El prototipado acelera la investigación en energía de fusión en la Universidad de Princeton
En el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL, por sus siglas en inglés), la impresión 3D se ha convertido en una herramienta principal. El año pasado crearon la carcasa de un generador de estrellas mediante esta tecnología. Y recientemente la universidad ha dado a conocer otro proyecto en el que han utilizado el prototipado para acelerar el estudio de la energía de fusión. En concreto, en la creación de un tokamak esférico en el marco del experimento National Spherical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U). Un ensayo de confinamiento magnético necesario para estudiar la energía de fusión que promete ser una fuente de energía limpia y prácticamente inagotable.
En el centro de este experimento está el desarrollo de un tokamak esférico, un dispositivo que confina el plasma mediante campos magnéticos. Además, es una máquina más eficiente y económica que otros reactores y que podría acelerar el desarrollo de las futuras plantas de fusión en el mundo. Para confirmar todas estas ventajas, el equipo del PPPL ha estado trabajando intensamente en su diseño y ya se encuentra en las etapas finales. Sin embargo, antes de ensamblar el dispositivo real, recurrieron a la impresión 3D como herramienta para ensayar el montaje y anticipar cualquier error.
Créditos: Michael Livingston / PPPL Communications Department.
El prototipado en el estudio de la energía de fusión
En un tokamak esférico, los imanes juegan un papel fundamental, generan campos magnéticos ultra potentes para mantener el plasma contenido dentro del reactor. Uno de esos imanes es el imán toroidal de campo (TF), una bobina de 19 pies capaz de transportar hasta 4 millones de amperios. Envolviendo al TF, como un muelle, se encuentran el imán de calentamiento óhmico (OH), que ayuda a calentar el plasma generando corrientes eléctricas dentro del reactor. Como estos componentes aún se están construyendo en España por la empresa Elytt Energy, el equipo del PPPL necesitaba una forma de preparar en ensamblaje con anticipación. ¿La solución? Un modelo impreso en 3D del extremo superior del conjunto TF-OH.
El modelo, aunque es simple en apariencia, reproduce con exactitud las dimensiones del conjunto real. Esto les permite verificar, por ejemplo, el acomodo de 36 líneas de enfriamiento que emergen del extremo superior del imán. Estas tuberías evitarán el sobrecalentamiento cuando el plasma alcancen temperaturas extremas. El director del proyecto NSTX-U y subdirector adjunto de ingeniería del laboratorio, Dave Micheletti, declaró: «El uso de prototipos impresos en 3D ha sido fundamental para reducir los riesgos y acelerar nuestro calendario. Nos permite confirmar con certeza que los componentes encajarán entre sí y elimina el riesgo de reprocesamiento una vez iniciado el montaje final. Ahorra tiempo y dinero».
El modelo TF-OH es solo uno de los más de 50 componentes impresos en 3D que se han utilizado en la preparación del experimento. Desde soportes y estructuras auxiliares, hasta réplicas de las barras colectoras de cobre, que distribuirán energía a otras bobinas, estas piezas han permitido anticipar problemas, ajustar diseños y reducir el riesgo de errores durante el montaje final. Actualmente, los técnicos ya comenzaron a fabricar las barras reales utilizando una cortadora de chorro de agua en las instalaciones del laboratorio basándose en las pruebas realizadas con las piezas impresas.
Otros componentes impresos en 3D que han servido en la preparación del montaje del tokamak esférico. (Créditos: equipo del NSTX-U / PPPL).
En paralelo, en las instalaciones de Elytt Energy, se han usado los prototipos impresos para ensayar cada etapa de la construcción del imán TF. Esto incluye desde su compactación en cuatro secciones, hasta su encapsulado final con resina usando un proceso llamado impregnación por presión de vacío (VPI), que crea una estructura sólida y resistente a condiciones extremas.
Lo que hace unos años habría sido una simple maqueta hoy es una herramienta de ingeniería de alto nivel. Gracias a esta planificación meticulosa el equipo del PPPL se prepara para la integración del conjunto TF-OH definitivo en el núcleo del reactor. Una vez finalizado y transportado desde España en el otoño de 2025, el componente central se instalará en la estructura NSTX-U. Y si todo avanza según lo planeado, en 2026 el reactor comenzará a operar y a dar prueba del desempeño de los tokamaks esféricos como modelo para las futuras plantas de fusión. Conoce más sobre el estudio de la energía de fusión en el PPPL AQUÍ.
¿Qué opinas del uso del prototipado para la energía de fusión? Deja tus comentarios en nuestras redes sociales: Facebook, LinkedIn y Youtube. Sigue toda la información sobre impresión 3D en nuestra Newsletter semanal.
*Créditos de la foto de portada: Michael Livingston / PPPL Communications Department.
