BR112018076462B1

BR112018076462B1 - Método de fabricação de uma lâmina de turbina eólica

Info

Publication number: BR112018076462B1
Application number: BR112018076462-0A
Authority: BR
Inventors: Flemming Kiel S0Rensen; Morten Olesen
Original assignee: Lm Wind Power International Technology Ii Aps
Priority date: 2016-06-22
Filing date: 2017-06-22
Publication date: 2022-11-01
Also published as: EP3475586A1; US11072131B2; MA45441A; BR112018076462A2; US20190176411A1; CA3027622A1; CN109563863A; WO2017220740A1; CN109563863B

Abstract

A presente invenção refere-se a um método de fabricação de uma lâmina de turbina eólica. O método compreende unir de forma adesiva uma metade de invólucro de lado de sucção (69) e uma metade de invólucro de lado de sucção (68) ao longo das respectivas linhas de ligação (80) em seus bordos de ataque e de fuga, em que, antes de unir, um substrato transportador impregnado (76) é disposto entre as metades de invólucro ao longo de pelo menos parte das referidas linhas de ligação (80). O substrato transportador (76) é impregnado com pelo menos um composto tendo uma porção funcional. As metades de invólucro podem ser fabricadas ao colocar uma disposição em camadas de fibras que inclui uma ou mais camadas de fibra numa superfície de molde (66), dispor o substrato transportador impregnado (76) na superfície interna (72) pelo menos ao longo de sua borda periférica (74) e injetar ou infundir a disposição em camadas de fibras e o substrato transportador impregnado com uma resina e, subsequentemente, curar a mesma.

Description

Campo da invenção

[001] A presente invenção refere-se a um método de fabricação de uma lâmina de turbina eólica. Noutros aspectos, a presente invenção refere-se a uma lâmina de turbina eólica obtenível pelo referido método, a um substrato transportador impregnado para uso no referido método e ao uso de um substrato transportador impregnado na fabricação de uma lâmina de turbina eólica.

Antecedentes da invenção

[002] A energia eólica está se tornando cada vez mais popular devido à sua produção de energia limpa e ambientalmente amigável. As lâminas do rotor de turbinas eólicas modernas capturam energia cinética do vento ao usar um design sofisticado de lâmina criado para maximizar a eficiência. As lâminas da turbina podem, hoje, exceder 80 metros de comprimento e 4 metros de largura. As lâminas são tipicamente feitas de um material polimérico reforçado com fibra e compreendem uma metade de invólucro de lado de pressão e uma metade de invólucro de lado de sucção. O perfil da seção transversal de uma lâmina típica inclui um aerofólio para criar um fluxo de ar que conduz a uma diferença de pressão entre ambos os lados. A força de elevação resultante gera torque para produzir eletricidade.

[003] As metades de invólucro das lâminas de turbinas eólicas são, geralmente, fabricadas usando moldes. Primeiro, um primer ou revestimento em gel de lâmina é tipicamente aplicado ao molde. Subsequentemente, reforços de fibra e/ou tecidos são colocados no molde seguido por infusão de resina. Um vácuo é normalmente usado para puxar material de resina epóxi no molde. Alternativamente, pode utilizar-se a tecnologia prepreg, na qual uma fibra ou tecido pré-impregnado com resina forma um material homogêneo que pode ser introduzido no molde. Várias outras técnicas de moldagem são conhecidas para a fabricação de lâminas de turbinas eólicas, incluindo moldagem por compressão e moldagem por transferência de resina. As metades de invólucro são montadas ao uni-las ao longo de um plano cordal da lâmina nas linhas de ligação ao longo dos bordos de ataque e de fuga da lâmina. As linhas de ligação são, geralmente, formadas pela aplicação de uma pasta ou adesivo de ligação adequado ao longo da linha de ligação a uma largura de ligação projetada mínima entre os membros de invólucro.

[004] Um processo típico de moldagem inclui ensacamento, infusão de resina e posterior cura. O ensacamento envolve colocar uma vacuum foil no material ou camadas de fibra que foram colocadas na superfície do molde. A vacuum foil é utilizada para pressionar esta peça para a ferramenta e para permitir que um vácuo seja puxado para dentro do vazio formado pelo saco e pela ferramenta, de tal modo que as fibras da peça sejam infundidas com resina. As vacuum foils típicas podem ser formadas por uma ou mais folhas de plástico que são colocadas para cobrir a lâmina. A infusão compreende alimentar resina sob vácuo para molhar as fibras dispostas para formar uma metade de invólucro sólido. Na cura subsequente, o aquecimento e o subsequente arrefecimento podem ser aplicados para endurecer a resina.

[005] Uma vez que as metades de invólucro tenham sido suficientemente curadas, os sacos de vácuo são removidos e outras operações podem ser realizadas nas metades de invólucro endurecido. Tipicamente, a moagem das superfícies de invólucro, em particular das bordas periféricas, é realizada para preparar o passo de ligação subsequente. Em seguida, cola adesiva ou pasta adesiva é aplicada aos bordos das metades de invólucro enquanto nos moldes. Os moldes de lâmina estão ligados através de um mecanismo de rotação articulado, e um primeiro dos moldes de lâmina, contendo uma primeira metade de invólucro, é rotacionado em relação ao segundo molde, de tal modo que a primeira metade de invólucro está posicionada acima da segunda metade de invólucro. Isso permite que as metades de invólucro sejam fechadas em conjunto ao longo da borda polida das peças, para formar uma lâmina completa de turbina eólica. Para permitir a ligação segura dos invólucros em conjunto, uma pressão adequada é mantida ao longo das superfícies externas das metades de invólucro pelos moldes de lâmina.

[006] Embora constituindo um risco potencial para a saúde devido à criação de pó e ruído, a etapa de moagem descrita acima é obrigatória em métodos conhecidos para preparar a superfície de borda para uma adesão suficiente. Outra desvantagem desta operação é que ela é demorada e incômoda.

[007] Portanto, é um objetivo da presente invenção ultrapassar um ou mais dos inconvenientes discutidos acima dos métodos conhecidos.

[008] É outro objetivo da presente invenção fornecer um método de fabricação de lâmina que resulte numa segurança melhorada de trabalho e/ou eficiência de processo.

[009] É outro objetivo da presente invenção fornecer um método de fabricação de lâmina que resulte numa resistência de ligação melhorada.

Resumo da invenção

[010] Num primeiro aspecto, a presente invenção refere-se a um método de fabricação de uma lâmina de turbina eólica, a lâmina tendo um contorno perfilado que inclui um lado de pressão e um lado de sucção, e um bordo de ataque e um bordo de fuga com uma corda que se prolonga entre eles, a lâmina de turbina eólica prolongando-se numa direção da envergadura entre uma extremidade de raiz e uma extremidade de ponta, em que o método compreende unir de forma adesiva uma metade de invólucro de lado de sucção e uma metade de invólucro de lado de pressão ao longo das respectivas linhas de ligação nos referidos bordos de ataque e de fuga, em que, antes da junção, um substrato transportador impregnado é disposto entre as metades de invólucro ao longo de pelo menos parte das referidas linhas de ligação, em que o substrato transportador é impregnado com pelo menos um composto tendo uma porção funcional, caracterizado pelo fato de que a metade de invólucro de lado de sucção e/ou de lado de pressão é fabricada por um processo que compreende as etapas de: a) colocar uma disposição em camadas de fibras, por exemplo, compreendendo fibras de vidro, incluindo uma ou mais camadas de fibra numa superfície de molde para formar uma estrutura de meio invólucro que compreende uma superfície externa aerodinâmica e uma superfície interna oposta tendo uma borda periférica, b) dispor o substrato transportador impregnado na referida superfície interna pelo menos ao longo de parte da sua borda periférica; c) injetar ou infundir a disposição em camadas de fibras e o substrato transportador impregnado com uma resina e subsequentemente curar a mesma.

[011] Os presentes inventores descobriram que o substrato transportador impregnado, em particular os grupos funcionais do mesmo, tais como grupos hidroxilo, interagirá com a pasta adesiva ou de ligação para formar uma linha de ligação com resistência de ligação e estabilidade estrutural melhoradas. O substrato transportador impregnado torna-se parte integral da lâmina acabada e ajuda a melhorar sua estabilidade. Ao mesmo tempo, o processo de fabricação é simplificado na medida em que operações de moagem de superfície perigosas e trabalhos intensivos anteriores se tornam desnecessários.

[012] O substrato transportador pode ser um tecido que compreende material têxtil natural ou sintético. Ele pode tomar a forma de um remendo ou tira que é impregnada com pelo menos um composto tendo uma porção funcional, tal como um composto poliol. Diferentes materiais podem ser utilizados como substratos transportadores, tais como tecidos leves, remendos ou tiras de fibras naturais ou sintéticas, tais como poliamida, poliéster, algodão, vidro ou fibra de carbono disposta em costura, malha, tecido ou mat. O composto tendo uma porção funcional, tal como um composto poliol, pode ser aplicado ao substrato transportador utilizando um solvente adequado. Alternativamente, o substrato transportador pode ser impregnado com um composto puro ou uma mistura de compostos puros tendo uma porção funcional.

[013] De um modo preferido, o substrato transportador impregnado está disposto entre as metades de invólucro ao longo de pelo menos 80%, mais preferencialmente, ao longo de pelo menos 90%, do comprimento das referidas linhas de ligação, muito mais preferencialmente, ao longo de todo o comprimento das referidas linhas de ligação. O substrato transportador impregnado é, vantajosamente, disposto entre as metades de invólucro ao longo de pelo menos 50%, tal como pelo menos 70% ou pelo menos 80%, da largura da linha de ligação em qualquer ponto dado. Numa modalidade preferida, o substrato transportador tem um comprimento de pelo menos 20 m, tal como pelo menos 30 m ou pelo menos 40 m. Vantajosamente, ele tem uma largura entre 0,5 e 50 cm, tal como pelo menos 1 cm, mais preferencialmente, pelo menos 2 cm, muito mais preferencialmente, pelo menos 3 cm. A espessura dos substratos transportadores pode ser de pelo menos 1 mm, tal como pelo menos 2 mm ou pelo menos 5 mm.

[014] Noutras modalidades, o método compreende dispor pelo menos dois substratos transportadores impregnados entre as metades de invólucro ao longo de pelo menos parte das referidas linhas de ligação, preferencialmente pelo menos um substrato transportador impregnado ao longo de pelo menos parte da linha de ligação de bordo de ataque e pelo menos um substrato transportador impregnado ao longo de pelo menos parte da linha de ligação de bordo de fuga.

[015] É preferível que as metades de lado de sucção e de lado de pressão sejam produzidas por moldagem por transferência de resina assistida por vácuo e que o substrato transportador impregnado seja disposto numa ou em ambas as metades de invólucro antes da injeção ou infusão de resina ou operação de moldagem. Assim, de preferência, o substrato transportador impregnado também é infundido ou injetado com a resina utilizada na operação de moldagem.

[016] Tipicamente, a estrutura da lâmina é reforçada adicionalmente usando vários de elementos de suporte, tais como almas ou vigas em caixa, que estão dispostos dentro da lâmina e aos quais as duas metades de invólucro podem ser ligadas. Normalmente, as almas são colocadas em mesas de longarina ou laminados principais que formam parte da superfície interna das metades de invólucro. Quando tais elementos de suporte estão presentes, é preferível que o substrato transportador impregnado também seja disposto, antes de unir de forma adesiva as metades de invólucro, entre esses elementos de suporte e a superfície interna das metades de invólucro, tal como no laminado principal ou em um flange da alma.

[017] A porção funcional pode ser selecionada a partir de carbonilos, tais como aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos, anidridos de ácido, éster, amidas ou halogenetos de acilo, hidrocarbonetos, tais como alcanos, alcenos ou alcinos, aromáticos, tais como derivados de benzeno, grupos contendo oxigênio, tais como grupos hidroxilo, em particular grupos álcool e poliálcoois, carbonatos, éteres, epóxidos, peróxidos, grupos contendo halogêneo, tais como halo-alcanos, grupos contendo nitrogênio, tais como grupos amino, aminas, tais como aminas primárias ou secundárias, amidas, iminas, nitrilos, isocianatos, compostos azo e grupos contendo enxofre, tais como tióis. De preferência, a porção funcional é selecionada a partir de um grupo amino, uma amida, um hidroxilo, um sulfureto, um epóxi, um silanol, um carbonilo, um carboxilo, um tiocarbonilo, um amônio, um nitrilo, uma imina funcional e combinações dos mesmos. Mais preferencialmente, a porção funcional é selecionada a partir de uma porção funcional de hidroxilo, amino, carbonilo, isocianato e combinações dos mesmos. Portanto, o composto tendo uma porção funcional é, preferencialmente, um composto carbonilo, um álcool, particularmente um poliálcool, uma amina ou um isocianato. É particularmente preferido que a porção funcional seja uma porção funcional hidroxilo. Verificou- se que particularmente os grupos hidroxilo, irão interagir com a pasta adesiva ou de ligação para formar uma linha de ligação reforçada sem a necessidade de moer a superfície da lâmina antes da ligação.

[018] Numa modalidade preferida, o substrato transportador é impregnado com pelo menos um composto poliol. O composto poliol pode ser um poliéter poliol ou um poliéster poliol.

[019] De acordo com outra modalidade, a metade de invólucro de lado de sucção e/ou de lado de pressão é fabricada por um processo que compreende as etapas de: a) colocar uma disposição em camadas de fibras incluindo uma ou mais camadas de fibra numa superfície de molde para formar uma estrutura de meio invólucro que compreende uma superfície externa aerodinâmica e uma superfície interna oposta tendo uma borda periférica, b) dispor o substrato transportador impregnado na referida superfície interna pelo menos ao longo de parte da sua borda periférica; c) injetar ou infundir a disposição em camadas de fibras e o substrato transportador impregnado com uma resina e subsequentemente curar a mesma.

[020] Em algumas modalidades, a estrutura de meio invólucro pode compreender um flange de ligação para fornecer uma área superficial aumentada para ligação à outra metade de invólucro. Tipicamente, uma meia estrutura de invólucro compreenderá um flange de ligação no seu lado de bordo de ataque. Em outras modalidades, existe um flange de ligação em cada um dos lados de bordo de ataque e de bordo de fuga. Numa modalidade, o (s) flange (s) de ligação prolonga(m)-se ao longo de todo o comprimento do lado de bordo de ataque e/ou do lado de bordo de fuga da estrutura de meio invólucro. Vantajosamente, o flange de ligação sobrepõe-se a uma superfície interna da outra metade de invólucro quando as metades de invólucro são montadas. O substrato transportador impregnado pode ser aplicado a pelo menos parte de tal superfície de flange de ligação. Vantajosamente, o substrato transportador impregnado é impregnado antes de ser disposto na superfície interna da estrutura de meio invólucro.

[021] O material de fibra e o substrato transportador impregnado são infundidos ou injetados com uma resina, tal como poliéster, que molha tanto o material fibroso como o substrato transportador impregnado. Sem querer estar limitado pela teoria, acredita-se que a resina e o composto funcional no substrato transportador impregnado, tal como um composto de poliol, irão interagir para formar grupos de superfície reativos, tais como grupos hidroxilo. Portanto, é criada uma superfície de ligação melhorada que possui uma concentração elevada de grupos funcionais reativos, preferencialmente, grupos hidroxilo, que podem reagir com um adesivo adequado no processo de ligação subsequente. O substrato transportador impregnado torna-se, assim, uma parte integrante da lâmina acabada. Acredita-se que isto conduz a uma formação de ligação forte (reticulação) entre adesivos laminados e estruturais.

[022] A resina para infusão ou injeção na etapa c) pode ser uma resina epóxi, poliéster ou éster vinílico. A estrutura de meio invólucro também pode compreender um material de núcleo intermediário da estrutura em sanduíche de invólucro, que preferencialmente compreende espuma de madeira e/ou de polímero, mais preferencialmente madeira de balsa. De acordo com outra modalidade, a lâmina compreende adicionalmente uma ou mais almas dispostas dentro da lâmina, cada alma estando unida de forma adesiva à metade de invólucro de lado de sucção e à metade de invólucro de lado de pressão nas respectivas juntas adesivas superiores e inferiores, em que o substrato transportador impregnado é disposto nas juntas adesivas superiores e/ou inferiores antes de unir a alma às metades de invólucro.

[023] Se presente, as almas atuam para reforçar a estrutura da lâmina e evitar curvaturas ou dobras excessivas. Elas são tipicamente ligadas a partes reforçadas da superfície interna das respectivas metades de invólucro, tais como mesas de longarina, laminados principais ou estruturas em sanduíche. Elas podem ser formadas a partir de elementos de longarina tendo seções transversais em forma de I ou C, os elementos tendo um corpo principal com flanges de suporte de carga que se prolongam a partir deles em extremidades opostas do corpo principal. Um método de fabricação de almas em forma de I ou C é por meio da provisão de um corpo de painel em sanduíche ao qual camadas de material de fibra são aplicadas nas extremidades opostas na forma dos flanges desejados, o material de fibra sendo infundido com uma resina e subsequentemente curado para formar flanges rígidos. É conhecido que a fabricação de almas numa estrutura de molde adequadamente moldada, em que uma alma C pode ser fabricada usando um molde em forma de U, onde o corpo de painel em sanduíche se prolonga entre as paredes opostas da estrutura do molde, com os flanges formadas por meio de disposição em camadas de material de fibra contra as referidas paredes.

[024] É preferível que a alma compreenda dois flanges nas suas extremidades opostas, em que os flanges estão conectados a mesas de longarina, laminados principais ou estruturas em sanduíche das respectivas metades de invólucro. A conexão pode ser proporcionada ao aplicar o substrato transportador impregnado aos flanges de alma ou aos laminados principais das metades de invólucro, seguida pela ligação dos flanges de alma às metades de invólucro utilizando um adesivo adequado.

[025] De acordo com uma modalidade, as metades de invólucro de lado de sucção e de lado de pressão são unidas com um adesivo que compreende pelo menos um composto de éster vinílico. De acordo com outra modalidade, as metades de invólucro de lado de sucção e de lado de pressão são unidas com um adesivo que compreende um composto de isocianato, preferencialmente, isocianato livre.

[026] Numa modalidade preferida, a resina compreende um composto de poliéster, de preferência um composto de poliéster insaturado.

[027] De acordo com outra modalidade, a disposição em camadas de fibras compreende fibras de vidro. A disposição em camadas de fibras também pode compreender fibras de carbono, fibras de aramida, fibras metálicas, tais como fibras de aço e/ou fibras vegetais.

[028] De acordo com outra modalidade, a etapa c) compreende a aplicação de vácuo, preferencialmente, moldagem por transferência assistida por vácuo. Na moldagem por transferência de resina assistida por vácuo (VARTM), normalmente camadas de fibra de vidro são colocadas em um molde com a orientação correta e, subsequentemente, a resina é forçada a fluir através das fibras usando uma bomba de vácuo. Isso é, geralmente, seguido por um ciclo de cura na pressão atmosférica.

[029] De acordo com outra modalidade, o método compreende adicionalmente uma etapa de aplicar um peel ply no topo do substrato transportador impregnado subsequente à etapa b), mas antes da etapa c), em que o peel ply é removido antes de unir de forma adesiva as metades de invólucro. De acordo com outra modalidade, o método compreende adicionalmente uma etapa de colocar uma vacuum foil no topo da disposição em camadas de fibras e substrato transportador impregnado subsequente à etapa b), mas antes da etapa c). De acordo com outra modalidade, o método compreende adicionalmente uma etapa de aplicar um primer ou revestimento em gel ao molde de lâmina antes da etapa a).

[030] Noutro aspecto, a presente invenção refere-se a uma lâmina de turbina eólica obtenível pelo método descrito acima. Descobriu- se que a lâmina resultante exibe resistência de ligação e estabilidade estrutural melhoradas. Ela também distingue-se das lâminas conhecidas por conter o substrato transportador impregnado como parte integrante da sua estrutura.

[031] Num outro aspecto, a presente invenção refere-se a um substrato transportador impregnado para uso no método descrito acima. O substrato transportador pode ser impregnado com um composto tendo uma porção funcional é selecionada a partir de um amino, uma amida, um hidroxilo, um sulfureto, um epóxi, um silanol, um carbonilo, um carboxilo, um tiocarbonilo, um amônio, um nitrilo, uma imina funcional e combinações dos mesmos. É particularmente preferido que a porção funcional seja uma porção funcional hidroxilo. Numa modalidade preferida, o substrato transportador é impregnado com pelo menos um composto poliol.

[032] De acordo com outra modalidade, o substrato transportador tem um comprimento de pelo menos 20 m e uma largura entre 0,5 e 50 cm. Numa modalidade preferida, o substrato transportador tem um comprimento de pelo menos 20 m, tal como pelo menos 30 m ou pelo menos 40 m. Vantajosamente, ele tem uma largura entre 0,5 e 50 cm, tal como pelo menos 1 cm, mais preferencialmente, pelo menos 2 cm, muito mais preferencialmente, pelo menos 3 cm. A espessura dos substratos transportadores pode ser de pelo menos 1 mm, tal como pelo menos 2 mm ou pelo menos 5 mm.

[033] Noutro aspecto, a presente invenção refere-se ao uso de um substrato transportador impregnado na fabricação de uma lâmina de turbina eólica, em que o substrato transportador impregnado é colocado em contato com pelo menos um adesivo para unir de forma adesiva uma metade de invólucro de lado de sucção a uma metade de invólucro de lado de pressão, em que o substrato transportador é impregnado com pelo menos um composto tendo uma porção funcional.

[034] De preferência, a porção funcional é selecionada a partir de um grupo amino, uma amida, um hidroxilo, um sulfureto, um epóxi, um silanol, um carbonilo, um carboxilo, um tiocarbonilo, um amônio, um nitrilo, uma imina funcional e combinações dos mesmos. Numa modalidade preferida, a porção funcional é uma porção funcional hidroxilo. Mais preferencialmente, o substrato transportador é impregnado com pelo menos um composto poliol.

Descrição detalhada da invenção

[035] A invenção é explicada mais detalhadamente abaixo com referência às modalidades mostradas nos desenhos, nas quais:

[036] A Figura 1 mostra uma turbina eólica,

[037] A Figura 2 mostra uma vista esquemática de uma lâmina de turbina eólica,

[038] A Figura 3 mostra uma vista esquemática de um perfil de aerofólio da seção I-I da Figura 4,

[039] A Figura 4 mostra uma vista esquemática da lâmina de turbina eólica da, vista de cima e de lado,

[040] A Figura 5 é um desenho em perspectiva de uma estrutura de meio invólucro da presente invenção num molde;

[041] A Figura 6 mostra uma seção transversal ampliada da estrutura de meio invólucro da Figura 5, ao longo da linha A-A',

[042] A Figura 7 mostra uma vista em seção transversal de uma lâmina de turbina eólica de acordo com a invenção,

[043] A Figura 8 é uma vista ampliada da seção B da Figura 7.

Descrição detalhada

[044] A Figura 1 ilustra uma turbina eólica moderna convencional contra o 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 cubo 8 e três lâminas 10 prolongando-se radialmente a partir do cubo 8, cada uma tendo uma raiz de lâmina 16 mais próxima do cubo e uma ponta de lâmina 14 mais afastada do cubo 8. O rotor tem um raio denotado por R.

[045] A Figura 2 mostra uma vista esquemática de uma primeira modalidade de uma lâmina de turbina eólica 10 de acordo com a invenção. A lâmina de turbina eólica 10 tem a forma de uma lâmina de turbina eólica convencional e compreende uma região de raiz 30 mais próxima do cubo, uma região perfilada ou de aerofólio 34 mais afastada do cubo e uma região de transição 32 entre a região de raiz 30 e a região de aerofólio 34. A lâmina 10 compreende um bordo de ataque 18 voltado para a direção de rotação da lâmina 10, quando a lâmina é montada no cubo, e um bordo de fuga 20 voltado para a direção oposta do bordo de ataque 18.

[046] A região de aerofólio 34 (também chamada de região perfilada) tem uma forma de lâmina ideal ou quase ideal em relação à geração de elevação, enquanto a região de raiz 30, devido às considerações estruturais, tem uma seção transversal substancialmente circular ou elíptica, o que, por exemplo, facilita e torna mais seguro montar a lâmina 10 no cubo. O diâmetro (ou a corda) da região de raiz 30 pode ser constante ao longo de toda a região de raiz 30. A região de transição 32 tem um perfil de transição mudando gradualmente da forma circular ou elíptica, da região de raiz 30, para o perfil de aerofólio, da região de aerofólio 34. O comprimento da corda da região de transição 32 tipicamente aumenta com o aumento da distância r do cubo. A região de aerofólio 34 tem um perfil de aerofólio com uma corda prolongando-se entre o bordo de ataque 18 e o bordo de fuga 20 da lâmina 10. A largura da corda diminui com o aumento da distância r do cubo.

[047] Um ressalto 40 da lâmina 10 é definido como a posição, onde a lâmina 10 tem o seu maior comprimento da corda. O ressalto 40 é tipicamente fornecido no limite entre a região de transição 32 e a região de aerofólio 34.

[048] Deve-se notar que as cordas de diferentes seções da lâmina normalmente não estão em um plano comum, uma vez que a lâmina pode ser torcida e/ou curvada (ou seja, pré-dobrada), fornecendo assim o plano de corda com um curso correspondente torcido e/ou curvado, sendo este o caso mais frequente para compensar a velocidade local da lâmina que depende do raio do cubo.

[049] As Figuras 3 e 4 descrevem parâmetros que são utilizados para explicar a geometria da lâmina de turbina eólica de acordo com a invenção.

[050] A Figura 3 mostra uma vista esquemática de um perfil de aerofólio 50 de uma lâmina típica de uma turbina eólica representada com os vários parâmetros, que são tipicamente utilizados para definir a forma geométrica de um aerofólio. O perfil de aerofólio 50 tem um lado de pressão 52 e um lado de sucção 54, que durante o uso - isto é, durante a rotação do rotor - normalmente estão voltados para o lado de barlavento (ou contra o vento) e o lado de sotavento (ou a favor), respectivamente. O aerofólio 50 tem uma corda 60 com um comprimento de corda c prolongando-se entre um bordo de ataque 56 e um bordo de fuga 58 da lâmina. O aerofólio 50 tem uma espessura t, que é definida como a distância entre o lado de pressão 52 e o lado de sucção 54. A espessura t do aerofólio varia ao longo da corda 60. O desvio de um perfil simétrico é dado por uma linha de arqueamento 62, que é uma linha mediana através do perfil de aerofólio 50. A linha mediana pode ser encontrada ao desenhar círculos inscritos a partir do bordo de ataque 56 para o bordo de fuga 58. A linha mediana segue os centros desses círculos inscritos e o desvio ou distância do acorde 60 é chamado de curvatura f. A assimetria também pode ser definida pelo uso de parâmetros chamados de arqueamento superior (ou arqueamento do lado de sução) e arqueamento inferior (ou arqueamento do lado de pressão), que são definidos como as distâncias da corda 60 e do lado de sucção 54 e do lado de pressão 52, respectivamente.

[051] Os perfis de aerofólio são frequentemente caracterizados pelos seguintes parâmetros: o comprimento da corda c, o arqueamento máximo f, a posição df do arqueamento máximo f, a espessura máxima do aerofólio t, que é o maior diâmetro dos círculos inscritos ao longo da linha de arqueamento média 62, a posição dt da espessura máxima t e um raio de bico (não mostrado). Esses parâmetros são geralmente definidos como relações para o comprimento da corda c. Portanto, uma espessura de lâmina relativa local t/c é dada como a relação entre a espessura máxima local t e o comprimento da corda local c. Além disso, a posição dp de arqueamento máximo do lado de pressão pode ser usada como um parâmetro de projeto e, claro, também a posição do arqueamento máximo do lado de sução.

[052] A Figura 4 mostra outros parâmetros geométricos da lâmina. A lâmina tem um comprimento total de lâmina L. Conforme mostrado na Figura 3, a extremidade de raiz está localizada na posição r = 0, e a extremidade de ponta localizada em r = L. O ressalto 40 da lâmina está localizado em uma posição r = Lw, e tem uma largura de ressalto W, que é igual ao comprimento de corda no ressalto 40. O diâmetro da raiz é definido como D. A curvatura do bordo de fuga da lâmina na região de transição pode ser definida por dois parâmetros, viz. um raio de curvatura externa mínima ro e um raio de curvatura interna mínima ri , definidos como o raio de curvatura mínima do bordo de fuga, visto a partir do exterior (ou atrás do bordo de fuga), e o raio de curvatura mínimo, visto a partir do interior (ou na frente do bordo de fuga), respectivamente. A lâmina é provida com uma pré-dobra, que é definida como Δy, que corresponde à deflexão fora do plano a partir de um eixo transversal 22 da lâmina.

[053] A Figura 5 ilustra um molde de lâmina 64 com uma superfície de molde 66 para moldar uma metade de invólucro 68 de uma lâmina de turbina eólica. O processo de moldagem envolve colocar de uma disposição em camadas de fibras que inclui uma ou mais camadas de fibra, tais como fibras de vidro, na superfície de molde 66. A estrutura de meio invólucro 68 compreende uma superfície externa aerodinâmica 70 e uma superfície interna oposta 72 tendo uma borda periférica 74. Conforme ilustrado apenas no lado esquerdo da Figura 5, um substrato transportador impregnado 76 na forma de uma tira de tecido é colocado na superfície interna ao longo do seu bordo periférico 74. Subsequentemente, a disposição em camadas de fibras e o substrato transportador impregnado são infundidos com uma resina para criar uma estrutura reforçada com fibra.

[054] Isto é ilustrado adicionalmente na vista em seção da Figura 6, que é tomada ao longo da linha A-A’ na Figura 5. Em contraste com a Figura 5, a modalidade mostrada na Figura 6 tem substratos transportadores impregnados 76 colocados em ambos os lados ao longo da borda periférica 74 da superfície interna 72 da estrutura de meio invólucro 68.

[055] A Figura 7 é uma vista em corte de uma lâmina 10 da presente invenção ilustrando diferentes linhas de ligação B, C e juntas adesivas D, E, F, G sobre as quais o substrato transportador impregnado da presente invenção pode ser aplicado antes do ligação adesiva. Uma metade de invólucro de lado de pressão 68 é unida de forma adesiva a uma metade de invólucro de lado da sucção 69 ao longo das respectivas linhas de ligação no bordo de ataque 18 e no bordo de fuga 20 da lâmina (ver círculos B e C). O substrato transportador impregnado 76 é colocado entre as metades de invólucro 68, 69, que é melhor visualizado na vista ampliada do círculo B na Figura 8. Nesta modalidade, a metade de invólucro de lado da pressão 68 compreende uma flange de ligação 78 para melhor ligação com a metade de invólucro de lado da sucção 69. O substrato transportador impregnado é colocado nas respectivas metades de invólucro 68, 69 incluindo o flange de ligação 78, de preferência antes da infusão de resina em moldagem por transferência de resina assistida por vácuo. Depois da cura, as metades de invólucro 68, 69 incluindo os substratos transportadores impregnados 76 são ligadas de forma adesiva ao longo de uma linha de ligação 80 usando um adesivo ou pasta de ligação adequada.

[056] Conforme também mostrado na Figura 7, a lâmina 10 compreende uma alma de bordo de ataque 82 e uma alma 84 de bordo de fuga, ambas as quais estão substancialmente em forma de C. Ambas as almas 82, 84 estão ligadas de forma adesiva às respectivas metades de invólucro 68, 69, de preferência às mesas de longarina ou laminados principais integrados nas últimas (não mostrados). O substrato transportador impregnado pode ser colocado sobre os flanges superior e/ou inferior das almas e/ou nas respectivas superfícies internas das metades de invólucro 68, 69, isto é, nos laminados principais, antes da ligação.

[057] A invenção não está limitada às modalidades descritas aqui e pode ser modificada ou adaptada sem se afastar do âmbito da presente invenção.

[058] Lista de numerais de referência 2 turbina eólica 4 torre 6 nacele 8 cubo 10 lâmina 14 ponta de lâmina 16 raiz de lâmina 18 bordo de ataque 20 borda de fuga 22 eixo transversal 30 região de raiz 32 região de transição 34 região de aerofólio 40 ressalto/posição de corda máxima 50 perfil de aerofólio 52 lado de pressão 54 lado de sucção 56 bordo de ataque 58 borda de fuga 60 corda 62 linha de arqueamento/linha mediana 64 moldes de lâmina 66 superfície de molde 68 metade de invólucro de lado de pressão 69 metade de invólucro de lado de sucção 70 superfície externa de metade de invólucro 72 superfície interna de metade de invólucro 74 borda periférica de superfície interna 76 substrato transportador 78 flange de ligação 80 linha de ligação 82 alma de bordo de ataque 84 alma de bordo de fuga c comprimento de corda dt posição de espessura máxima df posição de arqueamento máximo dp posição de arqueamento máximo do lado de pressão f arqueamento L comprimento de lâmina r raio local, distância radial a partir da raiz de lâmina t espessura Δy pré-dobra

Claims

1. Método de fabricação de uma lâmina de turbina eólica, em que a lâmina (10) compreende: um contorno perfilado que inclui um lado de pressão e um lado de sucção; um bordo de ataque (18); e um bordo de fuga (20) com uma corda que se prolonga entre eles, em que a lâmina de turbina eólica (10) prolonga-se em uma direção da envergadura entre uma extremidade de raiz (16) e uma extremidade de ponta (14), em que o método compreende unir de forma adesiva uma metade de invólucro de lado de sucção (69) e uma metade de invólucro de lado de pressão (68) ao longo das respectivas linhas de ligação (80) nos referidos bordos de ataque e de fuga, em que, antes da junção, um substrato transportador impregnado (76) é disposto entre as metades de invólucro ao longo de pelo menos parte das referidas linhas de ligação (80), em que o substrato transportador (76) é impregnado com pelo menos um composto tendo uma porção funcional, caracterizado pelo fato de que a metade de invólucro de lado de sucção e/ou de lado de pressão é fabricada por um processo que compreende as etapas de: a) colocar uma disposição em camadas de fibras, por exemplo, compreendendo fibras de vidro, incluindo uma ou mais camadas de fibra em uma superfície de molde (66) para formar uma estrutura de meio invólucro que compreende uma superfície externa aerodinâmica (70) e uma superfície interna oposta (72) tendo uma borda periférica (74); b) dispor o substrato transportador impregnado (76) na referida superfície interna (72) pelo menos ao longo de parte da sua borda periférica (74); c) injetar ou infundir a disposição em camadas de fibras e o substrato transportador impregnado com uma resina e subsequentemente curar a mesma.

2. Método de fabricação de uma lâmina de turbina eólica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a porção funcional é selecionada a partir de uma porção funcional de hidroxilo, amino, carbonila, isocianato e combinações dos mesmos.

3. Método de fabricação de uma lâmina de turbina eólica, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a porção funcional é uma porção funcional hidroxilo.

4. Método de fabricação de uma lâmina de turbina eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o composto tendo uma porção funcional é um composto poliol.

5. Método de fabricação de uma lâmina de turbina eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a lâmina compreende adicionalmente uma ou mais almas (82, 84) dispostas dentro da lâmina, cada alma estando unida de forma adesiva à metade de invólucro de lado de sucção (69) e à metade de invólucro de lado de pressão (68) nas respectivas juntas adesivas superiores e inferiores, em que o substrato transportador impregnado (76) é disposto nas juntas adesivas superiores e/ou inferiores antes de unir a alma às metades de invólucro.

6. Método de fabricação de uma lâmina de turbina eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, as metades de invólucro de lado de sucção e de lado de pressão (69,68) são unidas com um adesivo que compreende pelo menos um composto de éster vinílico, e/ou em que as metades de invólucro de lado de sucção e de lado de pressão (69,68) são unidas com um adesivo que compreende um composto de isocianato, preferencialmente, isocianato livre.

7. Método de fabricação de uma lâmina de turbina eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a resina compreende um composto de poliéster, preferencialmente, um composto de poliéster insaturado.

8. Método de fabricação de uma lâmina de turbina eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a etapa c) compreende a aplicação de vácuo, preferencialmente, moldagem por transferência assistida por vácuo, e/ou em que o método compreende adicionalmente uma etapa de aplicar um peel ply no topo do substrato transportador impregnado (76) subsequente à etapa b), mas antes da etapa c), em que o peel ply é removido antes de unir de forma adesiva as metades de invólucro, e/ou em que o método compreende adicionalmente uma etapa de colocar uma folha de vácuo no topo da disposição em camadas de fibras e substrato transportador impregnado subsequente à etapa b), mas antes da etapa c).

9. Método fabricação de uma lâmina de turbina eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma etapa de aplicar um primer ou revestimento em gel ao molde de lâmina antes da etapa a).

10. Lâmina de turbina eólica, caracterizada pelo fato de que é obtenível pelo método conforme definido em qualquer uma das reivindicações anteriores.

11. Substrato transportador impregnado, caracterizado pelo fato de que é para o uso em um método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1a 9, em que o substrato transportador é impregnado com pelo menos um composto poliol, opcionalmente em que o substrato transportador tem um comprimento de pelo menos 20 m e uma largura entre 0,5 e 50 cm.

12. Uso de um substrato transportador impregnado na fabricação de uma lâmina de turbina eólica, caracterizado pelo fato de que o substrato transportador impregnado é colocado em contato com pelo menos um adesivo para unir de forma adesiva uma metade de invólucro de lado de sucção a uma metade de invólucro de lado de pressão, em que o substrato transportador é impregnado com pelo menos um composto tendo uma porção funcional.

13. Uso, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a porção funcional é selecionada a partir de um grupo amino, uma amida, um hidroxilo, um sulfureto, um epóxi, um silanol, uma carbonila, um carboxilo, um tiocarbonilo, um amônio, um nitrilo, uma imina funcional e combinações dos mesmos, e/ou em que a porção funcional é uma porção funcional hidroxilo e/ou em que o substrato transportador é impregnado com pelo menos um composto poliol.