BR112018075846B1 - Método de fabricação de uma lâmina e de uma porção de lâmina de turbina eólica, porção de lâmina de turbina eólica e turbina eólica - Google Patents

Método de fabricação de uma lâmina e de uma porção de lâmina de turbina eólica, porção de lâmina de turbina eólica e turbina eólica Download PDF

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Abstract

Num método para fabricar uma metade de revestimento de lâmina de turbina eólica, é provido um elemento de revestimento de lâmina aerodinâmico 42 pré-formado e curado de uma resina reforçada com fibra. Um material de fibra primariamente uniaxial 66 compreendendo fibra de carbono é disposto em uma área interna longitudinal 50 do elemento de revestimento pré-formado 42 e então infundido com uma resina por moldagem de transferência de resina assistida a vácuo (VARTM), onde um canal de entrada de resina longitudinal 80,82 é disposto num primeiro lado lateral 46 e um canal de vácuo 86, 88 está disposto num segundo lado lateral 48 do material de fibra disposto, e a resina é infundida na direção transversal a partir do primeiro para o segundo lado lateral 46,48.

Description

Campo da Invenção
[0001] A presente invenção refere-se a um método de fabricação de uma porção de lâmina de turbina eólica, um método de fabricação de uma lâmina de turbina eólica e uma turbina eólica que possui pelo menos uma lâmina de turbina eólica fabricada pelo referido método.
Antecedentes da Invenção
[0002] As lâminas de turbina eólica são geralmente fabricadas de acordo com um de dois projetos de construção, a saber, um projeto onde um fino revestimento aerodinâmico é colado em uma viga de longarina, ou um design onde mesas de longarina, também chamadas de laminados principais, são integradas no revestimento aerodinâmico.
[0003] No primeiro projeto, a viga de longarina constitui a estrutura de sustentação de carga da lâmina. A viga de longarina, bem como as partes de revestimento ou revestimento aerodinâmico, são fabricados separadamente. O revestimento aerodinâmico é frequentemente fabricado como duas partes de revestimento, tipicamente como uma parte de revestimento do lado de pressão e uma parte de revestimento do lado de sucção. As duas partes de revestimento são coladas ou de outra forma conectadas à viga de longarina e são ainda coladas umas às outras ao longo de uma borda de ataque e borda de fuga das partes de revestimento. Este projeto tem a vantagem de que a estrutura de transporte de carga crítica pode ser fabricada separadamente e, portanto, mais fácil de controlar. Além disso, este projeto permite vários métodos de fabricação diferentes para a produção da viga, como moldagem e enrolamento de filamentos.
[0004] No segundo projeto, as mesas da longarina ou laminados principais estão integrados no revestimento e são moldados em conjunto com o revestimento aerodinâmico. Os laminados principais compreendem tipicamente um elevado número de camadas de fibras em comparação com o restante da lâmina e podem formar um espessamento local do revestimento da turbina eólica, pelo menos no que diz respeito ao número de camadas de fibras. Assim, o laminado principal pode formar uma inserção de fibra na lâmina. Neste projeto, os laminados principais constituem a estrutura de transporte de carga. Os revestimentos de lâmina são tipicamente concebidos com um primeiro laminado principal integrado na parte de revestimento do lado de pressão e um segundo laminado principal integrado na parte de revestimento do lado de sucção. O primeiro laminado principal e o segundo laminado principal são tipicamente conectados através de uma ou mais redes de cisalhamento, as quais, por exemplo, podem ser em forma de C ou em forma de I. Para lâminas muito compridas, os revestimentos de lâmina compreendem ainda ao longo de pelo menos uma parte da extensão longitudinal um primeiro laminado principal adicional no revestimento do lado de pressão e um segundo laminado principal adicional no revestimento do lado de sucção. Estes laminados principais adicionais podem também ser conectados através de uma ou mais redes de cisalhamento. Este projeto tem a vantagem de ser mais fácil controlar a forma aerodinâmica da lâmina através da moldagem da parte de revestimento de lâmina.
[0005] A infusão a vácuo ou VARTM (moldagem de transferência de resina assistida a vácuo) é um método que é tipicamente empregado para a produção de estruturas compósitas, tais como lâminas de turbina eólica compreendendo um material de matriz reforçado com fibra.
[0006] Durante o processo de enchimento do molde, um vácuo, neste contexto, a ser entendido como uma pressão negativa ou sob pressão, é gerado através de saídas de vácuo na cavidade do molde, onde o polímero líquido é arrastado para a cavidade do molde através dos canais de entrada para encher a referida cavidade do molde. Dos canais de entrada, o polímero dispersa em todas as direções na cavidade do molde devido à pressão negativa à medida que a frente de fluxo se move em direção aos canais de vácuo. Assim, é importante posicionar os canais de entrada e os canais de vácuo de forma otimizada para obter um preenchimento completo da cavidade do molde. A garantia de uma distribuição completa do polímero em toda a cavidade do molde é, no entanto, frequentemente difícil e, consequentemente, resulta frequentemente nos chamados pontos secos, isto é, áreas com material fibroso não suficientemente impregnado com resina. Assim, pontos secos são áreas onde o material fibroso não é impregnado e onde pode haver bolsas de ar, que são difíceis ou impossíveis de remover, controlando a pressão de vácuo e uma possível sobrepressão no lado de entrada. Em técnicas de infusão a vácuo empregando uma parte rígida do molde e uma parte resiliente do molde na forma de um saco de vácuo, os pontos secos podem ser reparados após o processo de preenchimento do molde perfurando o saco no respectivo local e retirando ar, por exemplo, por meio de uma agulha de seringa. Polímero líquido pode opcionalmente ser injetado no respectivo local, e isto pode ser feito, por exemplo, também através de uma agulha de seringa. Este é um processo demorado e cansativo. No caso de peças de molde grandes, a equipe deve ficar no saco de vácuo. Isto não é desejável, especialmente quando o polímero não endureceu, uma vez que pode resultar em deformações no material fibroso inserido e, assim, num enfraquecimento local da estrutura, o que pode causar, por exemplo, efeitos de flambagem.
[0007] Na maioria dos casos, o polímero ou resina aplicados são poliéster, éster vinílico ou epóxi, e o reforço de fibra é mais frequentemente baseado em fibras de vidro e/ou fibras de carbono ou híbridos compreendendo fibras de carbono e fibras de vidro.
[0008] Frequentemente, as estruturas compósitas compreendem um material central coberto com um material reforçado com fibra, tal como uma ou mais camadas de polímero reforçado com fibra. O material central pode ser usado como um espaçador entre tais camadas para formar uma estrutura em sanduíche e é tipicamente feito de um material rígido e leve para reduzir o peso da estrutura compósita. De modo a assegurar uma distribuição eficiente da resina líquida durante o processo de impregnação, o material central pode ser provido de uma rede de distribuição de resina, por exemplo, fornecendo canais ou ranhuras na superfície do material central.
[0009] Moldagem por transferência de resina (RTM) é um método de fabricação, que é semelhante ao VARTM. Na RTM, a resina líquida não é puxada para dentro da cavidade do molde devido a um vácuo gerado na cavidade do molde. Em vez disso, a resina líquida é forçada para dentro da cavidade do molde por meio de uma sobrepressão no lado de entrada.
[0010] Lâminas para turbinas eólicas tornaram-se continuamente mais longas ao longo do tempo e agora podem ter mais de 80 metros de comprimento. O tempo de impregnação em relação à fabricação de tais lâminas aumentou, uma vez que mais material de fibra tem de ser impregnado com polímero. Além disso, o processo de infusão tornou-se mais complicado, uma vez que a impregnação de grandes elementos de revestimento, tais como lâminas, requer o controle das frentes de fluxo para evitar pontos secos, podendo o referido controle incluir, por exemplo, um controle relacionado ao tempo dos canais de entrada e de vácuo. Isso aumenta o tempo necessário para puxar ou injetar polímero. Como resultado, o polímero tem que permanecer líquido por mais tempo, normalmente também resultando em um aumento no tempo de cura.
[0011] O documento US 2012/0009070 divulga um método de preparação de um elemento de revestimento de lâmina de turbina eólica através do uso de material em folha reforçado com fibra pré-curado. Numa modalidade, é descrito um processo de infusão em etapas, em que camadas individuais são infundidas em sequência.
[0012] O documento WO 2015/114098 A1 divulga um método de fabricação de uma porção de lâmina de turbina eólica compreendendo as etapas de: - colocar um material fibroso primário num molde, infundir o referido material com uma resina primária e curar a referida resina primária no referido material fibroso primário para formar um elemento de lâmina curado, - colocar um material fibroso secundário no topo de uma porção do elemento de lâmina curado, infundir o referido material com uma resina secundária e curar a referida resina secundária no referido material fibroso secundário para formar uma seção reforçada integrada sendo um laminado principal ou uma mesa da longarina no referido elemento de lâmina curado.
[0013] O material das fibras de carbono e o material das fibras híbridas são cada vez mais usados no fabricação de lâminas de turbinas eólicas, de modo a obter a rigidez, resistência e peso desejados das lâminas. Ao se usar material de fibra híbrida ou fibras de carbono compreendendo fibras de carbono num laminado principal, o alinhamento absoluto das fibras de carbono é extremamente importante para obter a resistência estrutural prevista do laminado principal e, desse modo, da lâmina de turbina eólica. Quando se infundem laminados tais como laminados principais com uma resina, os canais de entrada de resina, as barreiras de fluxo e frequentemente também as válvulas estão organizados no topo do material fibroso disposto do laminado. Os elementos mencionados criam entalhes na disposição diretamente abaixo deles quando a cavidade do molde é evacuada. Os entalhes causam o desalinhamento das fibras, resultando em um impacto negativo significativo na resistência estática e no desempenho de fadiga do laminado formado.
[0014] O documento WO 2015/114098 A1 divulga um método de fabricação de uma porção de uma lâmina de turbina eólica em duas etapas.
[0015] A EP 2 620 265 A1 divulga um método para produzir plásticos reforçados com fibra usando um meio de difusão de resina superior e um meio de difusão de resina inferior.
[0016] Constitui um objetivo da presente invenção proporcionar um novo método para o fabricação de lâminas de turbinas eólicas e uma porção de lâminas de turbinas eólicas, e que supere ou melhore as desvantagens dos métodos do estado da técnica em relação às propriedades de resistência e fadiga reduzidas da lâmina devido ao desalinhamento das fibras de carbono num laminado da lâmina ou que proporciona uma alternativa útil aos métodos do estado da técnica.
Sumário da invenção
[0017] De acordo com um aspecto da presente invenção, é proporcionado um método para fabricar uma porção de uma lâmina de turbina eólica, especialmente uma metade de revestimento de lâmina, compreendendo a referida porção de lâmina de turbina eólica um elemento de revestimento de lâmina aerodinâmico e uma mesa da longarina integrada estendendo-se longitudinalmente ou laminado principal numa área longitudinal predeterminada do elemento de revestimento, a referida área possuindo um comprimento e uma largura definidos por um primeiro e um segundo lados laterais.
[0018] O método compreende as etapas de: a. preparar um elemento de revestimento aerodinâmico pré-formado pelo menos substancialmente curado de uma resina primária reforçada por um material fibroso primário e possuindo uma superfície externa e uma superfície interna b. preparar um meio inferior de fluxo de resina na superfície interna do elemento de revestimento numa sua porção longitudinal correspondendo, pelo menos, à área longitudinal predeterminada e estendendo-se para além do primeiro e segundo lados laterais da área predeterminada c. dispor camadas de um material de fibras secundário compreendendo fibra de carbono para a mesa da longarina ou laminado principal no meio de fluxo de resina numa porção longitudinal da mesma correspondendo à área predeterminada d. preparar um meio superior de fluxo de resina no material fibroso secundário disposto de modo a estender-se lateralmente para além do primeiro lado lateral da área predeterminada e sobrepor o meio de fluxo inferior numa zona de sobreposição longitudinal no primeiro lado lateral e. preparar um primeiro canal de entrada de resina longitudinal no meio inferior e/ou superior de fluxo de resina lateralmente para fora do primeiro lado lateral e, de preferência, no meio superior de fluxo na zona de sobreposição longitudinal no primeiro lado lateral da área predeterminada f. preparar um primeiro canal de vácuo longitudinal sobre/ou acima da superfície interna do elemento de revestimento pré-formado lateralmente para fora do segundo lado lateral e, preferencialmente, no meio inferior de fluxo para fora do segundo lado lateral da área predeterminada g. preparar, de forma estanque, um saco de vácuo sobre pelo menos o depósito de fibras secundário, o canal de vácuo, o canal de entrada de resina e o meio superior e inferior de fluxo de resina para definir uma cavidade do molde h. aplicar uma pressão negativa na cavidade do molde através do canal de vácuo, j. fornecer uma resina secundária ao material de reforço de fibra na cavidade do molde através do canal de entrada da resina. k. permitir que a resina cure para formar uma mesa da longarina integrada reforçada com fibra ou laminado principal no elemento de revestimento de lâmina.
[0019] Como não são dispostos elementos, tais como canais de entrada de resina, canais de vácuo, meios de restrição ou barreira, válvulas ou semelhantes, no material fibroso secundário disposto compreendendo fibras de carbono, o risco de desalinhamento de fibras de carbono é pelo menos substancialmente eliminado e o laminado principal de suporte de carga ou a mesa de longarina possuem as propriedades desejadas e previstas.
[0020] O canal de entrada de resina longitudinal na zona de sobreposição entre o meio de fluxo de resina superior e inferior fornece resina ao meio de fluxo superior e inferior devido à permeabilidade do meio de fluxo superior. A infusão ocorre como uma infusão transversal na direção a partir do primeiro lado lateral, no qual o canal de entrada de resina longitudinal está disposto, em direção ao segundo lado lateral, no qual o canal de vácuo está disposto. A infusão do material fibroso secundário é promovida por uma frente de fluxo de resina no meio de fluxo de resina superior e inferior. A permeabilidade do meio de fluxo de resina superior e inferior é selecionada para que seja possível controlar o vácuo e o fornecimento de resina à cavidade do molde de modo que a frente de fluxo movendo-se transversalmente no meio de fluxo de resina superior e inferior e no material fibroso secundário disposto proporcione um umedecimento completo e impregnação de material fibroso com resina do meio de fluxo de resina superior e inferior sem pontos secos e preferivelmente e vantajosamente de modo que o material fibroso seja apenas impregnado por baixo, isto é, a partir da frente de fluxo do meio de fluxo de resina inferior adjacente ao segundo lado lateral. Ao impregnar o material fibroso secundário por baixo durante a última parte da infusão, é possível observar a frente de fluxo através de um saco de vácuo transparente e controlar a infusão para evitar a formação de um ponto seco.
[0021] O meio de fluxo de resina superior pode ser uma malha de um material polimérico ou uma manta de fibra com malhas abertas, sendo a manta de fibra uma fibra de vidro, uma fibra de carbono ou uma manta híbrida compreendendo fibra de vidro e de carbono. Atualmente, é preferível usar uma ou mais malhas poliméricas para o meio de fluxo de resina superior.
[0022] Correspondentemente, o meio de fluxo de resina inferior pode ser uma rede de um material polimérico ou uma manta de fibra com malhas abertas, sendo a manta de fibra uma fibra de vidro, uma fibra de carbono ou uma manta híbrida compreendendo fibra de vidro e de carbono. No entanto, para o meio de fluxo de resina inferior, é preferível um meio de tecido de fluxo ou manta de fibra, uma vez que a manta inferior está embutida no elemento de revestimento de lâmina como uma porção integrada do mesmo.
[0023] É claro que o meio de fluxo de resina é um tecido que melhora o fluxo de resina no plano. Portanto, o meio também é frequentemente chamado de material ou camada aprimoradora de fluxo. A resina se propaga mais rápido através do meio de fluxo de resina do que das camadas de material fibroso.
[0024] O material fibroso secundário é um material fibroso primariamente unidirecional.
[0025] De acordo com uma modalidade, o material fibroso secundário compreende um híbrido de fibra de carbono e qualquer outra fibra, especialmente um híbrido de fibra de carbono e fibra de vidro.
[0026] O material fibroso primário pode ser qualquer material fibroso ou combinação de materiais fibrosos. No entanto, atualmente, é de preferência um material fibroso primariamente de fibra de vidro ou um material híbrido de fibra de carbono e vidro.
[0027] A resina primária e a resina secundária podem ser qualquer resina, tal como poliéster, éster vinílico, epóxi ou uma resina híbrida.
[0028] O método pode compreender a etapa de tratar a superfície interna do elemento de revestimento pré-formado antes de dispor o meio de fluxo de resina inferior e o material fibroso secundário. A etapa de tratamento da superfície atua para aumentar a ligação entre o laminado principal e o elemento de revestimento. A etapa de tratamento pode compreender o esmerilhamento e/ou a aplicação de uma ligação aprimoradora de primer.
[0029] De acordo com uma modalidade adicional, um segundo canal de entrada de resina longitudinal está disposto na zona de sobreposição longitudinal no primeiro lado lateral.
[0030] Usar um segundo canal de entrada de resina longitudinal aumenta o fornecimento de resina para o meio de fluxo superior e assim também para o material fibroso secundário disposto. Como resultado, o tempo de infusão pode ser reduzido.
[0031] Numa outra modalidade, um canal de entrada de resina longitudinal adicional está disposto no meio inferior de fluxo lateralmente para fora da zona de sobreposição.
[0032] O canal de entrada de resina longitudinal adicional permite um fornecimento adicional de resina especialmente para o meio de fluxo inferior, se necessário.
[0033] O(s) canal(is) de entrada de resina podem vantajosamente ser colocados relativamente perto do primeiro lado lateral da área predeterminada, tal como 30 a 300 mm para fora do primeiro lado lateral.
[0034] Cada canal de entrada longitudinal está aberto para o material de fluxo de resina inferior e pode ser um tubo ou mangueira com uma seção transversal em forma de ômega.
[0035] De acordo com uma modalidade, um canal de vácuo longitudinal adicional é disposto na superfície interna do elemento de revestimento pré-formado lateralmente para fora do primeiro canal de vácuo e lateralmente para fora do meio de fluxo inferior.
[0036] Por meio do canal de vácuo longitudinal adicional disposto na superfície interna do elemento de revestimento pré-formado, é possível manter o vácuo na cavidade do molde após o primeiro canal de vácuo longitudinal disposto no meio de fluxo inferior ter sido fechado ou desativado para evitar que a resina flua para o primeiro canal de vácuo.
[0037] Cada canal de vácuo longitudinal está aberto na direção da cavidade do molde e pode ser um tubo, um chamado tubo espiral, ou uma mangueira que tem uma parede externa em forma de espiral.
[0038] Numa outra modalidade da presente invenção, o meio superior de fluxo está disposto de modo a cobrir todo o depósito de material fibroso secundário, exceto uma zona longitudinal descoberta do depósito de material fibroso secundário adjacente a e para dentro do segundo lado lateral.
[0039] Desse modo, a velocidade da frente de fluxo no meio de fluxo superior é desacelerada na última parte da infusão. A velocidade da frente de fluxo no meio de fluxo inferior é mantida. Como resultado, a frente de fluxo do meio de fluxo inferior ultrapassa a frente de fluxo no meio de fluxo superior e a última porção do material fibroso secundário é impregnada por baixo.
[0040] A zona descoberta no segundo lado lateral tem uma largura de 3-30% da largura da área longitudinal entre o primeiro e segundo lados laterais.
[0041] De acordo com uma modalidade, o meio superior de fluxo compreende uma primeira camada inferior de tecido de meio de fluxo e uma segunda camada superior de meio de fluxo sobrejacentes.
[0042] Usando duas ou mais camadas de meio de fluxo ou meios de fluxo sobrepostos, tais como malhas poliméricas, a taxa de fluxo de resina através do meio de fluxo resultante pode ser adaptada à necessidade específica.
[0043] Uma das camadas de meio de fluxo, especialmente a camada inferior de meio de fluxo, pode se estender mais para o segundo lado lateral do que a outra das referidas camadas de tecido de meio de fluxo.
[0044] Como resultado, a taxa de fluxo através do meio de fluxo é desacelerada no ponto em que uma das camadas de meio de fluxo termina e continua a uma taxa inferior.
[0045] O meio de fluxo superior e as camadas de meio de fluxo superior mencionados são preferivelmente malhas de polímero, permitindo uma taxa de fluxo consideravelmente mais elevada da resina do que as camadas de fibra.
[0046] Numa outra modalidade, o elemento de revestimento de lâmina aerodinâmico é pré-formado por Moldagem por Transferência de Resina (RTM), especialmente Moldagem por Transferência de Resina Assistida a Vácuo (VARTM).
[0047] Contudo, o elemento de revestimento pré-formado pode também ser fabricado por moldagem de pré-impregnado, isto é, usando fibras pré-impregnadas com uma resina pré-catalisada sendo sólida ou quase sólida à temperatura ambiente. O material fibroso disposto é aquecido, pelo que a resina fica líquida e eventualmente curada.
[0048] De acordo com uma outra modalidade, a superfície interna do elemento de revestimento aerodinâmico pré-formado é provida com um recesso longitudinal correspondendo, pelo menos essencialmente área longitudinal predeterminada e, pelo menos, porções do material fibroso secundário ali disposto na etapa d.
[0049] O recesso pode ser proporcionado de paredes laterais opostas ligeiramente inclinadas para cima e para fora, sendo o ângulo de inclinação de preferência inferior a 45°, especialmente entre 10° e 30°.
[0050] Desse modo, uma transição gradual é obtida entre as paredes opostas do elemento de revestimento pré-formado e o laminado principal integrado ou mesa da longarina, e o risco de concentrações de tensão é reduzido.
[0051] A disposição do material fibroso secundário pode estender-se lateralmente para além do recesso e fundir-se gradualmente com a superfície interna do elemento de revestimento de modo a obter uma transição suave entre o elemento de revestimento pré-formado e a mesa da longarina e o laminado principal formado e integrado.
[0052] Uma camada de película pode ser disposta entre o meio superior de fluxo de resina e o material fibroso secundário depositado.
[0053] No entanto, uma camada de película pode alternativamente ser disposta em cima do meio superior de fluxo de resina e o canal de entrada de resina longitudinal em cima da camada de película.
[0054] Finalmente, é possível não usar qualquer camada de película.
[0055] Além disso, a presente invenção fornece um método de fabricação de uma lâmina de turbina eólica compreendendo: - fornecer uma primeira porção de lâmina, especialmente uma metade de revestimento de lâmina, e - fornecer uma segunda porção de lâmina, especialmente uma metade de revestimento de lâmina, sendo pelo menos uma das primeira e segunda porções de lâmina fabricadas de acordo com o método de acordo com a invenção, e - montar as primeira e segunda porções de lâmina para formar uma lâmina de turbina eólica.
[0056] A presente invenção também fornece uma porção de lâmina de turbina eólica fabricada de acordo com o método da presente invenção.
[0057] Finalmente, a presente invenção proporciona uma turbina eólica tendo pelo menos uma lâmina de turbina eólica fabricada de acordo com o método acima.
[0058] É claro que a invenção é particularmente adequada para grandes estruturas. Por conseguinte, a invenção refere-se preferencialmente a lâminas de turbina eólica, bem como porções de lâmina de turbina eólica com um comprimento total de pelo menos 30 metros, 40 metros, 45 metros, 50 metros, 55 metros ou 60 metros.
Breve Descrição das Figuras
[0059] A invenção é explicada em detalhes abaixo com referência a uma modalidade mostrada nas Figuras, em que
[0060] A Figura 1 mostra uma turbina eólica,
[0061] A Figura 2 mostra uma vista esquemática de uma lâmina de turbina eólica fabricada por um método de acordo com a invenção,
[0062] A Figura 3 mostra uma vista em seção transversal de um elemento de revestimento aerodinâmico curado pré-formado de uma resina primária reforçada por um material fibroso primário,
[0063] A Figura 4 mostra uma seção transversal de uma porção de lâmina de turbina eólica na forma de uma metade de revestimento de lâmina fabricada pelo método de acordo com a invenção e compreendendo o elemento de revestimento de lâmina pré-formado curado da Figura 3 e uma seção reforçada integrada na forma de um laminado principal compreendendo um depósito de material fibroso secundário impregnado por uma resina secundária por moldagem por transferência de resina assistida por vácuo (VARTM) como descrito abaixo,
[0064] A Figura 5 mostra uma vista esquemática da porção de revestimento de lâmina/metade de revestimento de lâmina da Figura 4 compreendendo o elemento de revestimento de lâmina pré-formado curado e o laminado principal integrado,
[0065] A Figura 6 mostra esquematicamente uma vista em seção transversal aumentada correspondendo à porção central da Figura 4 e ilustrando algumas das etapas do método de acordo com a invenção, e
[0066] A Figura 7 mostra, em uma vista de seção transversal, as etapas de enchimento da cavidade do molde, isto é, o movimento transversal da frente de fluxo de resina, durante os últimos 40% da infusão do material fibroso secundário que forma o laminado principal.
Descrição Detalhada da Invenção
[0067] A Figura 1 ilustra uma turbina eólica moderna convencional a favor do vento de acordo com o chamado "conceito dinamarquês" com uma torre 4, uma nacele 6 e um rotor com um eixo de rotor substancialmente horizontal. O rotor inclui um ponto central 8 e três lâminas 10 que se estendem radialmente a partir do ponto central 8, tendo cada uma delas uma raiz de lâmina 16 mais próxima do ponto central e uma ponta de lâmina 14 mais distante do ponto central 8. O rotor tem um raio designado por R.
[0068] A Figura 2 é uma vista esquemática de uma modalidade de uma lâmina 10 de turbina eólica fabricada pelo método de acordo com a invenção. A lâmina 10 de turbina eólica tem a forma de uma lâmina de turbina eólica convencional e compreende uma região da raiz 30 mais próxima do ponto central, uma região perfilada ou de perfil aerodinâmico 34 mais afastada do ponto central e uma região de transição 32 entre a região da raiz 30 e o região de perfil aerodinâmico 34. A lâmina 10 compreende uma borda de ataque 18 voltada para a direção de rotação da lâmina 10, quando a lâmina está montada no ponto central, e uma borda de fuga 20 voltada para a direção oposta da borda de ataque 18.
[0069] A região de perfil aerodinâmico 34, também chamada de região perfilada, tem uma forma de lâmina ideal ou quase ideal para gerar sustentação, enquanto a região da raiz 30 devido a considerações estruturais tem uma seção transversal substancialmente circular ou elíptica que, por exemplo, torna mais fácil e seguro montar a lâmina 10 no ponto central. O diâmetro (ou a corda média aerodinâmica) da região da raiz 30 pode ser constante ao longo de toda a área da raiz 30. A região de transição 32 tem um perfil de transição que muda gradualmente da forma circular ou elíptica da região da raiz 30 para o perfil aerodinâmico da região de perfil aerodinâmico 34. O comprimento da corda média aerodinâmica da região de transição 32 aumenta tipicamente com o aumento da distância r do ponto central. A região de perfil aerodinâmico 34 tem um perfil aerodinâmico com uma corda média aerodinâmica estendendo-se entre a borda de ataque 18 e a borda de fuga 20 da lâmina 10. A largura da corda média aerodinâmica diminui com o aumento da distância r do ponto central.
[0070] Um ressalto 40 da lâmina 10 é definido como a posição, onde a lâmina 10 tem o seu maior comprimento de corda média aerodinâmica. O ressalto 40 é tipicamente fornecido no limite entre a região de transição 32 e a região de perfil aerodinâmico 34.
[0071] Deve-se notar que as cordas médias aerodinâmicas de diferentes seções da lâmina normalmente não estão em um plano comum, uma vez que a lâmina pode ser torcida e/ou curvada (isto é, pré- tensionada), fornecendo assim o plano de corda média aerodinâmica com um percurso curvo e/ou torcido correspondente, sendo este o caso mais frequente para compensar a velocidade local da lâmina que depende do raio a partir ponto central.
[0072] A lâmina é tipicamente feita a partir de uma metade de revestimento de lâmina do lado de pressão 36 e uma metade de revestimento de lâmina do lado de sucção 38 que são coladas umas às outras ao longo das linhas de ligação na borda de ataque 18 e na borda de fuga da lâmina 20.
[0073] A seguir, a invenção é explicada em relação à fabricação da metade de revestimento de lâmina do lado de sucção 38, mostrada na Figura 5 e por referência às Figuras 3-7. A fabricação da metade de revestimento de lâmina do lado de pressão 36, corresponde essencialmente à da metade de revestimento de lâmina do lado de sucção 38.
[0074] A metade de revestimento de lâmina mostrada na Figura 5 compreende um elemento de revestimento de lâmina aerodinâmico 42 e uma seção integrada reforçada que se estende longitudinalmente na forma de um laminado principal 44 proporcionado numa área longitudinal predeterminada 50 do elemento de revestimento 42.
[0075] A área predeterminada tem um comprimento L e uma largura W definida por um primeiro lado lateral 46 e um segundo lado lateral 48.
[0076] De acordo com a invenção, o elemento de revestimento 42 é um elemento de revestimento pré-formado pelo menos substancialmente curado de uma resina primária reforçada por um material fibroso primário e tem uma superfície interna 52 e uma superfície externa 54, ver a Figura 3, mostrando uma vista de seção transversal do elemento de revestimento 42 disposto num suporte ou parte de molde inferior 96. Entre duas porções do elemento de revestimento compreendendo elementos centrais em sanduíche 56, o elemento de revestimento 42 é provido de um recesso ou depressão que se estende longitudinalmente 58 na superfície interna 52. O recesso 58 tem paredes laterais opostas ligeiramente inclinadas para cima e para fora 60,62.
[0077] O elemento de revestimento 42 pode ser fabricado por moldagem de transferência de resina assistida por vácuo usando como material fibroso primário fibras de vidro e como resina primária poliéster, éster vinílico ou epóxi. Alternativamente, o elemento de revestimento pré- formado pode ser feito de epóxi reforçado por fibras de vidro por moldagem de pré-impregnado.
[0078] Depois de ter proporcionado o elemento de revestimento 42 acima, é organizada uma disposição de camadas de material fibroso secundário no recesso 58 do elemento de revestimento 42 e porções adjacentes da superfície interna adjacente, isto é, é disposto na área predeterminada 50 definida pelos lados laterais 46 e 48. Subsequentemente, o material fibroso secundário disposto é infundido com uma resina secundária usando VARTM de modo a formar o laminado principal longitudinal integrado 44, como mostrado na Figura 4 e como será descrito abaixo.
[0079] As camadas dispostas do segundo material fibroso compreendem principalmente camadas de material fibroso unidirecionais, primariamente de fibra de carbono ou um híbrido de fibra de carbono e fibra de vidro. A resina secundária é de preferência poliéster ou éster vinílico ou alternativamente epóxi ou uma resina híbrida.
[0080] Antes de dispor o material fibroso na área predeterminada 50 do elemento de revestimento 42, a área pode ser tratada mecanicamente, tal como por esmerilhamento, e/ou quimicamente pela aplicação de um primer para melhorar a ligação entre a resina secundária e a resina primária curada.
[0081] Na etapa seguinte do método de fabricação, um meio de fluxo de resina inferior 64, preferivelmente na forma de um tecido de fluxo de resina, proporcionando uma taxa de fluxo de resina consideravelmente mais elevada do que o material fibroso secundário, é disposto na superfície interna 52 do elemento de revestimento 42 pré-formado em uma porção longitudinal do mesmo correspondendo pelo menos à área longitudinal predeterminada 50. Adicionalmente, o meio de fluxo de resina inferior 64 é dimensionado e disposto de modo a estender-se lateralmente para além do primeiro lado lateral 46 e do segundo lado lateral 48 da área predeterminada 50, ver Figura 6.
[0082] Em seguida, as camadas de material fibroso secundário 66 são dispostas na superfície interna 52 do elemento de revestimento pré-formado 42. Pode-se ver em ambas as Figuras 4 e 6 que a disposição do material fibroso secundário está disposta de modo a estender-se lateralmente para além do recesso e fundir gradualmente com a superfície interna 52 do elemento de revestimento 42 pré-formado para obter uma transição suave entre o elemento de revestimento pré-formado e laminado principal a ser formado pela dita disposição.
[0083] Depois disso, uma camada de película perfurada 68 está opcionalmente disposta, pelo menos, no material fibroso secundário disposto e nas áreas da superfície interna do elemento de revestimento pré- formado adjacente ao mesmo.
[0084] Agora, um meio superior de fluxo de resina 70 é disposto no material fibroso secundário 66, de modo a se estender lateralmente além do primeiro lado lateral 46 da área predeterminada e se sobrepor ao meio de fluxo inferior 64 em uma zona de sobreposição longitudinal 72. Na presente modalidade, o meio de fluxo superior compreende uma malha polimérica inferior 74 e uma malha polimérica superior sobreposta 76. Ambas as malhas têm uma elevada permeabilidade de modo a proporcionar uma taxa de fluxo de resina elevada e a fornecer resina ao meio de fluxo inferior 64 na zona de sobreposição longitudinal 72.
[0085] O meio de fluxo superior 70 está disposto de modo a cobrir todo o material fibroso secundário 66 disposto, exceto uma zona longitudinal descoberta 78 do material fibroso secundário disposto adjacente a e para dentro do segundo lado lateral 48.
[0086] Na modalidade mostrada, um primeiro canal de entrada de resina longitudinal 80 e um segundo canal longitudinal 82 estão dispostos na malha superior do meio de fluxo superior 70 na zona de sobreposição 72 no primeiro lado lateral 46.
[0087] Se desejado, um canal de entrada de resina longitudinal adicional 84 pode ser disposto no meio de fluxo inferior lateralmente para fora da zona de sobreposição 72, como indicado na Figura 6. Cada canal de entrada de resina longitudinal é aberto em direção ao material de fluxo de resina subjacente e pode ser um tubo ou mangueira com seção transversal em forma de ômega.
[0088] Além disso, um primeiro canal de vácuo longitudinal 86 está disposto no meio de fluxo inferior 64 lateralmente para fora do segundo 2 lado lateral 48, e um canal de vácuo longitudinal adicional 88 está disposto na superfície interna 52 do elemento de revestimento pré- formado 42 lateralmente para fora do primeiro canal de vácuo 86 e lateralmente para fora do meio de fluxo inferior 64. Qualquer canal de vácuo está aberto para a cavidade do molde a ser definida por um saco de vácuo e pode ser um tubo perfurado ou um chamado tubo em espiral tendo uma parede externa em forma de espiral.
[0089] Finalmente, um saco de vácuo 90 é disposto sobre pelo menos o material fibroso secundário disposto, os canais de vácuo, os canais de entrada de resina, o meio de fluxo de resina superior e o meio de fluxo de resina inferior e a camada de película opcional e selada ao elemento de revestimento pré-formado 42 para formar uma cavidade do molde.
[0090] A infusão de resina pode então ocorrer fornecendo vácuo à cavidade do molde através dos canais de vácuo e entregando resina à cavidade do molde através dos canais de entrada da resina.
[0091] O vácuo criado pelos canais de vácuo longitudinais 86, 88 dispostos lateralmente para fora do segundo lado lateral 48 da área longitudinal 50 puxará resina fornecida aos canais de entrada de resina 80, 82 dispostos na zona de sobreposição longitudinal 72 na direção transversal a partir dos canas de entrada de resina para os canais de vácuo.
[0092] Uma frente de fluxo de resina é formada tanto no meio de fluxo superior como no meio de fluxo inferior e adicionalmente em material fibroso secundário intermediário, sendo o material fibroso secundário impregnado com resina fornecida com a resina do meio de fluxo superior e inferior.
[0093] É agora feita referência à Figura 7, ilustrando o movimento da frente de fluxo da resina, mostrando uma vista de seção transversal da cavidade do molde quando se tem 60, 80, 90, 99,5 e 100% de preenchimento com resina. Durante a maior parte da infusão, a frente de fluxo se move mais rápido e está na frente da frente de fluxo no meio de fluxo inferior. No entanto, quando a resina na malha inferior e superior 74, 76 do meio de fluxo superior atinge a extremidade 94 da malha superior 76 e a extremidade 92 da malha inferior 74, o movimento da frente de fluxo para no meio de fluxo superior. Isso ocorre quando cerca de 80-90% da cavidade do molde é preenchida. Como resultado, a frente de fluxo na porção superior do material fibroso na zona de descoberta longitudinal 78 é retardada e a frente de fluxo no meio de fluxo inferior e no material de fibra adjacente se move gradualmente mais rápido que a frente de fluxo no material de fibra mais elevado na zona descoberta, alcança e, eventualmente, supera a última, como ilustrado pela ilustração de preenchimento da cavidade do molde para 90, 99,5 e 100%.
[0094] Após a cavidade do molde ter sido preenchida com resina e o material fibroso impregnado com a resina, a resina é deixada para curar. A metade de revestimento de lâmina fabricada compreendendo o elemento de revestimento pré-formado com laminado principal integrado pode então ser removida do molde ou suporte inferior. Uma lâmina de turbina eólica é formada ao conectar a parte de revestimento de lâmina formada com uma metade de revestimento de lâmina que forma o lado de pressão da lâmina.
[0095] LISTA DE NUMERAIS DE REFERÊNCIA 2 turbina eólica 4 torre 6 narcele 8 ponto central 10 lâmina 14 ponta de lâmina 16 raiz de lâmina 18 borda de ataque 20 borda de fuga 30 região da raiz 32 região de transição 34 região de perfil aerodinâmico 36 lado de pressão 38 lado de sucção 40 ressalto 42 elemento de revestimento de lâmina aerodinâmico 44 laminado principal 46 primeiro lado lateral 48 segundo lado lateral 50 área longitudinal 52 superfície interna 54 superfície externa 56 elemento central do sanduíche 58 recesso 60 , 62 paredes opostas levemente inclinadas 64 meio inferior de fluxo de resina 66 camadas de material fibroso secundário 68 camada de película perfurada 70 meio superior de fluxo de resina 72 zona de sobreposição longitudinal 74 malha polimérica inferior 76 malha polimérica inferior 78 zona longitudinal descoberta 80 primeiro canal de entrada de resina longitudinal 82 segundo canal de entrada de resina longitudinal 84 canal adicional de entrada de resina longitudinal 86 primeiro canal de vácuo 88 segundo canal de vácuo 90 saco de vácuo 92 extremidade da malha inferior 94 extremidade da malha superior 96 suporte ou parte de molde inferior

Claims (14)

1. Método para fabricar uma porção de uma lâmina de turbina eólica (10), especialmente uma metade de revestimento de lâmina, compreendendo a referida porção de lâmina de turbina eólica um elemento de revestimento de lâmina aerodinâmico (42) e uma mesa da longarina integrada estendendo-se longitudinalmente ou laminado principal (44) numa área longitudinal predeterminada (50) do elemento de revestimento (42), a referida área possuindo um comprimento e uma largura definidos por um primeiro e um segundo lados laterais (46,48), caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: a. preparar um elemento de revestimento aerodinâmico pré- formado pelo menos curado (42) de uma resina primária reforçada por um material fibroso primário e possuindo uma superfície externa e uma superfície interna (54,52); b. preparar um meio inferior de fluxo de resina (64) na superfície interna (52) do elemento de revestimento (42) numa sua porção longitudinal correspondendo, pelo menos, à área longitudinal predeterminada (50) e estendendo-se para além do primeiro e segundo lados laterais (46, 48) da área predeterminada; c. dispor camadas de um material de fibras secundário (66) compreendendo fibra de carbono para a mesa da longarina ou laminado principal (44) no meio inferior de fluxo de resina (64) numa porção longitudinal da mesma correspondendo à área predeterminada (50); d. preparar um meio superior de fluxo de resina (70) no material fibroso secundário disposto (66) de modo a estender-se lateralmente para além do primeiro lado lateral (46) da área predeterminada (50) e sobrepor o meio de fluxo inferior (64) numa zona de sobreposição longitudinal (72) no primeiro lado lateral (46); e. preparar um primeiro canal de entrada de resina longitudinal (80) no meio inferior e/ou superior de fluxo de resina (70, 64) lateralmente para fora do primeiro lado lateral (46) e, de preferência, no meio superior de fluxo (70) na zona de sobreposição longitudinal (72) no primeiro lado lateral (46) da área predeterminada (50); f. preparar um primeiro canal de vácuo longitudinal sobre/ou acima da superfície interna (52) do elemento de revestimento pré-formado (42) lateralmente para fora do segundo lado lateral (48) e, preferencialmente, no meio inferior de fluxo (64) para fora do segundo lado lateral (48) da área predeterminada (50); g. preparar, de forma estanque, um saco de vácuo (90) sobre pelo menos o depósito de fibras secundário (66), o canal de vácuo (86), o canal de entrada de resina e o meio superior e inferior de fluxo de resina (70, 64) para definir uma cavidade do molde; h. aplicar uma pressão negativa na cavidade do molde através do canal de vácuo (86); i. fornecer uma resina secundária ao material de reforço de fibra na cavidade do molde através do canal de entrada da resina (80); j. permitir que a resina cure para formar uma mesa da longarina integrada reforçada com fibra ou laminado (44) principal no elemento de revestimento de lâmina (42), em que a superfície interna do elemento de revestimento aerodinâmico pré-formado (42) é provida com um recesso longitudinal (58) correspondendo pelo menos à área longitudinal predeterminada (50) e pelo menos porções do material de fibra secundária (66) dispostos nela na etapa d.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material fibroso secundário (66) compreende um híbrido de fibra de carbono e qualquer outra fibra, especialmente um híbrido de fibra de carbono e fibra de vidro.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 e/ou 2, caracterizado pelo fato de que um segundo canal de entrada de resina longitudinal (82) está disposto na zona de sobreposição longitudinal (72) no primeiro lado lateral (46).
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que um canal de entrada de resina longitudinal adicional (84) está disposto no meio inferior de fluxo lateralmente para fora da zona de sobreposição (72).
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que um canal de vácuo longitudinal adicional (88) está disposto na superfície interna (52) do elemento de revestimento pré-formado (42) lateralmente para fora do primeiro canal de vácuo (86).
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o meio superior de fluxo (70) está disposto de modo a cobrir todo o depósito de material fibroso secundário (66), exceto uma zona longitudinal descoberta do depósito de material fibroso secundário (66) adjacente a e para dentro do segundo lado lateral (48).
7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a zona descoberta no segundo lado lateral (48) tem uma largura de 3-30% da largura da área longitudinal (50) entre o primeiro e segundo lados laterais (46, 48).
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o meio superior de fluxo (70) compreende uma primeira camada inferior de tecido de meio de fluxo e uma segunda camada superior de tecido de meio de fluxo sobrejacentes.
9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que uma das referidas camadas de meio de fluxo, especialmente a camada inferior de meio de fluxo (64), estende-se mais para o segundo lado lateral (48) do que a outra das referidas camadas de tecido de meio de fluxo.
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o elemento de revestimento de lâmina aerodinâmico pré-formado (42) é formado por Moldagem por Transferência de Resina (RTM), especialmente Moldagem por Transferência de Resina Assistida a Vácuo (VARTM).
11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o recesso (58) está provido de paredes laterais opostas ligeiramente inclinadas para cima e para fora (60, 62), sendo o ângulo de inclinação de preferência inferior a 45°, especialmente entre 10° e 30°.
12. Porção de lâmina de turbina eólica, caracterizada pelo fato de que é fabricada pelo método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11.
13. Método de fabricação de uma lâmina de turbina eólica, caracterizado pelo fato de que compreende: - fornecer uma primeira porção de lâmina, especialmente uma metade de revestimento de lâmina, e - fornecer uma segunda porção de lâmina, especialmente uma metade de revestimento de lâmina, sendo pelo menos uma das primeira e segunda porções de lâmina conforme definida na reivindicação 12, e - montar as primeiras e segunda porções de lâmina para formar uma lâmina de turbina eólica.
14. Turbina eólica, caracterizado pelo fato de que tem pelo menos uma lâmina de turbina eólica fabricada pelo método conforme definido na reivindicação 13.
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