Estudio de caso MiTRE

Iniciado en noviembre de 2012, el objetivo del proyecto de MiTRE era diseñar y construir un pequeño generador de microturbina ligero y más importante a bajo costo para usar como extensor de alcance para vehículos eléctricos. Su incorporación a un vehículo eléctrico reducirá el costo del vehículo (al sustituir algunas de las baterías) a la vez que ofrecerá a su propietario una mayor disponibilidad y alcance. El proyecto fue una inversión de más de 3 millones de £ y era una iniciativa conjunta financiada parcialmente por la TSB (Technology Strategy Board, ahora Innovate UK). HiETA Technologies lideró el desarrollo del recuperador de microturbina, clave para alcanzar el costo establecido y el rendimiento del extensor de rango. El proyecto fue liderado por el integrador de vehículos con sede en el Reino Unido, Delta Motorsports, en Silverstone.

Tradicionalmente, los intercambiadores de calor a menudo se fabrican a partir de delgadas láminas de material que se unen a través de un proceso como la soldadura fuerte y la unión por difusión. La complejidad de los diseños hace que la producción sea desafiante y lenta, mientras que el material utilizado para el proceso de unión aumenta el peso total de la pieza. Antes del trabajo en HiETA, se habían realizado pocas investigaciones sobre el uso de la fabricación aditiva para la fabricación de intercambiadores de calor. Los desafíos iniciales fueron, por lo tanto, confirmar que la fabricación aditiva podría generar con éxito paredes suficientemente delgadas de la calidad requerida y, luego, producir un componente completo con la complejidad de un intercambiador de calor convencional.

El tercer desafío fue utilizar el conocimiento y la experiencia desarrollados para pasar el proceso de la fabricación de muestras y prototipos a la producción de bajo volumen.

En primer lugar, HiETA trabajó estrechamente con Renishaw para desarrollar conjuntos de parámetros específicos para la producción de paredes delgadas sin fugas en Inconel hasta un espesor de 150 micras. Ambas compañías produjeron muestras usando una variedad de configuraciones en el AM250 en las instalaciones de ambas compañías. Las muestras resultantes se trataron con calor y luego se caracterizaron. Los resultados de la prueba permitieron a ambas compañías confirmar los parámetros óptimos en las máquinas para estructuras de pared fina y también permitieron que HiETA desarrollara una guía de diseño con parámetros para la transferencia térmica en intercambiadores de calor fabricados con tecnología de fusión láser de lecho de polvo. Habiendo logrado una pared integral libre de fugas, la siguiente etapa fue pasar a una unidad completa y de tamaño completo, que podría completarse en un tiempo de construcción razonable. Además de permitir una mayor optimización del equipo de Renishaw para manejar las muestras más grandes, HiETA utilizó estos proyectos para desarrollar un proceso de extracción para eliminar el exceso de polvo del núcleo de los intercambiadores de calor.

El primer resultado de la asociación entre HiETA y Renishaw fue la obtención de los datos básicos necesarios para configurar los equipos de FA para producir correctamente las estructuras de paredes delgadas y, también, los parámetros necesarios para anticipar el rendimiento de los intercambiadores de calor fabricados en los equipos Renishaw.

Los datos de transferencia térmica y caudal líquido obtenidos se incorporaron en los programas de CFD y análisis de elementos finitos utilizados por HiETA. Estos programas pueden utilizarse para una primera evaluación del rendimiento probable de los nuevos diseños de componentes y para confirmar que los proyectos pueden cumplir los requisitos del cliente.

El primer intento de fabricar un producto completo en la máquina AM250, generó un componente correcto, pero el tiempo de construcción fue de diecisiete días. Tras las mejoras de hardware y software, y la optimización de los parámetros del proceso, el plazo se redujo a ochenta horas. Las pruebas detalladas mostraron que el componente podía cumplir los requisitos de bajada de presión y transferencia térmica.

Sin embargo, este rendimiento se consiguió con un peso y volumen aproximadamente 30 % inferiores a una pieza equivalente fabricada con los métodos convencionales.

Como resultado del proyecto «MiTRE», Delta Motorsport ha desarrollado una versión de 35 kW de su extensor de rango para adaptarse al Ariel HiPERCAR. Cuando querían de desarrollar una versión de 35 kW del sistema MiTRE para HiPERCAR, Delta Motorsport recurrió a HiETA para obtener una solución. Como respuesta, HiETA fue capaz de ampliar el diseño original de 17 kW para cumplir con las mayores demandas de potencia de la aplicación HiPERCAR.