Uma parceria entre a startup norte-americana Cadens e o Oak Ridge National Laboratory (ORNL), ligado ao Departamento de Energia dos Estados Unidos, demonstrou que a impressão 3D pode reduzir significativamente os custos de implantação de micro-hidrelétricas e ampliar o aproveitamento energético de pequenas barragens. As informações são do ORNL.
O projeto utilizou manufatura aditiva para desenvolver componentes personalizados de turbinas hidrelétricas de baixa queda d’água, permitindo uma produção mais rápida, flexível e economicamente viável para sistemas de pequeno porte.
Atualmente, os Estados Unidos possuem cerca de 90 mil barragens, mas menos de 3% delas geram eletricidade. Segundo os pesquisadores, aproximadamente 51 mil dessas estruturas têm potencial para microgeração hidrelétrica, com capacidade de produzir até 100 quilowatts cada. Apesar disso, os altos custos de fabricação e adaptação dos equipamentos às condições específicas de cada local ainda limitam a expansão desse mercado. A estimativa é de que existam cerca de 29 gigawatts de potencial hidrelétrico não explorado em milhares de pontos do país.
Componentes impressos em 3D
A Cadens, sediada em Rome, no estado de Wisconsin, já possuía um software capaz de projetar sistemas hidrelétricos personalizados, mas enfrentava dificuldades para tornar a fabricação economicamente viável. Para superar esse desafio, a empresa passou a trabalhar com pesquisadores da Manufacturing Demonstration Facility, do ORNL.
O projeto apostou em um modelo híbrido de fabricação: grandes tubos de PVC foram utilizados como principal canal de fluxo da água, enquanto peças customizadas passaram a ser produzidas em impressão 3D. Entre os componentes desenvolvidos estão tubos de sucção, suportes estruturais, conexões, moldes para carcaças de turbinas e sistemas de rotor para turbinas do tipo Fixed-Kaplan S.
Um dos principais desafios foi garantir resistência mecânica suficiente para suportar décadas de operação contínua sob pressão da água. Para isso, os pesquisadores utilizaram polímeros reforçados com fibra de carbono, além de processos complementares de usinagem CNC e revestimentos protetivos.
Protótipo opera há mais de seis anos
O protótipo construído pela equipe permanece em operação contínua há mais de seis anos nas instalações da Cadens. Segundo os pesquisadores, o sistema vem fornecendo dados importantes para o aprimoramento da eficiência energética, da durabilidade dos componentes e do desempenho das turbinas.
A estrutura de testes também passou a servir como plataforma para pesquisas em armazenamento de energia, simulações computacionais e avaliação de novos materiais para o setor hidrelétrico. Para os envolvidos no projeto, os resultados demonstram que a manufatura aditiva pode tornar economicamente viável a expansão da microgeração hidrelétrica, especialmente em locais onde soluções convencionais seriam inviáveis devido ao custo elevado de personalização dos equipamentos.
A próxima etapa da pesquisa envolve ampliar a escala de produção e adaptar os sistemas para condições mais desafiadoras, incluindo resistência a detritos e bioincrustação em ambientes aquáticos.
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