[ENTREVISTA] Prof. Beni Cukurel: motores a jato impressos em 3D, uma revolução nas microturbinas a gás e o futuro da energia

Num grande passo em direção ao futuro da geração e propulsão de energia, uma equipe liderada pelo Professor Associado Beni Cukurel do Technion – Instituto de Tecnologia de Israel, projetou uma microturbina a gás usando manufatura aditiva (AM), também conhecida como impressão 3D. Este desenvolvimento revolucionário apresenta uma abordagem engenhosa ao princípio do “Design para Fabricação Aditiva”, desafiando significativamente os paradigmas de fabricação convencional.

Ao contrário das técnicas convencionais de fabricação, a equipe de Cukurel e o laboratório de Turbomaquinaria e Transferência de Calor aproveitaram o potencial da AM em sua forma mais pura. Em suas palavras: “Quando você usa [AM] apenas como outra técnica de fabricação, você não está realmente capitalizando totalmente os benefícios da fabricação aditiva”. Em vez de simplesmente integrar a AM como uma ferramenta alternativa, a equipe a reinventou como um recurso central, criando projetos a priori para satisfazer as restrições e aproveitar os benefícios da AM.

No centro de sua pesquisa estão microturbinas a gás, projetadas para geração proporcional de energia. Cukurel define microturbinas a gás como sistemas capazes de gerar eletricidade abaixo de 300 quilowatts e empuxo abaixo de dois quilonewtons. Adotando a abordagem AM, a equipe iniciou seu primeiro projeto, uma microturbina a gás em escala de 5 cm que poderia fornecer potencialmente 300 watts para um drone. A microturbina oferece um aumento significativo no tempo de voo devido à sua maior densidade de energia em comparação com baterias convencionais.

A equipe não parou na microturbina a gás; eles aproveitaram ainda mais seu conhecimento de AM durante a crise da COVID-19. Eles inovaram em um projeto de turbomáquinas pré-montadas e autossustentadas para ventiladores médicos. “Fizemos a transição desse know-how que desenvolvemos em arquiteturas de turbomáquinas pré-montadas e autossustentadas para turbinas a gás”, disse Cukurel.

O avanço oferecido por essas microturbinas a gás pré-montadas e autossustentáveis ​​depende de sua disponibilidade sob demanda e economia. O custo primário está confinado ao tempo da máquina e ao consumo de energia, reduzindo consideravelmente os gastos de produção.

Cukurel reconheceu que tal trabalho inovador só foi possível devido a uma colaboração frutífera com o Instituto von Karman de Dinâmica de Fluidos, a Universidade Izmir Katip Celebi e o PTC. O projecto financiado pela NATO viu cada parte trazer para a mesa a sua experiência única. O Instituto Von Karman forneceu simulação de alta fidelidade para aerodinâmica e combustão, a Universidade Izmir Katip Celebi emprestou suas habilidades de dinâmica de fluidos computacional para avaliar a capacidade de suporte de carga de rolamentos hidrostáticos, e a PTC ofereceu seu amplo conhecimento em tecnologias AM, em particular através de seu poderoso CAD estrutura de design e simulação, Creo.

Otimizando o desempenho com manufatura aditiva

Abordando as restrições do design para manufatura aditiva, Cukurel explica que eles começaram desenvolvendo um modelo de pedidos reduzidos. Em termos simples, este é um modelo otimizado que mantém os aspectos cruciais do sistema original, mas o simplifica para facilitar a análise e o uso.

No projeto de um motor a jato, tradicionalmente, a aerodinâmica ocupa o centro das atenções. O objetivo é atingir o desempenho máximo em termos de termodinâmica, traduzindo-se na relação empuxo-peso e no consumo específico de combustível, ou em outras palavras, potência e densidade de energia. No entanto, esta abordagem falha quando se trata de motores miniaturizados.

“O que criamos são modelos de pedido reduzido que capturam todas as disciplinas presentes no motor. Isso inclui aerodinâmica, transferência de calor, dinâmica do rotor e combustão, entre outros”, explica Cukurel. Pense nisso como condensar uma sinfonia em uma apresentação solo – você precisa manter a essência da peça e ao mesmo tempo acomodar as capacidades do intérprete solitário.

Ele continua detalhando como eles criaram um ambiente de otimização multidisciplinar que conhece a priori todas as restrições da manufatura aditiva. Basicamente, isso significa que eles projetaram um sistema que, desde o início, entende os limites do que pode criar. É como um arquiteto experiente que sabe que não deve projetar um telhado com ângulos muito íngremes para serem suportados pelos materiais de construção.