Fabricación de un rotor de bajo costo para turbinas tipo Michell – Banki utilizando manufactura aditiva

Abstract

El presente estudio se centra en la fabricación y validación experimental de un rotor para turbinas tipo Michell–Banki mediante manufactura aditiva, con el objetivo de evaluar la resistencia mecánica de los álabes impresos en 3D bajo diferentes condiciones de impresión. Se diseñó un álabe con perfil hidrodinámico NACA 6512, fabricado mediante tecnología FDM (Fused Deposition Modeling) utilizando filamento PETG, seleccionado por su equilibrio entre rigidez, ductilidad y resistencia química. Para determinar los parámetros de impresión óptimos, se aplicó un diseño factorial completo 2^3 Evaluando tres factores: patrón de relleno (hexagonal/giroide), porcentaje de relleno (25 % / 90 %) y número de perímetros (1 / 3). Se realizaron 16 ensayos de flexión en tres puntos para medir la fuerza máxima y el esfuerzo flexor de cada configuración. Los resultados mostraron que el porcentaje de relleno y el número de perímetros fueron los factores con mayor influencia en la resistencia, destacándose la configuración H-90-3, que alcanzó un esfuerzo máximo de 76.86 MPa. Los hallazgos confirman que la impresión 3D con PETG permite fabricar componentes estructuralmente robustos y precisos para aplicaciones hidráulicas, validando la manufactura aditiva como un método eficaz para producir álabes funcionales y de bajo costo en turbinas de flujo cruzado.

This study focuses on the manufacture and experimental validation of a rotor for Michell–Banki turbines using additive manufacturing, with the aim of evaluating the mechanical strength of 3D-printed blades under different printing conditions. A blade with a NACA 6512 hydrodynamic profile was designed and manufactured using FDM (Fused Deposition Modeling) technology with PETG filament, selected for its balance between stiffness, ductility, and chemical resistance. To determine the optimal printing parameters, a complete 2^3 factorial design was applied, Evaluating three factors: infill pattern (hexagonal/gyroid), infill percentage (25%/90%), and number of perimeters (1/3). Sixteen three-point bending tests were performed to measure the maximum force and bending stress for each configuration. The results showed that the fill percentage and number of perimeters were the factors with the greatest influence on strength, with the H-90-3 configuration standing out, reaching a maximum stress of 76.86 MPa.

The findings confirm that 3D printing with PETG allows for the manufacture of structurally robust and precise components for hydraulic applications, validating additive manufacturing as an effective method for producing functional and low-cost blades in cross-flow turbines.

Translated with DeepL.com (free version)