BRPI0924251B1

BRPI0924251B1 - método de manufatura de pás de aerogeradores

Info

Publication number: BRPI0924251B1
Application number: BRPI0924251A
Authority: BR
Inventors: Leo Ossanai
Original assignee: Tecsis Tecnologia E Sist S Avançados S A
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2016-03-22
Also published as: US20110308703A1; EP2401497A1; CN102333952B; CN102333952A; EP2401497B1; US8444792B2; DK2401497T3; BRPI0924251A2; BRPI0924251A8; WO2010097657A1; ES2432624T3

Description

“MÉTODO DE MANUFATURA DE PÁS DE AEROGERADORES” CAMPO TÉCNICO

Esta invenção relaciona-se de modo geral com pás de aerogeradores e mais especificamente com métodos e aparatos de manufatura de pás, e a respectivas pás.

ESTADO DA TÉCNICA A energia eólica emergiu como uma forma de energia renovável altamente competitiva. A energia eólica é frequentemente produzida por grandes geradores que compreendem uma estrutura vertical em que no topo está localizada ao menos uma turbina eólica de eixo horizontal incluindo uma, duas, três ou múltiplas pás de rotores. Os geradores de energia eólica ou “aerogeradores” são projetados para utilizar energia eólica existente em uma localização particular e, portanto, variam em altura, sistema de controle, número de pás, orientação das pás e formato das pás. Descrições de métodos e aparatos para manufaturar pás de aerogeradores podem ser encontrados no estado da técnica, por exemplo, no Handbook of Wind Energy, Burton el at., John Wiley & Sons Ltd, 2001, Capítulo 7.1., bem como nas publicações de pedidos de patentes americanos de n° US2004/0253114A1 e US2007/0251090A1. Conforme mencionado no US2004/0253114A1, pode ser dificultoso e/ou demorado o processo de formação de alguns dos componentes da cascas das pás de rotor, for exemplo, as mesas de longarina, material de núcleo, e/ou suportes para a região da raiz, a fim de possam prover suporte suficiente para a casca da pá de rotor e ser moldadas no formato aerodinâmico predeterminado, por exemplo, por conta do tamanho das camadas, variações locais na quantidade de resina, variações locais na curvatura das camadas, e/ou variações locais nos esforços exercidos na casca durante sua fabricação. Uma abordagem possível para tal problema, conforme descrito no US2004/0253114A1, é aplicar camadas de pultrusão, i.e., uma mistura de fibras e matriz que é curada após ser formada, com fibras de madeira em um molde e laminá-las juntas.

REVELAÇÃO DA INVENÇÃO

Problema Técnico Os modos de execução descritos nos documentos citados e em outras anterioridades não abordam de modo exaustivo os diversos problemas associados com a manufatura de pás de aerogeradores. Mas particularmente, ao se empilhar as partes pré-formadas ou pré-fabricadas das pás no molde, essas partes pré- formadas ou pré-fabricadas das pás podem ter deficiências de formação, tais como ondulações devido ao deslizamento das camadas antes de estarem totalmente curadas. Ondulações em materiais compósitos são extremamente danosas porque reduzem a resistência contra o desgaste.

Solução Técnica Para superar os inconvenientes e problemas descritos acima e outras desvantagens não mencionadas aqui, de acordo com os objetivos da invenção, como incorporados e amplamente descritos aqui, um aspecto da invenção é direcionado a um método de manufatura de pás de aerogeradores, o método compreendendo: posicionar ao menos uma placa suporte em um plug modelo que corresponde a um formato pré-determinado de ao menos uma parte da pá; fixar provisoriamente a placa suporte no plug modelo; aplicar uma pluralidade de camadas de ao menos um material sobre a placa suporte; costurar a pluralidade de camadas na placa suporte; deslocar a pluralidade de camadas costuradas na placa suporte para um molde, o molde possuindo um formato correspondendo ao contra-formato do plug modelo.

Efeitos Vantajosos A presente invenção apresenta diversas vantagens sobre o estado da técnica. Ao não aplicar as camadas diretamente no molde, mas primeiramente em uma placa suporte fixada em um plug modelo, e costurar a pluralidade de camadas na placa suporte e deslocar a pluralidade de camadas costuradas na placa suporte para um molde, a placa suporte e as costuras evitam a possibilidade das camadas deslizarem, mantendo assim o formato pré-determinado sem ondulações. Ademais, como o método provê uma compressão acentuada das camadas, a proporção das camadas/resina será mais bem controlada, resultando em propriedades mecânicas aperfeiçoadas do laminado.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Os desenhos que acompanham a presente descrição não se destinam a ser reproduzidos em escala. Nos desenhos, cada componente idêntico ou quase idêntico que é ilustrado nas várias figuras é representado por um mesmo numeral. Com o propósito de simplificar, nem todo componente estará referenciado em cada desenho. A Fig. 1 é uma vista frontal de um plug modelo com camadas de acordo com um aspecto da invenção. A Fig.2 é uma vista frontal de um plug modelo com camadas sendo viradas sobre um molde de acordo com um aspecto da invenção. A Fig.3 é uma vista frontal de um plug modelo após deslocamento das camadas para o molde.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Modos de Execução Esta invenção não está limitada em sua aplicação aos detalhes construtivos e ao arranjo de componentes determinados na descrição a seguir ou ilustrados nas figuras. A invenção é passível de outros modos de execução e pode ser praticada ou executada de várias maneiras. Ademais, a fraseologia e terminologia aqui utilizadas têm o propósito de descrever e não devem ser consideradas como restritivas. O uso dos termos “incluindo”, “compreendendo”, “possuindo”, “contendo” ou envolvendo, e variantes desses termos, tem a intenção de abarcar os itens listados após os ditos termos e equivalentes, bem como itens adicionais. Pás de aerogeradores geralmente possuem um formato de aerofólio, incluindo uma casca, que corresponde ao perfil de aerofólio, e membros estruturais internos, tais como mesas de longarina (spar caps) (que podem ser uma parte da casca) e membros de viga em caixa (box beam). A Fig. 1 ilustra um aspecto do método de manufatura de pás de aerogeradores, mais particularmente, um método de manufatura de uma porção de uma pá de aerogerador, as pás sendo compostas por uma pluralidade de camadas (1) de materiais. O material da camada (1) pode compreender uma ou mais camadas de metal, plástico, madeira, um tecido de fibra, um compósito de fibra e resina, ou uma combinação desses materiais. No caso de um tecido de fibra, pode ainda conter fibra de vidro, fibra de carbono, fibra de aramida, fibra de poliéster ou uma combinação dessas fibras. No entanto, um técnico do campo de pás de aerogeradores poderá prontamente combinar outros materiais e processos.

Conforme mostrado, ao menos uma placa suporte (2) é posicionada em um plug modelo (3) que corresponde a um formato pré-determinado de ao menos uma parte de uma pá de aerogerador, que nesse caso é uma parte da raiz. A placa suporte (2) pode ser rígida, semirrígida ou flexível e passível de ser pré-moldada de acordo com um formato pré-determinado. A placa suporte (2) compreende uma ou mais camadas de madeira, plástico, espuma de polímero, ou uma combinação desses materiais. No caso da madeira, é bastante vantajoso o uso de balsa, ou de um derivado de madeira, tal como, placa de fibra de madeira de média densidade (MDF na sigla em inglês) ou Painéis de Partículas de Média Densidade (MDP na sigla em inglês). O método de manufatura de pás de aerogerador compreende adicionalmente fixar de modo removível a placa suporte (2) ao plug modelo (3). A fim de fixar de modo removível a placa suporte (2) ao plug modelo (3), é vantajoso ter uma pluralidade de perfurações na placa suporte (2) que possibilitam a passagens dos pontos de costura (5). As perfurações podem ser distribuídas pela placa de maneira heterogênea ou homogênea, dependendo do design da pá, método de cura e outros fatores. A placa suporte irá de algum modo permitir a passagem da resina usada no processo de cura, tal como uma resina epóxi, uma resina de vinil éster, uma resina de poliéster ou uma combinação dessas resinas. Não obstante, outros materiais permeáveis podem ser usados como placas suporte. O método de manufatura de pás de aerogerador compreende adicionalmente aplicar uma pluralidade de camadas de ao menos um material sobre a placa suporte (2). O método de manufatura de pás de aerogerador compreende adicionalmente costurar a pluralidade de camadas (1) na placa suporte (2) e, como mostrado na Fig.2 e Fig.3, deslocar a pluralidade de camadas (1) costuradas na placa suporte (2) para um molde (4), o molde (4) tendo um formato que corresponde ao contra formato do plug modelo (3). Os pontos de costura (5) permitem que as camadas (1) sejam mantidas fixas quando o plug modelo é rotacionado sobre seu eixo. O plug modelo exemplificativo das Fig.1-3 compreende uma estrutura (6) e um eixo de rotação (7), no qual, por exemplo, uma grua ou mecanismo de rotação pode ser conectado para rotacionar o plug modelo (3) e posicioná-lo sobre o molde. O plug modelo (3) pode também compreender características adicionais, tais como rodas (8) para movimentação e suportes laterais (9) para fixação adicional das camadas (1) no plug modelo.

Ao menos um componente usado na manufatura de pás, tal como uma membrana microporosa usada como material de transferência em infusão de resina, pode ser disposto sobre a superfície do molde (4) antes do deslocamento da pluralidade de camadas (1) costuradas na placa suporte (2) para o molde (4). Contudo, um técnico no campo de manufatura de pás de aerogerador poderá facilmente combinar outros materiais e processos. O método de manufatura de pás de aerogerador pode compreender adicionalmente a laminação de ao menos parte das camadas (1) com resina. A laminação das camadas (1) e da resina pode compreender ao menos um processo de moldagem por transferência de resina (RTM na sigla em inglês), infusão de filme resina (RFI na sigla em inglês), aquecimento, aplicação de pressão ou uma combinação desses processos. O método de manufatura de pás de aerogerador conforme descrito aqui pode incluir outras etapas para a obtenção de uma pá de aerogerador acabada, e este método é especialmente vantajoso para manufaturar algumas partes da pá separadamente, particularmente partes mais curvadas tais como as raízes, onde há uma tendência das camadas deslizarem e isso resultar em ondulações.

Assim, ao não deslocar as camadas (1) diretamente para o molde (4), mas primeiramente para uma placa suporte (2) fixada em um plug modelo (3), e costurar a pluralidade de camadas (1) na placa suporte (2) e deslocar a pluralidade de camadas (1) costuradas na placa suporte (2) para um molde (4), o material de suporte e as costuras impedem a possibilidade das camadas (1) deslizarem, mantendo desse modo o formato pré-determinado sem ondulações. Adicionalmente, como o método provê uma compressão acentuada das camadas, a proporção das camadas/resina será mais bem controlada, resultando em propriedades mecânicas aperfeiçoadas do laminado. Isto é de particular importância no caso de camadas de tecido seco (dry fabric).

Embora a invenção tenha sido revelada por esta especificação, incluindo os respectivos exemplos e figuras, vários equivalentes, modificações e aperfeiçoamentos se tornarão aparentes para um técnico no assunto. As reivindicações a seguir pretendem também abarcar tais equivalentes, modificações e aperfeiçoamentos.

Claims

01. Um método de manufatura de pás de aerogerador, dito método caracterizado por compreender: posicionar ao menos uma placa suporte em um plug modelo que corresponde a um formato pré-determinado de ao menos uma parte da pá; fixar provisoriamente a placa suporte no plug modelo; aplicar uma pluralidade de camadas de ao menos um material sobre a placa suporte; costurar a pluralidade de camadas na placa suporte; deslocar a pluralidade de camadas costuradas na placa suporte para um molde, o molde tendo um formato que corresponde ao contra-formato do plug modelo.
02. O método de acordo com a reivindicação 01, em que a placa suporte é passível de ser pré-moldada de acordo com um formato pré-determinado.
03. O método de acordo com a reivindicação 01, em que a placa suporte compreende uma pluralidade de perfurações que possibilitam a passagem dos pontos de costura (5).
04. O método de acordo com a reivindicação 03, em que as perfurações são distribuídas pela placa de maneira heterogênea.
05. O método de acordo com a reivindicação 03, em que as perfurações são distribuídas pela placa de maneira homogênea.
06. O método de acordo com a reivindicação 03, em que a placa suporte permite a passagem da resina usada no processo de cura.
07. O método de acordo com a reivindicação 03, em que a placa suporte permite a passagem da resina através das perfurações.
08. O método de acordo com a reivindicação 06 ou 07, em que a resina inclui resina epóxi, resina de vinil éster, resina de poliéster ou uma combinação dessas resinas.
09. O método de acordo com a reivindicação 01, em que a placa suporte compreende uma ou mais camadas de madeira, plástico, espuma de polímero, ou uma combinação desses materiais.
10. O método de acordo com a reivindicação 09, em que a placa suporte compreende um derivado de madeira, balsa ou uma combinação deles.
11. O método de acordo com a reivindicação 01, em que o material da camada compreende um ou mais camadas de metal, plástico, madeira, um tecido de fibra, um compósito de fibra e resina, ou uma combinação desses materiais.
12. O método de acordo com a reivindicação 01, em que o tecido de fibra compreende fibra de vidro, fibra de carbono, fibra de aramida, fibra de poliéster ou uma combinação dessas fibras.
13. O método de acordo com a reivindicação 01, em que ao menos um componente usado na manufatura de pás é posicionado sobre a superfície do molde antes do deslocamento da pluralidade de camadas costuradas na placa suporte para o molde.
14. O método de acordo com a reivindicação 01, adicionalmente compreendendo a laminação de ao menos parte das camadas com resina.
15. O método de acordo com a reivindicação 01, em que a laminação das camadas e da resina compreende ao menos um processo de moldagem por transferência de resina (RTM), infusão de filme resina (RFI), aquecimento, aplicação de pressão ou uma combinação desses processos