ES2625349T3

ES2625349T3 - Un método de fabricación de una parte reforzada por fibra para una central eléctrica eólica

Info

Publication number: ES2625349T3
Application number: ES05822927.9T
Authority: ES
Inventors: Axel Liebmann
Original assignee: LM WP Patent Holdings AS
Current assignee: LM WP Patent Holdings AS
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2017-07-19
Anticipated expiration: 2025-12-22
Also published as: ES2625349T5; US8240992B2; EP1830992B2; DK200401988A; PL1830992T3; PL1830992T5; US20080304971A1; WO2006066593A1; CN101084096B; EP1830992A1; EP1830992B1; CN101084096A; DK176418B1

Abstract

Un método para fabricar partes reforzadas por fibra para una central de energía eólica, tal como, por ejemplo, una pala, en donde el método comprende disponer diferentes capas que comprenden una capa de material de fibra en la superficie interior de un molde abierto, y en donde se aplica resina para unir las capas dispuestas, caracterizado porque se disponen varias capas de película en la parte más exterior sobre la superficie interior del molde abierto y se unen para formar una capa más exterior de dicha parte reforzada por fibra.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

DESCRIPCION

Un metodo de fabricacion de una parte reforzada por fibra para una central electrica eolica

La invencion se refiere a un metodo de fabricacion de partes reforzadas por fibra para una central electrica eolica, tal como por ejemplo una pala. La invencion tambien se refiere a una parte reforzada por fibra para una central electrica eolica, tal como por ejemplo una pala. Finalmente, la invencion se refiere a una pala para una central electrica eolica que comprende una parte reforzada por fibra.

Antecedentes

En el contexto de fabricacion de partes reforzadas por fibra, por ejemplo palas para una central electrica eolica, se emplea, normalmente, un proceso de fabricacion en el cual se moldea la pala en dos mitades en cada uno de sus moldes abiertos, en donde se aplica inicialmente un revestimiento o un revestimiento en gel sobre la superficie interior del molde abierto. Posteriormente se disponen un numero de capas de material de fibra, continuando con resina que se aplica finalmente para unir las capas individuales de material de fibra entre si. La resina puede ser aplicada a las capas, de forma manual, mediante RTM (Moldeo de transferencia de resina), VARTM (Moldeo de transferencia de resina asistido mediante vaclo) u otros metodos adecuados. De forma alternativa, la resina puede ser aplicada a las capas laminadas antes de la disposicion de las capas (preimpregnado). En el contexto de esto, el recubrimiento en gel endurecera y conformara la superficie de la pala.

En conexion con dicho proceso de moldeado, el uso de revestimiento en gel esta asociado con inconvenientes importantes con referencia al ambiente de trabajo, es decir debido a que tiene un gran contenido de estireno, y, es decir, durante el proceso de endurecido se emiten vapores nocivos. Por lo tanto, normalmente, es el caso de que se utilicen robots en conexion con la aplicacion de revestimiento en gel sobre la superficie interior del molde. Por tanto permitiendo la evacuacion del personal de las instalaciones de moldeo durante el proceso de aplicacion con el fin de minimizar por tanto el riesgo de que el personal este expuesto a las pobres condiciones de trabajo. Sin embargo, normalmente se necesita casi siempre un tratamiento adicional, y la presencia del personal en contacto relativamente cercano con la capa de revestimiento en gel sera requerida siempre para el proceso adicional.

Un problema adicional del revestimiento en gel es que es un material fragil y hay un riesgo de que se formen burbujas de aire sobre la superficie final. En conexion con las palas para turbinas eolicas esto puede significar que el agua se acumule en las burbujas significando que la pala se ha danada en caso de que alcancen rayos a la pala.

Finalmente el proceso de revestimiento en gel como tal es un proceso que consume tiempo y que tiene que estar seguido por una limpieza que consume tiempo del equipo utilizado para la aplicacion del revestimiento en gel.

El documento US 2004 0146714 ensena un metodo de fabricacion de estructuras reforzadas por fibra, tal como por ejemplo cascos de barcos, baneras, o partes de coches, en donde se dispone una delgada capa de un material compuesto hlbrido de un pollmero acrllico termoplastico y un pollmero termoplastico de forma distal, seguida por una o mas capas de fibra y opcionalmente por partes de espuma. La capa hlbrida mas exterior que tiene un buen desgaste y propiedades cosmeticas se forma, inicialmente, mediante procesos de termoformado en un molde y es despues insertada en un segundo molde cerrado. Con una capa de fibra y partes de espuma, despues de lo cual el molde es cerrado y se inyecta resina. Sin embargo, las dimensiones de la capa de hlbrido termoformado se desviaran, de forma inevitable, de aquellas de las partes del molde fijas, es decir debido a las tensiones internas en la capa y las contracciones que siguen al termoformado. Esto provoca un aumento de las dificultades en conexion con el proceso RTM en el que se reduce la resistencia de la conexion entre las distintas capas, y del mismo modo el acabado de superficie del elemento acabado puede ser aranado cuando se cierra molde.

La patente US No. 5 632 602 A da a conocer una pala de rotor para una turbina eolica, que esta hecha de un pollmero reforzado por fibras. La pala es fabricada con un nucleo moldeado con elementos central, frontal y posterior y un elemento de sujecion extremo base, estando una capa de fibra unidireccional enrollada longitudinalmente en el nucleo, disponiendose una primera union transversal sobre la capa de fibra y formando una segunda union transversal una cubierta para todo el conjunto. El conjunto es entonces descendido en un molde y la pala es curada en el molde. En un ejemplo, la pala es revestida con una pellcula termoplastica con el fin de proporcionar una superficie suave. Con el fin de aplicar el revestimiento, el molde puede estar alineado con una pellcula termoplastica preformada de forma apropiada, que se une de forma segura a la resina en el proceso de curado.

Objeto y descripcion de la invencion

Es por tanto un objeto de la invencion proporcionar una solucion a los problemas anteriores.

Esto se logra mediante un metodo de fabricacion de partes reforzadas por fibra para una central de energla eolica, tal como por ejemplo una pala, de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde el metodo comprende disponer diferentes capas que comprenden capas de material reforzado por fibra en la superficie interior de un molde abierto, y en donde se aplica finalmente una resina para la adhesion mutua entre las capas dispuestas. En la parte mas exterior, en la

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

superficie interior del molde abierto, se disponen varias capas de pellcula. Cuando una pellcula es utilizada para la capa mas exterior, un proceso de moldeo hace que se proporcione una mejora importante de las condiciones de trabajo. Una ventaja adicional, es que, en comparacion con el uso de un revestimiento en gel, se proporciona una superficie que es mas resistente a impactos flsicos en forma de, por ejemplo, tensiones clclicas sobre el elemento. Por otra parte, se logra un proceso de fabricacion que es relativamente rapido dado que la disposicion como tal de la pellcula es conveniente y considerablemente mas rapida que la aplicacion de un revestimiento en gel. Por ejemplo, la pellcula puede consistir de materiales plasticos termoplasticos o termoendurecibles y de acuerdo con un modo de realizacion la pellcula puede comprender un refuerzo de fibra. La disposicion de varias capas de pellcula en la superficie interior del molde abierto consigue una superficie de elemento de dureza aumentada que se desgasta mas lentamente (no solo debido al espesor incrementado de la capa mas exterior combinada, sino tambien debido a que la capa esta compuesta de varias capas de pellcula. Esto es comparable a la superficie de dureza aumentada lograda en un elemento que es barnizado, por ejemplo, cinco veces con una delgada capa en lugar de ser barnizado una vez con una capa que tenga cinco veces ese espesor. El elemento que es fabricado con varias capas de pellcula de forma distal, se convierte en una opcion de que el elemento pueda desgastarse y una capa de pellcula, por tanto, se desgasta completamente parcialmente sin suponer consecuencias en las propiedades estructurales del elemento como tal. En consecuencia, el metodo de acuerdo con la invencion permite la retirada de una capa de pellcula en el elemento acabado, por ejemplo, cuando se desea hacerse debido a que el color o el efecto se han difuminado. Sin embargo, en caso de suciedad de la capa mas exterior, es una opcion retirar la capa con el fin de obtener por tanto, una superficie limpia y por tanto evitar la necesidad de una limpieza de la superficie.

De acuerdo con un modo de realizacion, al menos una de las capas de pellcula es de un material termoplastico. En particular mediante el uso de una pellcula termoplastica se logra una superficie que es mas resistente al desgaste debido a las influencias flsicas en forma de, por ejemplo, tensiones clclicas del elemento o desgaste.

De acuerdo con un modo de realizacion, al menos una de las capas de pellcula se adapta a la forma de la superficie interior del molde abierto mediante vaclo que se proporciona entre la superficie interior y la pellcula. Esta es una manera particularmente simple en la cual la pellcula se puede adaptar a la forma de la superficie interior del molde abierto. Por ejemplo, se pueden disponer orificios de aire en la superficie interior del molde abierto, y succionando el aire fuera de ellos, la pellcula es atralda hacia la superficie interior y por tanto se adapta a la forma de la superficie interior.

De acuerdo con un modo de realizacion, al menos una de las capas de pellcula esta adaptada adicionalmente a la forma de la superficie interior del molde mediante el calentamiento de la pellcula. Por tanto se minimizan las arrugas cuando la pellcula se asienta sobre la superficie interior y por tanto se fija una capa o pellcula totalmente uniforme sobre la superficie interior del molde abierto.

De acuerdo con un modo de realizacion el calentamiento sucede utilizando una radiacion emisora de calor tal como por ejemplo una radiacion IR (Infrarroja). Por lo tanto se pueden utilizar medios externos para calentar la pellcula despues de su disposicion en el molde abierto y el calor puede adaptarse localmente segun se necesite en varias areas de la pellcula. Cuando se utiliza una luz IR, se emplea una radiacion rica en energla.

De acuerdo con un modo de realizacion, se utilizan pellculas que tienen diferentes propiedades en diferentes areas de la superficie interior del molde abierto. Las pellculas pueden poseer diferentes propiedades, tal como repelencia al hielo y a la suciedad, coloracion, optimizacion aerodinamica, comerciales; y disponiendo pellculas que tengan diferentes propiedades en diferentes posiciones del elemento, resulta un elemento que tiene una superficie en la que las propiedades superficiales varlan. Por ejemplo, en algunos lugares se desea una superficie repelente al hielo, dichos lugares que estan muy expuestas a la formacion de hielo; mientras que se desea una pellcula aerodinamica en cualquier lugar que proporcione una protection adicional contra las influencias flsicas extremas.

De acuerdo con otro modo de realizacion, al menos una capa adicional de pellcula se dispone en al menos una parte de la parte reforzada por fibra despues de la retirada del molde. De este modo, se consigue que el elemento reforzado por fibra pueda estar provisto con una superficie de pellcula adicional en cualquier lugar, por ejemplo, en posiciones que estan muy expuestas al desgaste o en donde sean deseables otros efectos en la pellcula. Por ejemplo, se pueden proporcionar puntas de pala coloreadas o similares en la pala de esta manera. Del mismo modo, el metodo permite la disposicion de una manera simple de una capa adicional como una parte del acabado del elemento, por ejemplo, a traves de las uniones.

Por otra parte, la invencion se refiere a una parte reforzada por fibra para una central de energla eolica tal como por ejemplo una pala, de acuerdo con la revindication 8, la parte esta estructurada a partir de una primera capa mas exterior seguida por capas de material reforzado por fibra que estan unidas entre si mediante el uso de resina, y en donde la primera capa mas exterior comprende varias capas de pellcula. Cuando se utiliza una pellcula como la capa mas exterior, se logra un proceso de moldeo que proporciona una mejora importante en las condiciones de trabajo. Una ventaja adicional consiste en que, en comparacion con el uso de revestimientos en gel, se puede lograr una superficie que tiene una resistencia aumentada a impactos flsicos en forma de, por ejemplo tensiones clclicas del elemento. Dejando que la primera capa distal comprenda varias capas de pellcula se logra que una o mas capas de pellcula puedan ser retiradas cuando el color o el efecto sea difuminado, o tal y como se ha mencionado anteriormente,

se puede desgastar sin que se deterioren las propiedades estructurales del elemento como tal. Por otro lado, en caso de suciedad de la capa mas exterior, es una opcion retirar una capa con el fin de proporcionar por lo tanto una superficie limpia y por lo tanto evitar la necesidad de limpieza de la superficie.

De acuerdo con un modo de realizacion, la primera capa mas exterior consta de varias capas de pellcula, en donde 5 se disponen pellculas de diferentes propiedades en diferentes areas de la parte reforzada por fibra. Las pellculas pueden poseer diferentes propiedades, tales como repelencia al hielo o a la suciedad, colores, optimizacion aerodinamica, comerciales; y disponiendo pellculas con diferentes propiedades en diferentes posiciones sobre el elemento, se puede lograr un elemento que tenga una superficie en donde las propiedades de la superficie varlan. Por ejemplo, puede haber posiciones en las que se desee tener una superficie repelente al hielo, estando dichas areas 10 muy expuestas a la formacion de hielo, mientras que en otras posiciones se desea tener una pellcula aerodinamica para proporcionar una proteccion adicional contra influencias flsicas externas.

De acuerdo con un modo de realizacion, las capas de pellcula comprenden una pellcula que tiene una superficie que es repelente al hielo. Por tanto se evitan las acumulaciones de hielo sobre el elemento y cuando el elemento es por ejemplo una turbina eolica se evitan las acumulaciones de hielo sobre la pala que podrlan, es decir, deteriorar de 15 forma considerable las propiedades aerodinamicas de la pala. Por otro lado, puede conllevar tambien un desequilibrio en el rotor lo cual puede significar que la turbina eolica se detenga o, en el peor de los casos se rompa.

De acuerdo con un modo de realizacion, las capas de pellcula comprenden una pellcula con una superficie que esta optimizada aerodinamicamente. El uso de dicha pellcula sobre, por ejemplo, un elemento reforzado por fibra en forma de la pala de una turbina eolica de una central de energla eolica conlleva un rendimiento mejorado de la central de 20 energla eolica.

Por ultimo, la invention se refiere a una pala para una central de energla eolica caracterizada porque comprende una parte reforzada por fibra tal y como se describio anteriormente.

Breve description del dibujo

A continuation se describira la invencion con mayor detalle con referencia las figuras que muestran ejemplos de modos 25 de realizacion de la invencion:

La figura 1 muestra una parte de un molde abierto para moldear una concha de pala que tiene una pellcula en su capa exterior;

La figura 2 es una vista en section transversal del molde abierto, en donde la pellcula esta adaptada a la superficie interior del molde;

30 La figura 3 es una vista en seccion trasversal del molde abierto, en donde se disponen varias capas de pellcula sobre la superficie exterior del molde;

La figura 4 es una vista en seccion transversal del molde abierto en donde se disponen diferentes pellculas en diferentes posiciones de la superficie interior del molde;

La figura 5 es una vista en seccion transversal de un elemento reforzado por fibra de acuerdo con la invencion;

35 La figura 6 muestra un elemento reforzado por fibra en forma de una pala para una central de energla eolica, en donde la capa mas exterior esta constituida por diferentes tipos de pellcula dispuestos en diferentes posiciones sobre la pala.

Descripcion de modos de realizacion

La figura 1 muestra una vista en seccion de un molde 101 abierto que puede ser utilizado en conexion con la fabrication de una parte reforzada por fibra, en donde la capa mas exterior de la parte es una pellcula. La superficie 103 interior 40 del molde comprende un numero de orificios 105 de vaclo y un borde 107. El molde abierto es utilizado en esa capa de pellcula, preferiblemente de pellcula termoplastica, que esta dispuesta sobre la superficie 013 interior del molde; la pellcula se adapta a la forma de la superficie interior del molde abierto en donde se proporciona un vaclo entre el molde y la pellcula. Esto sucede succionando aire fuera de los orificios de vaclo, y en este contexto, la pellcula podrla ser unida inicialmente o fijada al borde 107 para mejorar el efecto de vaclo. Despues se dispone un numero de capas 45 de material de fibra, siguiendo con una resina que es finalmente anadida para adherir las capas individuales de material de fibra entre si, y cuando se cura la resina se forma una portion reforzada por fibra en donde la pellcula constituye la capa mas exterior. Con el fin de aprovechar los moldes, es una action, anterior a la disposition de la pellcula, encerar la superficie interior para reducir el desgaste en el molde. Un ejemplo de una parte reforzada por fibra podrla ser una parte de una central de energla eolica tal como por ejemplo una pala, una torre, o una cubierta de una gondola.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

De acuerdo con un modo de realizacion, los orificios de vaclo podrlan utilizarse para fijar el elemento por medio del vaclo cuando es unido por pegado a otro elemento. Por ejemplo, en la union de dos conchas de pala. En esa conexion los orificios pueden utilizarse tambien para expulsar los elementos del molde por medio de presion de aire.

La figura 2 es una vista en seccion transversal de un molde 101 abierto, en donde se ha ilustrado como se adapta la pellcula termoplastica a la superficie 103 interior del molde 101 abierto. Se proporciona un vaclo entre la pellcula 201 y la superficie 103 interior, en donde la pellcula 201 es succionada hacia abajo hacia la superficie 103 del interior. En el ejemplo mostrado, se dispone una fuente 203 de luz para emitir rayos de calentamiento que tengan el proposito de calentar la pellcula, en donde la pellcula es suavizada y por tanto forma una superficie mas uniforme en la superficie interior del molde abierto. Para el calentamiento de la pellcula, es una opcion utilizar, por ejemplo, una iluminacion infrarroja (IR) o una iluminacion ultravioleta (UV).

La pellcula termoplastica puede ser por ejemplo PMMA con un espesor dentro del intervalo desde 0,05 mm a 0,7 mm, preferiblemente 0,4 mm. Ejemplos de otras pellculas termoplasticas aplicables podrlan ser plasticos ABS, polietileno, polipropileno, o una mezcla de dichos tipos de plasticos.

De acuerdo con un modo de realizacion, la pellcula puede estar fijada al borde del molde utilizando una cinta tal como una cinta adhesiva. De forma alternativa, la pellcula puede estar fijada mediante el uso de un cierre mecanico, por ejemplo, un marco que descanse sobre el borde, y la pellcula descansa entre el marco y el borde del molde abierto. La pellcula puede tambien estar fijada sobre el borde por medio de una junta o una ranura de vaclo.

La figura 3 es una vista en seccion trasversal del molde 101 abierto, en donde se han dispuesto varias capas 301, 303, 305, 307 de pellcula una encima de otra sobre la superficie 103 interior del molde 101. Siguiendo la disposition de la pellcula, se dispone un numero de capas de material de fibra, despues de lo cual se aplica de forma final una resina para unir las capas individuales del material de fibra entre si, y cuando se ha endurecido la resina se forma una parte reforzada por fibra, en la cual varias capas de pellcula constituyen la capa distal. Por tanto se puede retirar la capa de pellcula, por ejemplo, cuando el color o el efecto de la pellcula se han difuminado.

Las capas individuales de pellcula pueden adherirse unas a otras antes de la disposicion en el molde abierto mediante laminado, de forma alternativa pueden unirse mediante pegado con un pegamento adecuado.

La figura 4 es una vista en seccion transversal del molde 101 abierto en donde se han dispuesto diferentes pellculas 403, 405, 407 en diferentes posiciones sobre la superficie 103 interior del molde. Esto se puede hacer, por ejemplo, si se desea disponer pellculas que tengan diferentes propiedades en diferentes posiciones sobre el elemento reforzado con fibra que se va a moldear.

La figura 5 es una vista en seccion trasversal de un elemento 501 de fibra reforzada de acuerdo con la invention. Se muestra un elemento que esta estructurado a partir de dos elementos 503, 505 reforzados por fibra combinados, en donde la capa mas exterior de los elementos es de pellcula 507,509. En correspondencia con la estructura de las palas para una central de energla eolica, se disponen vigas 511 de arriostramiento dentro del elemento 501 reforzado por fibra hueca. Los elementos 503, 505 reforzados por fibra con una capa exterior de pellcula pueden ser moldeados, por ejemplo, en un molde abierto tal y como se ha mostrado en la figura 1, despues de lo cual se combinan los elementos de fibra para formar el elemento 501. Un posible modo de realizacion de acuerdo con la invencion es tambien que las partes reforzadas por fibra sean moldeadas sin capas de pellcula mas distal es y que sean anadidas posteriormente despues del procedimiento de moldeo. La capa o capas de pellcula pueden ser aplicadas tanto antes como despues del proceso de montaje, el proceso de pulido o cualquier otro tipo de tratamiento adicional, si lo hubiera. Por ejemplo, se pueden aplicar capas de pellcula como acabado a traves de juntas y contribuir a su resistencia.

La figura 6 muestra un elemento reforzado por fibra en forma de una pala 601 para una central de energla eolica, en donde la capa mas exterior esta constituida de diferentes tipos de pellculas dispuestas en diferentes posiciones 603, 605, 607, 609 de la pala.

Se entendera que la invencion tal y como se ha dado a conocer en la presente description y figuras puede modificarse o enmendarse mientras que continue estando comprendida mediante el alcance de protection conferido por las siguientes reivindicaciones.

Claims

5

10

15

20

25

30

REIVINDICACIONES

1. Un metodo para fabricar partes reforzadas por fibra para una central de energla eolica, tal como, por ejemplo, una pala, en donde el metodo comprende disponer diferentes capas que comprenden una capa de material de fibra en la superficie interior de un molde abierto, y en donde se aplica resina para unir las capas dispuestas, caracterizado porque se disponen varias capas de pellcula en la parte mas exterior sobre la superficie interior del molde abierto y se unen para formar una capa mas exterior de dicha parte reforzada por fibra.
2. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde al menos una capa de pellcula es de un material termoplastico.
3. Un metodo de acuerdo con las reivindicaciones 1-2, en donde al menos una capa de pellcula es adaptada a la forma de la superficie interior del molde abierto en donde se aplica un vaclo entre la superficie interior y la pellcula.
4. Un metodo de acuerdo con las reivindicaciones 1-3, en donde al menos una capa de pellcula esta adaptada a la forma de la superficie interior del molde abierto en donde se calienta la pellcula.
5. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 4, en donde el calentamiento se produce utilizando una radiacion emisora de calor, tal como, por ejemplo, una radiacion IR.
6. Un metodo de acuerdo con las reivindicaciones 1-5, en donde se disponen pellculas con diferentes propiedades en diferentes posiciones de la superficie interior del molde abierto.
7. Un metodo de acuerdo con las reivindicaciones 1-6, que ademas comprende la disposicion de al menos una capa de pellcula en al menos una parte de la parte reforzada por fibra despues de la retirada del molde.
8. Una parte reforzada por fibra para una central de energla eolica tal como, por ejemplo, una pala, en donde la parte es constituida mediante una primera capa mas exterior seguida por capas de material de fibra, cuyas capas estan unidas entre si mediante el uso de resina, caracterizada porque la primera capa mas exterior comprende varias capas de pellcula.
9. Una parte reforzada por fibra de acuerdo con la reivindicacion 8, en donde la primera capa mas exterior esta constituida por varias capas de pellcula, donde se disponen pellculas con diferentes propiedades en diferentes posiciones sobre la parte reforzada por fibra.
10. Una parte reforzada por fibra de acuerdo con las reivindicaciones 8-9, en donde las capas de pellcula comprenden una pellcula con una superficie que es repelente al hielo.
11. Una parte reforzada por fibra de acuerdo con las reivindicaciones 8-10, en donde las capas de pellcula comprenden una pellcula con una superficie que esta optimizada aerodinamicamente.
12. Una pala para una central de energla eolica, caracterizada porque comprende una parte reforzada por fibra de acuerdo con las reivindicaciones 8-11.