Capacidades industriales, técnicas y científicas aplicables al desarrollo y fabricación de aspas de

turbinas eólicas

CIATEQ

Gerencia Turbomaquinaria

Gerencia Energías renovables

Dirección de especialidad Sistemas mecánicos

Turbinas Eólicas Energía Eólica

Misión y visión de Sistemas Mecánicos en el desarrollo de turbinas eólicas

MISIÓN Dedicarse a la investigación, desarrollo e innovación (ID+i) de tecnología de vanguardia que ayude a impulsar a fabricantes de turbinas, equipos, componentes y proveedores de servicios especializados de la Industria Eólica Mexicana.

VISIÓN Ser un área de ID+i reconocida en México por la creación de tecnología de vanguardia que sirva como punta de lanza para acelerar el crecimiento de la industria eólica nacional.

ID+i en Turbinas eólicas

1) Desarrollo de componentes y/o máquina completa de turbinas eólicas de pequeña potencia (A < 200 m2). Instalación y evaluación.

2) Desarrollo de tecnología de manufactura avanzada de aspas y rotores de turbinas eólicas.

3) Pruebas de aspas y trenes de potencia de turbinas eólicas de baja potencia.

4) Inspección avanzada y reparaciones menores en aspas de turbinas eólicas.

5) Evaluación del recurso eólico (monitoreo, modelado de recurso y generación de mapas dimensionamiento de parques eólicos).

Colaborador Especialidad

Dr. Agustín Escamilla Energía Eólica y diseño de pequeños aerogeneradores

Dr. Isaac Hernández Diseño de Aerogeneradores

M en I. Alejandro Gonzalez Manufactura y pruebas de aspas

M en C. Raúl Contreras Energía Eólica y Control de Aerogeneradores

M en I. José Rico Control de Aerogeneradores

M en I. Ernesto García Evaluación del recurso eólico

M en I. Ignacio Torres Transmisiones mecánicas de aerogeneradores

Ing. Jorge Díaz Diseño de aerogeneradores y evaluación del recurso eólico

Ing. Antonio García Sistemas hibrido Eólico-solar

Personal Científico

Antecedentes ~2004 inicia desarrollo de compósitos (biocompositos) utilizando fibras naturales (bagazo decaña); de ahí salieron los primeros conocimientos para la fabricación de aspas pequeñas

(aerogenerador CIATEQ y Aerogenerador tipo avispa de IIE) en 2011-2012.

EMA´s

“EVALUACIÓN DEL RECURSO EÓLICO, COTEJO DE TECNOLOGÍA (BENCHMARKING), ANÁLISIS DEL COSTO-BENEFICIO DE SU IMPLEMENTACIÓN E IDENTIFICACION DE PROYECTOS PRODUCTIVOS QUE ATIENDAN A SECTORES ESTRATEGICOS Y NECESIDADES EN LA PENÍNSULA DE BAJA CALIFORNIA Y QUINTANA ROO”

Antecedentes

“DESARROLLO DE SISTEMA DE MONITOREO REMOTO PARA AEROGENERADORES DE BAJA POTENCIA”

Antecedentes

“DESARROLLO DE UN PROTOTIPO DE CAJA MULTIPLICADORA Y SUS SISTEMAS AUXILIARES PARA LA MÁQUINA EÓLICA MEXICANA DE 1.2 MW”

Antecedentes

Sistema híbrido Eólico-Fotovoltaico

Antecedentes

Nivel Tecnológico

Años 2010-2013 2013-2018 2018-2023 2023-2028

Pruebas para Certificación para aspas y trenes de

potencia

Desarrollo de rotores genéricos

Consultoría y validación de TE

Laboratorio de innovación en TE

Pruebas en trenes

de potencia

Creación de empresas de base

tecnológica

Capacitación especializada

Mantenimiento

preventivo de TE

Desarrollo de maquina completa

Pruebas en aspas

de turbinas eólicas

Desarrollo de tecnología de

manufactura de aspas

Inspección y

reparación de aspas

Evaluación del recurso eólico

Diseño de

componentes de turbinas eólicas

1) Desarrollo de componentes y/o máquina completa de turbinas eólicas de pequeña potencia.

CEMIE-Eólico P07: TE 30 kW

2) Desarrollo de tecnología de manufactura avanzada de aspas y rotores de turbinas eólicas.

CEMIE-Eólico P09: Laboratorio de aspas

3) Pruebas de aspas y trenes de potencia de turbinas eólicas de baja potencia.

CEMIE-Eólico P09: Laboratorio de aspas

4) Inspección avanzada y reparaciones menores en aspas de turbinas eólicas.

5) Evaluación del recurso eólico (monitoreo, modelado de recurso y generación de mapas dimensionamiento de parques eólicos).

Intereses y experiencia para el desarrollo y fabricación de aspas de turbinas eólicas

A. Diseño estructural avanzado del aspa B. Diseño aeroelástico avanzado del aspa C. Diseño del proceso de manufactura

del aspa

Intereses y experiencia para el desarrollo y fabricación de aspas de turbinas eólicas

D. Manufactura de moldes y herramentales para fabricación del aspa

E. Manufactura del aspa

INFRAESTRUCTURA Y

PROYECTOS RELEVANTES

Dirección de Ingenieria Virtual y Manufactura

Querétaro

• Nave de Maquinados de 1150 m²

• Nave de Pailería de 800 m²

• Nave de Ensamble de 700m²

Equipos relevantes MAQUINA DE PORTICO

• Carrera longitudinal en X,Y,Z: 5000 mm, 2800 mm y 1100 mm.

• Gama de revoluciones del husillo: 20-4000 RPM

• Potencia consumida de la maquina: 62 KV

• Momento máximo de torsión en el husillo: 1000 Nm

MAQUINA MANDRILADORA CNC

• Gama de revoluciones del husillo: 10 – 1800 rpm

• Rev. aumentados utilizando potenciómetro: 5 – 1400 rpm

• Potencia del motor principal (S2 / S6): 20 / 19 KW

• Recorrido transversal de la mesa (X): 1250mm

• Carrera del husillo en la columna (1120 mm)

MANDRILADORA CNC JUARISTI

• Gama de revoluciones del husillo: 10 – 2800 rpm

• Potencia del motor principal : 37 kW

• Recorrido transversal de la mesa (X): 2500mm

• Recorrido transversal de la mesa (Y): 1600mm

• Recorrido transversal de la mesa (Z): 1250mm

• Capacidad de carga de mesa: 8 Ton.

TORNO HORIZONTAL FRESACNC

• Gama de revoluciones del husillo: 30 – 1600 rpm .

• Capacidad en eje X 330mm

• Capacidad en eje Z 4150mm

• Torreta automática con 8 herramientas

CENTRO DE MAQUINADO DE 5 EJES DMU 80 DECKEL MAHO GILDEMEISTER

• Carrera en X 650 mm

• Carrera en Y 650 mm

• Carrera en Z 600 mm

• Husillo18 000 rpm

CENTRO DE MAQUINADO DE 5 EJES HERMLE C400

• Carrera en X 850 mm

• Carrera en Y 700 mm

• Carrera en Z 500 mm

• Husillo 18000 rpm

MANDRILADORA CONVENCIONAL

• Carrera en X: 1600mm

• Carrera Y: 1120 mm

• Carrera en Z: 1250 mm

• Husillo: 1120 rpm

CENTRO DE MAQUINADO CINCINATTI

• Carrera eje X: 1270mm

• Carrera Y: 510mm

• Carrera Z: 560mm

• Husillo: 6000 rpm

CENTRO DE MAQUINADO VERTICA MAKINO PS95

• Carrera eje X: 920mm

• Carrera Y: 510mm

• Carrera Z: 460mm

• Husillo: 14000 rpm

EQUIPO DE ESCANEO Y DIGITALIZACIÓ PARA INSPECCION DE INGENIERIA INVERSA

• Resolución: 20 X 5 000 000 Pixeles

• Área de medición: 40 x 30 - 1200 x 900 mm²

• Espacio entre puntos: 0.017 - 0.481 mm

MAQUINA DE CORTE CON AGUA WATER JET

• Carreras del cabezal de corte de 1321 mm x 660 mm

• Precisión mas menos 0.08 mm

• Presión de trabajo de corte: 30000 psi

• Operación por medio de software propio con Pc y monitor

• Capacidad de corte en acero de hasta 5 in de espesor.

San Luis Potosí Nave de maquinados y ensamble de herramentales con un área de 1000 m²

Centro de Maquinado Huron de Alta velocidad

0-18,000 RPM

• Capacidad 1000 X 700 X550mm

• 18000 rpm

• Funcionalidad: Mecanizado de piezas grandes y de gran precisión

Electroerosionadora de penetración

• Capacidad 1000 X 700 X550mm

• Funcionalidad: Mecanizado de piezas grandes y de gran precisión|

Electroerosionadora de corte por hilo SODICK SL600G

• Capacidad eje X 600mm

• Capacidad eje Y 400mm

• Capacidad eje Z 350mm

• Capacidad eje U 150mm

• Capacidad eje Y 150mm

• Funcionalidad: Mecanizado de piezas grandes y de gran precisión|

Rectificadora Superficies Planas

• Capacidad 1000 X 700 X550mm

• Funcionalidad: Mecanizado de piezas grandes y de gran precisión

Electroerosionadora de corte por hilo Capacidad: 0.5 Tn

Capacidad 320mm X 210mm

Funcionalidad: Corte de piezas de gran precisión

Electroerosionadora de corte por penetración

Capacidad 0.5 Tn

• Capacidad 600 X 300mm

• Funcionalidad: Mecanizado de piezas grandes y de gran precisión

Prensa hidráulica de ajuste, 50 Ton y platina de 1 m2

Micro soldadura

Calibración de Indicadores de Carátula Alcance hasta 100 mm

Calibración de Calibradores vernier, de carátula y digitales, micrómetros y medidores de

altura, hasta 1 000 mm

Calibración de torquímetros desde 0,5 N-m hasta 2 800 N-m (Certificado por ema)

Máquina de Medición por Coordenadas capacidad: X = 1 200 mm; Y = 850 mm; Z = 750 mm ( Certificado ema)

Comparador óptico, semiautomático:

X = 300 mm; Y = 100 mm

Laboratorios de Metrología

Toluca • Laboratorio de Construcción Mecánica y

de Herramentales de 1000 m²

Centro de maquinado CNC Makino V33i

•Mesa: 29.5” X 17.7" X: 25.6“ • Y: 17.7" Z: 13.7“ • Revoluciones en el husillo 30,000 RPM • Velocidad de avance: 787 in/mi • Tamaño máximo de pieza: 29.5" x 25" x 9.8“ • Peso máximo en la mesa: 660 lbs. Electroerosionadora de corte por hilo makino

U6 HEAT

• Capacidad eje X 650mm

• Capacidad eje Y 450mm

• Capacidad eje 420mm

• Capacidad eje U 75mm

• Capacidad eje Y 75mm

Electroerosionadora de corte por penetración makino EDAF2

• Capacidad eje X 350mm

• Capacidad eje Y 250mm

• Capacidad eje Z 250mm

• Area de mesa 550 mm x 350 mm

Laboratorios de prototipado rápido

Máquina de FDM

Máquina de colada al vacío

Impresora 3D

Sinterizado lasser selectivo SLS

Molde para harnees automotriz

Mesa de pegado para tapa de maletero de autobús PB

Mantenimiento de troquel automotriz

Mesa de pegado para tapa de maletero de autobús Century

Tornillo Sin Fin

Montadura automotriz

Molde de Espejo Secundario para el GTM Cliente: INAOE

Espejo Secundario para el GTM Cliente: INAOE

Molde para carrocería de remolques

Modelo de madera para molde de aluminio

Panel de Instrumentos de Vehículo para mantenimiento aeroportuario

Molde de aspa para aerogenerador eólico

Espejo M5 para el GTM

Chasis del metro

Plásticos Herramentales

Actividades - Aplicaciones

Diseño Conceptual

• Desarrollo conceptos de diseño en función de las necesidades específicas de la industria.

• Modelado geométrico de

herramientas y herramentales.

Análisis de Factibilidad Técnica

• Evaluación técnica de las capacidades de las empresas para el desarrollo de nuevos productos

Análisis por Métodos CAE

• Termodinámico: lineal y transitorio • Estático: lineal y transitorio • Dinámico: lineal y transitorio • Balanceo de runners • Tiempo de llenado • Tiempo de desmoldeo • Identificación de trampas de aire y líneas de soldadura

Desarrollo de Planos de Diseño, Manufactura y Ensamble

• Desarrollo de planos que incluye cálculo de cotas geométricas, de forma y posición, acabado superficial, selección de materiales, parámetros y secuencia de manufactura, secuencias de ensamble

Fabricación de Prototipos Funcionales

• Desarrollo de prototipos a partir de planos y

materiales especiales • Inclusión de mecanismos controlados por

sistemas embebidos

Mantenimiento

• Mantenimiento y modificación a moldes

Marzo 2014

Manufactura Aditiva

Ingeniería Virtual y Manufactura

Manufactura Aditiva

Tecnologías conformativas: Utilizan preformas para obtener la geometría requerida (inyección plástico y metales, PIM, sinterizado, colada la vacío, RIM, electroforming)

• Tecnologías sustractivas: Obtienen la geometría requerida sustrayendo material de una geometría mayor (mecanizado, electroerosión, corte por agua, corte por láser)

• Tecnologías aditivas (AM): Obtienen la geometría añadiendo material a partir de geometría virtual, sin uso de preformas (conformativas) y sin sustraer material (sustractivas).

Manufactura Aditiva

Manufactura Aditiva (estereolitografía o sinterizado selectivo), que permiten obtener piezas directamente de un archivo CAD 3D, imprimiéndolas de forma totalmente controlada sobre una superficie.

• Tecnología de prototipado rápido o Rapid Prototyping (RP), si lo que se pretende fabricar es un prototipo, es decir una pieza que sirve para validar o verificar un nuevo diseño, que posteriormente se llevará a producción, probablemente, con tecnología no aditiva (inyección, mecanizado).

• Tecnología de Fabricación Directa o Rapid Manufacturing (RM), cuando se consigue la pieza final y el producto es, por lo tanto, plenamente funcional.

Materiales para Sinterizado

Manufactura Aditiva

Polímeros

Estereolitografía

FDM

Sinterizado laser

Polimerización UV

Metales

Fusión láser selectiva

Fusión por haz de electrones

FDM

Colada al vacío

Impresora 3D

Sinterizado

Sinterizado de Plásticos

Sinterizado de Metales

Materiales: Acero, Acero inoxidable, aleaciones para herramientas, herramentales y aeronáutica, Aluminio, Titanio (aeronáutica y grado medico para prótesis e implantes)

Manufactura aditiva

Fabricación personalizada de implantes dentales. Cortesía de EOS

GmbH

Estructuras fractales tipo árbol fabricadas en poliamida. Cortesía Fundación Prodintec

Producto

• Productos aligerados

• Productos multimaterial

• Productos ergonómicos

• Mecanismos integrados en una misma pieza

Proceso

• Reducción del time to market de nuevos diseños

• Productos con series cortas

• Reduce errores de montaje

• Reducción de costes de inversión en utillaje

• Procesos híbridos

Ventajas Asociadas

Sectores y Aplicaciones

• Medico

Prótesis, Implantes, extensiones de Huesos, etc.

Sectores y Aplicaciones

• Sector Aeronáutico

Sectores y Aplicaciones

Moldes y Matriceria El Rapid Tooling es una aplicación interesante de Manufactura Aditiva, ya que la pieza final obtenida corresponde a un proceso convencional ya establecido (inyección, por ejemplo). En la fabricación del molde se pueden aprovechar las ventajas que ofrece el Manufactura Aditiva.

Oportunidad de fabricación directa de moldes o componentes con canales de refrigeración (canales conformales) con geometrías libres, capaces de adaptarse a la geometría, optimizando el sistema de refrigeración, y consecuentemente, el ciclo de inyección y los requerimientos dimensionales del producto final.

• En moldes de alta complejidad, donde exista atrapamiento de gases, mediante el uso de canales de forma se puede controlar el enfriamiento del material y la ubicación final de dicho atrapamiento, (inyección de metales no férreos, técnica testada en inyección de aleación de aluminio).

Sectores y Aplicaciones

En ocasiones no se utiliza la tecnología para fabricar completamente el molde, se optimiza su utilización aplicándola a algunas zonas (insertos), puesto que de otra manera su fabricación sería muy complicada o el plazo no sería competitivo.

Sectores y Aplicaciones Conformal Cooling

Corte virtual de la capacidad de Manufactura Aditiva para conformar canales de geometría compleja.