):

Se presenta la metodología empleada para la construcción de un microgenerador hidráulico de 5 kW con turbina tipo Pelton. Para unas condiciones de operación (cabeza hidráulica y caudal) y a partir de una base teóricoexperimental, se modelaron los componentes con ayuda de herramientas computacionales tipo CAD (Diseño asistido por computador), CAE (Ingeniería asistida por computador) y CFD (Análisis computacional fluidodinámico). Posteriormente, se empleó un software CAM (Manufactura asistida por computador) y procesos de fundición para la fabricación de los componentes del microgenerador. Por último, y con el fin de validar el diseño, se realizó la caracterización del microgenerador mediante pruebas en el Laboratorio del Grupo de Investigación de Energía Alternativa de la Universidad de Antioquia. A partir de las pruebas realizadas, fue posible cuantificar la eficiencia de la turbina Pelton, encontrar la relación óptima entre la apertura del inyector y la potencia generada, la velocidad óptima de operación, la eficiencia global del microgenerador y las condiciones hidráulicas en las cuales el microgenerador puede ser utilizado, brindando la mayor eficiencia de generación de energía eléctrica. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

 

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Afiliaciones del autor:

1Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia

ISSN:

0123-3033

Número de acceso:

90376182