Destaque do aplicativo:Impressão 3D para trocadores de calor

[Crédito da imagem:Tecnologia Conflux]

A gama de aplicações industriais para impressão 3D está crescendo rapidamente.

No entanto, apesar deste crescimento, ainda existem muitas lacunas na compreensão das verdadeiras capacidades da impressão 3D. Apoiando este fato está o último relatório da AMFG State of the 3D Printing Industry Survey 2019, que concluiu que a falta de conhecimento sobre a impressão 3D continua sendo um dos maiores desafios para os provedores de serviços de impressão 3D hoje.

Para esclarecer como a impressão 3D está sendo usada em aplicações industriais hoje, estamos lançando uma série semanal de Application Spotlight. Na série, veremos o uso da impressão 3D para uma aplicação específica e nos aprofundaremos nos principais benefícios e exemplos.

Abrindo nossa série esta semana está a impressão 3D para trocadores de calor. A tecnologia oferece uma série de benefícios para os fabricantes que buscam otimizar os projetos de trocadores de calor. Entre eles estão mais leve, menor tamanho e desempenho superior.

Mas antes de explorar os benefícios em mais detalhes, vamos primeiro ver o que é um trocador de calor e por que esse aplicativo é uma ótima opção para impressão 3D.

Dê uma olhada nos outros aplicativos abordados nesta série:

Impressão 3D para rolamentos

Impressão 3D para fabricação de bicicletas

Impressão 3D para Odontologia Digital e Fabricação de Alinhador Transparente

Impressão 3D para implantes médicos

Foguetes impressos em 3D e o futuro da fabricação de naves espaciais

Impressão 3D para Fabricação de Calçados

Impressão 3D para componentes eletrônicos

Impressão 3D na Indústria Ferroviária

Óculos impressos em 3D

Impressão 3D para produção de peças finais

Impressão 3D para suportes

Impressão 3D para peças de turbinas

Como a impressão 3D permite componentes hidráulicos de melhor desempenho

Como a impressão 3D apóia a inovação na indústria de energia nuclear

O que é um trocador de calor?

Um trocador de calor é usado para a regulação da temperatura e é uma das peças mais importantes do equipamento industrial. Os trocadores de calor permitem que o calor de um fluido passe para outro fluido com o objetivo principal de aquecer os elementos ou resfriá-los.

No setor industrial, a função de resfriamento é usada com mais frequência para evitar o superaquecimento do equipamento .

Os trocadores de calor têm uma gama muito ampla de aplicações. Os motores de carros, navios e aviões usam trocadores de calor para trabalhar com mais eficiência. Os componentes dos sistemas de ar condicionado e resfriamento, como refrigeradores, também exigem trocadores de calor.

Devido à grande versatilidade das aplicações, os projetos dos trocadores de calor podem variar muito. A maioria dos trocadores de calor feitos convencionalmente apresenta um projeto de bobina ou placa.

Na sua forma mais simples, os trocadores de calor em serpentina utilizam um ou mais tubos em espiral, separando dois fluidos:um que flui para dentro do tubo e outro que flui para o exterior.

Trocadores de calor de placas usam placas finas de metal para separar os dois fluidos. Os fluidos geralmente fluem em direções opostas para melhorar a transferência de calor.

Por que a impressão 3D é adequada para trocadores de calor?

Produzir trocadores de calor usando técnicas convencionais é muitas vezes uma tarefa complexa e demorada, exigindo várias etapas como moldagem e soldagem.

Além disso, há uma demanda crescente para tornar os trocadores de calor mais compactos e eficientes para melhorar os requisitos de desempenho cada vez maiores. No entanto, as capacidades das técnicas de fabricação atuais muitas vezes se mostram ineficientes para atender a essa demanda. Como resultado, os fabricantes muitas vezes têm que se comprometer entre a complexidade do projeto, o custo e o tempo de execução.

Para superar essas limitações e permitir novos projetos de trocadores de calor, as empresas estão começando a investigar os recursos de impressão 3D.

Como os trocadores de calor podem se beneficiar da impressão 3D?

Maior desempenho por meio de geometrias mais complexas

A impressão 3D é conhecida por sua capacidade de dar vida a formas complexas. Ao projetar trocadores de calor, esse benefício pode ser usado para criar paredes tão finas quanto 200 mícrons e pequenos canais de fluxo intrincados dentro do componente.

Isso significa que os engenheiros podem projetar um trocador de calor com maior superfície de transferência de calor no interior. Quanto maior a área de superfície, mais calor pode ser removido, o que aumenta o desempenho de um trocador de calor.

Peso e tamanho reduzidos

A maioria dos trocadores de calor de hoje tem designs retilíneos, retangulares ou de invólucro tubular. Devido à sua forma única, encaixar esses trocadores de calor em um dispositivo pode ser um desafio. A impressão 3D, por outro lado, permite que os engenheiros tornem o dispositivo mais leve e menor, mas com o mesmo ou até melhor desempenho

Novas formas e recursos internos possibilitados com a impressão 3D facilitam a miniaturização dos trocadores de calor . Como resultado, os trocadores de calor impressos em 3D têm uma forma muito mais compacta que se adapta aos requisitos de espaço apertado.

Produção simplificada

Tradicionalmente, a produção de trocadores de calor envolve várias etapas, incluindo conformação, brasagem e soldagem. No entanto, essas etapas são caras e demoradas.

Ao usar a impressão 3D para produzir um trocador de calor diretamente, todas essas operações podem ser eliminadas, agilizando assim o processo de produção.

Melhor qualidade

Além disso, um trocador de calor impresso em 3D é construído em uma operação para que não haja emendas ou juntas que possam desenvolver vazamentos. Devido a uma produção mais direta, a variabilidade do processo é menor e a qualidade geral deve ser muito maior.

Exemplos de trocadores de calor impressos em 3D

As indústrias aeroespacial, de esportes motorizados e de energia estão atualmente liderando o desenvolvimento de trocadores de calor impressos em 3D.

Conflux Core:um novo benchmark para trocadores de calor

A Conflux Technology é uma empresa australiana especializada na impressão 3D de metal de componentes térmicos e fluidos. Esses componentes são usados ​​em indústrias como automotiva, automobilística e aeroespacial.

Aproveitando a impressão 3D, a Conflux desenvolveu e patenteou um design único de trocador de calor denominado Conflux Core.

O uso da impressão 3D permitiu a criação de geometrias altamente complexas dentro do componente Conflux Core, aumentando sua área de superfície. Isso permitiu que a rejeição de calor térmico fosse triplicada. O novo design, quando comparado a um benchmark da Fórmula 1, mostrou-se 22% mais leve e 55 mm menor em comprimento. Além disso, a impressão 3D possibilitou um processo de revelação extremamente rápido, que durou apenas seis meses.

Finalmente, graças à flexibilidade de design da impressão 3D, a equipe do Conflux conseguiu consolidar os subcomponentes em uma única parte. Além de um design simplificado, uma parte consolidada também requer menos material para produção, reduzindo potencialmente os gastos com materiais. Para os fabricantes que usam o Conflux Core, a consolidação de peças pode se traduzir em um tempo de montagem reduzido e menos pontos de falha de juntas e costuras.

trocador de calor inspirado no pulmão da GE

A GE Research está desenvolvendo um trocador de calor com aumento da temperatura de operação e eficiência térmica para equipamentos de geração de energia. Surpreendentemente, para conseguir isso, a equipe criou um design inovador inspirado nos pulmões humanos.

O trocador de calor GE apresenta uma rede trifurcante de canais, que leva o ar quente que sai de uma turbina a gás. Esta rede está entrelaçada com outra rede de canais cheios de fluido de trabalho mais frio, correndo na direção oposta. O ar quente e o fluido frio não se misturam, mas sua proximidade permite uma troca de calor eficiente.

Este novo tipo de trocador de calor pode ajudar as usinas a lidar com temperaturas de 1.650 graus F (871 ° C) C). Isso é mais de 450 graus F (232 ° C) mais alto do que os trocadores de calor atuais.

A equipe descobriu que a única tecnologia capaz de produzir tal design era a impressão 3D.

O trocador de calor impresso em 3D será fabricado usando uma superliga de níquel única, capaz de alta temperatura e resistente a rachaduras, desenvolvida pela GE Research especificamente para esta tecnologia.

A combinação da liberdade de design oferecida pela impressão 3D e a força de uma superliga é definida para permitir uma mudança radical no desempenho do trocador de calor.

Usando tecnologia avançada para atender a requisitos avançados

Os trocadores de calor são uma ótima aplicação para impressão 3D. A tecnologia fornece flexibilidade de design significativa, permitindo formas mais compactas e desempenho superior.

Graças às suas capacidades únicas, a impressão 3D pode se tornar uma tecnologia chave para a fabricação de trocadores de calor. Com essa tecnologia flexível a bordo, os fabricantes de trocadores de calor serão capazes de atender a novos requisitos de tamanho e desempenho de frente.

Em nosso próximo artigo, veremos a impressão 3D para rolamentos . Fique ligado!