Como un molde de pastel Bundt:el quemador se encuentra dentro de la jarra de la tetera (vista desde arriba). Crédito:ETH Zurich / Peter Balicki Szczesiak
Los estudiantes y un candidato a doctorado en ETH Zurich han desarrollado una estufa de campamento con la llama en el interior, reduciendo en gran medida los efectos negativos del viento y la pérdida de calor. El nuevo diseño fue posible gracias a la fabricación aditiva.
El verano es tiempo de acampar, una oportunidad perfecta para renunciar a nuestros lujos cotidianos por un tiempo y, en su lugar, cocinar una cena sencilla en una estufa de gas para acampar. Si tan solo las ráfagas de viento desaparecieran en lugar de apagar constantemente la llama de la estufa.
Ahora, un candidato a doctorado de ETH y estudiantes del Laboratorio de Diseño y Tecnología de ETH de Zúrich y de la Universidad de las Artes de Zúrich (ZHdK) han desarrollado una nueva estufa que puede hacer frente incluso con vientos fuertes:una tetera con forma de molde de pastel Bundt encierra un gas quemador, protegiéndolo del viento.
Pruebas prácticas en la cima de la montaña
Mientras tanto, Otras características de diseño hacen que el hervidor sea extremadamente eficiente energéticamente:la pared del quemador de gas está ondulada, como un exprimidor de cítricos. "Esto aumenta el área de contacto entre la llama y la jarra, "explica Julian Ferchow, el líder del proyecto y estudiante de doctorado en el grupo del profesor de ETH Mirko Meboldt. "Ese, "Patrick Beutler, estudiante de ETH, quien escribió su tesis de licenciatura sobre el proyecto, agrega, "además del hecho de que la pared es muy delgada, hace que la transferencia de calor al contenido de la jarra sea ideal ".
Un prototipo de jarra y quemador de tetera. Crédito:ETH Zurich / Julian Ferchow
El interior del quemador también está repleto de experiencia en ingeniería:las boquillas de gas son lo que se conocen como boquillas Venturi. "Su geometría provoca una caída de presión localizada. Esto aumenta el flujo de aire, que mejora la calidad de la llama y aumenta la eficiencia, "dice Ferchow.
Los investigadores construyeron un prototipo de hervidor junto con "inspire", la organización en la interfaz de ETH Zurich y la industria mecánica suiza. Llaman a su hervidor "PeakBoil". Adecuadamente, probaron el prototipo esta primavera durante una gira de esquí por Säntis, la montaña más alta del macizo de Alpstein en el noreste de Suiza. "Hacía viento y era un gran problema hacer funcionar una estufa convencional. Pero no tuvimos ninguna dificultad para calentar agua con nuestro prototipo, "Dice Ferchow.
El quemador se ondula para aumentar su superficie; las complejas estructuras interiores permiten un suministro eficiente de aire y gas a la cámara de combustión. Crédito:ETH Zurich / Patrick Beutler
Capa por capa
El diseño especial de PeakBoil no sería posible sin la fabricación aditiva. Ferchow y sus colegas construyeron la caldera de gas capa por capa de acero inoxidable utilizando fusión selectiva por láser. En esta técnica, se extiende una capa de polvo metálico fino sobre una placa de sustrato. Luego, un rayo láser controlado por computadora derrite selectivamente el metal en un patrón preciso. Cuando el metal fundido se solidifica, se une a la placa de sustrato. Luego se aplica la siguiente capa de polvo y se funde localmente. De este modo, Los objetos complejos se construyen a partir de la base en capas, cada una de las cuales tiene un grosor de tan solo una trigésima parte de un milímetro.
"Esta técnica nos da una gran libertad de diseño, que simplemente no se obtiene con las técnicas de fabricación convencionales; con fundición de metal, por ejemplo, nunca podríamos lograr canales tan delgados como los que están dentro de nuestro quemador de gas, "Explica Ferchow.
La fusión selectiva por láser se desarrolló originalmente como una forma rápida de fabricar prototipos. "Hoy en día, esta técnica de creación rápida de prototipos es tan madura que también se puede utilizar para la fabricación a gran escala, "Dice Ferchow.
Ganadores de un premio de diseño
PeakBoil ganó recientemente un premio en la competencia 3-D Pioneers Challenge. Un jurado internacional de ingenieros y expertos en diseño premió al hervidor en la categoría de Diseño de la competencia. Según sus organizadores, esta competencia, patrocinado por el Ministerio de Economía, Sociedad de Ciencia y Digital del estado alemán de Turingia, es uno de los premios más generosamente dotados en el campo de la innovación en impresión 3D.
El prototipo que se está probando. Crédito:ETH Zurich / Julian Ferchow
"El jurado admiró nuestra idea de un quemador que ahorra recursos con una vista particular de cómo la aplicación exterior que realizamos podría servir como ejemplo para aplicaciones industriales de fabricación aditiva, que tiene un gran potencial, Ferchow dice:"Podemos utilizar PeakBoil como demostración para mostrar a las empresas de qué es capaz la fabricación aditiva y a qué debe prestar especial atención en su diseño". Con un mayor desarrollo, El diseño de PeakBoil podría usarse en calentadores de agua sin tanque de gas o incluso en turbinas de gas.
Pero primero, Ferchow y sus colegas quieren seguir con su hervidor de gas y mejorarlo en el laboratorio de Diseño y Tecnología, que es en lo que gastarán el dinero del premio. "Creo que deberíamos poder aumentar aún más la eficiencia del quemador optimizando los flujos de gas y aire. También esperamos encontrar socios de la industria que trabajen con nosotros para desarrollar aún más el producto, "Dice Ferchow.
