La fabricación de palas de aerogeneradores se ha basado en la tecnología de compuestos termoestables. Sin embargo, los compuestos termoplásticos ofrecen reciclabilidad y otras ventajas. Cuando se utilizan termoplásticos reforzados para producir palas de rotor, ofrecen ventajas significativas sobre los termoestables. Primero, los termoplásticos son plásticos cuando se calientan y retienen la plasticidad a diferencia de los plásticos termoendurecibles permanentes. Por lo tanto, al final de la vida útil, las cuchillas termoplásticas se pueden moldear calentando y reciclando. Asumiendo que la fabricación de cuchillas ahora usa cientos de miles de toneladas de materiales compuestos cada año, esto creará un beneficio de mercado cada vez más importante.
1. Ventajas y desventajas
Ventaja 1: Reciclable
Al final de su vida útil, las cuchillas termoplásticas se pueden calentar para formar algo para reciclar.
Ventaja 2: ciclo de curado corto
Los termoplásticos también resuelven los obstáculos para el ciclo de curado, que ahora ralentizan la velocidad de producción de las cuchillas termoestables. Las hojas moldeadas pueden ser desmoldeadas bajo calentamiento, acelerando aún más el proceso de producción. Los componentes se pueden co-curar o conectar calentando la interfaz local y la soldadura. Las piezas pequeñas pueden usar moldeo por inyección de pellet.
Ventaja tres: la fuerza y la rigidez son más altas
Los termoplásticos reforzados pueden ser más resistentes que los termoestables con el mismo peso, lo que resulta en una estructura más ligera. La optimización del diseño de la cuchilla para estos plásticos puede dar como resultado diferentes configuraciones. Por ejemplo, al diseñar una cuchilla para que se asemeje más al ala de un avión, reforzada con costillas y vigas, los diseñadores pueden eliminar muchos de los núcleos estructurales que se usan actualmente en las cuchillas. Las espumas y otros materiales del núcleo absorben la resina, agregando peso y costo, y deben ser modelados.
En uso, su resistencia a la lluvia, la nieve, etc. es mejor que la de los plásticos termoendurecibles, y por lo general tiene una mayor tolerancia al daño y un crecimiento de grietas más lento. Debido a sus propiedades más prolongadas, los termoplásticos tienen una mejor resistencia al impacto y tienden a mostrar abolladuras visibles. A diferencia de los compuestos termoestables, están ocultos en laminados y no muestran defectos en la superficie.
Desventaja 1: baja resistencia a la fatiga
Las propiedades de fatiga de los termoplásticos reforzados son bastante pobres debido a la conexión más débil entre las fibras y la matriz de plástico. La conexión entre los dos es mecánica. Es la contracción de la resina de matriz alrededor de la fibra durante el proceso de curado, no la conexión química. Los agentes de acoplamiento convencionales se usan para mejorar la unión de fibras de vidrio, fibras de carbono y resinas termoendurecibles, pero tienen poco efecto sobre las resinas termoplásticas.
Desventaja 2: el rendimiento de calor / humedad es generalmente peor que la resina termoestable
Las propiedades de calor / humedad son generalmente inferiores a las de las resinas termoendurecibles porque la humedad caliente expande la matriz y afloja las conexiones mecánicas, haciendo que las cadenas moleculares de la matriz se deslicen a lo largo de las fibras. Además, la mayoría de las resinas termoplásticas son difíciles de procesar, y su mayor viscosidad en estado fundido significa que se requieren mayores temperaturas de procesamiento y presiones de curado para garantizar que la resina pueda penetrar completamente en fibras continuas de fibras largas. Debido a la necesidad de moldes de metal y un alto consumo de energía, el costo aumenta.
2. Estado de la investigación en el hogar y en el extranjero
Extranjero: Green Blade Project of Eire Composites
En Irlanda, la unidad de investigación de tecnología compuesta de la Universidad Estatal de Galway, el equipo de investigación de la Universidad de Limerick y la empresa comercial Eire Composites han estudiado aún más esta última tecnología. Ambas universidades han estudiado extensivamente compuestos APLC-12, y Eire Composites ha estado desarrollando activamente la tecnología de formación de líquidos para la producción de hojas de turbinas eólicas compuestas termoplásticas y cubiertas de góndolas. En el proyecto Green Blade, Eire Composites lidera una colaboración (a través de su subsidiaria, EireCompositeTeo), que incluye Mitsubishi Heavy Industries, Ahlstrom Fiberglass y Cyclics, para desarrollar y fabricar conjuntamente una muestra de cuchilla de 12,6 metros de largo y realizar pruebas. Este trabajo conducirá naturalmente al futuro desarrollo y certificación de hojas compuestas termoplásticas de tamaño completo.
Extranjero: nuevo proyecto de desarrollo de tecnología de hoja de Danish Blade Company BladeKing
Entre varios fabricantes de cuchillas grandes, la empresa danesa LM, que sigue de cerca este trabajo, es el mayor fabricante mundial de palas de aerogeneradores. La compañía en circunstancias normales difícilmente puede hacer que la producción de la cuchilla sea lo suficientemente rápida para cumplir con los requisitos, por lo que quiere reducir el ciclo de producción actual a la mitad y como parte de su último proyecto de desarrollo de tecnología de cuchillas BladeKing. La compañía se ha sentido atraída por la capacidad de los termoplásticos para reducir los ciclos de producción, y puede servir como una posible clave para traer nuevos plásticos al mercado para 2015. Para producir palas muy grandes para futuros aerogeneradores marinos, los altos niveles de automatización son también es necesario. Este es otro enfoque del proyecto BladeKing: usar capas de fibra automatizadas o capas de cinta para acelerar la laminación de fibras en el molde. RisoDTU y la Universidad de Aalborg realizaron una investigación sobre el proyecto BladeKing junto con LM, y el Fondo Nacional Danés de Tecnología Avanzada brindó patrocinio parcial.
Doméstico: Zhongke Hengyuan coopera con RTP para desarrollar palas termoplásticas reforzadas con fibras largas
La industria de la energía eólica de Hunan Zhongke Hengyuan Technology Co., Ltd. diseñó y fabricó pequeñas turbinas eólicas adecuadas para áreas no suministradas por la red. La empresa utiliza termoplásticos largos reforzados con fibra de vidrio de RTP Corp. de los Estados Unidos para inyectar hojas de turbina eólica moldeadas. Según los informes, la compañía cooperó con RTP para desarrollar y usar productos reforzados con fibras muy largas porque tienen la mayor relación resistencia / peso en los materiales de moldeo por inyección. Los materiales largos reforzados con fibra de vidrio proporcionan alto módulo y resistencia al impacto, manteniendo la forma de la cuchilla independientemente de las condiciones ambientales. La excelente estabilidad dimensional puede evitar efectivamente que las cuchillas cambien el ángulo de barlovento, lo que mejora enormemente la eficiencia de la turbina, especialmente en condiciones muy húmedas y muy secas.
3. Resumen
El desarrollo acelerado del mercado global de energía eólica ha permitido a los proveedores de cuchillas no solo ampliar su capacidad sino también encontrar tecnologías para acelerar el proceso de producción para satisfacer la demanda futura. Las ventajas potenciales de las resinas termoplásticas pueden ayudarlas a lograr esto, a la vez que fortalecen la viabilidad estructural de las palas muy grandes y resuelven la reproducibilidad de las palas después de la jubilación. Para el campo de la energía eólica, estos plásticos reales pueden demostrar ser una tecnología revolucionaria debido a la creciente demanda.
