ES2348049T3 - Metodo para producir una pala de rotor de turbina eolica. - Google Patents
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Abstract
Método para producir una pala (1) de rotor de turbina eólica como estructura (1) laminada reforzada con fibra disponiendo en capas diversas capas (19) de refuerzo de fibra secas colocándolas unas encima de otras en un molde (17), infundiendo un polímero líquido o viscoso curable en el molde (17) tras haber dispuesto en capas las capas (19) de refuerzo de fibra en el molde (17) y curando el polímero, en el que una capa (13) potenciadora del flujo para potenciar el flujo de polímero durante la infusión del polímero se coloca entre dos capas (19) de refuerzo de fibra cuando se disponen en capas las diversas capas (19) de refuerzo de fibra secas caracterizado porque - la pala de rotor de turbina eólica está constituida por una carcasa (3) superior y una carcasa (5) inferior que comprenden, cada una, una sección (9) engrosada y una sección (11) no engrosada, - en el que las capas (13) potenciadoras del flujo están presentes entre pilas de capas reforzadas con fibra en la sección (19) engrosada, y - se usa una capa sólida curada previamente como capa (13) potenciadora del flujo.
Description
Método para producir una pala de rotor de
turbina eólica.
La presente invención se refiere a un método
para producir palas de rotor de turbina eólica, colocando diversas
capas de refuerzo de fibra secas unas encima de otras en un molde,
inyectando un polímero líquido o viscoso curable en el molde tras
haber colocado las capas de refuerzo de fibra en el molde y curando
el polímero.
En tales métodos para producir estructuras
laminadas reforzadas con fibra es importante garantizar una
humectación suficiente de las capas de refuerzo secas tras haberse
colocado en el molde. Si la humectación es insuficiente, esto puede
conducir a una delaminación y a bolsas de aire dentro de la
estructura laminada y, como consecuencia, a arrugas en la
estructura laminada que constituyen puntos débiles de la estructura.
Esta deficiencia es en particular un problema en el caso de
estructuras laminadas reforzadas con fibra gruesas tales como, por
ejemplo refuerzos longitudinales de palas de rotor de turbina
eólica.
Con el fin de abordar este problema, en el
documento US 2007/0040294 A1 se ha propuesto usar diversas
estructuras laminadas prefabricadas que se colocan unas encima de
otras para formar los refuerzos longitudinales así como los
extremos frontal y trasero de una pala de rotor de turbina eólica.
La construcción global de la pala dada a conocer en el documento US
2007/0040294 A1 comprende estructuras intercaladas que se forman de
manera convencional y estructuras laminadas que se forman mediante
partes de las estructuras laminadas prefabricadas. Por tanto, las
carcasas superior e inferior de la pala están compuestas cada una
por secciones fabricadas de material diferente. Los puntos de
contacto entre las secciones fabricadas de material diferente pueden
constituir puntos débiles de la pala.
El documento WO 2007/038930 A1 describe un
método para producir un producto reforzado con fibra en el que se
colocan una o más capas de fibras de refuerzo en un molde junto con
al menos una capa porosa y se introduce una resina para su
distribución a través del elemento poroso a las capas de fibra. El
elemento poroso puede colocarse, en particular, de manera que forma
una capa interna y puede tener una estructura de hoja en forma de
un material tricotado, tejido, cosido, tejido a ganchillo, espumado
o similar a un filtro. El producto puede ser en particular una
parte de una carcasa de una pala de turbina eólica.
El documento US 2005/0037678 A1 describe medios
de infusión de resina de material textil de rejilla abierta y
láminas compuestas de refuerzo. Los materiales textiles de rejilla
abierta sirven como medio de infusión entre láminas que mejora
significativamente la velocidad, uniformidad y capacidad para
controlar la calidad de la transferencia, el suministro y la
distribución de resina de matriz (plástico) por toda la pila de
productos laminados. El material textil de rejilla abierta se
refiere a materiales textiles tricotados o tejidos. El material
textil de rejilla abierta puede intercalarse en el medio y/o
colocarse en cualquiera o ambos lados del patrón laminado.
El documento US 2003/0077965 A1 describe medios
de infusión de resina de material textil separador tridimensional y
láminas compuestas de refuerzo. El separador de medios de infusión
de material textil puede intercalarse en el medio y/o colocarse en
cualquier o ambos extremos del patrón laminado para promover una
distribución rápida y uniforme en todos los lados del producto
laminado seco.
El documento US 2004/0017020 A1 describe un
procedimiento para el moldeo de fibra de vidrio usando vacío. Se
coloca una capa porosa no absorbente entre capas de absorbedor de
resina de fibra de vidrio y se teje para proporcionar una onda que
define pasos para que se desplace la resina. La capa no absorbente
puede ser un ligamento de fibras no absorbentes o un núcleo sólido
que incluye madera que tiene ranuras, canales u orificios por toda
la superficie y espuma que tiene ranuras, canales u orificios por
toda la superficie. Además, también se menciona tejido metálico a
partir de fibras o que tiene ranuras, canales u orificios por toda
la superficie, así como fibras de tejido de plástico. El documento
WO 2005/121430 A2 describe una construcción de múltiples capas que
puede usarse como refuerzo en una pieza obtenida mediante moldeo por
transferencia de resina. Comprende una capa de núcleo que consiste
en una estructura de trabajo abierta que tiene una ondulación
especial y está constituida por hilos de alta tenacidad. Los hilos
pueden estar fabricados de fibras metálicas, de vidrio, de carbono
o de aramida.
El documento FR 2 870 861 A1 describe un
producto laminado textil para su integración en la estructura de un
artículo moldeado realizado infundiendo resina. El producto laminado
textil combina al menos una capa de construcción textil de refuerzo
y al menos una capa de drenaje formada por una construcción de
trabajo abierta que puede formar una zona de paso preferente para
la resina durante la infusión. La capa de refuerzo y la capa de
drenaje están unidas mecánicamente por medio de una superficie de
contacto de adhesión del tipo que permite que el producto laminado
siga siendo deformable.
El documento US 5.484.642, que corresponde al
documento FR 2 605 929 A1 describe un material textil útil para
producir artículos laminados compuestos mediante moldeo por
inyección. La técnica de moldeo por inyección implica disponer una
pila de capas de refuerzo textil en el molde que tiene una forma que
corresponde a la del artículo que va a obtenerse y tras haberse
cerrado el molde, inyectar una resina en el mismo. Al menos una
capa de la pila de refuerzo textil tiene una estructura en la que se
extienden conductos en al menos una dirección en la pila para
mejorar el flujo de la resina que fluye por la inyección.
El documento GB 2 381 493 A describe materiales
compuestos en los está presente un medio de flujo para potenciar el
flujo de un líquido a través del material compuesto, entre
materiales textiles de carbono.
El documento WO 02/058915 A1 describe un
material de núcleo para una estructura de material compuesto de
resina reforzada con fibra que tiene hendiduras en su superficie y
orificios pasantes que la atraviesan en la dirección del
grosor.
Por tanto, es un objetivo de la presente
invención proporcionar un método para producir estructuras laminadas
reforzadas con fibra que superan los problemas mencionados
anteriormente.
Este objetivo se soluciona mediante un método
para producir estructuras laminadas reforzadas con fibra según la
reivindicación 1. Las reivindicaciones dependientes definen
desarrollos adicionales de la invención.
Al usar capas potenciadoras del flujo de este
tipo es posible garantizar una humectación suficiente de todas las
capas de refuerzo de fibra incluso en pilas de capas gruesas. Por
tanto, el riesgo de delaminación y bolsas de aire, que conducirían
a arrugas, se reduce enormemente. Además, la estructura laminada
puede estar constituida por una estructura continua sin puntos en
los que diferentes estructuras son contiguas.
En particular, si van a producirse estructuras
laminadas reforzadas con fibra gruesas, puede crearse una pila que
comprende diversas capas de refuerzo de fibra y entonces disponer en
capas al menos una capa potenciadora del flujo encima de la pila
cuando se disponen en capas las diversas capas de refuerzo de fibra
secas. Esto ofrece la posibilidad de formar pilas de capas de
refuerzo de fibra sin una capa potenciadora del flujo hasta un
grosor para el que puede garantizarse una humectación suficiente sin
una capa potenciadora del flujo de modo que el número total de
capas potenciadoras del flujo puede mantenerse pequeño. En
particular, puede disponerse en capas diversas pilas y diversas
capas potenciadoras del flujo de modo que las pilas y capas
potenciadoras del flujo se alternen. Las capas potenciadoras del
flujo garantizan entonces que una cantidad suficiente de polímero
pueda fluir entre diferentes pilas de capas de refuerzo de fibra
para humectar suficientemente todas las capas de refuerzo de fibra
de las pilas.
Además, puede colocarse una capa potenciadora
del flujo como la capa más inferior y/o puede colocarse una capa
potenciadora del flujo como la capa más superior de la estructura
laminada para facilitar el flujo de polímero en la parte inferior y
la parte superior de la estructura en capas en el molde.
Según la invención, la capa potenciadora del
flujo es una capa sólida curada previamente. Esto garantiza que su
propiedad de potenciación del flujo se mantenga incluso si se aplica
presión a las capas durante la infusión del polímero o existe vacío
durante la infusión. Si la capa potenciadora del flujo tiene una
compresibilidad demasiado alta, podría existir el riesgo de que se
redujeran demasiado sus propiedades de potenciación del flujo al
aplicar presión o vacío.
Aunque puede usarse el mismo material para las
capas potenciadoras del flujo que el usado para las capas de
refuerzo de fibra, puede ser ventajoso usar un material diferente
para formar las capas potenciadoras del flujo. Esto ofrece la
posibilidad de proporcionar una razón de rigidez deseada de las
capas potenciadoras del flujo con respecto a las capas de refuerzo
de fibra tras curar la resina.
Además, en particular las capas perforadas
pueden corrugarse para aumentar el espacio disponible para el flujo
del polímero.
El método inventivo se usa para producir palas
de rotor de turbina eólica como estructuras laminadas reforzadas
con fibra.
Características, propiedades y ventajas
adicionales de la presente invención resultarán evidentes a partir
de la siguiente descripción de una realización de la invención junto
con los dibujos adjuntos.
La figura 1 muestra esquemáticamente una sección
a través de una pala de rotor de turbina eólica laminada.
La figura 2 muestra un detalle de la figura
1.
La figura 3 muestra esquemáticamente una primera
etapa en el procedimiento para producir una pala de rotor según la
figura 1.
La figura 4 muestra una segunda etapa en el
procedimiento para producir una pala de rotor según la figura
1.
La figura 5 muestra una tercera etapa en el
procedimiento para producir una pala de rotor según la figura
1.
La figura 6 muestra un primer ejemplo de una
capa potenciadora del flujo usada en el procedimiento para producir
una pala de rotor tal como se muestra en la figura 1 en una vista
desde arriba.
La figura 7 muestra la capa potenciadora del
flujo de la figura 6 en una vista en sección.
La figura 8 muestra un segundo ejemplo para una
capa potenciadora del flujo.
La figura 9 muestra la capa potenciadora del
flujo de la figura 8 en una vista en sección.
La figura 1 es una vista esquemática de la
sección transversal de una pala 1 de rotor de turbina eólica
laminada. La pala 1 de rotor está constituida por una carcasa 3
superior y una carcasa 5 inferior que comprenden, cada una, una
sección 9 engrosada y secciones 11 no engrosadas. Las carcasas 3, 5
superior e inferior comprenden diversas capas de refuerzo de fibra
que no se muestran individualmente en la figura. En la sección 9
engrosada el número de capas de refuerzo aumenta con respecto a las
secciones 11 no engrosadas.
La sección 9 engrosada de la carcasa 3 superior
se muestra en más detalle en la figura 2. En la sección 9
engrosada, están presentes capas 13 potenciadoras del flujo entre
pilas de capas 15 de refuerzo de fibra. Las capas 15 de refuerzo de
fibra, así como las capas 13 potenciadoras del flujo, están
incrustadas en una matriz de resina que se ha formado mediante la
infusión de resina y el curado posterior de la resina. Durante el
proceso de infusión las capas 13 potenciadoras del flujo dispuestas
en capas entre pilas 15 adyacentes de las capas de refuerzo de
fibra garantizan un flujo de resina suficiente entre las pilas 15 de
modo que se consigue una humectación suficiente de todas las capas
de refuerzo de fibra en las pilas 15.
El método para formar la pala 1 de rotor de
turbina eólica mostrada en las figuras 1 y 2 se describirá ahora
con respecto a las figuras 3 a 5. En general, las carcasas 3, 5
superior e inferior de la pala 1 de rotor se producen colocando
capas de refuerzo de fibra secas unas encima de otras en un molde,
humectando las capas de refuerzo de fibra por medio de la infusión
de una resina y curando posteriormente la resina. Obsérvese que
aunque se describe con respecto a la producción de una pala 1 de
rotor de turbina eólica, el método que se describirá con respecto a
las figuras 3 a 5 también puede usarse para producir otras
estructuras laminadas reforzadas con fibra, por ejemplo en la
construcción de embarcaciones.
Una primera etapa del método para producir la
pala 1 de rotor mostrada en la figura 1 se muestra en la figura 3.
La figura muestra esquemáticamente una vista en sección cortada del
molde 17 y diversas capas 19 de refuerzo de fibra, por ejemplo
capas de fibra de vidrio, capas de fibra de carbono o capas de fibra
de aramida, que se colocan secas en el molde 17 unas encima de
otras de manera que forman una pila 15 de las capas 19 de refuerzo
de fibra.
Tras haber colocado una pila 15 de capas de
refuerzo de fibra en el molde 17, se coloca una capa 13 potenciadora
del flujo encima de la pila 15 (véase la figura 4).
Tras haber colocado la capa 13 potenciadora del
flujo encima de la primera pila 15 de capas 19 de refuerzo de
fibra, se coloca otra pila 15 que comprende diversas capas 19 de
refuerzo de fibra encima de la capa 13 potenciadora del flujo, tal
como se muestra en la figura 5.
Puede continuarse disponiendo en capas de manera
alternante pilas 15 de capas 19 de refuerzo de fibra y capas 13
potenciadoras del flujo hasta alcanzar el grosor deseado de la
disposición en capas. El número de capas 19 de refuerzo de fibra
puede ser tan alto como sea posible sin influir negativamente en la
humectación de todas las capas 19 de refuerzo de fibra dentro de
una pila 15.
Aunque no se muestra en las figuras 3 a 5,
pueden estar presentes capas 13 potenciadoras del flujo adicionales
bajo la pila 15 más inferior de capas 19 de refuerzo de fibra. En
este caso, una capa 13 potenciadora del flujo sería la primera capa
colocada en el molde 17. La capa más externa de la pila global que
consiste en pilas 15 de capas 19 de refuerzo de fibra que se
alternan con capas 13 potenciadoras del flujo puede ser también una
capa 13 potenciadora del flujo.
Tras la disposición en capas de las capas 19 de
refuerzo de fibra secas y las capas 13 potenciadoras del flujo
secas, se cierra el molde 17 y se aplica vacío al molde. Entonces,
una resina, por ejemplo una resina de poliéster o una resina
epoxídica, se infunde al interior del molde evacuado. La resina
humecta las capas de refuerzo de fibra usando de ese modo las capas
13 potenciadoras del flujo como trayectorias de flujo que permiten
la distribución de la resina por toda la pila global gruesa. Tras
un tiempo, todas las capas 19 de refuerzo de fibra, y también todas
las capas 13 potenciadoras del flujo, están suficientemente
humectadas. Entonces, se cura la resina. Tras curar la resina, se
desmonta el molde 17.
Ejemplos de capas 13 potenciadoras del flujo que
pueden usarse en el método descrito se muestran en las figuras 6 a
9.
Las figuras 6 y 7 muestran una capa 13
potenciadora del flujo que se implementa como una estera tejida.
Mientras que la figura 6 muestra una vista desde arriba sobre la
estera, la figura 7 muestra una vista en sección a través de la
estera. Tal como puede observarse a partir de las figuras, los hilos
21, 22 de la estructura tejida proporcionan espacio para un flujo
de resina a través de la capa 13 potenciadora del flujo por encima
y por debajo de los hilos 21, 22. Además, la resina puede fluir a
través de las aberturas 23 entre hilos adyacentes desde un lado de
la estera tejida hasta el otro. Por tanto, la permeabilidad de esta
estera tejida es mucho mayor que la de las capas 19 de refuerzo de
fibra.
La estera tejida puede estar fabricada del mismo
material que las capas 19 de refuerzo de fibra. Además, la estera
tejida se cura previamente de manera que sea inherentemente estable.
Esto impide la reducción del espacio de flujo para la resina
impidiendo la compresión de la estera tejida cuando se aplica vacío
al molde. En la presente realización de la invención, la estera
tejida está fabricada de un producto laminado epoxídico de fibra de
vidrio.
Las figuras 8 y 9 muestran una capa 13
potenciadora del flujo que se implementa como una placa 25 metálica
corrugada. La capa potenciadora del flujo mostrada en las figuras 8
y 9 no forma parte de la presente invención. Mientras que la figura
8 muestra una vista desde arriba sobre la placa 25 metálica
corrugada, la figura 9 muestra una vista en sección a través de la
placa 25. Aunque la corrugación sola sería suficiente para
proporcionar espacio de flujo para que la resina fluya a través de
la capa 13 potenciadora del flujo, el flujo puede potenciarse
adicionalmente proporcionando orificios 27 perforados en la placa 25
metálica corrugada, tal como se muestra en las figuras 8 y 9. A
través de los orificios 27, la resina puede fluir fácilmente desde
un lado de la placa 25 metálica corrugada hasta el otro. Aunque se
muestran ubicados en los puntos más altos y más bajos de la placa
25 metálica corrugada, los orificios 27 pueden estar presentes
adicional o alternativamente entre estas ubicaciones.
Aunque no se menciona explícitamente, pueden
usarse materiales distintos del material del que están fabricadas
las capas 19 de refuerzo de fibra o metal como material para las
capas 13 potenciadoras del flujo. Al usar materiales seleccionados,
resulta posible proporcionar una razón de rigidez deseada de las
capas 13 potenciadoras del flujo con respecto a las capas 19 de
refuerzo de fibra tras curar la resina.
Durante toda la descripción, la humectación de
las capas de refuerzo de fibra significa una humectación hasta un
grado deseado que sea suficiente para la aplicación deseada del
producto producido con el método. El grado de humectación puede
variar por tanto desde una humectación parcial de las capas de
refuerzo de fibra hasta una humectación completa de las capas de
refuerzo de fibra, dependiendo de la estructura laminada que va a
formarse.
Aunque se ha descrito una estera tejida curada
previamente como ejemplo para la capa potenciadora del flujo,
pueden usarse en su lugar otras estructuras de malla curadas
previamente, con o sin corrugación.
En el método inventivo, se facilita la infusión
de resina, en particular para pilas gruesas de capas de refuerzo de
fibra, al usar capas potenciadoras del flujo entre pilas de capas de
refuerzo de fibra. Esto permite la fabricación de productos
laminados más gruesos y, por tanto, posibilita la fabricación de
estructuras laminadas integradas estructurales más grandes.
Claims (6)
1. Método para producir una pala (1) de rotor de
turbina eólica como estructura (1) laminada reforzada con fibra
disponiendo en capas diversas capas (19) de refuerzo de fibra secas
colocándolas unas encima de otras en un molde (17), infundiendo un
polímero líquido o viscoso curable en el molde (17) tras haber
dispuesto en capas las capas (19) de refuerzo de fibra en el molde
(17) y curando el polímero, en el que una capa (13) potenciadora
del flujo para potenciar el flujo de polímero durante la infusión
del polímero se coloca entre dos capas (19) de refuerzo de fibra
cuando se disponen en capas las diversas capas (19) de refuerzo de
fibra secas caracterizado porque
- la pala de rotor de turbina eólica está
constituida por una carcasa (3) superior y una carcasa (5) inferior
que comprenden, cada una, una sección (9) engrosada y una sección
(11) no engrosada,
- en el que las capas (13) potenciadoras del
flujo están presentes entre pilas de capas reforzadas con fibra en
la sección (19) engrosada, y
- se usa una capa sólida curada previamente como
capa (13) potenciadora del flujo.
2. Método según la reivindicación 1,
caracterizado porque se usa una capa perforada como capa (13)
potenciadora del flujo.
3. Método según la reivindicación 2,
caracterizado porque se usa el mismo material que el material
de las capas (19) de refuerzo de fibra como material de capa de la
capa (13) potenciadora del flujo.
4. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se levanta una
pila (15) que comprende diversas capas (19) de refuerzo de fibra,
entonces se coloca al menos una capa (13) potenciadora del flujo
encima de la pila (15) cuando se disponen en capas las diversas
capas (19) de refuerzo de fibra secas.
5. Método según la reivindicación 4,
caracterizado porque se disponen en capas diversas pilas (15)
y diversas capas (13) potenciadoras del flujo de modo que las pilas
(15) y capas (13) potenciadoras del flujo se alternan.
6. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se coloca
una capa (13) potenciadora del flujo como la capa más inferior y/o
se coloca una capa potenciadora del flujo como la capa más superior
de la estructura en capas en el molde (17).
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