BRPI0519889B1 - método de fabricação de um elemento de invólucro de pá de turbina eólica, método de fabricação de uma pá de turbina eólica, pá de turbina eólica, elemento de invólucro de pá de turbina eólica, uso de um método, e subconjunto - Google Patents
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Abstract
método de fabricação de um elemento de invólucro de pá de turbina eólica, método de fabricação de uma pá de turbina eólica, pá de turbina eólica, elemento de invólucro de pa de turbina eólica, uso de um método, e subconjunto. trata-se de um método para preparação de um elemento de invólucro de pá de turbina eólica (2) compreendendo uma pluralidade de elementos (8) de material laminar curado reforçado com fibra. uma pluralidade de elementos de material laminar curado reforçado com fibra são providos em um molde, uma resina é introduzida entre os elementos de material laminar curado reforçado com fibra e os elementos são unidos a elementos adjacentes mediante cura da resina. o método é particularmente adequado para preparação de elementos de invólucro de pá de turbina eólica devido ao complexo formato tridimensional dos aerofólios, que pode ser reproduzido pelo relativamente flexível material laminar curado reforçado com fibra.
Description
MÉTODO FABklCAÇAO DE S ELEMENTO DE INVÓLUCRO DE PÁ DE
TURBINA EÓLICA, MÉTODO DE FABRICAÇÃO D -D!A FÁ =. TURDINA
CÓLICA, PA DE TURBINa EÓLICA, ELEMENTO DE INVÓLUCRO DE PÁ
DE TURBINA EÓLICA, USO DE UM MÉTODO, E SUBCONJUNTO
CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO
A invenção refere-se a elementos de invólucro de pá de turbina eólica compreendendo material laminar reforçado com fibra de vidro curada. Mais particularmente, a invenção refere-se a um método de fabricação de um elemento de 10 invólucro de pá de turbina eólica compreendendo um material laminar reforçado de fibra de vidro curada na proximidade de uma superfície externa, preferencialmente com o material laminar reforçado de fibra de vidro disposto na forma de
Adicionalmente, a invenção refere-se a um elemento de invólucro de pá de turbina eólica e a uma pá de turbina eólica compreendendo um material laminar curado reforçado com fibra unido por resina curada e um subconjunto associado ao método.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
O documento N° WO 03/008800 descreve uma pá para uma turbina eólica, em que essa pá compreende uma camada de varetas pré-fabricadas na proximidade da superfície do invólucro. Em uma configuração, algumas das varetas 25 consistem em elementos pultrudados de fibra de carbono posicionados na pá com a seção transversal da vareta substanc-s * ortogo^nl i dar ivamente à superfície externa da pá.
OBJETIVOS DA INVENÇÃO
Um objetivo da invenção consiste na provisão de um método mais eficiente de fabricação de um elemento compôsito.
Um outro objetivo da invenção consiste na provisão de um elemento compôsito compreendendo um material laminar curado reforçado com fibra unido por resina curada.
DIVULGAÇÃO
DA INVENÇÃO
Os objetivos acima e outros objetivos da invenção são realizados por um método de fabricação de um elemento de invólucro de pá de turbina eólica compreendendo as etapas de provisão de um molde e posicioname;
elementos de material laminar curado reforçado com fibra no molde. Subseqtientemente, uma resina curável é introduzida entre a maioria dos elementos de material laminar curado reforçado com fibra, e a pluralidade de elementos de material laminar curado reforçado com fibra são unidos mediante a cura da resina.
Um material de camada superficial externo e/ou um material de camada superficial interna podem além disso ser opcionalmente providos no molde anteriormente à introdução e cura da resina.
O número de elementos pode variar consideravelmente dependendo da aplicação de fato, tal como da espessura, formato e tamanho dos elementos, e do tamanho do elemento dc hivuiucre· Ha pó de lux bina eólica a ser fabricado.
Tipicamente, são utilizados mais de pe1 ~ -rei.uj ·. e.T.enzoa, porem quando süu ui±lizados mais elementos, tal como pelo menos 5, pelo menos 10, ou pelo menos 15 elementos, é 5 possível obter um formato geral mais regular da estrutura de reforço finalizada. Por outro lado, um número muito elevado de elementos pode ser difícil de organizar. Apesar de ser possível utilizar um maior número de camadas na invenção, é tipicamente preferencial utilizar menos de 100 elementos, tal como menos de 75 ou menos de 50 elementos.
Quando é utilizado um grande número de elementos, é preferencial que os elementos sejam organizados em estruturas formando conj untos, tais como pilhas, podendo ser temporariamente acoplados entre si formando uma pilha frouxa.
A utilização de material laminar curado reforçado com fibra permite um teor de fibra muito alto e fibras muito alinhadas nos elementos. É sabido na técnica que deflexões ou saliências de fibras em um material compósito reforçado com fibra podem degradar substancialmente as propriedades mecânicas, particularmente a resistência e o módulo de elasticidade, do compósito. A fabricação de compósitos com fibras muito alinhadas é portanto muito desejável. Adicionalmente, o fato de o material laminar ser curado facilita o transporte dos elementos, já que não são requeridas condições especiais para esse efeito, tais como determinadas faixas de temperatura ou de umidade.
Ar)’’
Ιΐϊχηίϋ, d comornacão do formato laminar com o estado curado do elemento fac:
<>**·<* ao formato do molde sem comprometer o alinhamento, ou em outras palavras, a disposição retilinea, das fibras no elemento. Isto é particularmente importante complexas tal como um aerofólio de uma pá eólica, em que a distribuição de fibra desejada um formato
Em invenção.
em formas de turbina consiste em tridimensional complicado.
uma pelo
1aminar curado configuração menos alguns reforçado com altamente preferencial da dos elementos de material fibra são posicionados na forma de ladrilhos parcialmente sobrepostos sendo dessa forma providas várias bordas de elemento substancialmente paralelos. Isto permite o posicionamento dos elementos em róximãda superfície do molde, e mediante ajuste da área de sobreposição entre os elementos.
é possível obter praticamente qualquer distribuição geral desejada elementos de uma pá de fibras de reforço. Particularmente, os podem ser posicionados em uma seção transversal de turbina eólica de tal forma que as fibras se assemelhem substancialmente à distribuição da água em um lago possuindo um perfil de profundidade correspondente à dã stância da linha central da pá até a superfície da seção transversal.
Em uma configuração particularmente preferencial.
as bordas de elemento substancialmente paralelas são bordas que ficam dispostas substancialmente paralelas à extensão dos elementos de material laminar rurcd-i *cíuiçado com fibra. Isto proporciona uma distância de introdução de resina -p1. a +·2'-.‘‘r.-r.t_ :;·.;ν<> - uma maior faciiidade de fabricação e reprodução.
Os elementos de material laminar curado reforçado com fibra podem ser providos ao longo de uma fração maior ou menor da extensão da estrutura compósita. Entretanto, é tipicamente preferencial que os elementos sejam posicionados ao longo de pelo menos 75% da extensão do
elemento de invólucro de pá de turbina eólica, e em muitos casos é mais preferencial que o material laminar curado reforçado com fibra seja posicionado ao longo de pelo menos 90% da extensão da estrutura compósita.
material laminar curado reforçado com fibra compreende fibras, tais como fibras de carbono, fibras de vidre-y—fibras de ãtamida^ fibras naturais, tais como fibra baseadas em celulose tal como fibras de madeira, fibras orgânicas ou outras fibras, que podem ser utilizadas para propósitos de reforço. Em uma configuração preferencial, as fibras são fibras unidirecionais orientadas paralelamente à extensão do material laminar curado reforçado com fibra.
Isto proporciona valores muito elevados de resistência e rigidez na extensão do material laminar curado reforçado com fibra. Outras orientações ou combinações de orientações poderão ser adequadas em algumas aplicações. Exemplos de 25 outras orientações adequadas sâo fibras biaxiais orientadas a ± 45° ou 0o/90° relativamente à extensão do material laminar; e fibras triaxiais orientadas a ± 45° e na
cálx-;18cíc> do material laminar. Essas orientações aumentam a rigidez e res: r. u r -.<·= '’, 1·? ao matcúi-uJ.
compósito.
Adicionalmente, o material laminai curado reforçado com fibra compreende uma resina, preferencialmente uma resina de cura térmica, tal como uma resina baseada em epóxi, uma resina baseada em éster de vinila, uma resina baseada em poliuretano ou outra resina de cura térmica
adequada.
O material laminar curado reforçado com fibra pode compreender mais de um tipo de resina e mais de um tipo de fibras. Em uma configuração preferencial, o material laminar curado reforçado com fibra compreende fibras de carbono unidirecionais e uma resina baseada em epóxi ou uma ___15--xesiiid baseàdã em éster de vinila, e preferencialmente o material laminar curado reforçado com fibra consiste
substancialmente em fibras de carbono unidirecionais e uma resina baseada em epóxi.
O material laminar curado reforçado com fibra consiste em um elemento relativamente plano possuindo uma extensão, que corresponde a pelo menos dez vezes a dimensão da largura, e uma largura, que consiste em pelo menos 5 vezes a dimensão de espessura do material laminar. Tipicamente, a extensão é de 20 - 50 vezes a largura ou mais e a largura é 20 até 100 vezes a espessura ou mais. Em uma configuração preferencial, o formato do material laminar é semelhante ao de uma cinta ou fita.
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bobinas som fim do material· Laminar curado reforçado com
fibra podem ser fabricadas em urra instalação centralizada sendo dali enviadas para o local de montagem das pás, onde podem ser divididas em elementos de tamanho adequado. Para aperfeiçoar adicionalmente as características de transporte, é preferencial que a espessura do material laminar curado reforçado com fibra seja selecionada de tal _15_ -forma- -que- θ -material Laminar” curado reforçado com fibra possa ser bobinado em um rolo com um diâmetro de menos de 2 m com base na flexibilidade, rigidez, tipo de fibra e teor
de fibra utilizados. Tipicamente, isto corresponde a uma espessura de até 3,0 mm, entretanto, para valores elevados de rigidez e de teor de fibra, é normalmente mais adequada uma espessura inferior a 2,5 mm. Por outro lado, os materiais laminares espessos proporcionam desníveis relativamente grandes na superfície externa, o que favorece os materiais laminares mais finos. Entretanto, os materiais laminares não deverão ser tipicamente mais finos que 0,5 mm já que seria então necessário um grande número de folhas, causando um acréscimo de tempo de fabricação. Foi
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*..· laminar curado reforçado com fibra varia tipicamente ao longo da extensão do material laminar. Tipicamente, a largura máxima deverá a 100 mm, e para redução do número de folhas, ser superior uma largura superior a 150 mm é desej ável. Foi demonstrado através de trabalhos experimentais que em muitos casos a largura ____15_ _jDQdfirá- -preferenciarl-fflente- ser Superior a 200 mm no ponto
mais largo. Por outro lado, a resina terá que efetuar um percurso entre folhas adjacentes em uma extensão correspondente à largura da folha, e portanto a largura máxima do ma te ri a l 2 amir.ar será preierencialmente inferior a 500 mm para permitir um controle adequado da introdução da resina. Em uma configuração preferencial, u iarguia máxima é inferior a 400 mm, se por exemplo a resina for selecionada de tal torma que iniciar a cura anteriormente ao término da infusão, será preferencial que a largura máxima da folha seja inferior a cerca de 300 mm.
Em uma configuração preferencial do método de acordo com a invenção, o marerial laminar curado reforçado
ι i u:..'·άϊ ./m.c_ΐ'Γ*=>—i ra* ϊγγργ.t <:: i -riíli1 r: 11 w CijÜi a i i: i n , Ü* ! »':ΧϋίΤ.ρ - ϊ· r pã^ci dUÜientO *1<i
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4':
. ί·ϊπ . S do mater Ldl Laminar curado rerorçado poderá ser adequado, dependendo das condições de
USG material laminar curado reforçado com fibra deverá compreender fibras altamente alinhadas e o material laminar curado reforçado com fibra poderá portanto vantajosamente consistir em um material compósito pultrudado curado ou um compósito prensado em esteira 15- _ CQQt ínua. - cur-ade- - Estas Téõnicãs ” podem proporcionar os formatos laminares desejados com um elevado teor de fibras
e com fibras altamente alinhadas. Adicionalmente, estas técnicas sâo particularmente adequadas para fabricação de extensões sem fim de material.
2C Poderá ser muito difícil introduzir resina entre folhas de material se as folhas se °r.rtr.‘ r ar»'m posicionadas com grande proximidade mútua. Isto ocorre particularmente no caso em que o espaço entre as folhas é submetido a um vácuo. Em uma configuração preferencial da invenção, o material laminar curado reforçado com fibra é provido com uma textura superficial para facilitar a introdução de resina entre elementos adjacentes de material laminar
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U,1 mm ató 0,r' mm, μι kM.uberãric i ns do m.i i c.r <ii i ΐ F * ã Γ ” Ϊ ! d··1 : Γ. * ? J ; 1 _ . is ; - <
A textura superf i;:ia · ·. : i. X α í? : jí f T * > í ‘ 1 -i . μι. Ji:
no Eareiia. luminar curado pudera:· se: utiliz.idas íí1 iri wij , ΐ.αι COÍTlO ΠιΐΊΓίΟ^ί >3 _:.λ ·τ :?.;* 1 .* sZ.cq: <ι!Ί·i<
L poderá ad ici cr.almente ou alternativamente compreender partes rebaixadas, tais como calhas formadas na superfície principal do material laminar curado reforçado com fibra, preferencialmente com os rebaixos tendo dimensões da ordem de 0,1 mm até 0,5 mm abaixo da superfície principal, e sendo que em alguns casos rebaixos de maiores dimensões poderão ser adequados.
_ Tipicamente,- -a»-prefeuberãncras-ê/bü-fébãixos são separados por espaços de 1 cm até 2 cm, porém o espaçamento poderá mais amplo ou menor, dependendo do tamanho real das correspondentes protuberâncias e/ou rebaixos.
A textura superficial· dos tipos descritos acima pode ser provida após a fabricação do material laminar curado reforçado com fibra, por exemplo mediante jareamento cor. areia, esmerilhamento ou deposição por gotejamento de resina semi-sólida sobre a superfície, porém é preferencial que a textura superficial, para facilitar a introdução da resina entre elementos adjacentes de material laminar curado reforçado com fibra pelo menos parcialmente seja provida durante a fabricação do material laminar curado
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Ud ui.Kl ê li S i PJ r..i e o material· Laminar reíorçàdo com fibra sendo formado na
prensa de esteira. Uma tal folha metálica pode igualmente atuar como forro e deverá ser removido anteriormente à introdução do material laminar curado reforçado com fibra no molde.
Em uma configuração preferencial, o efeito facilitador da textura superficial relativamen.te à di_sjt_ribu j_çàq_ _de_ -resina -durar.te “ ã Introdução da resina é obtido mediante provisão de uma pluralidade de elementos espaçadores internos dispostos entre elementos adjacentes
do material laminar curado reforçado com fibra.
Os elementos espaçadores internos poderão vantaj osamente ser selecionados de entre um ou mais elementos do grupo que consiste em uma colecão de libras, tais de vidro e/ou fibras de carbono.
um material sólido, tal como partículas de areia, e um polímero de alto ponto de fusão, por exemplo, como pontos ou 1 ir.has de resina. É 25 preferencial que os elementos espaçadores internos sejam inertes durante a introdução da resina, e por exemplo não alterem seu formato nem reajam com a resina introduzida. A
t-dpaçaaozes ir.teznos porierã ser vantajosa em nu. i1 os casos, ió que <-' r^l -t*· i i·''' * » .· ·ι. j;:.: ώ .
- :.àc uenhum método específico de fabricação do material laminar curado reforçado com fibra r.cr. qualquer b pré-tratamento especial do material laminar curado reforçado cor. f ibra. Os elementos espaçadores ir. ternos apreser.r arr.-se pr^feicncialmeuLe em uma ia i xa de tamanho de
0,1 mm até distâncias de
0,5 mm e cm até 2 os espaçamentos poderão são separados tipicamente por cm, porém tanto os tamanhos quanto ser adequados em alguns casos.
Tipicamente, quanto maior for o elemento de espaçamento interno, maior será o espaçamento permissivel.
Para facilitar a introdução da resina este processo poderá ser vantajosamente assistido por vácuo. Neste caso,
15__o_jnátOdo-compreende- de formação de um recinto de vácuo em torno da estrutura compósita. 0 recinto de vácuo poderá ser preferencialmente formado
mediante provisão de uma segunda parte de molde flexível em comunicação estanque a vácuo com o molde. Subseqüentemente poderá ser provido com vácuo no recinto de vácuo por um meio de produção de vácuo, tal como uma bomba disposta em comunicação com o recinto de vácuo, permitindo assim a introdução da resina por um processo assistido a vácuo, tal como um processo de moldagem de transferência de resina com assistência por vácuo (Vacuum Assisted Resin Transfer
Moulding - VARTM). Um processo assistido por vácuo é particularmente adequado para estruturas de grande porte,
J ξ üe ^.uvo-ucrc qg pá de turbina oc-lica,
Eâ ffiudLdri em que jonqas disTãr.cías d** - r ar pn-*·· - ·-:
puiiciiuiL Qt Ouf.rd roímd causar uma cura prematura da resina, impedindo dessa forma uma infusão adicional de resina. Adicionalmento, um processo assistido por vácuo reduzirá a quantidade de ar no interior do elemento de ϊηνό’u'T? de pá de turbina eólica reduzindo dessa forma a presença de ar no compósito após a infusão, o que aumenta a
resistência e melhora a possibilidade de reprodução.
Os elementos compósitos de acordo com a invenção ou passíveis de fabricação através do método de acordo com a invenção podem alternativamenle formar um invólucro de pá de turbina eólica individualmente ou formar um invólucro de pá de turbina eólica quando acoplados a um ou mais .15._-elementos--eempésitos—-adicionais-desse-tipo, por exemplo, por meios de fixação mecânica e/ou adesiva. A partir desses invólucros de pá de vantajosamente uma acoplamento de dois turbina pá de desses eólica por meios adesivos elementos de fixação. Tanto eólica, é possível fabricar turbina eólica mediante invólucros de pá de turbina e/ou mecânicos.
tal como por o invólucro de pá de turbina eólica quanto a pá de turbina eólica combinada podem opcionalmente compreender adicionalmente elementos, tais como elementos de controle, elementos de iluminação, etc.
Em uma configuração particularmente preferencial, cada invólucro de pá consiste em um elemento compósito passível de fabricação pelo método de acordo com a invenção. Em uma
.-vi4-’'-- -?-_f --j; yi.c.Vi-Ljjci, o c-* emento de invoiucro ne pã dc turbíhõ Hóíica raoricadc- pe't- mé* r-d'· tc :·.
Invenção íoima suos uanciaimenre o invólucro externo completo de uma pá de turbina eólica, isto ó, nrr ladc Je pressão e um lado de sucção que são Cormados integralmente durante a fabricação do elemento de invólucro de pá de turb.i rvi
Um aspecto da invenção refere-se a uma pá de turbina eólica compreendendo um material laminar curado reforçado com fibra. 0 material laminar curado reforçado com fibra é posicionado na proximidade da superfície externa da pá na forma de ladrilhos parcialmente sobrepostos. Em uma configuração preferencial o material laminar curado reforçado com fibra consiste em um material 15 _ lami nar niraHo--reforçado-cum fibra“püITrüBadõ- ou prensado em esteira e foi dividido em elementos de material laminar curado reforçado com
Em uma outra turbina eólica de comprimento de pelo fibra.
configuração preferencial, uma pá acordo com a invenção possui menos 40 m. A razão da espessura, de um para linha de corda, para seções de aerofólio na faixa entre 75% < r / R < 95%, em que r é a distância desde a raiz da pá e R é o comprimento total da pá. Preferencialmente, a constante de 25 espessura para linha de corda é realizada na faixa de 70% <
r / R < 95%, e mais preferencialmente na faixa de 66% < r /
R < 95%. Isto pode ser realizado para uma pá de turbina
ac ce viíx· à arande dens:d-ide
CC pICScíÇr; cj·-1 | f:rr-ts *. a L CrjS | ||
t.:üi q^ir.· | L. S rfu S | ||
inerci al. | Desta | forma, | |
5 | obter o | mesmo | momer.t |
reforço e/ou obto proporcionam um elevado momento é possíve1 de acordo com a invenção o inercial com menos material de inercial com um perfil permitir uma construção de aerofólio baseada em requisitos aerodinâmicos prevalecendo sobre requisitos estruturais.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A invenção será mais plenamentc explicada abaixo com referência a configurações exemplares, bem como aos desenhos, nos quais
A Fig. 1 é uma ilustração de corte transversal de
---—om “eTefflenTo cfe invólucro de pá de turbina eólica no molde.
a Fig. 2 ilustra um elemento de invólucro de pá de turbina eólica possuindo duas camadas de elementos parcialmente sobrepostos.
Fig. 3 é uma ilustração de corte transversal de uma pá de turbina eólica com fibras de reforço.
Fig. 4 lustra diversas estruturas de reforço geral.
Fig.
ilustra um método preferencial de preparação de um subconjunto de elemento mediante divisão de material laminar curado reforçado com fibra.
a Fig. 6 ilustra as vias preferenciais de encaminhamento da resina durante a introdução da resina.
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partes que são necessárias para elucidação da invenção.
sendo que outras partes são omitidas ou meramente sugeridas
DESCRIÇÃO
DOS DESENHOS
Na
Fig. 1, um exemplo de um elemento de invólucro de pá de turbina eólica 2 formado de acordo com o método da
-1δ - -invenção ” é Ilustrado no molde
4.
molde 4 consiste tipicamente em um elemento rígido e pode ser combinado com
uma segunda parte de molde (ver o elemento 5, Fig. 6) durante a introdução da resir.a. Tipicamente essa segunda parte do molde é tlexivel. Opcionalmente, um material· de 20 camada superficial externa 10 é posicionado no molde. Essa camada superf i cia1, ext err..”: 1 C pede consisti i, por exemplo, em um material de revestimento do tipo de pré-impregnação ou um material de revestimento termoplástico. Em seguida, uma pluralidade de elementos 8 de material laminar curado 25 reforçado com fibra é posicionada no molde. Os elementos de núcleo 36, e elementos adicionais, tais como, por exemplo, um sistema condutor para descargas de raios atmosféricos, /, um sisrorn- d-a r-' «r .ui. siSLe^u ae monitoração do pa de
-Urbir.a eóJ i ch , podem iav.a Lmen * p «p
--- j - Um material de camada superficial irrprna opcional
12 pode ser provido sobre os elementos 8 de material laminar curado re .OrÇado cg.t íibra se isto for desejado. O material de camada supeifLulal interna opcional pode igualmente ser provido após a introdução da resina er.tre os elementos, porém a presença de um material de camada superficial interna não é essencial para o elemento de invólucro de pá de turbina eólica. Um material de camada superficial interna bem como um material de camada superficial externa podem compreender fibras, que são orientadas diferentemente das fibras dos elementos de mate_riaJ_laminai-cufade-reforçado“Cõrn fibra ~ê~põrtanto, por exemplo, aumentam a resistência transversal do elemento de invólucro de pá de turbina eólica.
Finalmente, é introduzida resina entre os elementos. É preferencial que todos os espaços entre 20 elementos adjacentes sejam preenchidos com a resina, porém um preenchimento parcial poderá ser suficiente em alguns casos. Para facilitar a introdução da resina, o ar entre
elementos | adjacentes poderá | ser removido | anteriormente | à | |
introdução | da | resina, por | exemplo por | meio de vácuo | |
2b conforme é | aqui | discutido em | outro lugar. | ||
Em | uma | configuração | preferencial | exemplificada | na |
Fig. 2, a pluralidade de elementos 8 de material laminar
L<>Πίιά ue eierr.entos
ΓΊ
l‘i de eiezemos. Na rig. z, isto é exemplificado com duas camadas 14, porém mais camadas, τ a i cott-o 3, 4, ó, 6 ou mesmo mais camadas, poderão ser vantajosas para eiement.os de invólucro de p<í de turbina eólica de grande pcrt° possuir d·, eclrulurds Je reforço muito espessas. Os elementos em diferentes camadas podem ser orientados similarmente (não ilustrado) ou diferentemente, conforme se encontra ilustrado na Fig. 2. As camadas 14 podem ser separadas por um elemento 34, tal como uma camada fibrosa ou um elemento espaçador superficial 34 (ver abaixo), para facilitar a distribuição de resina e/ou para proporcionar uma base regular para uma camada subseqüente.
—tnüTütíuzidà nas camadas de elementos em uma única operação ou em uma operação realizada por etapas, em que uma ou mais camadas são em primeiro lugar preenchidas com resina, após o que a resina nestas camadas é curada anteriormente à introdução da resina em uma ou mais camadas adicionais de elementos. Esse método em etapas pode compreender duas ou mais etapas tais como 2, 3, 4, 5, ou até mesmo mais etapas em casos de estruturas de reforço geral muito espessas.
Uma das principais vantagens obtidas com a utilização de elementos de material laminar curado reforçado com fibra consiste no fato de o material de reforço poder ser posicionado com uma grande liberdade de r .;ç.ã.· . ϊ,ζ. óhid . -..ifiLa gcr<j i, ê preferenciai qu? c >
ίΓιά t e 1 1 n J up reforce scia o:,s i c 1 mi-id'· posáivm ua nana central da estrutura para obtenção de um momento elevado do reforço. Mediante utilizaçãu do elementos di spostos em sobreposição, isto pode ser substanciaimento alcançado através de uma pluralidade de el·ementes p^sjlz.dc o mesmo íoxmatc ou - em situações em que for desejada uma estrutura de reforço geral de geometria complexa - por uma pluralidade de elementos 10 possuindo somente alguns poucos formatos diferentes. Isto torna-se possível mediante variação do grau de sobreposição e dos ângulos entre a superfície externa da superfície compósita e os elementos de material laminar curado reforçado com fibra.
_15._______Na—Pig-.—3--±sto-“é—ilOSfradõ por um exemplo de uma distribuição de elementos em um molde. Os elementos 8 de material laminar curado reforçado com fibra são posicionados ao longo da superfície externa, e os elementos de núcleo (não ilustrados) podem ser dispostos afastados 20 das superfícies mais externas de forma a ser assegurado um posicionamento adequado dos elementos. Os elementos de núcleo são estruturas leves com uma capacidade de reforço limitada. Em uma configuração preferencial, isto aplica-se a uma pá de turbina eólica de tal forma que pelo menos 80%, 25 preferencialmente 90% de fibras em uma seção transversal da pá em uma orientação ortogonal com relação à direção longitudinal da pá são dispostas no volume combinado do nu
-'~Ίí cteíerer-.c lü~ que; d 1 ração de f: bras rr.er.ci^r.d.ia « se’a di?p.'Pt'i s *' r.
i_x;,i:x;.<_· úc u-dac de pressão ou iado de barlavento e nos 20 ou 30% do volume mais externo do 1 ado do sucção c- dc sotavento. Para c semi-perfil da Fig. 3, a fração da parte mais externa é indicada pela linha Lt e o plano central do perf i l· é : r.uz pela .mha í s. Esta disposição é alcamente desejável, já que permite um acréscimo de momento inercial para uma determinada quantidade de reforço. Em uma 10 configuração preferencial, esta distribuição de fibras é realizada para seções transversais na faixa de razões de distâncias da raiz, r, da pá da turbina eólica, para a extensão total de raiz, R, de pá de turbina eólica, de 50% < r/R < 75%, preferencialmente para seções transversais na .15— fai xa-entre--25%—«--r/R ~ΈϊϊΓHmã-cõnfiguração a 11amente preferencial, as fibras consistem em fibras de carbono.
Os elementos de material laminar curado reforçado com fibra podem vantajosamente ser preparados mediante divisão do material laminar curado reforçado com fibra por 20 corte. Devido à natureza fibrosa do material laminar curado reforçado com fibra, é preferencial utilizar um processo de corte por jato de água para evitar os efeitos de desgaste em ferramentas de corte tradicionais, porém outros métodos poderão igualmente ser utilizados dentro do escopo da 25 invenção.
Na Fig. 5 encontra-se ilustrado um exemplo de um método de divisão de um material laminar curado reforçado
Λ.
τ'·.τ. Γϊ; rc::. i r:: λ ié Ια..ώι -.-4 nu. i -desejável confotmrir oõ eenirt-t· os v-i r-i q;e se : a f r. rmnda ;n:ri ι ·η· s - i a: Lduã na ρι υχ imi aacie ae pe±o inenos uma extremidade, já que uma pi lha de elementos parcialment e sobreoostos ' rá forma assemelhar-se a um chanfro geral do conteúdo de fibras de reforço na direção da extremidade. Isto ocorre p^rr' -:1 a rr.f-r.t ·.; c-a a per. tu uò ei emente i cr i orr.ada pe a intersecção de duas bordas relativamente retilineas.
Em uma configuração preferencial ilustrada na Fig.
5A, pelo menos um dos elementos 8 do material laminar curado reforçado com fibra 6 é dividido para formar um primeiro ângulo de ponta α na direção de uma primeira extremidade 24 correspondente a uma primeira extremidade do elemento de invólucro de pá de turbina eólica 2. Em uma
---15configuração' mais preferencial.
o primeiro ângulo de ponta α é formado mediante divisão do material laminar curado reforçado com fibra 6 ao longo de uma linha reta indicada na Fig. 5A por uma linha tracejada a partir de uma primeira borda de folha 20 para a segunda borda de folha 22 do material laminar curado reforçado com f ibra 6.
Para somente na proximidade de uma extremidade tal como no caso de uma pá de turbina eólica, o momento aumenta de forma substancialmente linear desde a extremidade não suportada até a ext remidade suportada. A resistência dos elementos é substancialmente proporcional à seção transversal do elemento, e os elementos sào tipicamente responsáveis pela
rr/i*. r psiu.. -.
v ã n: a j <; s i i < |1; e d l .τιΏ.υ ez. rczcrz. oa sL-oíôi.-jíu «strutural. E portanto altamente seçao r rai.sve: ϊ d- «orna ' --..·_ .z como a estrutura de reforço err. geral) aumente substanciaJmer.te linearmente a partir da primeira 5 ponta de extremidade. De acordo com a invenção, isto pode ser facilmente realizado medi ar.te utilização de elementos l:.dividü«iri com um primeiro âr.gu Lo de por.La a, formados mediante divisão do material laminar curado reforçado com fibra ao longo de uma linha reta conforme foi discutido 10 acima.
Uma outra confiquração preferencial encontra-se igualmente ilustrada na Fig. 5A. Neste caso, pelo menos um dos elementos 8 do material laminar curado reforçado com fibra 6 é dividido para formar um segundo ângulo de ponta β 15 na direção de uma segunda extremidade 26 correspondente a uma segunda extremidade do elemento de invólucro de pá de turbina eólica 2. Em uma configuração mais preferencial, o segundo ângulo de ponta β é formado mediante divisão do material laminar curado reforçado com fibra 6 ao longo de 20 uma linha reta indicada na Fig. 5A por uma linha tracejada a partir de uma primeira borda de folha 20 até a segunda borda de folha 22 do material laminar curado reforçado com fibra 6. Particularmente para elementos ou subconjuntos 8 a serem aplicados na fabricação de uma pá de turbina eólica, 25 é preferencial que o segundo ângulo de ponta β seja maior que o primeiro ângulo de ponta a.
zõ
ι.κ.^ιι^πυ η ül- .TciLCí iux xamiiiür Cuiado rerorçario coir. fibra evicanoo-se ο;·. η»·Ίο τ^'γ.^γ aesperuiuaos, e preierenciai que a largura de uma parte cio elemento ou subconjunto 8 do material de refnrçn ruradc de fibra 6 corresponda à largura do material laminar curado reforçado com fibra.
-31er:.e:.Lo ou subconjunto h na Fig. 5 é adicionalmente vantajoso no fato de elementos idênticos
poderem ser formados sem que nenhuma parte do material laminar curado reforçado com fibra seja desperdiçada durante a divisão do material laminar curado reforçado com fibra. A ausência de desperdícios poderá ser obtida para elementos de formato trapezoidal (conforme a ilustração da
Fig. 5B) bem como para elementos triangulares (conforme a 15 ilustEaçã©—da——5C)— -com mira-ãltÃirã“ corrêspõndente a uma largura 40 do material laminar curado reforçado com fibra.
O elemento 8 constitui um subconjunto para fabricação de elementos de invólucro de pá de turbina eólica de acordo com a invenção e pode ser fabricado no local de instalação de uma forma intimamente associada à montagem e fabricação do elemento de invólucro de pá de turbina eólica completo ou o subconjunto poderá ser fabricado separadamente do local de fabricação da estrutura compósita. O subconjunto pode compreender uma ou mais das características que foram descritas relativamente aos elementos ou relativamente ao material laminar curado reforçado com fibra, tais como o conteúdo de material, uma
L·'· ü l : _ 'iíO.j± i icaua, uiii e i.ftnem o Rspaçaoor
s.in····» f2 ’ ir.torr.c Six-ii. *!· ^au^· . - —.-- : j iüdlícação, o Lormato e o tamanho e espessura, sujeito às mesmas considerações. 0 subconjunto podo srr transportado na forma de uma pilha de elementos pianos ou pode ser bcbir.ado cü dobrado para um formato adequado. Os s ± _·%:.j de eleiüer-itos podem ser integrados em um subconjunto adicional compreendendo uma pilha de subconjuntos, e opcionalmente elementos adicionais, tais como dispositivos de fixação adesiva ou mecânica para fixar os elementos entre si pelo menos temporariamente. Ambos os tipos de subconjuntos podem vantajosamente ser utilizados para fabricação de elementos de invólucro de pá de turbina eólica na medida em que a flexibilidade do subconjunto
15--atende- os— requislLus necessários párã- formação da forma tridimensional do aerofólio de pá.
Os elementos de material laminar curado reforçado com fibra podem ser dispostos para formação de uma estrutura de reforço em diversos formatos gerais.
Tipicamente, os elementos são organizados para formarem uma estrutura de reforço possuindo uma perna orientada na direção da primeira extremidade do elemento de invólucro de pá de turbina eólica a ser fabricado e uma perna orientada na direção da segunda extremidade da estrutura compósita, conforme se encontra ilustrado na Fig. 4A. Entretanto, em uma configuração preferencial, os elementos 8 de material laminar curado reforçado com fibra 6 são posicionados no η Λ
LZ .imj estrutura de reforço geral, que pussui peio menos duas perr-ns < τ ! ·>ηi ada** extre-midciae 24 correspondendo a uma primeira extremidade do elemento de invólucro do pá de turbina eólica e/ou pelo menos duas pernas orientadas na direção da segunda ext remidade 26 correspondendo a uma segunda extremidade da estrutura compõsita.
As Figs. 4B até D ilustram exemplos de estruturas de reforço possuindo mais de uma perna com orientação na 10 direção de pelo menos uma extremidade. Na Fig. 4B, a estrutura de reforço geral tem uma perna orientada na direção da primeira extremidade e duas pernas orientadas na direção da segunda extremidade. Nas Figs. 4C e D, a estrutura de reforço geral tem duas pernas orientadas na __15_direção da&
de reforço geral ilustradas na Fig. 4 são particularmente vantajosas - adicionalmente ao fato de proporcionarem resistência de tração - no fato de as estruturas de reforço proporcionarem um acréscimo de rigidez e resistência de 20 torção e/ou de rigidez e resistência de borda. Isto tornase relativamente vantajoso para estruturas longas e relativamente finas, tais como pás de turbinas eólicas e elementos de invólucro de pá de turbina eólica.
Se os elementos de diferentes pernas ficarem dispostos em sobreposição em uma ou mais áreas, será preferencial que os elementos das pernas sejam entrelaçados para obtenção de um acoplamento aperfeiçoado entre os
Γ 'υ ~ \ —c Ι1(ιϋ ii.di viauais. Esses «nt. relaçair.entcs sãc rei a~ : να. H.': rá'e:s d<~ oh*»·.'' r-«r·· - -< - 2 __. , ae pã de turbina eóizca possuindo elementos de material laminar curado reforçado com fibra visfn que os elementos individuais podem ser manuseados sem defiexão das fibras nos elementos.
□e reforce geral tende a rnar-se muito espessa em áreas em que os elementos de pernas
individuais ficam dispostos em sobreposição. Isto pode causar uma defiexão local das fibras nos elementos ou implicar uma utilização inadequadamente elevada de resina em áreas adjacentes a essas áreas de sobreposição para prevenção da defiexão local. A Fig. 4D ilustra uma estrutura de reforço possuindo uma configuração especial
15.
-de— niaLtíiial Tãminar ’ curado reforçado com
fibra. Os elementos são providos com uma área correspondente pelo menos parcialmente à área de sobreposição, que possui uma largura reduzida. Dessa forma, a espessura total da estrutura de reforço nestas áreas é reduzida. Em uma outra configuração, os elementos são providos com uma área correspondente pelo menos parcialmente à área de sobreposição, que possui uma espessura reduzida (não ilustrada nas figuras). Em geral, a configuração com a largura reduzida é mais preferencial, visto que esses elementos podem ser facilmente preparados mediante corte de uma bobina de material laminar curado reforçado com fibra.
/? I.
S ie>:-.:.o 'ios e ’ emer.*-cs de ma*,-ris.'.
j κ . ·γ v i. vrt *« » ' í -4 - - ·” í : U v - — - · 2. *J - J j.‘ f aci lí tado peia utilização de gabaritos ilustrativos das ocsícõps depo ; rcía «. Γρ-*' ''•rre pjrti j-larmontc guanJu sà^, b desejados sistemas de elementos mais complexos ou se for utilizada uma disposição manual. Um dispositivo de gabarito pooc ir.aicar a posição relativa dos elementos de matéria. laminar curado reforçado com f ibra na direção de uma extremidade correspondente à extremidade do elemento de invólucro de pá de turbina eólica e/ou indicar a posição relativa de pelo menos um elemento relativamente ao molde, tal como uma borda de molde ou uma característica do molde, por exemplo, um furo ou um meio de escoamento. A indicação de posição correta pode envolver a posição longitudinal, a
T5 posição transversal ê7ou a posição vertical relativamente ao molde e/ou relativamente a elementos adicionais de material laminar curado reforçado com fibra ou outros elementos a serem incluídos na estrutura compósita.
Os meios de gabarito podem ser integrados no elemento de invólucro de pá de turbina eólica formando um gabarito de ut ilização única. Em uma configuração preferencial, os meios de gabarito são integrados com um elemento de núcleo da estrutura compósita.
Para elementos de grande porte, tal como para uma pá de turbina eólica, em que a extensão dos elementos de material laminar curado reforçado com fibra tem um valor tipicamente na ordem da extensão total da pá de turbina ο
f r
3·.:i vrii. ,qjudu aplicar va11os meios cie ο
Ί I ζ8 gaDüiito, pur exempjo, um em cada exi n--n : <iarie *' [nr;u em pos^çoes selecionadas ao longo da extensão da pá.
Os elementos de materjal laminar curado reforçado com fibra são unidos entre si por resina conforme foi discutido a c .i ma, prr ém du r an t: e a montagem.
é altamente ,erxs temporariamente os material laminar curado reforçado com fibra ao molde e/ou a um outro elemento no molde, por exemplo.
um ou mais elementos de material laminar curado reforçado com fibra ou outro tipo de elemento. A fixação temporária deverá ser formada de tal forma que a fixação não cause defeitos inaceitáveis durante a subseqüente introdução da resina ou durante a utilização do produto final. A fixação pode por _JL5_ expmpl o-«welvef -tm--otr-mais~ adesivos, Tãl como uma resina de fusão térmica, curável ou não curável, ou uma fita de
revestimento duplo; ou meios de fixação mecânicos, tais como braçadeiras, cabos, cabos com olhais ou um elemento elástico. Em uma configuração particularmente preferencial, os meios para fixação temporária não são removidos anteriormente à introdução da resina e são portanto incluídos na estrutura compósita completada. Neste caso, é particularmente importante que os meios de fixação temporária sejam compatíveis com os elementos da estrutura final tanto em termos químicos (por exemplo, relativamente á resina) quanto em termos mecânicos (por exemplo, sem formação de pontos mecanicamente fracos).
Πιϋ
I rãUdc os e.emer.*· os ae
rn .J 1 ti f Ί 3 j m «n a r | |
posicionados de | acordo |
proferenc:almerte | r yês r |
proximidade das extremidades preze renda-, os e_emer.~os ae
- ;;Ί - -3com dois até quatro, 'rabari^^s ocsicionados na e afastados das extremidades.
Os elementos são temperar lamente fixados nas posições desejadas por fusão térmica, que é do mesmo tipo da resina a ser introduzida para uniãc dos elementos, e os gabaritos são removidos anteriormente à introdução da resina.
Para um molde curvo, tal como uma seção transversal de um molde para um elemento de invólucro de pá de turbina eólica conforme se encontra ilustrado na Fig. 6 e na Fig.
7, a resina poderá ser vantajosamente introduzida entre os elemento a partir do lado convexo. Na medida em que o molde
T5 rigTHõ 4’ e tipicamente convexo, isto tipicamente proporciona a introdução da resina através do molde rígido ou através do segundo molde flexível 5 e através do elemento de invólucro de pá de turbina eólica aproximandose da superfície externa. Isto deve-se principalmente fato 20 de o espaçamento entre os elementos ser maior no lado convexo que no lado côncavo conforme se encontra indicado na Fig. 7 pelas setas 50 e 52, respectivamente. A Fig. 6 ilustra uma via preferencial de introdução da resina. Neste caso, a resina é introduzida através do segundo molde 5 por 25 uma passagem de resina 43 em um elemento de núcleo 36 para uma localização próxima do molde externo, porém são igualmente praticáveis outras vias de transporte da resina.
£ íc α x.; ie.çac pruxtma oa superfície no mo.de, a resii.a é ; nrroauziaa entre g> -] en er;'''s a an· acesso ae maiores dimensões uo espaço entre os elementos 6, a introdução da res na a part: r dc jdíü 5 localizaçâo próx ima da superfície do molde na di reção do segundo molde permite uma observação da introdução total da durante c processamento na medida em que a resina deverá penetrar até a superfície do elemento de invólucro de pá de turbina eólica próxima dc segundo molde. Neste caso, a resina poderá ser observada visualmente, particularmente se a segunda parte do molde for transparente ou se forem providas j anelas transparentes na segunda parte do molde.
Em uma disposição particularmente vantajosa dos ___15. _
de- “nrolcle ' e ”30 compósito a ser fabricado, conforme se encontra ilustrada na Fig. 6, os elementos 8 de material laminar curado reforçado com fibra são dispostos em sobreposição parcial a partir de um primeiro lado do molde, por exemplo, correspondendo à borda dianteira ou à borda traseira de um elemento de invólucro de pá de turbina eólica. A passagem de introdução de resina é disposta na proximidade do elemento 8 de material laminar curado reforçado com fibra em afastamento do primeiro lado do molde, por exemplo, correspondendo à borda traseira ou à 25 borda dianteira, respectivamente. O excesso de resina poderá vantajosamente ser extraído na proximidade do primeiro lado do molde próximo da superfície do segundo ,άι,;.!.-, ·.·.· responacnao ã borda dianteira ou à borda ^rasej ra, rosoeci. i vnir-fi rs.p-. l-.-2:..1:.0 transporte de resina reiatLvamente retilíneo, reduzindo a probabilidade do bloqueio da vi π de distribuição do resina 5 e proporcionando assim uma construção mais robusta.
Os elementos S são relativamente flexíveis em direções orlogonais com relação ao plar.o do elemento 8 e conformam-se portanto à superfície interna do molde 4 por deflexão. Entretanto, os elementos 8 são também 10 relativamente rígidos em direções no plano do elemento 8 e tendem portanto a formar linhas afiadas de contato com o molde. Esses contatos retêm significativamente o transporte de resina em direções transversais aos contatos.
É conhecida a provisão de tramas abertas flexíveis superfície de uma estrutura compósita para facilitar a infusão de resina. Entretanto, essas tramas flexíveis seriam substancialmente ineficazes com elementos relatívamente rígidos como ocorre neste caso, na medida em que tramas flexíveis seriam simplesmente 20 deformadas pela elevada pressão local exercida pela borda dos elementos 8. Os presentes inventores observaram que em tais casos, o elemento espaçador de superfície 34 deverá ser igualmente rígido. Mediante trabalhos experimentais foi determinado que o material compósito possuindo uma 25 estrutura aberta, tal como uma grade ou grelha, e compreendendo fibras e resina totalmente curada, será capaz de manter o transporte de resina em uma direção transversal
2Γ γ.·;γ.· c*. c -a;- i-ic ias -ios elementos 8 e o moLde 4. Foi cir-.suiíbHí: o q‘1*· jtt ccr.pr.s: tr. c\<-s' s- : 'sd·· v--.
rêfci jcm fobias de vidro curada ou outra estrutura aberta proporciona uma estrutura particulrirment-p vantajosa para um elemento espaçador de superfície, já que as fibras de vidro são r.uit c ecor.ôr.i-.-ds e rclativamente espessas. Em uma ror.figuiauão part Lcuiarmente preferencial, a grade curada é uma estrutura biaxial aberta. A grade pode ser vantajosamente orientada relativamente às bordas do material laminar curado reforçado com fibra de tal forma que as bordas não fiquem dispostas paralelamente a nenhuma das direções biaxiais, já que isto reduz a probabilidade de bloqueio acidental de transporte de resina sob as bordas através do elemento espaçador de superfície.
----Além —de—facilitar õ frãnspõrEê 3a~ resina, o material espaçador de superfície pode igualmente contribuir para a resistência mecânica da estrutura compósita, particularmente com relação à resistência em uma orientação ortogonal à direção principal das fibras de reforço do material laminar curado reforçado com fibra. Isto deve-se principalmente ao fato de as fibras do material espaçador de superfície serem tipicamente posicionadas em uma disposição não paralela relativamente à direção principal das fibras de reforço do material laminar curado reforçado com fibra. A orientação típica e preferencial de um material espaçador de superfície biaxial é de ± 45° relativamente à direção principal das fibras de reforço do rei orçado com f i br a.
.j
f.ex:b . 'p· aa espessuiã ao elemento. Adicionalmente, os desníveis ilustrado na Fig. 8, em que é mostrada esquematicamente uma r- : 1r- * —
Jc c . cilT.uSl pã I laminar curado reforçado com ilustradas duas pilhas, em que possui elementos 8 espessos e fibra. Na a pilha do a pilha do
Fig.
lado lado
8A são esquerdo direito possui elementos finos. Observa-se que o espaço triangular 38 entre os elementos e um molde externo é maior para os elementos 8 espessos que para os elementos finos 8.
Isto pode causar uma textura superficial externa ondulada de—invólucro dê-pã ”dè turbina eólica acabado conforme se encontra ilustrado na Fig. 8B, devido a um encolhimento na cura da resina ou a uma contração térmica baseada em diferenças de expansão térmica e/ou flexibilidade da resina que preenche os espaços triangulares 38 outros elementos na estrutura compósita acabada.
Na tig.
8C curado, tal como conforme descrito tendência ondulada encontra-se ilustrado como um elemento espaçador de acima, pode reduzir ou um material superfície remover a de formação de uma textura de superfície externa mediante redução de dependência das características da superfície relativamente às propriedades
r.rri ej.emeni.os compreende a ώiA±d oos elementos ae màteriai laminar curado reforçado com fibra pelo menos dois tipos de fibras. As fibrau são preferencialmente selecionadas do grupo que consiste em fibras de carbor.o, fibras de vidro, fibras de aramida e f :br-?.s alo, tais como fibras baseadas em celulose, ,·» At
/.. /' ./ preferencialmente fibras de madeira.
As fibras podem ser dispostas de tal forma que um ou mais dos elementos compreenda dois ou mais tipos de fibras tal como, por exemplo, uma combinação de fibras de carbono com fibras de madeira ou fibras de carbono com fibras de vidro. Em uma configuração preferencial, a pluralidade de elementos particularmente compreende um
15—pximeiro—grupo de—etenrentõs, que tem uma primeira composição de fibras, e um segundo grupo de elementos, que
tem uma segunda composição. Preferencialmente, a primeira composição de fibras consiste substancialmente em fibras de carbono de tal forma que o primeiro grupo de elementos é particularmente rígido relativamente ao peso e volume do material laminar curado reforçado com fibra. A segunda composição de fibras pode, por exemplo, compreender fibras de madeira e/ou fibras de vidro. Mais de dois grupos de elementos podem encontrar-se presentes, tal como três.
25 quatro, cinco, | seis ou mesmo mais grupos. | ||||
Em | uma | configuração | da | invenção, | o formato dos |
elementos | e | semelhante | para | todos | os elementos |
v-^-er.dcr.tLl. —> jj upc ugs mesmos. Em uma outra ccr.zigura^.ãi., os formatos dc: elx-rn^r·’.·.'’? p-^r* r- -«··— .= diíisiei.tes grupos são diferentes. Em uma terceira configuração, o formato dos elementos varia dentro de um grupo individual de elementos.
As combinações preferenciais de elementos são
’ i711 Cí r J O u | de | u-·.amentos reforçados por fibras de | ||||
carbono | em | combinação com | um | grupo | de | |
elementos | re | forçados por fibras | de vidro; | |||
b) | um grupo | de | elementos reforçados | por | fibras | de |
carbono | em | combinação com | um | grupo | de | |
elementos | reforçados por fibras | de madeira; | ||||
c) | um grupo | de | elementos reforçados | por | fibras | de |
carbono | em | combinação com | um | grupo | de |
_JL5_________elementos—reforçadospõr fibras-de-vidro e um grupo de elementos reforçados por fibras de madeira.
Estes grupos são particularmente úteis para fabricação de elementos para invólucros de pá de turbinas 20 eólicas, já que os requisitos de reforço incluindo rigidez e requisitos de resistência variam com a distância relativamente à raiz da pá. Uma combinação deste tipo utilizando a tecnologia de material laminar curado reforçado com fibra de acordo com a presente invenção, proporcionará portanto uma pá econômica e estruturalmente superior.
Os elementos dos grupos podem ser posicionados no
τ..-l.ir .1»· ac η,Λ fori-ia que pe: o mer.os ajgur.s dos e.i emer·.: or do dc.i.·^ crrur'·? F^r v?r--·:.·· c^m-püi.La çcnrcrrr.e se encontra ilustrado na Fig. 9A. Neste caso, 'c' indica elementos de mate ri aZ lamir.az curado reforçado com fibra principalmente reforçados com fibra de carbono 'qr indica elementos de material laminar curado v-nf nrtad·’ fibra pi inc ίpaimonte reforçados com fibras de vidro, e 'w' indica elementos de material laminar curado
reforçado com reforçados com fibras de madeira.
Somente uma camada de elementos se encontra ilustrada para maior clareza. Na realidade, muitas camadas podem ser utilizadas para uma estrutura compósita, tipicamente com cada camada levemente deslocada relativamente às camadas adjacentes, por exemplo conforme _15_ _se—oncontra—üusLxdüu — na Fígà T, para permitir uma alteração mais gradual de propriedades.
Na Fig. 9B encontra-se ilustrada uma outra disposição preferencial de grupos de elementos. Neste caso, elementos dos diferentes grupos sobrepõem-se parcialmente a grupos adjacentes. A sobreposição pode abranger somente uma pequena fração da área de um elemento ou pode constituir uma sobreposição substancialmente total. É preferencial que as larguras dos elementos em áreas de sobreposição sejam gradualmente reduzidas para provisão de uma alteração mais gradual de propriedades na estrutura de reforço geral. Não é necessário que o número de elementos seja idêntico para todos os grupos. Por exemplo, são tipicamente requeridos
-1--.-.:r.: z. u.carDor.o que feiemernos com fibras de Tiid-ie'*·» -v.: fibras dr- v.J.Jr*:r â 7·:« nr' = dc f‘ü!d ck.· -carbono são mais rígidos que os outros e são tipicamente dispostos em partes estreitas da estrutura.
Uma característica individual ou uma combinação de características do uma configuração dã invenção aqui ariuçóes óovias das mesmas, são passíveis de ombinação com, ou poderão substituir,
características das outras configurações aqui descritas, a menos que uma pessoa versada na técnica conclua imediatamente que a configuração resultante não será
fisicamente viável.
kx
Μ·
El ρπι**π· de ϊ »·. vo lucro cie o-í <i^ Ji'r-bín'
Mo ι ac
Segunda parte de molde
6 Material laminar curado reforçado com fibra h Elemento de material laminar curado reforçado com f ihrri
Borda de elemento de material laminar curado reforçado com fibra
10 Material de superfície de camada externa
Material de superfície de camada interna
Camada de elementos parcialmente sobrepostos
Fração de parte mais externa
Linha central
2Ü_ borda de-folha
Segunda borda de folha
Primeira ponta de extremidade
Segunda ponta de extremidade
Meio de gabarito
32
Elemento espaçador interno
Elemento espaçador superficial
Elemento de núcleo
Espaço triangular
Largura máxima
Linha divisória
Passagem para resina
Entrada para resina
Claims (53)
- REIVINDICAÇÕES1. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM ELEMENTO DE INVÓLUCRO DE PÁ DE TURBINA EÓLICA, compreendendo as etapas de:- provisão de molde (4);- posicionamento de uma pluralidade de elementos (8) de material laminar curado reforçado com fibra (6) no molde;- provisão opcional de um material de camada superficial externa (10) e/ou um material de camada superficial interna (12) no molde (4);- introdução de uma resina curável (não exibida) entre substancialmente todos os elementos (8) de material laminar curado reforçado com fibra (6); e- união da pluralidade de elementos (8) de material laminar curado reforçado com fibra (6) mediante cura da resina, caracterizado pelo fato de que pelo menos alguns dos elementos (8) de material laminar curado reforçado com fibra (6) serem posicionados em forma de ladrilhos parcialmente sobrepostos de tal forma que são providas diversas bordas de elemento substancialmente paralelas (9).
- 2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de as bordas de elemento substancialmente paralelas serem substancialmente paralelas relativamente à extensão dos elementos (8) de material laminar curado reforçado com fibra (6).
- 3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de pelo menos duas camadas de elementos (8) de material laminar curado reforçado com fibra (6) serem posicionadas na forma de elementos parcialmente sobrepostos.
- 4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de ser introduzida resina em uma operação em todas as camadas dePetição 870180138919, de 08/10/2018, pág. 6/282/11 elementos (8) de material laminar curado reforçado com fibra (6) posicionados como elementos parcialmente sobrepostos.
- 5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado per pelo fato de ser introduzida resina em uma primeira camada com fibra (6) posicionados na forma de elementos parcialmente sobrepostos anteriormente à introdução de resina para o interior de uma camada adicional de elementos (8) de material laminar curado reforçado com fibra (6) posicionados na forma de elementos parcialmente sobrepostos, com a resina sendo preferencialmente introduzida na primeira camada de elementos sendo curada anteriormente à introdução da resina na camada adicional de elementos.
- 6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 5, caracterizado pelo fato de elementos (8) de material laminar curado reforçado com fibra (6) serem posicionados ao longo de pelo menos 75% da extensão do elemento de invólucro de pá de turbina eólica (2), preferencialmente ao longo de pelo menos 90% da extensão do elemento de invólucro de pá de turbina eólica (2).
- 7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de o material laminar curado reforçado com fibra (6) compreender fibras de vidro e/ou fibras de carbono e/ou fibras de madeira e uma resina de cura térmica, preferencialmente o material laminar curado reforçado com fibra (6) compreende fibras de carbono e uma resina de cura térmica, tal como uma resina à base de epóxi ou uma resina à base de éster de vinila;mais preferencialmente o material laminar curado reforçado com fibra (6) consiste em fibras de carbono e uma resina de cura térmica, tal como uma resina à base de epóxi.
- 8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de o material laminar curado reforçado com fibra (6) compreender principalmente fibras unidirecionais, preferencialmente com as fibras unidirecionaisPetição 870180138919, de 08/10/2018, pág. 7/283/11 sendo orientadas paralelamente à extensão do material laminar curado reforçado com fibra (6).
- 9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de o material laminar curado reforçado com fibra (6) ser passível de enrolamento em bobina.
- 10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o material laminar curado reforçado com fibra (6) ter uma espessura que permite que o material laminar curado reforçado com fibra (6) seja bobinado sobre um rolo com um diâmetro inferior a 2m, preferencialmente o material laminar curado reforçado com fibra (6) tendo uma espessura entre 0,5mm e 3,0mm, mais preferencialmente entre 1,0mm e 2,5mm, tal como 1,5mm até 2mm.
- 11. MÉTODO, de acordo com qualquer umas das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de a largura do material laminar curado reforçado com fibra (6) ser superior a 100mm, preferencialmente superior a 150mm e mais preferencialmente superior a 200mm.
- 12. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de a largura do material laminar curado reforçado com fibra (6) ser inferior a 500mm, preferencialmente inferior a 400mm e mais preferencialmente inferior a 300mm.
- 13. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de o material laminar curado reforçado com fibra (6) ser provido com uma textura superficial para facilitar a introdução de resina entre elementos adjacentes de material laminar curado reforçado com fibra;preferencialmente o material laminar curado reforçado com fibra (6) sendo provido com protuberâncias superficiais de resina de uma altura acima de uma superfície principal do material laminar curado reforçado com fibra (6) de cerca de 0,1mm até 0,5mm;Petição 870180138919, de 08/10/2018, pág. 8/284/11 e/ou rebaixos, tais como calhas, da ordem de 0,1mm até 0,5mm abaixo do nível da superfície principal do material laminar curado reforçado com fibra (6).
- 14. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de o material laminar curado reforçado com fibra (6) ser jateado com areia e/ou enxaguado e secado antes de ser posicionado no molde.
- 15. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de o material laminar curado reforçado com fibra (6) consistir em um compósito pultrudado curado ou um compósito prensado em esteira curado.
- 16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de a textura superficial para facilitar a introdução de resina entre elementos adjacentes (8) de material provida parcialmente durante a fabricação do material laminar curado reforçado com fibra (6) por prensagem em esteira, preferencialmente através de uma texturização na esteira ou através de uma texturização em uma folha metálica, em que essa folha metálica é provida entre a esteira e o material laminar curado reforçado com fibra sendo conformado pela prensa de esteira.
- 17. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a etapa de divisão do material laminar curado reforçado com fibra (6) em elementos (8) de material laminar curado reforçado com fibra, preferencialmente através de corte, mais preferencialmente mediante corte por jato de água.
- 18. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de pelo menos um dos elementos (8) do material laminar curado reforçado com fibra (6) ser divido para formar um primeiro ângulo de ponta (α) na direção de uma primeira extremidade (24) correspondente a uma primeira extremidade do elemento de invólucro de pá dePetição 870180138919, de 08/10/2018, pág. 9/285/11 turbina eólica (2), preferencialmente o primeiro ângulo de ponta (α) sendo formado por divisão do material laminar curado reforçado com fibra (6) ao longo de uma linha reta a partir de uma primeira borda de folha (20) para a segunda borda de folha (22) do material laminar curado reforçado com fibra (6).
- 19. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 18, caracterizado pelo fato de pelo menos um dos elementos (8) do material laminar curado reforçado com fibra (6) ser dividido para formar um segundo ângulo de ponta (β) na direção de uma segunda extremidade (26) correspondente a uma segunda extremidade do elemento de invólucro e pá de turbina eólica (2), preferencialmente o primeiro ângulo de ponta (β) sendo maior que o primeiro ângulo de ponta (α, e mais preferencialmente o segundo ângulo de ponta (β) sendo formado por divisão do material laminar curado reforçado com fibra (6) ao longo de uma linha reta a partir de uma primeira borda de folha (20) para a segunda borda de folha (22) do material laminar curado reforçado com fibra (6).
- 20. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizado pelo fato de a largura de uma parte do elemento (8) do material laminar curado reforçado com fibra (6) corresponder à largura do material laminar curado reforçado com fibra (6).
- 21. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 20, caracterizado pelo fato de o elemento (8) do material laminar curado reforçado com fibra (6) ser trapezoidal ou triangular com uma altura correspondente a uma largura 40 do material laminar curado reforçado com fibra.
- 22. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 21, caracterizado pelo fato de pelo menos alguns dos elementos (8) de material laminar curado reforçado com um meio de gabarito (30), em que preferencialmente o meio de gabarito (30) consiste em um elemento sólido possuindo uma borda externa indicando a posição relativa de elementos (8) do material laminar curado reforçado com fibra (6) na direção de uma extremidade (24 26) do elemento de invólucro de pá de turbina eólica e/ou indicando a posição de pelo menos um elemento relativamente ao molde, tal como uma borda de molde.Petição 870180138919, de 08/10/2018, pág. 10/286/11
- 23. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de o meio de gabarito (30) ser integrado ao elemento de invólucro de pá de turbina eólica (2).
- 24. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 23, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a etapa de fixação pelo menos temporária dos elementos de material laminar curado reforçado com fibra ao molde e/ou a um outro elemento no molde, preferencialmente por adesão, tal como utilizando uma resina de fusão térmica curável ou não curável ou uma fita adesiva de dupla face; ou com um meio de fixação mecânico, tal como braçadeiras, ou com um meio de fixação mecânico, tal como braçadeiras, cabos com olhais ou um elemento elástico.
- 25. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 24 caracterizado pelo fato de os elementos (8) do material laminar curado reforçado com fibra (6) serem posicionados no molde (4) para formarem uma estrutura de reforço geral, que tem pelo menos duas pernas orientadas na direção da primeira extremidade (24) correspondendo a uma primeira extremidade do elemento de invólucro de pá de turbina eólica e/ou pelo menos duas pernas orientadas na direção da segunda extremidade (26) correspondendo à segunda extremidade do elemento de invólucro de pá de turbina eólica.
- 26. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de os elementos (8) do material laminar curado reforçado com fibra (6) serem posicionados no molde (4) para formarem uma estrutura de reforço geral, que possui pelo menos uma perna suplementar orientada na direção da segunda extremidade (26) do elemento de invólucro de pá de turbina eólica relativamente ao número de pernas orientadas na direção da primeira extremidade (24) do elemento de invólucro de pá de turbina eólica.
- 27. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 25 e 26, caracterizado pelo fato de pelo menos alguns dos elementos (8) do material laminar curado reforçado com fibra (6) integrantes dePetição 870180138919, de 08/10/2018, pág. 11/287/11 diferentes pernas orientadas na direção de pelo menos uma das extremidades (24, 26) serem entrelaçados.
- 28. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 25 a 27, caracterizado pelo fato de a largura e/ou a espessura de pelo menos alguns dos elementos (8) do material laminar curado reforçado com fibra (6) ser(em) reduzida(s) em seções que possuem pernas sobrepostas.
- 29. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 28, caracterizado pelo fato de uma pluralidade de elementos espaçadores internos (32) serem providos entre elementos adjacentes 98) do material laminar curado reforçado com fibra (6) para facilitar a distribuição de resina entre os referidos elementos adjacentes (8) durante a introdução de resina, os elementos espaçadores internos (32) sendo selecionados de um ou mais membros do grupo consiste em:- uma coleção de fibras, tais como fibras de vidro e/ou fibras de carbono;- um material sólido, tal como partículas de areia; e- polímero de elevado ponto de fusão.
- 30. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 29, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a etapa de provisão de um elemento espaçador superficial (34) na proximidade de uma borda de folha (20, 22) do elemento (8) do material laminar curado reforçado com fibra (6) para facilitar a distribuição de resina transversalmente com relação à borda de folha (20, 22) do elemento 98) do material laminar curado reforçado com fibra (6) durante a introdução de resina, em que o elemento espaçador superficial consiste em um polímero reforçado com fibra totalmente curado e o elemento espaçador superficial possuir uma estrutura aberta para permitir a migração da resina sem desabar sob a pressão da borda de folha (20, 22) do elemento (8) do material laminar curado reforçado com fibra (6).Petição 870180138919, de 08/10/2018, pág. 12/288/11
- 31. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de o elemento espaçador superficial consistir em uma estrutura de grade curada, preferencialmente uma estrutura de grade compósita de fibra de vidro.
- 32. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a31, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente as etapas de:- formação de um recinto de vácuo em torno do elemento de invólucro de pá de turbina eólica, com o recinto de vácuo sendo preferencialmente formado mediante provisão de uma segunda parte de molde flexível (5) em comunicação estanque de vácuo com o molde (4); e-provisão de um vácuo no recinto de vácuo de tal forma que a resina possa ser introduzida por uma processo assistido por vácuo, tal como um processo de moldagem de transferência de resina com assistência por vácuo (“Vacuum Assisted Resin Transfer Moulding - VARTM);
- 33. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 32, caracterizado pelo fato de a resina curável ser principalmente introduzida entre elementos adjacentes (8) do material laminar curado reforçado com fibra (6) a partir de uma localização próxima da superfície do molde.
- 34. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicação 32 e 33, para fabricação de um elemento de invólucro de pá de turbina eólica, caracterizado pelo fato de a resina ser introduzida através da segunda parte de molde flexível (5) e através de uma passagem de resina para uma localização na proximidade da superfície do molde (4), com a passagem para resina sendo preferencialmente configurada em um elemento de núcleo (36) na proximidade do elemento (8) do material laminar curado reforçado com fibra (6), em que o elemento (8) se encontra disposto na posição mais próxima da borda traseira.Petição 870180138919, de 08/10/2018, pág. 13/289/11
- 35. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de o ar sendo substituído por resina e/ou o excesso de resina serem extraídos na proximidade das bordas tanto dianteira quanto traseira.
- 36. PÁ DE TURBINA EÓLICA, caracterizada pelo fato de compreender um material laminar curado reforçado com fibra (6) posicionado na proximidade da superfície externa na forma de ladrilhos parcialmente sobrepostos, em que preferencialmente o material laminar curado reforçado com fibra (6) consiste em um material laminar curado reforçado com fibra (6) pultrudado ou prensado em esteira.
- 37. PÁ DE TURBINA EÓLICA, de acordo com a reivindicação 36, caracterizada pelo fato de pelo menos 80% das fibras em uma seção transversal ortogonal com relação à direção longitudinal da pá são dispostas no volume combinado de 20% de volume mais externo do lado de pressão e de 20% de volume mais externo do lado de sucção da pá.
- 38. PÁ DE TURBINA EÓLICA, de acordo com a reivindicação36, caracterizada pelo fato de possuir seção transversal na faixa de razões de distância de raiz da pá de turbina eólica, r, para a extensão total da raiz da pá de turbina eólica, R, entre 25% < r/R < 75%.
- 39. PÁ DE TURBINA EÓLICA, de acordo a reivindicação 38, caracterizada pelo fato de apresentar seção transversal na faixa de razões de distância da raiz da pá de turbina eólica, r, para a extensão total da raiz da pá da turbina eólica, R, entre 50% < r / R < 75%.
- 40. PÁ DE TURBINA EÓLICA, de acordo com a reivindicação37, caracterizada pelo fato de pelo menos 90% das fibras na seção transversal são dispostas no volume combinado de 20% de volume mais externo do lado de pressão e de 20% de volume mais externo do lado de sucção da pá.
- 41. PÁ DE TURBINA EÓLICA, de acordo com a reivindicação 34, caracterizada pelo fato de a pá possuir um cumprimento de pelo menos 40m e a relação entre a espessura (t) e a corda (C), t / C, é substancialmente constantePetição 870180138919, de 08/10/2018, pág. 14/2810/11 para seções de aerofólio na faixa de razões de distância da raiz da pá da turbina eólica, R, entre 66% < r/R < 95%.
- 42. PÁ DE TURBINA EÓLICA, de acordo com a reivindicação41, caracterizada pelo fato de a razão de espessura para a corda é substancialmente constante para seções de aerofólio na faixa entre 70% < r / R < 95%.
- 43. PÁ DE TURBINA EÓLICA de acordo com a reivindicação42, caracterizado pelo fato de a razão entre da espessura para a corda é substancialmente constante para secções de aerofólio na faixa entre 75% < r / R < 95%.
- 44. PÁ DE TURBINA EÓLICA, de acordo com a reivindicação 36, caracterizada pelo fato de os elementos (8) do material laminar curado reforçado com fibra (6) formarem uma estrutura de reforço geral, em que essa estrutura tem pelo menos duas pernas orientadas na direção da primeira extremidade (24) do elemento de invólucro de pá de turbina eólica, pelo menos duas pernas orientadas na direção da segunda extremidade (26) do elemento de invólucro de pá de turbina eólica, ou ambas.
- 45. PÁ DE TURBINA EÓLICA, de acordo com a reivindicação 44, caracterizada pelo fato de a estrutura de reforço global ter pelo menos mais uma perna orientada na direção da segunda extremidade (26) do elemento de invólucro de pá de turbina eólica do que em relação a primeira extremidade (24) do elemento de invólucro de pá de turbina eólica.
- 46. PÁ DE TURBINA EÓLICA, de acordo com a reivindicação 44, caracterizada pelo fato de pelo menos alguns dos elementos unidos (8) do material laminar curado reforçado com fibra (6) integrantes de diferentes pernas orientadas na direção de pelo menos uma das extremidades (24, 26) serem entrelaçados.
- 47. PÁ DE TURBINA EÓLICA, de acordo a reivindicação 44, caracterizada pelo fato de a largura e/ou a espessura de pelo menos alguns dosPetição 870180138919, de 08/10/2018, pág. 15/2811/11 elementos (8) do material laminar curado reforçado com fibra (6) ser(em) reduzida(s) em seções que possuem pernas sobrepostas.
- 48. PÁ DE TURBINA EÓLICA, de acordo com a reivindicação 36, caracterizado pelo fato de o material laminar curado reforçado com fibra (6) compreender pelo menos dois tipos de fibras selecionadas do grupo que consiste em fibras de carbono, fibras de vidro, fibras de aramida e fibras de celulose.
- 49. PÁ DE TURBINA EÓLICA, de acordo com a reivindicação 48, caracterizado pelo fato de pelo menos um elemento de material laminar curado reforçado com fibra compreender mais de um tipo de fibras.
- 50. PÁ DE TURBINA EÓLICA, de acordo com a reivindicação 48, caracterizado pelo fato de a pluralidade de elementos compreender um primeiro grupo de elementos possuindo uma primeira composição de fibras e um segundo grupo de elementos possuindo uma segunda composição de fibras e a primeira composição de fibras ser diferente da segunda composição de fibras.
- 51. PÁ DE TURBINA EÓLICA, de acordo com a reivindicação 50, caracterizado pelo fato de a primeira composição de fibras consistir principalmente em fibras de carbono e a segunda composição de fibras compreender fibras de celulose ou fibras de vidro.
- 52. PÁ DE TURBINA EÓLICA, de acordo com a reivindicação 50, caracterizado pelo fato de pelo menos um dos elementos do primeiro grupo ser disposto topo a topo com um elemento do segundo grupo.
- 53. PÁ DE TURBINA EÓLICA, de acordo com a reivindicação 50, caracterizado pelo fato de pelo menos um elemento do primeiro grupo se encontrar em uma disposição de sobreposição parcial com um elemento do segundo grupo.
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