Proceso de fabricación aditiva por chorro de aglutinante y caracterización de materiales para intercambiadores de calor de alta temperatura utilizados en aplicaciones de energía solar concentrada
Autores: Gerstler, William D.; Barua, Ananda; Huang, Shenyan; Erno, Daniel J.; Wang, Yongxiang; Ju, Siyeong; Thiagarajan, Naveenan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias de los Materiales
Subcategoría
Materiales estructurales
Palabras clave
Reducción
Costo
CO2 supercrítico
Ciclo de potencia
Fabricación aditiva
Acero inoxidable
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 6
Citaciones: Sin citaciones
La iniciativa Sunshot 2030 del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) tiene como objetivo reducir el costo de la energía solar concentrada (CSP) a 5 centavos por kWh para plantas de energía de carga base. Uno de los posibles caminos hacia este objetivo incluye una reducción en el costo del bloque de energía de CO2 supercrítico (sCO2) a 0.9 centavos por kWh. Los recuperadores de alta y baja temperatura, utilizados en el ciclo de energía sCO2, contribuyen a más del 50% del costo del ciclo de energía. Este trabajo estudia la viabilidad de una reducción de costos del 10% o más para los Recuperadores de Alta Temperatura (HTR) utilizados en el ciclo de energía sCO2. Una forma de abordar la reducción de costos es aprovechando la fabricación aditiva de bajo costo, específicamente, la Fabricación Aditiva por Chorro de Agente (BJAM) para imprimir en 3D HTR a gran escala. Este estudio se centra en el desarrollo de un proceso BJAM para la impresión 3D de núcleos de HTR utilizando aleación de acero inoxidable 316L (SS316L). Para evaluar la idoneidad del proceso BJ hacia el HTR, se traducen las especificaciones de alto nivel de la aplicación en requisitos de capacidad de materiales. Posteriormente, se realizan pruebas de materiales a temperatura en cupones fabricados aditivamente, tanto impresos como sinterizados. Los datos de los cupones se comparan con datos de SS316L fundido y trabajado obtenidos de la literatura. Los resultados muestran que las propiedades de tracción del proceso BJ se comparan bien con las propiedades fundidas. Además, se establece un análisis de referencia de los datos de pruebas de fluencia para el proceso BJ, y se extraen conclusiones de los resultados hacia futuras mejoras del proceso.
Descripción
La iniciativa Sunshot 2030 del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) tiene como objetivo reducir el costo de la energía solar concentrada (CSP) a 5 centavos por kWh para plantas de energía de carga base. Uno de los posibles caminos hacia este objetivo incluye una reducción en el costo del bloque de energía de CO2 supercrítico (sCO2) a 0.9 centavos por kWh. Los recuperadores de alta y baja temperatura, utilizados en el ciclo de energía sCO2, contribuyen a más del 50% del costo del ciclo de energía. Este trabajo estudia la viabilidad de una reducción de costos del 10% o más para los Recuperadores de Alta Temperatura (HTR) utilizados en el ciclo de energía sCO2. Una forma de abordar la reducción de costos es aprovechando la fabricación aditiva de bajo costo, específicamente, la Fabricación Aditiva por Chorro de Agente (BJAM) para imprimir en 3D HTR a gran escala. Este estudio se centra en el desarrollo de un proceso BJAM para la impresión 3D de núcleos de HTR utilizando aleación de acero inoxidable 316L (SS316L). Para evaluar la idoneidad del proceso BJ hacia el HTR, se traducen las especificaciones de alto nivel de la aplicación en requisitos de capacidad de materiales. Posteriormente, se realizan pruebas de materiales a temperatura en cupones fabricados aditivamente, tanto impresos como sinterizados. Los datos de los cupones se comparan con datos de SS316L fundido y trabajado obtenidos de la literatura. Los resultados muestran que las propiedades de tracción del proceso BJ se comparan bien con las propiedades fundidas. Además, se establece un análisis de referencia de los datos de pruebas de fluencia para el proceso BJ, y se extraen conclusiones de los resultados hacia futuras mejoras del proceso.