Energía del futuro: Enel Green Power y la Universidad de Nápoles Federico II utilizan, por primera vez en Italia, la impresión 3D para construir estructuras de hormigón en zonas sísmicas

Se llama fabricación aditiva, pero es más conocida por el nombre de impresión 3D. Se trata de un proceso de producción por capas –que literalmente añade una capa sobre otra– con el que ahora es posible construir cualquier tipo de objeto, incluso un edificio entero, partiendo de un modelo diseñado por ordenador. Y así es exactamente como se construyeron e instalaron estas estructuras en una zona de la central eléctrica de Montalto di Castro, al servicio de las baterías de almacenamiento (BESS) –contenidas en una extensión de contenedores– destinadas a almacenar el excedente de electricidad producido por la central en el alto Lacio, en la frontera con la Toscana. Una pequeña estructura –de unos 15 metros cuadrados– y dos elementos de cimentación que soportan equipos eléctricos, pequeñas estructuras que, sin embargo, ostentan varios récords importantes: las primeras de este tipo en Italia de carácter no temporal; las primeras dedicadas a la producción de energía en Italia (y entre las primeras del mundo); las primeras para las que se obtuvo la autorización necesaria del Genio Civile (órgano estatal de Ingeniería Civil), competente para construcciones en zonas sísmicas; las primeras que combinan técnicas convencionales de prefabricación de hormigón (la cubierta del edificio se construyó por separado, con un sistema tradicional, al igual que sus cimientos) y tecnología de impresión 3D. El trabajo preciso del robot y los técnicos Basta con echar un vistazo para darse cuenta de que estas estructuras son completamente diferentes de las circundantes. Las paredes de la «sala de interruptores de la subestación eléctrica» y los «cimientos de un transformador de medición de corriente y un descargador de sobretensiones» –estas son las definiciones exactas– muestran, de hecho, muchas ranuras horizontales: son las capas de hormigón depositadas una sobre otra. En las tres paredes expuestas del edificio aparece, como en bajorrelieve, la inscripción «Enel Green Power». Para entender cómo se hicieron estas construcciones, tenemos que desplazarnos unos cientos de kilómetros hacia el sur. Precisamente en la zona industrial de Volla, en el interior napolitano: aquí, de hecho, gracias a la colaboración con la Universidad de Nápoles Federico II y con la startup Etesias –nacida en el marco de la universidad napolitana– se construyeron e instalaron en febrero los dos cimientos, mientras que entre abril y mayo un equipo de trabajadores moldeó y luego montó en Montalto los muros, como una especie de enorme Lego. Un brazo robótico fabricó los dos zócalos de los cimientos, 11 muros y otros 10 componentes (el encofrado desechable para los bordillos superiores de los muros) depositando un filamento continuo de material imprimible en 3D de kilómetros de longitud, siguiendo un modelo digital y un recorrido diseñados de antemano con un software especializado. Al verlo, el procedimiento de construcción es sencillo y casi hipnótico. El brazo robótico, siguiendo una trayectoria predeterminada, deposita continuamente el material cementoso «i.tech 3D» producido por Heidelberg Materials (la marca que ha asumido el legado de Italcementi en Italia), y desarrollado especialmente para aplicaciones de impresión 3D en hormigón. El proceso está casi totalmente automatizado y solo requiere que el equipo de técnicos compruebe la calidad del material mezclado y bombeado y controle los parámetros de impresión, como la velocidad de extrusión del filamento o la geometría de cada bloque individual. Para hacerse una idea de cómo funciona en la práctica la producción por capas, he aquí algunas cifras: el robot depositó un filamento de unos 2,5 kilómetros de material, capa por capa, para hacer un bloque de pared de unos 3 metros de alto por 1,5 metros de ancho; aproximadamente la misma longitud se depositó para cada zócalo en forma de tronco, de 1,40 por 1,40 metros y aproximadamente un metro de altura, «y que se asemeja más a la raíz de un árbol que a una obra realizada por el hombre utilizando modelos de cálculo numérico avanzados y modernos», subraya Alessandro Micchia, responsable global de la Unidad de Diseño Civil y Mecánico de Enel Green Power. Una vez terminado, cada bloque se dejó endurecer y secar. Al final, todas las piezas moldeadas que componen el edificio –excepto el techo, que se hizo más tarde in situ–, junto con los cimientos para el equipo eléctrico, se transportaron a Montalto para su instalación y montaje. Dos años de trabajo y muchos retos Ahora, sin embargo, tenemos que dar un paso atrás en el tiempo. Porque este proyecto es el resultado de una intensa colaboración que comenzó hace dos años entre el Departamento de Ingeniería de Enel Green Power y la Universidad de Nápoles, e implicó el desarrollo de una revolucionaria teoría de cálculo para el cálculo estructural de estos elementos impresos en 3D, que primero se probó en el laboratorio, luego se profundizó con simulaciones numéricas y, por último, se probó más a fondo in situ. El resultado se sometió a la aprobación del Genio Civile y se comunicó al Consejo Superior de Obras Públicas. Tras un intenso intercambio entre las dos instituciones y EGP, el 11 de enero se dio luz verde al proyecto. «Este acontecimiento histórico y técnicamente extraordinario es el resultado de dos años de estudio y duro trabajo», afirma Vittorio Capozzi, diseñador de estructuras impresas en 3D en Montalto di Castro para Enel Green Power, y responsable técnico-científico del proyecto de investigación de impresión 3D para Enel. «Haber diseñado con una teoría de cálculo estructural innovadora y haber obtenido después, mediante un complejo proceso de autorización pública, la primera autorización sísmica para la construcción de estas obras únicas y futuristas, que se incluirán en los futuros libros de texto universitarios de ingeniería y arquitectura, da una idea del carácter excepcional del resultado logrado por el equipo del proyecto». Un proyecto lleno de retos, como explica Costantino Menna, profesor asociado de Tecnología de la Construcción en la Universidad de Nápoles Federico II, «sobre todo en lo que respecta al control del proceso de impresión y a la determinación de las propiedades físicas y mecánicas de los materiales utilizados. Una de las principales dificultades era la capacidad de producir de forma constante y continua elementos de hasta tres metros de altura, como en el caso de los muros del edificio. Esto requería un control preciso del proceso de impresión para garantizar la estabilidad en estado fresco y, al mismo tiempo, la integridad estructural en estado endurecido». «Una técnica que abre una gran posibilidad, la de manejar fácilmente formas complejas», añade Domenico Asprone, profesor de Tecnología de la Construcción de la Universidad de Nápoles Federico II, «que son difíciles de realizar con las técnicas convencionales; y esta posibilidad permite un rendimiento funcional único de los artefactos». Todas las ventajas de la construcción en 3D Las instalaciones de Montalto no solo son la prueba de un importante trabajo en equipo, de una gran competencia y pasión, y de la excelencia en la investigación: también representan el precursor de una nueva forma de construir, tanto para nuestro Grupo como para el sector energético y la industria en general. Actualmente, el hormigón moldeable es más caro que el hormigón tradicional, pero el proceso de construcción es mucho más rápido: estamos hablando de un ahorro de tiempo de al menos el 50 %. Y en el mercado de la energía, y en particular en el de las energías renovables, ser rápido significa ser más competitivo. En primer lugar, se elimina el uso del encofrado (la estructura temporal utilizada en las técnicas convencionales para contener el hormigón hasta que se solidifica), y el tiempo de curado del material cementante utilizado es inferior al del hormigón tradicional. Además, incluso se puede prescindir del transporte si se imprime en 3D directamente in situ. Este sistema también requiere menos material (hasta un 50 % menos), porque la impresión 3D optimiza la distribución del hormigón en comparación con las tecnologías tradicionales (en las que el hormigón líquido se vierte en un molde de algún tipo) y reduce los residuos. Al disminuir las cantidades de material, también hay un menor impacto medioambiental en términos de CO2 producido. Esto es significativo, ya que se cree que el hormigón es responsable de entre el 4 % y el 8 % de las emisiones totales de dióxido de carbono, el principal gas de efecto invernadero, a nivel mundial. Si el principal objetivo de la energía renovable es reducir estas emisiones, la infraestructura para producirla debe tener el menor impacto medioambiental posible. Otras ventajas de esta tecnología de construcción son su adaptabilidad a requisitos específicos y la mejora de las prestaciones mecánicas. Después, la impresión 3D, «gracias al alto grado de digitalización, permite aumentar la seguridad de las obras y construir estructuras con formas complejas y detalles personalizados que serían difíciles o imposibles de realizar con los métodos tradicionales», añade la ingeniera Martina Palomba, del grupo de investigación 3D Printing de Heidelberg Materials. Próximos avances Mientras tanto, Enel también ha obtenido una subvención del Centro de Competencia ARTES4.0 a través del Plan Nacional de Recuperación y Resiliencia (PNR) para la industrialización de la construcción de elementos estructurales con impresión 3D de hormigón, denominada 3DCP (3D Concrete Printing). El proyecto, de 12 meses de duración y denominado OM3GA (ecOManufactured 3d printinG foundAtions), se lleva a cabo en colaboración con WASP, líder italiano en la construcción de máquinas de impresión 3D; Materias, empresa especializada en materiales y tecnologías avanzadas; y el Laboratorio de Gestión de la Sostenibilidad de la Scuola Superiore Sant'Anna de Pisa. El objetivo es construir varios cimientos para equipos de subestaciones, impresos en 3D con una fábrica móvil temporal: en resumen, la secuela natural del éxito de Montalto. Las obras civiles de Montalto di Castro no solo representan un hito para nuestro Grupo, sino que pueden marcar realmente el comienzo de una nueva era en la construcción industrial y la energía sostenible. Gracias a la impresión 3D y al desarrollo de materiales imprimibles aún más ecológicos (por ejemplo, a partir de materiales reciclados), podemos construir de forma más rápida, eficiente, segura y respetuosa con el medioambiente. Por tanto, este proyecto demuestra la capacidad de innovación y visión del Grupo Enel, promoviendo un futuro más sostenible y tecnológicamente avanzado.

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