AUTOMOCIÓN Y AERONÁUTICA


Catalizadores impresos en 3D de última generación para impulsar vuelos hipersónicos

13/09/2021

CATEGORíA: Diseños MARCA: RMIT

Los catalizadores impresos en 3D ultraeficientes podrían ayudar a resolver el desafío del sobrecalentamiento en aviones hipersónicos y ofrecer una solución revolucionaria para la gestión térmica en innumerables industrias.


 

© www.rmit.edu.au

 

Desarrollados por investigadores de RMIT de Australia, los catalizadores altamente versátiles son rentables de fabricar y sencillos de escalar. Las demostraciones de laboratorio del equipo muestran que los catalizadores impresos en 3D podrían potencialmente usarse para impulsar el vuelo hipersónico y al mismo tiempo enfriar el sistema.

 

La investigación se ha publicado en la revista Chemical Communications de la Royal Society of Chemistry.

 

El investigador principal, el Dr. Selvakannan Periasamy, afirma que su trabajo abordó uno de los mayores desafíos en el desarrollo de aviones hipersónicos: controlar el increíble calor que se acumula cuando los aviones vuelan a más de cinco veces la velocidad del sonido. "Nuestras pruebas de laboratorio muestran que los catalizadores impresos en 3D que hemos desarrollado son muy prometedores para impulsar el futuro del vuelo hipersónico. Potentes y eficientes, ofrecen una solución potencial emocionante para la gestión térmica en la aviación y más allá. Con un mayor desarrollo, esperamos que esta nueva generación de catalizadores impresos en 3D ultraeficientes se pueda utilizar para transformar cualquier proceso industrial en el que el sobrecalentamiento sea un desafío constante".

 

Necesidad de la velocidad

Solo unos pocos aviones experimentales han alcanzado la velocidad hipersónica (definida por encima de Mach 5: más de 6.100 km por hora o 1,7 km por segundo). En teoría, un avión hipersónico podría viajar de Londres a Sydney en cuatro horas, pero aún quedan muchos desafíos en el desarrollo del transporte aéreo hipersónico, como los niveles extremos de calor.

 

La primera autora e investigadora de doctorado, Roxanne Hubesch, apunta que usar combustible como refrigerante era uno de los enfoques experimentales más prometedores para el problema del sobrecalentamiento: “Los combustibles que pueden absorber calor mientras se alimenta un avión son un enfoque clave para los científicos, pero esta idea se basa en reacciones químicas que consumen calor y que necesitan catalizadores altamente eficientes. Además, los intercambiadores de calor donde el combustible entra en contacto con los catalizadores deben ser lo más pequeños posible, debido a las estrechas restricciones de volumen y peso en los aviones hipersónicos".

 

Para fabricar los nuevos catalizadores, el equipo imprimió en 3D pequeños intercambiadores de calor hechos de aleaciones metálicas y los recubrió con minerales sintéticos conocidos como zeolitas. Los investigadores replicaron a escala de laboratorio las temperaturas y presiones extremas experimentadas por el combustible a velocidades hipersónicas, para probar la funcionalidad de su diseño. Reactores químicos en miniatura Cuando las estructuras impresas en 3D se calientan, parte del metal se mueve hacia la estructura de la zeolita, un proceso crucial para la eficiencia sin precedentes de los nuevos catalizadores. “Nuestros catalizadores impresos en 3D son como reactores químicos en miniatura y lo que los hace tan increíblemente efectivos es esa mezcla de metales y minerales sintéticos”, comenta Hubesch. "Es una nueva dirección emocionante para la catálisis, pero necesitamos más investigación para comprender completamente este proceso e identificar la mejor combinación de aleaciones metálicas para lograr el mayor impacto".

 

Los próximos pasos para el equipo de investigación del Centro de Materiales Avanzados y Química Industrial (CAMIC) de RMIT incluyen optimizar los catalizadores impresos en 3D estudiándolos con técnicas de sincrotrón de rayos X y otros métodos de análisis en profundidad. Los investigadores también esperan extender las aplicaciones potenciales del trabajo al control de la contaminación del aire para vehículos y dispositivos en miniatura para mejorar la calidad del aire en interiores, especialmente importante en el manejo de virus respiratorios en el aire como COVID-19.

 

El director de CAMIC, el distinguido profesor Suresh Bhargava, dijo que la industria química de un billón de dólares se basa en gran medida en la vieja tecnología catalítica. "Esta tercera generación de catálisis se puede vincular con la impresión 3D para crear nuevos diseños complejos que antes no eran posibles", dijo Bhargava. "Nuestros nuevos catalizadores impresos en 3D representan un enfoque radicalmente nuevo que tiene un potencial real para revolucionar el futuro de la catálisis en todo el mundo".

 

Los catalizadores impresos en 3D se produjeron utilizando la tecnología Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) en las instalaciones de fabricación digital, que forman parte del recinto de fabricación avanzada de RMIT. Bhargava y el distinguido profesor Milan Brandt, director de Digital Manufacturing Facility, conceptualizaron la idea de catalizadores impresos en 3D y diseño de reactores químicos. El coautor del estudio, el Dr. Maciej Mazur, del RMIT Center for Additive Manufacturing, dijo que el trabajo era un claro ejemplo de innovación que se hizo posible a través de la colaboración interdisciplinaria. “La combinación de la fabricación aditiva con las ciencias químicas ha producido resultados revolucionarios”, dijo Mazur.

 

www.rmit.edu.au

 

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