Cuando un cliente del sector de los semiconductores acudió en busca de juntas libres de sustancias per- y polifluoroalquílicas (PFAS) para su aplicación de máxima criticidad, el talentoso equipo de científicos, ingenieros y técnicos de Greene Tweed (GT) se puso manos a la obra. Desarrollaron elastómeros personalizados de última generación y libres de PFAS que satisfacen las exigentes demandas de limpieza y rendimiento del cliente, con potencial para superar al FKM, el material de referencia en esta aplicación. Diseñadas originalmente para la fabricación de semiconductores, estas soluciones de sellado sin PFAS resultan prometedoras para muchos sectores que se enfrentan a objetivos similares de sostenibilidad y rendimiento. La compresión de hidrógeno lleva los materiales al límite. Su bajo peso molecular exige que los compresores centrífugos funcionen a velocidades extremas, más allá de lo que pueden soportar los impulsores metálicos convencionales. Para superar este reto, un equipo de Greene Tweed en Suiza desarrolló un impulsor cerrado compuesto capaz de alcanzar una velocidad en la punta récord de 688 m/s, casi el doble de los límites de los impulsores metálicos convencionales, que suelen funcionar a velocidades de hasta 360 m/s en diseños cerrados y 500 m/s en diseños abiertos antes de romperse.    

En reconocimiento a este logro, Greene Tweed (GT) ha otorgado nuestro prestigioso Premio a la Innovación —que destaca y recompensa los esfuerzos excepcionales por ampliar los límites de la innovación y la colaboración— al equipo de tres personas responsable del desarrollo: Samuel Stutz, director de Tecnología; Sébastien Kohler, científico sénior; y Lionel Germanier, ingeniero II. 

Poco después del acto especial, en el que el director general de Componentes Estructurales y de Ingeniería George Rawa les entregó el premio en nuestras instalaciones de Yverdon-les-Bains, Suiza, nos reunimos con el equipo ganador para conocer más detalles sobre el impulsor de material compuesto y su impacto en la ampliación de infraestructuras de energía limpia a gran escala.  

 1. Empecemos por el motivo por el que se le ha concedido este reconocimiento. ¿Podría contarnos algo más sobreel impulsor de material compuestoPEEKy su impacto en el sector de la energía limpia?   

Samuel Stutz: A nivel mundial, existe una fuerte presión para descarbonizar los procesos industriales y el transporte con el fin de limitar el aumento de los niveles de CO₂ en la atmósfera. Las empresas que fabrican, por ejemplo, vidrio, azulejos, ladrillos, hormigón o acero, dependen todas de una llama de alta temperatura que, actualmente, se alimenta de gas natural. El hidrógeno parece ser un sustituto potencial para estos procesos continuos. Por eso, muchas regiones están planificando enormes inversiones en gasoductos de hidrógeno. Resulta que esto plantea numerosos retos técnicos importantes. 

El único reto que hemos resuelto con esta innovación es la compresión continua del hidrógeno en un compresor centrífugo. De hecho, el hidrógeno, al ser la molécula más ligera, requiere velocidades de rotación increíblemente altas (velocidad real en la punta) para que el impulsor funcione de manera eficiente. Aunque los impulsores metálicos actuales pueden girar a velocidades en la punta cercanas a la velocidad del sonido en el aire, el hidrógeno necesita velocidades que superen en más del doble ese valor. Las fuerzas centrífugas destrozarían los impulsores metálicos mucho antes de alcanzar esos valores. Solo gracias a la excepcional resistencia y ligereza de los materiales compuestos es posible alcanzar estas condiciones extremas.  

Sébastien Kohler:Aunque la idea de aprovechar la mayor relación resistencia-peso de los compuestos en la fabricación de impulsores no es nueva, fabricar realmente una pieza que esté a la altura de las expectativas es mucho más complejo debido a la complejidad del proceso de fabricación que conlleva. Los profundos conocimientos de nuestro equipo sobre el procesamiento de compuestos termoplásticos y su ingenio nos permitieron aprovechar todo el potencial de estos materiales en una aplicación con una geometría tan compleja.  

2. ¿Podrías contarnos la trayectoria que ha seguido el impulsor hasta conseguir este premio?   

Lionel Germanier: No fue un proyecto breve ni sencillo. Tuvimos que realizar varias iteraciones, llevar a cabo pruebas con muestras y pasar por varias fases de mejora de los procesos. Llevo trabajando en este proyecto desde que me incorporé a Greene Tweed en 2020, por lo que resulta realmente gratificante obtener este reconocimiento por todo el esfuerzo que el equipo suizo ha dedicado a superar nuestro objetivo de velocidad de punta de 600 m/s. 

Empezamos con un enfoque de diseño diferente, pero los resultados no fueron tan buenos como esperábamos. Tuvimos que trabajar en la colocación de la fibra y determinar cuál era la arquitectura adecuada que resistiera las elevadas tensiones a las que se ve sometido el impulsor durante la prueba. 

El montaje de la pieza en la máquina de ensayos también es muy importante. A alta velocidad, todo se expande, por lo que es necesario mantener el impulsor en el centro de rotación; de lo contrario, se desequilibrará y podrá provocar tensiones adicionales en la pieza, así como vibraciones. Dedicamos mucho tiempo a intercambiar ideas y a simular qué influencia tendrían las diferentes arquitecturas en este complejo caso de carga.   

3. ¿Cómo describirías su impacto?   

Sébastien: Esta innovación es un paso decisivo para allanar el camino hacia una futura economía del hidrógeno, independientemente de si el hidrógeno se consume directamente o se utiliza como medio para almacenar y/o transportar energía procedente de otras fuentes. De una forma u otra, se generarán y transportarán grandes volúmenes de hidrógeno gaseoso para apoyar las energías renovables.  

Para que unos caudales de gas tan elevados resulten económicamente viables, es necesario utilizar compresores centrífugos, y estos compresores centrífugos necesitan impulsores que giren más rápido para poder comprimir hidrógeno gaseoso puro. Sin este impulsor, sería necesario mezclar el hidrógeno con gases más pesados para permitir su compresión, y posteriormente separar de nuevo los gases antes de su uso, lo que supondría un aumento considerable de los costes y de la complejidad. 

Además, los compresores centrífugos también se ven limitados actualmente por las restricciones del material de los impulsores en otras aplicaciones existentes, como la compresión de metano, dióxido de carbono supercrítico o amoníaco. Un impulsor compuesto también podría resultar útil en esos casos, al aumentar la relación de compresión de cada etapa, lo que permitiría diseñar máquinas más pequeñas y económicas con menos etapas.   

4. ¿Cómo imaginas la trayectoria de este impulsor?  

Sébastien: Todavía nos queda mucho trabajo por hacer para predecir mejor el comportamiento de nuestros materiales compuestos en una aplicación de este tipo. Los modelos numéricos tradicionales siempre se han basado en la predicción de la resistencia y el daño para casos de carga bien controlados, en los que las cargas se sitúan en el plano de las piezas. En este caso, nos enfrentamos a cargas significativas fuera del plano y a cargas multidireccionales, lo que exige el desarrollo de modelos novedosos y numerosas pruebas experimentales para respaldar este esfuerzo con datos útiles y de alta calidad.   

Este avance permitirá ofrecer una atención al cliente más rápida en los proyectos de impulsores, reduciendo a una décima parte el tiempo necesario para el análisis de elementos finitos (FEA) y mejorando la previsibilidad del rendimiento. Es un reto tan apasionante como desafiante, y estoy muy contento de que hayamos podido asociarnos con una universidad suiza y de haber recibido una importante financiación estatal suiza para esta investigación.   

 5. ¿Cuáles fueron las lecciones o reflexiones más importantes que extrajiste de esta experiencia?   

Lionel: Ten curiosidad y atrévete a probar cosas, aunque en teoría parezca imposible o nunca se haya hecho antes. Siempre aprenderás algo que podría ser útil para otro proyecto. Por supuesto, esta experiencia ha contribuido a mi crecimiento. Cuando me incorporé a Greene Tweed, tenía muy poca experiencia en materiales compuestos. Haber crecido con este proyecto ha sido realmente gratificante.  

 6. ¿Deseas mencionar el papel de algún colaborador o responsable adicional que haya contribuido a apoyar o fomentar el proceso de innovación? 

Samuel: Esta innovación es fruto de un equipo excepcional que trabaja a diario con la innovación y la optimización como objetivos. También quiero dar las gracias a Nenad Srejic (supervisor de producción) y a Mico Kovcic (técnico) por el moldeado, y a Guillaume Aeby (técnico superior) y a Jeremy Frutig (aprendiz) por el mecanizado de estas piezas. Este proyecto es de gran envergadura y a largo plazo. El apoyo y la confianza de la empresa a lo largo de los años es, sin duda, lo que lo ha hecho posible, y constituye un maravilloso testimonio de una cultura de innovación viva.

Sébastien: Ha sido realmente un trabajo en equipo, y la integración vertical y la agilidad de esta unidad del Grupo de Tecnología Avanzada de Greene Tweed, dedicada a dar apoyo a la unidad de negocio de Componentes Estructurales y de Ingeniería (SEC), han sido fundamentales para lograr este magnífico resultado. Tampoco hay que subestimar el valor que han demostrado la unidad de negocio SEC y sus responsables, quienes reconocieron este desarrollo como una «gran apuesta» y lo financiaron internamente como un proyecto de Desarrollo Tecnológico (TD) durante más de cinco años, lo que nos permitió obtener resultados que garantizaron la participación comercial de los clientes.

7. ¿Algún consejo para los aspirantes a innovadores?     

Samuel:Si tienes una idea que parece difícil de llevar a cabo y no estás seguro de si el resultado final justifica todo el esfuerzo, no te rindas, piensa a lo grande. Pregúntate: ¿qué hace falta para convertir tu idea de «buena» en una idea excepcional que todo el mundo querrá? ¡Aprovecha el poder del equipo, comparte y debate tus ideas para dar con buenas ideas y, luego, haz que sean geniales!