BRPI0901356A2

BRPI0901356A2 - método para a fabricação de uma pá de hélice para um rotor de uma turbina eólica

Info

Publication number: BRPI0901356A2
Application number: BRPI0901356-3A
Authority: BR
Inventors: Vishal Bansal
Original assignee: Bha Group Inc
Priority date: 2008-04-30
Filing date: 2009-04-28
Publication date: 2010-01-26
Also published as: MX2009004717A; US20090273111A1; CN101618606A; DE102009003864A1

Abstract

Método para a fabricação de uma pá de hélice para um rotor de uma turbina eólica. Um método para a manufatura de um artigo (22) com assistência por vácuo, O método compreende as etapas de fornecer uma peça obra (26) a ser impregnada com uma resina. A peça obra (26) apresenta fibras de reforço. Uma membrana microporosa (42) é aplicada sobre a peça obra (26). A membrana microporosa (42) apresenta um tratamento oleofábico. Um filme de vácuo (82) é aplicado por sobre a membrana microporosa (42). Uma resina polimérica é introduzida na peça obra (26). A resina é infundida através da peça obra (26) por meio da aplicação à vácuo (100) na peça obra. A resina é curada de modo a formar o artigo (22).

Description

Método para a fabricação de uma pá de hélice para um rotor de uma turbina eólica.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Esta invenção se refere, em geral, a fabricação de um artigoreforçado com fibra e em particular a fabricação de uma pá de hélice para um rotor deuma turbina eólica através de moldagem assistida por vácuo, utilizando uma membranamicroporosa oleofóbica.

São conhecidos os artigos relativamente grandes feitos apartir de uma matriz de resina reforçada com fibra. Um dentre tais artigos é uma pá dehélice de um rotor de uma turbina eólica. Estão sendo feitos esforços consideráveis demodo a desenvolver as pás de hélice dos rotores de turbinas eólicas os quais sejamconfiáveis e eficientes. Devido ao seu tamanho, as pás de hélice dos rotores de turbinaseólicas podem ser difíceis, caras e despenderam muito tempo para a sua manufatura.

As pás de hélice dos rotores de turbinas eólicas conhecidassão fabricadas através da infusão da resina, em uma camada reforçada por fibradisposta adjacente ao núcleo, sob vácuo. Uma camada de malha de distribuição é usadapara alimentar a resina no material do núcleo durante a manufatura. Um materiallaminado em folha é disposto sobre ou abaixo da malha. É sabido que a resina pode, porvezes, umedecer a membrana. Isto pode fazer com que a membrana fique menoseficiente. Portanto, existe a necessidade de uma membrana melhorada para uso nasoperações de moldagem assistidas a vácuo.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Um aspecto da invenção é um método para a manufaturade um artigo com assistência por vácuo. O método compreende as etapas de forneceruma peça obra a ser impregnada com uma resina. A peça obra apresenta fibras dereforço. Uma membrana microporosa é aplicada sobre a peça obra. A membranamicroporosa apresenta um tratamento oleofóbico. Um filme de vácuo é aplicado porsobre a membrana microporosa. Uma resina polimérica é introduzida na peça obra. Aresina é infundida através da peça obra por meio da aplicação à vácuo na peça obra. Aresina é curada de modo a formar o artigo.

Um outro aspecto da invenção é um método para amanufatura de uma pá de hélice de um rotor de uma turbina eólica. O métodocompreende as etapas de fornecer um núcleo. Uma pele de reforço é aplicada no núcleopara formar um subconjunto da pa de hélice. A pele de reforço apresenta fibras dereforço. Uma membrana microporosa é aplicada sobre a pele de reforço. A membranamicroporosa é submetida a um tratamento oleofóbico. Um filme de vácuo é aplicadosobre a membrana microporosa. Uma resina polimérica é introduzida no núcleo. A resinaé infundida através de núcleo e através da pele de reforço por meio da aplicação devácuo no subconjunto da pá de hélice. Este resina é curada de modo a formar uma pá dehélice de rotor.

Ainda um outro aspecto da invenção é um método para a manufatura de um artigo com assistência a vácuo. O método compreende as etapas de fornecer uma peça obra a ser impregnada com uma resina. A peça obra apresenta fibras de reforço. Uma membrana microporosa de politetrafluoretileno expandido é aplicada sobre a peça obra. A membrana apresenta um tratamento oleofóbico e um grau de resistência a óleo dentro de uma faixa de números de 4 a 7, determinada através do teste AATCC 118. Um filme de vácuo é aplicado sobre a membrana. Uma resina polimérica é introduzida na peça obra. A resina é infundida através da peça obra por meio da aplicação de vácuo na peça obra.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Estas e outras características, aspectos e vantagens da invenção poderão ser melhor compreendidos quando da leitura da descrição detalhada que se segue e com referência aos desenhos que a acompanham, nos quais:

- A figura 1 é uma vista em perspectiva ilustrando uma pá de hélice de um rotor de uma turbina eólica feita de acordo com um aspecto da invenção;

A figura 2 é uma vista em perspectiva explodida ilustrando a manufatura de uma porção da pá de hélice de um rotor de uma turbina eólica mostrada na figura 1, de acordo com um aspecto da invenção;

- A figura 3 é uma vista em secção transversal dos componentes ilustrados na figura 1; e

- A figura 4 é um vista em secção transversal ampliada de uma camada laminada ilustrada nas figuras 2 e 3.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Um método para a fabricação de um artigo em matriz de resina reforçada com fibras, tal como uma pá de hélice de um rotor de uma turbina eólica, utilizando uma membrana microporosa oleofóbica é descrito abaixo em detalhes. A membrana microporosa oleofóbica resiste à passagem das resinas com um grau que é até agora desconhecido ao mesmo tempo em que permite que um gás passe através desta. Isto permite que o vácuo seja aplicado de forma relativamente equilibrada na totalidade da pá de hélice do rotor e permite o uso de resinas em condições operacionais as quais apresentem tensões superficiais relativamente baixas. A membrana microporosa oleofóbica também permite um fluxo controlado frontal e reduz os defeitos que poderiam resultar de um fluxo d resina não igual. Os tempos do ciclo de produção com tempo de trabalho são reduzidos juntamente com uma redução nos custos dos materiais consumidos durante o processo. O uso de uma membrana microporosa oleofóbica resulta em uma maior qualidade da pá de hélice, por exemplo, um menor conteúdo de ocos, menor quantidade de retrabalho manual e relações otimizadas entreas fibras de reforço e a resina.

As turbinas eólicas tipicamente incluem uma pluralidade de pás de hélice 20 de rotor relativamente grandes, uma das quais é ilustrada na figura 1, acoplada em um cubo. Cada pá de hélice 20 é posicionada ao redor do cubo e transfere a energia cinética do vento em energia passível de ser utilizada. Conforme o vento se choca contra a pá de hélice 20, esta gira ao redor do eixo do cubo e é submetida a forças centrífugas, diversos momentos de torção e a forças devidas ao próprio peso da pá de hélice.

A pá de hélice 20 é feita de um par de meia pás ou partes 22 e 24. As partes 22 e 24 da pá de hélice são fabricadas em separado. As partes 22 e 24 da pá de hélice são então presas uma na outra através de meios apropriados de modo a formar a pá de hélice 20, tal como ilustrada na figura 1.

Com referência a figura 2, cada uma das partes 22 e 24 da pá de hélice 20 inclui um núcleo (não mostrado), o qual é formado a partir de uma espuma polimérica, de madeira e/ou de um material com forma de colméia. O núcleo tipicamente inclui uma pluralidade de orifícios para facilitar o fluxo da resina através do núcleo durante a manufatura. Exemplos de espumas poliméricas apropriadas incluem, mas não estão limitadas a, espumas de PVC, espumas de poliolefina, espumas epóxi, espumas de poliuretano, espumas de poliisocianurato e as misturas entre estas.

As partes 22 e 24 da pá de hélice incluem ao menos uma camada como pele de reforço 26, localizada adjacente ao núcleo de modo a formar uma peça obra. Cada pele de reforço 26 é formada a partir de uma matriz de fibras de reforço. Tipicamente, a matriz é uma matriz tecida de fibras de reforço ou é uma matriz não tecida de fibras de reforço. A matriz de fibras de reforço apresenta vazios através da pele de reforço 26, os quais devem ser completamente preenchidos com a resina. Exemplos de fibras de reforço apropriadas incluem, mas não estão limitadas a, fibras de vidro, fibras de grafite, fibras de carbono, fibras poliméricas, fibras cerâmicas, fibras de aramida, fibras de "kenaf (planta indiana usada na fabricação de sacos), fibras de juta, fibras de linho, fibras de cânhamo, fibras celulósicas, fibras de sisal, fibras de coco emisturas entre estas.

Uma resina é infundida nas peles de reforço 26 e é curada. Isto fornece integridade e resistência a cada uma das partes 22 e 24 da pá de hélice 20. Exemplos de resinas apropriadas incluem, mas não estão limitadas a, resinas de éster vinílico, resinas de epóxi, resinas de poliéster, e misturas destas. A resina infundida cura com calor e/ou tempo de modo a resultar em uma parte sólida 22 ou 24 para a pá de hélice 20.

Durante a manufatura de uma parte 22 (figuras 2 e 3) ou 24 da pá de hélice 20, a pele de reforço 26 é enrolada ao redor do núcleo e entãoposicionada no molde 80. A manufatura da parte 22 é descrita em detalhes abaixo e deve ser entendido que o processo é o mesmo para a parte 24.

Um material desmoldante 40 é aplicado na superfície externa da pele de reforço 26 da parte 22 ou 24. O material desmoldante 40 é na forma de um filme desmoldante e de escamação. Um conjunto de membrana 42 é então aplicado sobre o material desmoldante e a superfície externa da pá de hélice 20 de modo a permitir o processo de infusão da resina.

Um material transportador de ar 60 é posicionado sobre o conjunto de membrana 42 para auxiliar na desgaseificação da peça obra para permitir o deslocamento do ar durante a infusão da resina a fim de escapar dos vazios da pele de reforço 26. O material transportador de ar 60 pode ser formado a partir de qualquer material apropriado em malha ou tecido, por exemplo, uma malha de polietileno.

Um filme de formação de uma embalagem a vácuo impermeável, ou filme de vácuo 82, é formado a partir de um material apropriado, por exemplo, uma poliamida, e é posicionado sobre o material transportador 60. Uma conexão de vácuo se estende através do filme de vácuo 82. Uma vedação 102 se estende ao redor da periferia do molde 80 entre o molde e o filme de vácuo 82 de modo a evitar o escape de ar e da resina. A vedação 102 está em contato de fluido com a conexão de vácuo 100.

Uma conexão de entrada da resina de infusão 104 se estende através do filme de vácuo 82. A conexão de entrada da resina de infusão 104 está ligada a um tubo de fornecimento de resina 106 o qual se estende essencialmente na direção longitudinal do molde 80. O tubo de fornecimento da resina 106 é posicionado adjacente a pele de reforço 26 externa.

Uma resina é introduzida na conexão da resina de infusão 104, no tubo de fornecimento da resina 106 e nas peles de reforço 26 enquanto que o vácuo é estabelecido através da conexão de vácuo 100. O vácuo facilita o fluxo da resina e a infusão da resina no núcleo e na pele de reforço 26. O conjunto de membrana 42 evita que a resina flua para além da pele de reforço 26 ao mesmo tempo em que permite que o ar deslocado pela resina infundida escape para a conexão de vácuo 100. A resina é então curada. A conexão de entrada da resina 104 e o tubo de fornecimento 106, o material de transporte do ar 60, o filme de vácuo 82, o conjunto de membrana 42 e o material desmoldante 40 são removidos da parte 22 da pá de hélice.

Em um aspecto da invenção, o conjunto de membrana 42 (figura 4) inclui uma membrana 44 adesiva ou termicamente laminada em um material de suporte 46. O material de suporte 46 é formado a partir de fibras poliméricas tecidas ou não tecidas, por exemplo, fibras de poliéster, fibras de nylon, fibras de polietileno e as misturas entre estas.A membrana 44 é preferencialmente uma membrana polimérica microporosa a qual permite o fluxo de gases, tais como ar e vapor d'água, para dentro e através da membrana e é hidrofóbica. Uma membrana polimérica microporosa, preferida para uso como a membrana 26, inclui politetrafluoretileno expandido (ePTFE) o qual foi ao menos sinterizado parcialmente. Uma membrana de ePTFE tipicamente compreende uma pluralidade de nós interligados por fibrilas de modo a formar uma estrutura de tipo treliça microporosa, tal como sabido.

A membrana 44 apresenta uma tamanho médio de poro de cerca de 0,01 micrometros (u) a cerca de 10 u. A membrana 44 é formada a partir de qualquer material apropriado, por exemplo, politetrafluoretileno, poliolefina, poliéster, polissulfona, polieter, polímeros acrílicos e metacrilicos, poliestireno, poliuretano, polipropileno, polietileno, polifenileno sulfona e as misturas entre estes.

Foi descoberto que a membrana 44 pode ser revestida com um material de fluorpolímero oleofóbico, de forma que resultem propriedades oleofóbicas melhoradas sem comprometer a permeabilidade ao ar. As superfícies dos nós e das fibrilas definem diversos poros interconectados os quais se estendem completamente através da membrana 44 entre as superfícies do lado maior oposta da membrana em uma trajetória tortuosa. Tipicamente, a porosidade (isto é, o percentual de espaço aberto no volume da membrana 26) da membrana 44 fica entre cerca de 50% e cerca de 98%. O revestimento de fluorpolímero oleofóbico adere nos nós e nas fibrilas as quais definem os poros na membrana.

Propriedades oleofóbicas substancialmente melhoradas da membrana microporosa 16 podem ser obtidas caso as superfícies que definem os poros na membrana 44 e os lados maiores da membrana sejam recobertos com um fluorpolímero oleofóbico. O revestimento pode ser aplicado através de qualquer meio apropriado, tais como aqueles descritos e ilustrados na patente norte-americana US 6.228.477 e no pedido de patente norte-americano publicado sob número 2004/0059717.

O uso de um polímero oleofóbico, tal como um polímero de base acrílica com cadeias laterais ou secundárias de fluorcarbono, para revestir a membrana microporosa 44 reduz a energia superficial da membrana de forma que menos materiais desafiadores são capazes de umedecer a membrana compósita e entrar nos poros. O revestimento de fluorpolímero oleofóbico na membrana 44 também aumenta o ângulo de contato para um material desafiador com relação a membrana compósita. A propriedade oleofóbica incrementada da membrana 44 é importante uma vez que as resinas e os endurecedores que são usados apresentam tensões superficiais relativamente baixas.

Um exemplo de um fluorpolímero oleofóbico para o revestimento é um polímero de base acrílica com lado de fluorcarbono, Uma família depolímeros baseados em acrílico com cadeias laterais de fluorcarbono que se mostrou particularmente apropriado foi a família Zonyl® de polímeros contendo flúor (feita pela Du Pont). Uma dispersão aquosa particularmente apropriada na família Zonyl® é o Zonyl® 7040.

Os materiais poliméricos apropriados para o material poroso de base 46 incluem, por exemplo, os plásticos sinterizados ou orientados, tal como o poliéster, polipropileno, polietileno e as poliamidas (p. ex., o nylon). Estes materiais são normalmente disponibilizados com diversos pesos incluindo, p. ex., 0,5 oz/yd2 (cerca de 17 gr/m2), 1 oz/yd2 (cerca de 34 gr/m2) e 2 oz/yd2 (cerca de 68 gr/m2). Também pode ser usado o tecido de tafetá tecido de nylon denier 70 de acabamento puro. Um outro tecido apropriado é um não tecido tal como um meio não tecido de dois componentes dobrado plano de co-poliester com 1,8 oz/yd2 (cerca de 61 gr/m2).

O conjunto da membrana 42 é permeável a gás e oleofóbico. Isto é, o conjunto de membrana 42 permite a passagem de gases através deste. A adição de um tratamento oleofóbico aumenta a resistência do conjunto de membrana 42 a ser vazado pela resina, por óleo ou substancias oleosas. A membrana microporosa 44 do conjunto de membrana 42 apresenta uma segregação de óleo ou índice de resistência dentro de uma faixa desde o número 4 até o número 7, tal como determinado pelo teste AATCC 118. A membrana microporosa 44 também apresenta permeabilidade ao ar de ao menos 0,01 CFM/pe2 em coluna de água de 5", tal como determinado através do teste ASTM D737.

Apesar da invenção ter sido descrita em termos de diversas formas especificas de realização, os peritos na arte irão perceber que a invenção se estende para além das formas de realização especificamente descritas, para outras formas de realização alternativas e/ou outros usos dos sistemas, técnicas e modificações obvias e equivalentes àqueles descritos. Pretende-se que o escopo da invenção descrita não seja limitado pelas formas de realização descritas em particular supra aludidas.

Claims

1. Método para a manufatura de um artigo (22) com a assistência de vácuo, o método caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:- fornecer uma peça obra (26) a ser impregnada com uma resina, a peça obra apresentando fibras de reforço;aplicar uma membrana microporosa (42) sobre a peça obra (26), a membrana microporosa apresentando um tratamento oleofóbico; aplicar um filme de vácuo (82) por sobre a membrana microporosa (42); introduzir uma resina polimérica na peça obra (26);- infundir a resina através da peça obra (26) por meio da aplicação de vácuo (100) na peça obra; e- curar a resina de modo a formar o artigo (22).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato no qual a membrana microporosa (42) é feita de politetrafluoretileno expandido.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato no qual a membrana microporosa (42) apresenta um índice de resistência ao óleo dentro de uma faixa desde o número 4 até o número 7, conforme determinado através do teste AATCC 118.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato no qual o tratamento oleofóbico da membrana microporosa (42) compreende um polímero acrílico fluorado.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato no qual a membrana microporosa (42) compreende uma pluralidade de poros apresentando um diâmetro médio de cerca de 0,01 u a cerca de 10 u.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato no qual a membrana microporosa (42) apresenta um material de suporte (44) em uma superfície.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato no qual a resina polimérica compreende ao menos uma entre resinas de éster de vinila e resinas baseadas em epóxi.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato no qual a membrana microporosa (42) apresenta uma permeabilidade ao ar de ao menos 0,01 CFM/pé2, tal como determinado pelo teste ASTM D737.