Nueva tecnología de turbinas para aumentar la eficiencia del micromecanizado
En un mundo donde los recursos en competencia y la contaminación creciente dificultan cada vez más la vida, la industria busca la forma de aumentar la eficiencia energética y la rentabilidad de los equipos la maquinaria. El proyecto OpTEMUS (Optimising turbo-spindle efficiency for machining at ultra-high speed), financiado por la Unión Europea, estudió cómo mejorar la eficiencia energética de los husillos de velocidad ultraelevada que se utilizan en las herramientas de mecanizado de precisión. Los primeros estudios del proyecto OpTEMUS revelaron que, por lo general, la eficiencia energética de los husillos de turbina («turbohusillos») es inferior al 20 %. Con el fin de aumentar la eficiencia y la relación potencia-peso de los husillos y, a la vez, disminuir los costes, el equipo del proyecto propuso una nueva turbina de tipo de flujo entrante radial a 90 grados para los husillos de micromecanizado. Para mejorar el rendimiento de los husillos, el equipo de OpTEMUS definió un diseño de etapas de turbina radial con alta carga y baja reacción que permite alcanzar una alta eficiencia de la turbina a la vez que minimiza la inercia, el peso y el tamaño. Se utilizaron simulaciones de dinámica computacional de fluidos con el fin de determinar los parámetros clave del diseño, como el grosor de las palas, el número de palas, el ángulo de pala a la salida del rotor y el espacio radial entre rotor y estator. El diseño nuevo también ofrece fuerzas de empuje reducidas en la turbina con el fin de disminuir la carga axial sobre los cojinetes del husillo, así como una baja velocidad de las palas que permite fabricar el rotor con una aleación de magnesio para ahorrar todavía más inercia. El nuevo prototipo de rotor de turbina, con un diámetro exterior de 25 mm y una envergadura de palas en la entrada de 1,9 mm, se construyó con una aleación de aluminio. El prototipo de husillo pesa menos de 300 g y tiene una rigidez radial estática (en el portaherramientas) de 0,66 N/µm. El nuevo turbohusillo desarrollado ha funcionado correctamente a hasta 100 000 rpm y ha alcanzado un tiempo de funcionamiento de más de 24 horas. Para medir el par y la salida de potencia, el prototipo de turbohusillo se conectó a un motor/generador eléctrico de alta velocidad y se cargó con distintas resistencias. Hasta el momento, se ha alcanzado una salida de potencia máxima de la turbina de unos 100 W y una eficiencia de más del 50 %, lo cual demuestra las posibilidades de mejora del rendimiento. Con estos resultados positivos, el equipo de OpTEMUS unió sus fuerzas con socios industriales para enviar dos solicitudes de financiación para proyectos de investigación adicionales. Además, el equipo ha estudiado las opciones de comercialización de la nueva tecnología, incluidas las posibles ventajas para las herramientas eléctricas, los equipos de pulverización de pintura y los dispositivos médicos/dentales. En cuanto se aprovechen al máximo los resultados del proyecto, la industria se beneficiará de equipos de fabricación mucho más eficientes.
Palabras clave
Micromecanizado, maquinaria, OPTEMUS, turbohusillo, turbina, eficiencia
