Os grandes motores marítimos dos navios de carga do mundo são uma importante área de foco nos esforços da indústria marítima para se tornar mais sustentável. Isso também se aplica às peças individuais do motor, que devem ser continuamente otimizadas para atender aos requisitos futuros de um consumo de combustível menor e mais ecológico.
Um componente essencial neste contexto é o bico injetor, que injeta combustível no motor, onde é misturado ao oxigênio para garantir a combustão ideal.
Em um projeto colaborativo entre a DTU e a MAN Energy Solutions, um jovem pesquisador conduziu uma extensa investigação sobre se poderia ser vantajoso fazer um bico de injeção impresso em 3D.
“Na MAN Energy Solutions, sabemos há muito tempo que o metal impresso em 3D pode nos fornecer algumas oportunidades para projetar peças importantes de nossos motores de navios que antes não eram possíveis. Isso tornou a colaboração com a DTU na exploração do potencial uma escolha óbvia”, diz Peter Hagen, engenheiro mecânico da MAN Energy Solutions.
Ampla análise das possibilidades da impressão 3D
O pós-doutorado Thomas Dahmen, da DTU Mechanical Engineering, conduziu o estudo, onde começou realizando uma análise da Função de Implantação de Qualidade para impressão 3D. O 3D-QFD é um modelo de análise usado para fornecer uma visão geral do valor que a impressão 3D pode agregar a um produto como um todo.
“Ao aplicar o modelo e combiná-lo com conhecimentos técnicos sobre métodos de impressão 3D e injeção de combustível, criei um kit modular de como bicos impressos em 3D podem ser projetados para aumentar o desempenho do motor e a vida útil do produto”, diz Thomas Dahmen.
A melhoria do bico de injeção foi baseada no fato de que um melhor fluxo de combustível poderia ser alcançado com um design ligeiramente diferente – e mais curvo. Desta forma, o novo design do bocal contribui para uma melhor combustão do motor. Os testes iniciais também sugerem que o bocal poderia ajudar a reduzir as emissões de NOx do motor, mas serão necessários mais estudos para demonstrar esse efeito.
Comparando duas técnicas de impressão 3D diferentes
O novo bico de injeção impresso em 3D mostrou resultados tão promissores no laboratório da DTU que foi posteriormente testado no mecanismo de teste em escala real da MAN Energy Solutions no Centro de Pesquisa de Copenhagen.
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“O teste correu bem e estamos ansiosos para fazer um teste de longo prazo a seguir”, diz Peter Hagen. “A investigação completa de Thomas nos deu uma base fantástica para avançar com a impressão 3D de componentes metálicos para motores marítimos. Tenho certeza de que os veremos em motores reais em breve”.
Peter Hagen enfatiza que a colaboração com a DTU na otimização contínua de motores marítimos continuará no futuro.
Em sua análise abrangente, além de analisar o design do bico, Thomas Dahmen também comparou os prós e os contras de duas técnicas de impressão 3D diferentes – Laser Powder Bed Fusion e Binder Jetting – em combinação com o uso de diferentes tipos de materiais para os bicos.
“Esta parte das análises destacou a adequação do Binder Jetting para intrincados recursos de bico relacionados ao fluxo e materiais especiais de alta temperatura que seriam impossíveis de realizar com outros processos de fabricação”, diz Thomas Dahmen.
*Artigo original pode ser acessado aqui.
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