BRPI1013261B1

BRPI1013261B1 - método para fabricar pás de turbina eólica

Info

Publication number: BRPI1013261B1
Application number: BRPI1013261A
Authority: BR
Inventors: Engmark Mortensen Ivan
Original assignee: Lm Glasfiber As
Priority date: 2009-03-06
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2019-12-24
Also published as: EP2230070A1; EP2403708B1; BRPI1013261A2; EP2403708A1; WO2010100251A1; CN102355990B; CN102355990A; DK2403708T3; US20110316182A1

Abstract

método para fabricar pás de turbina eólica são descritos um método e uma linha de fabricação (30) para fabricar pás de turbina eólica tendo uma estrutura de carcaça de compósito compreendendo um material de matriz e um material de reforço de fibra pelo uso de um processo de moldagem por transferência de resina. o método compreende uma linha de fabricação (30), onde pás de turbina eólica são formadas em diversos moldes (40, 50, 60), cada qual dos diversos moldes (40, 50, 60) compreendendo pelo menos uma primeira parte do molde (41, 51, 61) compreendendo uma primeira cavidade do molde (42, 52, 62). a linha de fabricação (30) compreende adicionalmente diversas estações de trabalho separadas (31, 32, 33), onde etapas de fabricação separadas são realizadas. o método compreende as seguintes etapas: a) arranjar o material de reforço de fibra em uma primeira cavidade do molde (42) de uma primeira parte do molde (40) em uma primeira estação de trabalho (31), b) movimentar a primeira parte do molde (40) com os materiais de reforço de fibra pelo uso de dispositivo de transporte para uma segunda estação de trabalho (32) com uma posição diferente da primeira estação de trabalho (31), e c) suprir um material de matriz curável na primeira cavidade do molde (42) da primeira parte do molde (41) na segunda estação de trabalho (32). a linha de fabricação (30) compreende diversos moldes (40, 50, 60), a quantidade sendo maior que um, onde pás de turbina eólica (45, 55, 65) são formadas, cada qual dos diversos moldes (40, 50, 60) compreendendo pelo menos uma primeira parte do molde (41, 51, 61) compreendendo uma primeira cavidade do molde (42, 52, 62). cada qual dos diversos moldes (40, 50, 60) sendo móvel ao longo da linha de fabricação (30) pelo dispositivo de transporte.

Description

“MÉTODO PARA FABRICAR PÁS DE TURBINA EÓLICA”

Campo Técnico [001] A presente invenção diz respeito a um método para fabricar pás de turbina eólica tendo uma estrutura de carcaça de compósito compreendendo um material de matriz e um material de reforço de fibra pelo uso de um processo de moldagem por transferência de resina. A invenção também diz respeito a uma linha de fabricação para fabricar pás de turbina eólica tendo uma estrutura de carcaça de compósito compreendendo um material de matriz e um material de reforço de fibra pelo uso de um processo de moldagem por transferência de resina.

Fundamentos da Invenção [002] É de conhecimento fabricar pás de turbina eólica usando métodos de fabricação orientados para o projeto, por exemplo, onde cada qual das pás de turbina eólica é moldada e montada na mesma oficina de trabalho, após o que a pá de turbina eólica opcionalmente move-se para uma outra oficina de trabalho, tipicamente uma oficina de trabalho de acabamento, onde a pá de turbina eólica é cortada, aparada, pintada e os acessórios finais são montados na pá de turbina eólica. As pás de turbina eólica são frequentemente feitas de polímero reforçado com fibra e são normalmente fabricadas como partes da carcaça em moldes, onde o lado superior e o lado inferior do perfil da pá (tipicamente, o lado de pressão e lado de sucção, respectivamente) são fabricados separadamente arranjando-se mantas de fibra de vidro em cada qual das duas partes do molde e injetando uma resina líquida, que subsequentemente é curada. Em seguida, as duas metades são coladas uma na outra, frequentemente, por meio de partes de flange internas. Cola é aplicada na face interna da meia pá inferior antes de a meia pá superior ser abaixada nela, ou vice-versa. Adicionalmente, um ou dois perfis de reforço (vigas) são frequentemente anexados no lado de dentro da meia pá inferior antes da colagem na meia pá superior.

[003] As partes da carcaça para a pá de turbina eólica são

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2/21 tipicamente fabricadas como estruturas compostas de fibra por meio de VARTM (moldagem com transferência de resina assistida por vácuo), onde polímero líquido, também denominado resina, é cheio em uma cavidade do molde, na qual material de reforço de fibra foi anteriormente inserido, e onde um vácuo é gerado na cavidade do molde, extraindo assim o polímero. O polímero pode ser plástico de termocura ou termoplástico.

[004] Infusão a vácuo ou VARTM é um processo usado para moldar peças moldadas de compósito de fibra, onde fibras uniformemente distribuídas são dispostas em camadas em uma das partes do molde, as fibras sendo cordões trançados, isto é, feixes de bandas de fibra, bandas de cordões trançados, ou mantas, que são tanto mantas de feltro feitas de fibras individuais quanto mantas tecidas feitas de cordões trançados de fibra. A segunda parte do molde é frequentemente feita de um saco de vácuo resiliente, e é subsequentemente colocada por cima do material de reforço de fibra. Pela geração de um vácuo, tipicamente 80% a 95% do vácuo total, na cavidade do molde entre o lado interno da parte do molde e do saco de vácuo, o polímero líquido pode ser extraído e encher a cavidade do molde com o material de reforço de fibra contido nele. As assim denominadas camadas de distribuição ou tubos de distribuição, também denominadas canais de entrada, são usadas entre o saco de vácuo e o material de reforço de fibra a fim de obter uma distribuição de polímero mais sólida e eficiente possível. Na maioria dos casos, o polímero aplicado é poliéster ou epóxi, e o reforço de fibra é mais frequentemente a base de fibras de vidro e/ou fibras de carbono.

[005] É comumente sabido que moldes para fazer artigos grandes, tais como as pás de turbina eólica, podem consistir em duas partes do molde que são fechadas em torno de uma linha de articulação longitudinal, onde as articulações são passivas, isto é, um guindaste é usado para levantar uma das partes do molde em torno da linha de articulação para fechamento e abertura do molde. Quando se fabricam pás de turbina eólica, o molde é fechado de maneira a colar as duas metades da carcaça da pá uma na outra, as ditas

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3/21 metades da carcaça sendo produzidas em partes do molde separadas.

Alternativamente, pás de turbina eólica podem ser fabricadas da maneira revelada em EP 1 310 351.

[006] Entretanto, como a demanda de turbinas eólicas está crescendo rapidamente, tem sido cada vez mais difícil adaptar o método de fabricação orientado para o projeto convencional para acomodar a demanda por diversos motivos listados a seguir: Primeiramente, o método de fabricação orientado para o projeto exige que todos os materiais necessários para fabricar uma pá de turbina eólica, por exemplo, resina e material de reforço de fibra, têm que ser transportados para cada oficina de trabalho, que é logisticamente exigente. Em segundo lugar, cada oficina de trabalho tem que ser equipada com ferramentas e mecanismos necessários para cada etapa de fabricação individual no processo, que produz um overhead de recursos. Adicionalmente, o método de fabricação orientado para o projeto convencional exige um molde em cada oficina de trabalho individual, que é caro, uma vez que a produção e manutenção de moldes são demoradas e assim caras. Além disso, o método de fabricação orientado para o projeto convencional ocupa muito espaço e, uma vez que os trabalhadores em cada oficina de trabalho têm que realizar uma variedade de etapas de fabricação, existe um risco de que a qualidade das pás de turbinas eólicas fabricadas pode ficar comprometida.

[007] Embora a produção em grande escala de partes feitas de materiais reforçados com fibra seja conhecida, por exemplo, produção de carro, tais métodos de produção não são facilmente transferidos e/ou adaptados para a produção de pás de turbina eólica com um comprimento de 30m - 50m ou mesmo mais, onde um molde vazio pode facilmente ter um peso de 20-30 toneladas ou mais, e onde cada molde é um fator de custo considerável.

[008] Por exemplo, US 4.383.818 revela um método para produção em grande escala de corpos de carro usando um processo de Injeção de Resina Assistido por Vácuo (VARI), onde uma grande quantidade de moldes substancialmente idênticos é continuamente impulsionada em torno de

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4/21 um caminho de forma oval, cada molde sendo suportado em um carrinho de rodas, em que os carrinhos são ligados entre si em uma corrente comprida. Embora o documento afirme que a linha de montagem também seja adequada para outros tipos de corpos estruturais, e mencione carros de neve, ou barcos como exemplos, a descrição não diz até que tamanho podem ser tais corpos estruturais. Além disso, não é feita descrição ou indicações aos versados na técnica de como modificar a linha de montagem revelada a fim de produzir partes grandes por um Processo de Moldagem por Transferência de Resina Assistido por Vácuo (VARTM) que são mais que dez vezes maiores que um corpo de carro. De fato, uma linha de montagem como esta, onde diversos moldes grandes pesando 30 toneladas cada qual são continuamente impulsionados em torno de um caminho de forma oval, não é realístico como uma solução economicamente viável para produzir pás de turbina eólica com um comprimento de até 50m ou mais. Além disso, uma solução como esta não é flexível com relação aos tipos de pás de turbina eólica a ser produzidas e não permite adaptar dinamicamente a produção a variados esquemas de pedidos.

[009] Em decorrência disto, até então, a produção de turbina eólica ainda baseia-se nos métodos de fabricação orientados para o projeto supramencionados envolvendo mão-de-obra humana altamente especializada. Portanto, existe uma necessidade de um método e instalação de produção para grandes pás de turbina eólica que permite aumentar a produção, otimiza o uso de moldes caros e/ou o uso de mão-de-obra especializada a fim de melhorar a qualidade e custo do processo de produção.

[010] É portanto um objetivo da invenção obter um método e linha de fabricação inéditos para fabricar pás de turbina eólica, que tanto superem quanto atenuem pelo menos uma das desvantagens da tecnologia anterior ou que provê um alternativa útil.

Descrição Da Invenção [011] O objetivo da invenção é obtido por um método que compreende uma linha de fabricação, onde pás de turbina eólica são formadas

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5/21 em diversos moldes, cada qual dos diversos moldes compreendendo pelo menos uma primeira parte do molde compreendendo uma primeira cavidade do molde, a linha de fabricação compreende adicionalmente diversas estações de trabalho separadas, onde etapas de fabricação separadas são realizadas, em que o método compreende as seguintes etapas: a) arranjar o material de reforço de fibra em uma primeira cavidade do molde de uma primeira parte do molde em uma primeira estação de trabalho, b) movimentar a primeira parte do molde com os materiais de reforço de fibra pelo uso de dispositivo de transporte para uma segunda estação de trabalho com uma posição diferente da primeira estação de trabalho, e c) suprir um material de matriz curável na primeira cavidade do molde da primeira parte do molde na segunda estação de trabalho. Por meio disto, é provido um método por meio do qual pás de turbina eólica podem ser fabricadas usando menos recursos, por exemplo, moldes e ferramentas, ou alternativamente melhorando a produção, já que o método aumenta a quantidade de pás de turbina eólica fabricadas por unidade de tempo, comparado com métodos de fabricação convencionalmente orientados para o projeto. Como um exemplo, o método pode em uma configuração com três estações de trabalho e três moldes aumentar a produção de 3 para 6 pás de turbina eólica por 24 horas. Uma vez que os conjuntos de molde são móveis em relação às estações de trabalho, o método, além disso, dá condições para que cada estação de trabalho possa ser equipada com equipamento especializado e avançado que é dedicado à etapa de fabricação realizada em cada estação de trabalho, já que o método reduz a quantidade necessária de estações de trabalho. Adicionalmente, cada estação de trabalho pode ser tripulada com trabalhadores especializados que são especializados e treinados na etapa de fabricação realizada nessa estação de trabalho particular. Entretanto, algumas das estações de trabalho podem ser também automatizadas, por exemplo, usando robôs, de maneira tal que seja necessária uma menor quantidade de trabalhadores. Espera-se também que a automação melhore ainda mais a qualidade das pás de turbinas eólicas fabricadas.

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6/21 [012] Na etapa c) o material de matriz curável é infundido. O material de matriz é tipicamente uma resina tais como poliéster, éster de vinila, ou epóxi.

[013] O material de matriz é injetado pelo uso de moldagem por transferência de resina (RTM), em que um diferencial de pressão positivo é usado para injetar a resina na cavidade do molde, ou pelo uso de moldagem com transferência de resina assistida por vácuo (VARTM), em que uma subpressão é formada na cavidade do molde, extraindo assim a resina líquida para a cavidade do molde.

[014] O dispositivo de transporte compreende pelo menos quatro rodas e/ou rolos montados em cada qual dos diversos moldes, por meio do que os diversos moldes facilmente podem mover-se. O dispositivo de transporte pode também compreender trilhos ou pistas nas quais os moldes podem ser transportados.

[015] De acordo com uma modalidade, o método compreende a etapa seguinte: d) movimentar a primeira parte do molde, enquanto o material de matriz estiver curando, pelo dispositivo de transporte da segunda estação de trabalho para uma terceira estação de trabalho com uma posição diferente da primeira e da segunda estação de trabalho. Por meio disto, o método reduz o tempo de fabricação, já que o primeiro molde está se movendo da segunda estação de trabalho para a terceira estação de trabalho enquanto o material de matriz que foi infundido na etapa b) está ainda curando.

[016] Em uma outra modalidade, o primeiro molde compreende pelo menos uma primeira parte do molde e uma segunda parte do molde que podem ser montadas para formar um conjunto de molde fechado, cada parte do molde compreendendo uma cavidade do molde. Assim, cada parte do molde pode ser usada de maneira a formar partes da carcaça separadas de uma pá de turbina eólica. As partes da carcaça são tipicamente construídas como uma parte inferior, por exemplo, um lado de sucção, da pá, e uma parte superior, por exemplo, um lado de pressão, da pá. As partes da carcaça são

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7/21 então posteriormente aderidas uma na outra, por exemplo, por flanges de colagem localizados borda de avanço e borda de fuga da pá de turbina eólica acabada. Assim, a parte do molde compreende uma superfície de moldagem, que define uma parte do lado externo da pá acabada. A cavidade do molde de cada parte do molde pode ser formada selando um saco de vácuo na parte do molde. Uma fonte de vácuo pode ser acoplada na cavidade do molde de forma que a cavidade do molde possa ser evacuada antes de injetar o material de matriz líquido.

[017] O método pode compreender uma etapa adicional que segue a etapa d), que compreende remover os sacos de vácuo de cada qual das partes do molde separadas.

[018] Em uma outra modalidade, o método compreende as seguintes etapas: e) montar as partes do molde separadas do primeiro molde e aplicar um adesivo entre as partes da carcaça, f) movimentar o primeiro molde, enquanto o adesivo estiver curando, pelo dispositivo de transporte da terceira estação de trabalho para a primeira estação de trabalho.

[019] Em uma outra modalidade, o método compreende a etapa seguinte: g) abrir o conjunto de molde fechado na primeira estação de trabalho e remover a pá de turbina eólica fabricada. Por meio disto, o método dá condições para que o manuseio do primeiro molde seja otimizado, já que o primeiro molde é aberto na primeira estação de trabalho, que é a mesma estação de trabalho onde o primeiro molde é reusado para fabricar também uma outra pá de turbina eólica repetindo-se o método.

[020] Em uma outra modalidade, a quantidade de moldes é pelo menos a mesma da quantidade de estações de trabalho na linha de fabricação, e os moldes são circulados de uma maneira permutada entre as estações de trabalho, de maneira tal que uma linha de fabricação contínua seja estabelecida. Por meio disto, o método dá condições para que uma linha de fabricação contínua seja estabelecida, já que as estações de trabalho podem realizar trabalho em pelo menos um molde por vez, até que os moldes sejam

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8/21 circulados. O método é particularmente eficiente se o tempo de processo for similar para cada estação de trabalho, de maneira tal que os moldes possam mover sincronizadamente. Entretanto, no caso em que as estações de trabalho têm diferenças significativas no tempo de processo, moldes extras podem ser adicionados à linha de fabricação, de maneira tal que uma zona de absorção de produção seja estabelecida. Em uma modalidade preferida, a linha de fabricação compreende 3 moldes e 3 estações de trabalho. Em uma outra modalidade, as etapas b) e d) são cada qual realizadas em 15 minutos, por meio do que o método pelo dispositivo de transporte provê um transporte efetivo e rápido dos moldes. Para conseguir uma linha de fabricação com um fluxo contínuo, não é somente importante que o tempo de processo em cada estação de trabalho seja similar, mas também que o tempo que se leva para mover os moldes seja similar. Em uma outra modalidade, as etapas a) e c) são cada qual realizadas em 1 ou pelo menos 2 horas e, também em uma outra modalidade, uma circulação completa dos diversos moldes na linha de fabricação é realizada em 12 horas, por meio do que o método dá condições para que, por exemplo, 6 pás de turbina eólica podem ser fabricadas em uma modalidade preferida com 3 moldes e 3 estações de trabalho, que é o dobro das pás de turbina eólica fabricadas, comparado com a quantidade que um método de fabricação orientado para o projeto convencional pode produzir em uma configuração similar com 3 moldes. Além disso, um ciclo de 12 horas é compatível com turnos de trabalho típicos em uma instalação de fabricação.

[021] Em uma outra modalidade, as etapas de processo compreendem uma ou mais etapas de processo fixas que são dedicadas a uma dada estação de trabalho ou um dado tipo de estação de trabalho, por exemplo, com equipamento especializado e/ou mantido por uma equipe de trabalhadores especializada, tais como estações de trabalho para trabalho de disposição, infusão de resina, ou trabalho relacionado à montagem de meia pá (por exemplo, colagem/fechamento de partes do molde).

[022] Em uma outra modalidade, as etapas de processo

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9/21 compreendem uma ou mais etapas de processo flexíveis que podem ser comutadas entre estações de trabalho. Em uma linha de fabricação em série, as etapas de processo flexíveis podem mover-se para trás e/ou para frente entre estações de trabalho subsequentes da linha de fabricação. Exemplos de tais etapas de processo flexíveis são a cura do revestimento de gel dos moldes, meio de infusão, aplicação de vácuo, preparação para fechar um molde, e retrabalho das meias pás antes do fechamento.

[023] Em uma modalidade preferida as etapas de processo compreendem etapas de processo fixas e flexíveis. Configurando um método de fabricação/linha de fabricação em série para usar uma combinação de etapas fixas e flexíveis é possível tanto manter as vantagens de estações de trabalho dedicadas, isto é estações de trabalho que são dedicadas a certas etapas de processo, quanto uma alocação dinâmica de recursos de produção a fim de melhorar ainda mais utilização da instalação/capacidade.

[024] Moldes podem mover-se entre estações de trabalho, em que etapas de processo fixas são realizadas em estações de trabalho dedicadas e etapas de processo flexíveis são realizadas em estações de trabalho que estão disponíveis. Quando necessário, os moldes podem ser fixos em posição precisa. As estações de trabalho dedicadas podem ser equipadas com equipamento especializado e avançado que é dedicado à etapa de fabricação realizada na estação de trabalho dedicada com as suas vantagens supramencionadas. Adicionalmente, como anteriormente mencionado, cada estação de trabalho pode ser tripuladas com trabalhadores especializados que são especializados e treinados na etapa de fabricação realizada nessa estação de trabalho particular.

[025] Em uma linha de fabricação em série, cada qual dos moldes move-se de uma das estações de trabalho para a estação de trabalho subsequente da linha de fabricação. Preferivelmente, o fluxo dos moldes de estação de trabalho para estação de trabalho através da linha de fabricação é controlado de acordo com o tempo de ciclo. O tempo de ciclo pode ser

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10/21 dinamicamente estabelecido em um tempo de ciclo atual, em que o tempo de ciclo atual mínimo em cada tempo é essencialmente determinado pelo tempo necessário para a etapa de processo mais demorada atualmente realizada na linha. Etapas de processo flexíveis a ser realizadas entre duas etapas de processo fixas subsequentes de duas estações de trabalho subsequentes podem ser alocadas a qualquer das duas estações de trabalho. As etapas de processo flexíveis podem assim ser comutadas para trás e/ou para frente entre estações de trabalho subsequentes na linha de fabricação para colocar o tempo gasto na realização de diversas etapas de processo em cada estação de trabalho o mais próximo possível do tempo de ciclo real, melhorando assim a utilização da capacidade.

[026] Em uma outra modalidade, os moldes movem-se entre estações de trabalho de acordo com um esquema de produção que leva em conta o tempo de ciclos de diferentes tipos de pá a ser produzidas simultaneamente e/ou o tempo real necessário para cada etapa de processo. Por meio disto, a instalação/utilização da capacidade pode ser adicionalmente melhorada, por exemplo, deslocando etapas de processo flexíveis para estações de trabalho disponíveis, em que a disponibilidade pode ser determinada usando o esquema de produção. Embora seja possível manter as vantagens de estações de trabalho dedicadas, isto permite uma alocação dinâmica de recursos de produção de acordo com os tempos de ciclo de diferentes tipos de pá a ser produzidas simultaneamente e/ou de acordo com o tempo para etapa de processo. Isto é particularmente vantajoso para a operação flexível e eficiente de uma instalação de fabricação, por exemplo, quando se produzem diferentes tipos de pás com diferentes tempos de ciclo. Também, o tempo para cada qual das etapas de processo pode variar, tipicamente em uma faixa entre 1 % e cerca de 17% do ciclo total. Como nas modalidades supramencionadas, os moldes podem mover-se de maneira a comutar as etapas de processo flexíveis para trás e/ou para frente entre estações de trabalho subsequentes na linha de fabricação para melhorar a

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11/21 utilização da capacidade.

[027] Em uma outra modalidade, os moldes movem-se substancialmente em uma direção longitudinal (L) dos moldes, quando são movimentados pelo dispositivo de transporte, isto é, na direção paralela à direção de uma raiz da pá para uma ponta da pá.

[028] Em uma outra modalidade, o material de reforço de fibra é seco, por exemplo, não pré-impregnado com resina, quando arranjado nos diversos moldes. Entretanto, o método pode ser também realizado com material de reforço de fibra pré-impregnado ou um material de reforço de fibra semi-impregnado. O material de reforço de fibra e/ou material de reforço adicional, que pode ser pré-impregnado, é preferivelmente arranjado nos moldes de maneira tal que seja formada uma estrutura de reforço longitudinal e que proporcione resistência mecânica à pá de turbina eólica fabricada.

[029] Em uma outra modalidade, as pás de turbina eólica fabricadas têm um comprimento de pelo menos 30 metros, ou 40 metros, ou 50 metros.

[030] Em uma outra modalidade, o método compreende adicionalmente uma linha de finalização com diversas estações de acabamento. Por meio disto, o método dá condições para que as pás de turbina eólica fabricadas possam ser acabadas. As estações de acabamento compreendem uma estação de inspeção de qualidade, uma estação de corte e limpeza, uma estação de acabamento e uma estação de pintura, onde a estação de corte e limpeza e a estação de pintura podem ser automatizadas. A linha de finalização é preferivelmente colocada no mesmo galpão de produção da linha de fabricação, assim instalações de limpeza pneumática separadas são necessárias para algumas das estações de acabamento para manter um ambiente de trabalho limpo e aceitável no galpão de produção.

[031] Em uma outra modalidade, a primeira estação de trabalho na linha de fabricação e a primeira estação de acabamento na linha de finalização são justapostas. Por meio disto, a pá de turbina eólica fabricada,

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12/21 quando removida do primeiro molde, precisa ser transportada apenas a uma curta distância até a primeira estação de acabamento. Além disso, o manuseio do primeiro molde e da pá de turbina eólica fabricada é minimizado. A linha de fabricação e a linha de finalização podem ser também arranjadas em paralelo.

[032] Em uma outra modalidade, a pá de turbina eólica move-se pelo dispositivo de guindaste da primeira estação de trabalho na linha de fabricação para a primeira estação de acabamento na linha de finalização.

[033] Em uma outra modalidade, os diversos moldes têm diferentes formas e/ou comprimentos, de maneira tal que o método produza pás de turbina eólica com diferentes propriedades. Por meio disto, o método dá condições para que pás de turbina eólica com diferentes formas e/ou comprimentos possam ser fabricadas pela mesma linha de fabricação e/ou linha de finalização, assim, não são necessárias linhas separadas para cada tipo de pá de turbina eólica, que torna o método ainda mais barato.

[034] De acordo com um aspecto adicional, o objetivo da invenção é também alcançado por meio de uma linha de fabricação/instalação de produção que é configurada para realizar o método para fabricar pás de turbina eólica de acordo com qualquer das modalidades supramencionadas.

[035] O objetivo da invenção é também alcançado pelo fato de que a linha de fabricação compreende diversos moldes, a quantidade sendo maior que um, onde pás de turbina eólica são formadas, cada qual dos diversos moldes compreendendo pelo menos uma primeira parte do molde compreendendo uma primeira cavidade do molde, e em que a linha de fabricação compreende adicionalmente diversas estações de trabalho separadas e em que cada qual dos diversos moldes é móvel ao longo da linha de fabricação pelo dispositivo de transporte. Por meio disto, é provida uma linha de fabricação onde é possível uma produção contínua de pás de turbina eólica. A linha de fabricação exige menos recursos, por exemplo, moldes e ferramentas, ou alternativamente melhora a produção, comparada com métodos de fabricação convencionalmente orientados para o projeto. A linha de

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13/21 fabricação pode, como um exemplo, em uma configuração com três moldes e um dispositivo de pórtico, aumentar a quantidade de pás de turbina eólica fabricadas de 3 para 6 pás de turbina eólica por 24 horas. A linha de fabricação pode adicionalmente ser automatizada, e espera-se melhorar ainda mais a produção e adicionalmente a qualidade das pás de turbina eólica fabricadas.

[036] De acordo com uma primeira modalidade, as diversas estações de trabalho são arranjadas na extensão longitudinal de uma primeira estação de trabalho. A linha de fabricação pode adicionalmente compreender uma linha de finalização compreendendo diversas estações de acabamento compreendendo uma estação de inspeção de qualidade, uma estação de corte e limpeza, uma estação de acabamento e/ou uma estação de pintura, onde a estação de corte e limpeza e a estação de pintura podem ser automatizadas. A linha de finalização é preferivelmente colocada no mesmo galpão de produção da linha de fabricação, assim instalações de limpeza pneumática separadas são necessárias para algumas das estações de acabamento para manter um ambiente de trabalho limpo e aceitável no galpão de produção. A linha de finalização é preferivelmente arranjada em paralelo e/ou justaposta com a linha de fabricação. A linha de fabricação pode compreender moldes com diferentes formas, geometria e/ou comprimentos, de maneira tal que a linha de fabricação possa produzir pás de turbina eólica com diferentes propriedades, e não somente um tipo e/ou tamanho de pás de turbina eólica. Entretanto, a linha de fabricação preferivelmente produz pás de turbina eólica com um comprimento de pelo menos 30 metros, ou 40 metros, ou 50 metros. Além disso, o material de reforço de fibra usado na linha de fabricação é preferivelmente seco, por exemplo, não pré-impregnado com resina, quando arranjado nos diversos moldes. Entretanto, a linha de fabricação pode também manusear material de reforço de fibra pré-impregnado e/ou material de reforço de fibra semiimpregnado. O material de reforço de fibra e/ou material de reforço adicional, que pode ser pré-impregnado, é preferivelmente arranjado nos moldes de maneira tal que uma estrutura de reforço longitudinal seja formada e dê

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14/21 resistência mecânica à pá de turbina eólica fabricada.

Breve Descrição Dos Desenhos [037] A invenção é explicada com detalhes a seguir com referência a uma modalidade mostrada nos desenhos, em que:

[038] A figura 1 mostra uma turbina eólica da tecnologia anterior;

[039] A figura 2 mostra uma pá de turbina eólica;

[040] A figura 3 mostra uma linha de fabricação com um primeiro molde durante as etapas a) e c) de acordo com a invenção:

[041] A figura 4 mostra uma linha de fabricação com um primeiro molde durante as etapas a), c) e e) de acordo com a invenção;

[042] A figura 5 mostra uma linha de fabricação com um primeiro, segundo e terceiro molde durante as etapas a), c) e e) de acordo com a invenção; e [043] A figura 6 mostra uma linha de fabricação com um primeiro, segundo e terceiro molde durante as etapas a), c) e e) e uma linha de finalização de acordo com a invenção.

Descrição Detalhada [044] A figura 1 ilustra uma turbina eólica com pás viradas para o vento moderna convencional 2 de acordo com o assim denominado conceito holandês com uma torre 4, uma nacele 6 e um rotor com um eixo do rotor substancialmente horizontal. O rotor inclui um cubo 8 e três pás 10 estendendo-se radialmente do cubo 8, cada qual com uma raiz da pá 16 mais próxima do cubo 8 e uma ponta da pá 14 mais distante do cubo 8.

[045] A figura 2 ilustra uma pá de turbina eólica convencional 20, que convencionalmente é fabricada tanto em uma peça quanto em duas peças, onde cada qual das duas peças tem o mesmo comprimento na direção longitudinal L que uma pá de turbina eólica montada pelas duas peças.

[046] A figura 3 ilustra uma linha de fabricação 30 com uma primeira estação de trabalho 31 e uma segunda estação de trabalho 32 e um primeiro molde 40 móvel entre a primeira estação de trabalho 31 e a segunda

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15/21 estação de trabalho 32. O primeiro molde 40 compreende uma primeira parte do molde 41 compreendendo uma primeira cavidade do molde 42, a primeira cavidade do molde 42 corresponde ao envelope do lado inferior de uma pá de turbina eólica, por exemplo, o lado de sucção da pá, e uma segunda parte do molde 43 com uma segunda cavidade do molde 44 correspondente ao envelope do lado superior de uma pá de turbina eólica, por exemplo, o lado de pressão da pá. Etapas de fabricação separadas são realizadas em cada qual da primeira estação de trabalho 31 e da segunda estação de trabalho 32. Na primeira estação de trabalho 31, uma etapa de fabricação a) é realizada. Nesta etapa, material de reforço de fibra é arranjado em cada qual das partes do molde separadas 41, 43 do primeiro molde 40 que, neste ponto de tempo, está localizada na primeira estação de trabalho 31. O arranjo de material de reforço de fibra em cada qual das partes do molde separadas 41, 43 na etapa a) pode ser realizado manualmente ou de maneira automatizada, e pode ser feito usando um pórtico, que é tanto compartilhado pelas partes do molde separadas 41, 43 quanto usando pórticos separados para cada parte do molde separada 41, 43. As cavidades do molde 42, 44 das partes do molde 41, 43 são normalmente revestidas com um gel de cobertura ou similares antes de o material de reforço de fibra ser arranjado. O material de reforço de fibra pode compreender fibras em muitas formas, tais como fibras curtas em tufos, mantas, prepregs e pré-formas. As fibras podem ser de qualquer material, mas são preferivelmente feitas de vidro e/ou carbono. Alternativamente, fibras de planta ou fibras metálicas, tais como fibras de aço, podem ser utilizadas. Depois do arranjo do material de reforço de fibra, o primeiro molde 40 é preparado para infusão de um material de matriz curável. Tipicamente, um processo RTM ou VARTM é usado, e as partes do molde separadas 41, 43 são cada qual preparadas arranjando-se canais de entrada de resina por cima do material de reforço de fibra em cada qual das partes do molde separadas 41, 43. Subsequentemente, cada parte do molde separada 41, 43 é coberta e selada por um saco de vácuo hermético ao ar, criando assim uma cavidade do

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16/21 molde. Por meio disto, um vácuo pode ser criado entre a parte do molde 41, 43 e o saco de vácuo, de forma que o material de matriz curável possa ser extraído para a cavidade do molde e impregnando o material de reforço de fibra via os canais de entrada de resina. O arranjo dos canais de entrada e cobertura e vedação de cada qual das partes do molde 41, 43 do primeiro molde 40 com um saco de vácuo pode ser realizado durante a etapa a) ou o primeiro molde 40 pode mover-se para a segunda estação de trabalho 32, onde esta etapa também pode ser realizada. A etapa de fabricação primária realizada na segunda estação de trabalho 32 é preferivelmente suprimento de material de matriz curável, por exemplo, uma resina líquida, como anteriormente descrito. Tipicamente, o material de matriz é infundido a partir da área da raiz.

[047] A figura 4 ilustra uma linha de fabricação 30 similar à representada na figura 3. Entretanto, a linha de fabricação 30 foi estendida com uma terceira estação de trabalho 33 seguindo a segunda estação de trabalho 32. O primeiro molde 40 move-se para a terceira estação de trabalho 33 depois de a infusão de material de matriz ter sido completada, mas não necessariamente antes de o material da matriz ser completamente curado, e assim formando partes da carcaça separadas. Quando o primeiro molde 40 tiver sido movimentado para a terceira estação de trabalho 33, os sacos de vácuo são primeiro removidos, depois do que um certo retrabalho das partes da carcaça separadas pode ser necessário antes de adesivo para unir as partes da carcaça separadas ser aplicado e as partes do molde separadas 41, 43 serem montadas de forma que um conjunto de molde fechado 46 seja formado.

[048] A figura 5 ilustra uma linha de fabricação 30 mostrada na figura 4, mas com a adição da utilização de um segundo molde 50 e um terceiro molde 60 também, de maneira tal que uma linha de fabricação contínua 30 seja estabelecida. Assim, a etapa a) é realizada na primeira estação de trabalho 31 de forma substancialmente simultânea, com a etapa c) sendo realizada na segunda estação de trabalho 32, e a etapa e) é realizada

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17/21 de forma substancialmente simultânea na terceira estação de trabalho 33. Depois que cada qual dessas são realizadas, as etapas b), d) e f) são realizadas de maneira tal que o primeiro molde 40, o segundo molde 50 e o terceiro molde 60 cada qual movam-se para a estação de trabalho seguinte, de maneira tal que a linha de fabricação contínua seja estabelecida.

[049] A figura 6 ilustra a linha de fabricação 30 mostrada nas figuras 4 e 5, e uma linha de finalização 70 com uma primeira estação de acabamento 71, uma segunda estação de acabamento 72, e uma terceira estação de acabamento 73. Na primeira estação de acabamento 71, uma verificação da qualidade das pás de turbina eólica fabricadas 45, 55, 65 é realizada, enquanto o corte e limpeza da pá de turbina eólica fabricada 45, 55, 65 são realizados na segunda estação de acabamento 72. Na terceira estação de acabamento 73, a pá de turbina eólica fabricada 45, 55, 65 é revestida com uma tinta. A figura 6 ilustra um instantâneo do método que atingiu uma produção no estado estacionário de pás de turbina eólica. O primeiro molde 40 é localizado na primeira estação de trabalho 31, onde a etapa a) está sendo realizada, enquanto o segundo molde 50 está localizado na segunda estação de trabalho 32, onde a etapa c) está sendo realizada, e o terceiro molde 60 está localizado na terceira estação de trabalho 33, onde a etapa e) está sendo realizada. Na primeira estação de acabamento 71, uma terceira pá de turbina eólica 65 está localizada, que foi formada pelo terceiro molde 60, enquanto, na segunda estação de acabamento 72, uma primeira pá de turbina eólica 45 está localizada, que foi formada pelo primeiro molde 40, e finalmente, na terceira estação de acabamento 73, uma segunda pá de turbina eólica 55 está localizada, que foi formada pelo segundo molde 50. Os moldes 40, 50, 60 são assim circulados de uma maneira permutada entre a primeira estação de trabalho 31, a segunda estação de trabalho 32 e a terceira estação de trabalho 33, de maneira tal que, quando um molde 40, 50, 60 deixa a terceira estação de trabalho 33, ele é retornado para a primeira estação de trabalho 31, que define uma circulação de moldes 40, 50, 60. Os moldes são preferivelmente

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18/21 transportados para a primeira estação de trabalho 31 como um conjunto de moldes fechados, após o que os moldes 40, 50, 60 são abertos e a pá de turbina eólica fabricada 45, 55, 65 é removida e movimentada para a primeira estação de acabamento 71, enquanto as partes do molde separadas 41, 43, 51, 53, 61, 63 são colocadas na primeira estação de trabalho 31. Na figura 6, a linha de fabricação 30 e a linha de finalização 70 são paralelas, com uma área de transporte entre elas. Entretanto, a linha de fabricação 30 e a linha de finalização 70 podem ser também justapostas, sem ter a área de transporte entre elas. A linha de fabricação 30 e a linha de finalização são preferivelmente colocadas em uma instalação de produção, de maneira tal que o manuseio seja minimizado.

[050] Vale a pena notar que os moldes 40, 50, 60 podem ser moldes para diferentes tipos de pás, cada qual com diferente tempo de processo associado com as diferentes etapas de processo necessárias para produzir a pás. A fim de conseguir uma melhor utilização da capacidade da linha de fabricação 30, certas etapas fixas são realizadas somente em estações de trabalho dedicadas e etapas flexíveis entre etapas fixas subsequentes a ser realizadas em diferentes estações de trabalho são comutadas para frente e para trás entre essas estações de trabalho, dependendo da disponibilidade das estações de trabalho. A tabela 1 seguinte dá um exemplo de uma tabela de processo para moldagem e montagem de uma carcaça com vento pela frente e pela retaguarda de uma pá de turbina eólica em uma linha de fabricação em série, na qual etapas de processo fixas e possivelmente flexíveis estão indicadas.

Tabela 1

A FAVOR DO VENTO	CONTRA O VENTO	TIPO
Preparação do molde	Preparação do molde	fixo
Revestimento de gel	Revestimento de gel	flexível
Cura do revestimento de	Cura do revestimento de	fixo

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gel	gel
Disposição de vidro 1	Disposição de classe 1	fixo
Disposição tipo balsa e escovamento	Disposição tipo balsa e escovamento	fixo
Disposição de vidro 2	Disposição de vidro 2	fixo
Meio de infusão	Meio de infusão	flexível
Vácuo	Vácuo	flexível
Infusão de resina	Infusão de resina	fixo
Cura	Cura	fixo
Desensacamento	Desensacamento	flexível
Fechar preparação	Fechar preparação	flexível
Adesivar base da carcaça		fixo
Inserir alma		fixo
Adesivar a alma e o flange		fixo
Fechamento	fixo
Curar o adesivo	fixo
Desmoldagem (pá para pós-moldagem)	fixo
Limpeza	flexível

[051] O método e a linha de fabricação 30 podem ser também realizados onde os moldes 40, 50, 60 são fechados antes do suprimento de material de matriz curável, de maneira tal que uma pá de turbina eólica integral seja formada, por exemplo, sem uma costura.

[052] A invenção foi descrita com referência a uma modalidade preferida. Entretanto, o escopo da invenção não está limitado à modalidade ilustrada, e alterações e modificações podem ser realizadas sem fugir do escopo da invenção.

NÚMEROS DE REFERÊNCIA

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20/21 turbina eólica torre nacele cubo pá ponta da pá raiz da pá pá de turbina eólica linha de fabricação primeira estação de trabalho segunda estação de trabalho terceira estação de trabalho primeiro molde primeira parte do molde (do primeiro molde 40) primeira cavidade do molde (da primeira parte do molde 41) segunda parte do molde (do primeiro molde 40) primeira cavidade do molde (da segunda parte do molde 43) pá de turbina eólica (modelada do primeiro molde 40) conjunto de molde fechado segundo molde primeira parte do molde (do segundo molde 50) primeira cavidade do molde (da primeira parte do molde 51) segunda parte do molde (do segundo molde 50) primeira cavidade do molde (da segunda parte do molde 53) pá de turbina eólica (modelada do segundo molde 50) terceiro molde primeira parte do molde (do terceiro molde 60) primeira cavidade do molde (da primeira parte do molde 61) segunda parte do molde (do terceiro molde 60) primeira cavidade do molde (da segunda parte do molde 63)

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21/21 pá de turbina eólica (modelada do terceiro molde 60) linha de finalização primeira estação de acabamento segunda estação de acabamento terceira estação de acabamento

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para fabricar pás de turbina eólica tendo um comprimento maior que, e inclusive, 30 metros e tendo uma estrutura de carcaça de compósito compreendendo um material de matriz e um material de reforço de fibra pelo uso de moldagem por transferência de resina assistida por vácuo (VARTM), as pás de turbina eólica sendo formadas em diversos moldes (40), cada qual dos diversos moldes (40) compreendendo pelo menos uma primeira parte do molde (41) e uma segunda parte de molde (43), ditas partes de molde sendo usadas para formar partes de carcaça separadas aderidas uma a outra para formar uma pá de turbina eólica, cada uma das ditas partes de carcaça sendo formada por arranjar material de reforço de fibra em uma cavidade de molde de cada parte de molde, cada cavidade de molde sendo formada por selar um saco de vácuo para a parte de molde e acoplar uma fonte de vácuo a cada uma das cavidades de molde de modo a ser evacuado antes da injeção do material de matriz curável líquido, caracterizado pelo fato de que compreende uma linha de fabricação (30) compreendendo diversas estações de trabalho separadas (31, 32), onde as etapas de fabricação separadas são realizadas, em que o método compreende as seguintes etapas:

a) arranjar o material de reforço de fibra nas cavidades do molde da primeira parte do molde (41) e da segunda parte do molde (43) de um primeiro molde (40) em uma primeira estação de trabalho (31);

b) movimentar a primeira parte do molde (41) e a segunda parte do molde (43) com os materiais de reforço de fibra pelo uso de dispositivo de transporte para uma segunda estação de trabalho (32) com uma posição diferente da primeira estação de trabalho (31); e

c) suprir o material de matriz curável líquido nas cavidades do molde da primeira parte do molde (41) e da segunda parte do molde (43) na segunda estação de trabalho (32).
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa seguinte:

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d) movimentar a primeira parte do molde (41) e a segunda parte do molde (43), enquanto o material de matriz estiver curando, pelo dispositivo de transporte da segunda estação de trabalho (32) para uma terceira estação de trabalho (33) com uma posição diferente da primeira (31) e da segunda estação de trabalho (32).
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a primeira parte do molde (41) e a segunda parte do molde (43) do primeiro molde podem ser montadas para formar um conjunto de molde fechado (46), cada parte do molde (41, 43) compreendendo uma cavidade do molde (42, 44).
4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas:

e) montar as partes do molde separadas (41, 43) do primeiro molde (40) e aplicar um adesivo entre as partes da carcaça,

f) movimentar o primeiro molde (40), enquanto o adesivo estiver curando, pelo dispositivo de transporte da terceira estação de trabalho (33) para a primeira estação de trabalho (31).
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa seguinte:

g) abrir o conjunto de molde fechado (46) na primeira estação de trabalho (31) e remover a pá de turbina eólica fabricada (45).
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a quantidade de moldes (40, 50, 60) é pelo menos a mesma quantidade de estações de trabalho (31, 32, 33) na linha de fabricação (30), e os moldes (40, 50, 60) são circulados de uma maneira permutada entre as estações de trabalho (31, 32, 33), de maneira tal que uma linha de fabricação contínua (30) seja estabelecida.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que as etapas de processo compreendem uma ou mais etapas de processo fixas e/ou uma ou mais etapas

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3/4 de processo flexíveis, em que as etapas de processo fixas são dedicadas a uma dada estação de trabalho (31, 32, 33) ou a um dado tipo de estação de trabalho, e as etapas de processo flexíveis podem ser comutadas entre estações de trabalho (31, 32, 33).
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os moldes (40, 50, 60) movem-se entre estações de trabalho (31, 32, 33) de acordo com um esquema de produção levando-se em conta os tempos de ciclo de diferentes tipos de pá a ser produzidos simultaneamente e/ou o tempo real necessário para cada etapa de processo da pá a ser produzida simultaneamente.
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os moldes (40, 50, 60) movem-se substancialmente em uma direção longitudinal (L) dos moldes, quando estão sendo movimentados pelo dispositivo de transporte.
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o material de reforço de fibra é seco, por exemplo, não pré-impregnado com resina, quando arranjado nos diversos moldes (40, 50, 60).
11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que as pás de turbina eólica fabricadas têm um comprimento maior que, e inclusive, 40 metros ou 50 metros.
12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma linha de finalização (70) com diversas estações de acabamento (71,72, 73).
13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a primeira estação de trabalho (31) na linha de fabricação (30) e a primeira estação de acabamento (71) na linha de finalização (70) são justapostas.
14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a pá de turbina eólica move-se pelo

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4/4 dispositivo de guindaste da primeira estação de trabalho (31) na linha de fabricação (30) para a primeira estação de acabamento (71) na linha de finalização (70).
15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os diversos moldes (40, 50, 60) têm diferentes formas e/ou comprimentos, de maneira tal que o método produza pás de turbina eólica (45, 55, 65) com diferentes propriedades.