Éxito en la mejora del peso de los equipos de generación de energía microhidroeléctrica, y en la reducción significativa del tiempo necesario para crear los equipos”.
A principios de este año, el Presidente y Director General de Ricoh Company Limited (RCL), Akira Oyama, anunció que Ricoh había realizado un estudio innovador y perspicaz sobre la generación de energía microhidroeléctrica en instalaciones de aguas residuales.
Además, Oyama compartió que se habían utilizado impresoras 3D en el marco de la investigación aplicada sobre alcantarillado, dirigida por el Ministerio de Territorio, Infraestructuras, Transporte y Turismo (MLIT) de Japón.
WEeeT-CAM, una start-up interna lanzada en el marco de la nueva iniciativa de creación de empresas “TRIBUS” de Ricoh , participó en el estudio para examinar el desarrollo de generadores de energía hidroeléctrica impresos en 3D.
El estudio verificó su utilidad en la planta de tratamiento de aguas residuales mediante la colaboración entre la industria y el mundo académico con Seabell Incorporated y el Laboratorio Masashi YAMABE – Masahiro SETO del Departamento de Ingeniería Mecánica del Instituto Tecnológico de Kanazawa.
El estudio generó varios kW de electricidad utilizando equipos con palas un 25% más ligeras y cuerpos principales un 15% más ligeros que los dispositivos metálicos convencionales de generación de energía hidroeléctrica.
Ricoh 3D se enorgullece de haber apoyado la fase de puesta en marcha del proyecto en 2020. El equipo se encargó de generar tres pedidos de piezas impresas en 3D en PA12 y polipropileno, que fueron utilizadas por el departamento de I+D de RCL como parte de las actividades de creación de prototipos y desarrollo.
Tras el apoyo inicial de RPL, Ricoh Company Limited aprovechó la tecnología de las impresoras 3D para crear un generador microhidroeléctrico que incorporaba palas impresas en 3D fabricadas con materiales derivados de la biomasa. En comparación con una turbina hidráulica fabricada con materiales de impresora 3D de uso común, la turbina era más del doble de fuerte que una turbina metálica. Se comprobó que la resistencia se mantenía incluso después de colocarla bajo el agua durante un largo periodo de tiempo y podría utilizarse para la generación de energía hidroeléctrica a gran escala.
El estudio también acortó considerablemente el periodo de producción, de aproximadamente un mes a tres días. La parte de la noria se fabricó con resina para mejorar su durabilidad bajo el agua.
En el futuro, se espera que la electricidad generada por estos dispositivos se utilice como suministro eléctrico de emergencia en los centros de prevención de catástrofes dentro de las plantas de tratamiento de aguas residuales, y en los sistemas de baterías que proporcionan energía para la movilidad, así como en los robots de inspección automática de tipo oruga.
Además de instalar generadores de energía microhidroeléctrica en plantas de tratamiento de aguas residuales en Japón, Ricoh seguirá estudiando la posibilidad de introducir la tecnología en Europa, Estados Unidos y las economías emergentes, con el apoyo continuo de Ricoh 3D.
comentó Oyama: “Ricoh seguirá resolviendo problemas sociales a través de sus actividades empresariales y aportando valor útil a la sociedad”.
Antecedentes
Se deja que la basura, la arena y la suciedad se sedimenten durante el proceso de tratamiento de las aguas residuales. A continuación, las aguas residuales se bombean a un depósito para descomponer las impurezas mediante microorganismos. Mantener activos estos microorganismos requiere un suministro constante de oxígeno al agua, lo que consume aproximadamente 75 kWh*, una cantidad considerable de energía eléctrica equivalente a unos 110.000 millones de yenes en facturas de electricidad al año. Por tanto, hay una necesidad acuciante de reducir el consumo eléctrico para conservar energía y reducir costes.
Algunas plantas de tratamiento de aguas residuales utilizan actualmente microgeneradores de energía hidroeléctrica, pero los equipos convencionales plantean los siguientes problemas: (1) bajo rendimiento de la turbina y baja producción, (2) elevados costes de adquisición e instalación de los equipos de generación de energía hidroeléctrica, (3) los equipos importantes suponen una pesada carga para el personal in situ, y (4) los equipos actuales de generación de energía microhidroeléctrica son difíciles de utilizar en entornos que agravan la oxidación.
En respuesta a estos problemas, el MLIT está llevando a cabo demostraciones tecnológicas e investigación aplicada para hacer realidad la innovación ecológica en los sistemas de alcantarillado. En marzo de 2022 se inició un estudio en el campo de la investigación aplicada a los sistemas de alcantarillado basado en una propuesta dirigida por Ricoh.
* Fuente: Informe del Subcomité de Estudios para Contribuir a una Sociedad Descarbonizada, Comité de Investigación sobre Política de Aguas Residuales, publicado por el MLIT de Japón.
Detalles del estudio
La forma de la turbina de agua se diseñó en colaboración con Seabell Incorporated, fabricante especializado en microgeneradores hidroeléctricos de baja altura, y el Instituto Tecnológico de Kanazawa. Se realizaron experimentos de demostración en una planta de tratamiento de aguas residuales de la prefectura de Shizuoka (Japón).
El microgenerador de energía hidroeléctrica utilizado cuenta con dos generadores montados en una sola unidad, lo que permite una generación eficiente de energía. Además, como dispositivo de tipo abierto, la noria puede colocarse directamente en el cauce existente, lo que elimina la necesidad de construir un nuevo cauce de derivación para la generación de energía hidroeléctrica y reduce el coste de construcción.
La tecnología de impresoras 3D de Ricoh se utilizó para crear un generador microhidroeléctrico que incorpora palas impresas en 3D fabricadas con materiales derivados de la biomasa*. En comparación con una turbina hidráulica fabricada con materiales de impresora 3D de uso común, la turbina es más del doble de fuerte** que una turbina metálica. Se comprobó que la resistencia se mantenía incluso después de colocarla bajo el agua durante un largo periodo de tiempo y podría utilizarse para la generación de energía hidroeléctrica a gran escala.
* Recursos orgánicos renovables derivados de organismos vivos; no incluye los recursos fósiles.
** Una tensión máxima de rotura por flexión de 133 N/mm² utilizando el método R3D New desarrollado por Ricoh, en comparación con los 60 N/mm² que proporcionan las características de la resina de los materiales convencionales.