BRPI1013244B1 - método para fabricar pás de turbina eólica - Google Patents

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Johannes Van Der Zee Jacobus
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Abstract

método para fabricar pás de turbina eólica é descrito um método e uma linha de fabricação para fabricar pás de turbina eólica com uma estrutura de carcaça de compósito compreendendo um material de matriz e um material de reforço de fibra pelo uso de um processo de moldagem por transferência de resina. o método compreende uma linha de fabricação (30), onde pás de turbina eólica são formadas em diversos moldes (40, 50). cada qual dos diversos moldes (40, 50) compreendendo pelo menos uma primeira parte do molde (41, 51) compreendendo uma primeira cavidade do molde (42, 52). a linha de fabricação (30) compreende adicionalmente um dispositivo de pórtico (35) móvel ao longo da linha de fabricação (30). o método compreende as seguintes etapas: a) arranjar material de reforço de fibra na primeira cavidade do molde (42) de um primeiro molde (40) usando o dispositivo de pórtico (35), b) movimentar o dispositivo de pórtico (35) ao longo da linha de fabricação (30) para um segundo molde (50), c) suprir material de matriz curável na primeira cavidade do molde (42) do primeiro molde (40), ao mesmo tempo arranjando de forma substancialmente simultânea material de reforço de fibra na primeira cavidade do molde (52) de um segundo molde (50) usando o dispositivo de pórtico (35). a linha de fabricação (30) compreende uma pluralidade de moldes (40, 50, 60) para formar pás de turbina eólica. cada qual dos diversos moldes (40, 50, 60) compreendendo pelo menos uma primeira parte do molde (41, 51, 61) compreendendo uma primeira cavidade do molde (42, 52, 62).

Description

“MÉTODO PARA FABRICAR PÁS DE TURBINA EÓLICA”
CAMPO TÉCNICO [001] A presente invenção diz respeito a um método para fabricar pás de turbina eólica com uma estrutura de carcaça de compósito compreendendo um material de matriz e um material de reforço de fibra pelo uso de um processo de moldagem por transferência de resina. A invenção também diz respeito a uma linha de fabricação para fabricar pás de turbina eólica com uma estrutura de carcaça de compósito compreendendo um material de matriz e um material de reforço de fibra pelo uso de um processo de moldagem por transferência de resina.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [002] É de conhecimento fabricar pás de turbina eólica usando métodos de fabricação orientados para o projeto, por exemplo, onde cada qual das pás de turbina eólica é moldada e montada na mesma oficina de trabalho, após o que a pá de turbina eólica opcionalmente move-se para uma outra oficina de trabalho, tipicamente uma oficina de trabalho de acabamento, onde a pá de turbina eólica é cortada, aparada, pintada e os acessórios finais são montados na pá de turbina eólica. As pás de turbina eólica são frequentemente feitas de polímero reforçado com fibra e são normalmente fabricadas como partes da carcaça em moldes, onde o lado superior e o lado inferior do perfil da pá (tipicamente o lado de pressão e lado de sucção, respectivamente) são fabricados separadamente arranjando-se mantas de fibra de vidro em cada qual das duas partes do molde e injetando uma resina líquida, que subsequentemente é curada. Em seguida, as duas metades são coladas uma na outra, frequentemente por meio de partes de flange internas. Cola é aplicada na face interna da meia pá inferior antes de a meia pá superior ser abaixada nela ou vice-versa. Adicionalmente, um ou dois perfis de reforço (vigas) são frequentemente anexados no lado de dentro da meia pá inferior antes da colagem na meia pá superior.
[003] As partes da carcaça para a pá de turbina eólica são
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2/21 tipicamente fabricadas como estruturas compostas de fibra por meio de VARTM (moldagem com transferência de resina assistida por vácuo), onde polímero líquido, também denominado resina, é cheio em uma cavidade do molde, na qual material de reforço de fibra foi anteriormente inserido, e onde um vácuo é gerado na cavidade do molde, extraindo assim o polímero. O polímero pode ser plástico de termocura ou termoplástico.
[004] Infusão a vácuo ou VARTM é um processo usado para moldar peças moldadas de compósito de fibra, onde fibras uniformemente distribuídas são dispostas em camadas em uma das partes do molde, as fibras sendo cordões trançados, isto é, feixes de bandas de fibra, bandas de cordões trançados, ou mantas, que são tanto mantas de feltro feitas de fibras individuais quanto mantas tecidas feitas de cordões trançados de fibra. A segunda parte do molde é frequentemente feita de um saco de vácuo resiliente, e é subsequentemente colocada por cima do material de reforço de fibra. Pela geração de um vácuo, tipicamente 80% a 95% do vácuo total, na cavidade do molde entre o lado interno da parte do molde e do saco de vácuo, o polímero líquido pode ser extraído e encher a cavidade do molde com o material de reforço de fibra contido nele. As assim denominadas camadas de distribuição ou tubos de distribuição, também denominadas canais de entrada, são usadas entre o saco de vácuo e o material de reforço de fibra a fim de obter uma distribuição de polímero mais sólida e eficiente possível. Na maioria dos casos, o polímero aplicada é poliéster ou epóxi, e o reforço de fibra é mais frequentemente a base de fibras de vidro e/ou fibras de carbono.
[005] É comumente sabido que moldes para fazer artigos grandes, tais como pás de turbina eólica, podem consistir em duas partes do molde que são fechadas em torno de uma linha de articulação longitudinal, onde as articulações são passivas, isto é, um guindaste é usado para levantar uma das partes do molde em torno da linha de articulação para fechamento e abertura do molde. Quando se fabricam pás de turbina eólica, o molde é fechado de maneira a colar as duas metades da carcaça da pá uma na outra, as ditas
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3/21 metades da carcaça sendo produzidas em partes do molde separadas.
Alternativamente, pá de turbina eólica pode ser fabricada da maneira descrita em EP 1 310 351.
[006] Entretanto, como a demanda de turbinas eólicas está crescendo rapidamente, tem sido cada vez mais difícil adaptar o método de fabricação orientado para o projeto convencional para acomodar a demanda por diversos motivos listados a seguir: primeiramente, o método de fabricação orientado para o projeto exige que todos os materiais necessários para fabricar uma pá de turbina eólica, por exemplo, resina e material de reforço de fibra, têm que ser transportados para cada oficina de trabalho, que é logisticamente exigente. Em segundo lugar, cada oficina de trabalho tem que ser equipada com ferramentas e mecanismos necessários para cada etapa de fabricação individual no processo, que produz um consumo de recursos. Adicionalmente, o método de fabricação orientado para o projeto convencional exige um molde em cada oficina de trabalho individual, que é caro, uma vez que a produção e manutenção de moldes são demoradas e assim caras. Além disso, o método de fabricação orientado para o projeto convencional ocupa muito espaço e, uma vez que os trabalhadores em cada oficina de trabalho têm que realizar uma variedade de etapas de fabricação, existe um risco de que a qualidade das pás de turbinas eólicas fabricadas pode ficar comprometida.
[007] EP 2 014 449 A revela uma ferramenta e método para produzir partes largas de material compósito por meio de disposição, corte e formação a quente. A ferramenta compreende duas mesas idênticas e um pórtico com cabeçotes de ferramenta para operar em ambas as mesas. Cada mesa é provida com uma alma flexível na qual material fibroso é disposto e cortado. Subsequentemente, partes são formadas em um processo de formação a quente onde uma ferramenta incluindo uma alma de formação flexível deforma o material fibroso pela ação do calor suprido pelo dispositivo de aquecimento. De acordo com a especificação de EP 2 014 449 A, é um recurso importante do dispositivo que ele tem que ter a capacidade de laminar,
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4/21 cortar e formar os materiais compósitos estratificados por meio de calor in situ. Entretanto, um processo de formação a quente como este usando uma ferramenta de formação de alma flexível e o uso de dispositivos para aquecimento da peça-de-trabalho a altas temperaturas exigidas para formação a quente são incompatíveis com a produção de pás de turbina eólica de alta precisão pelo uso de um processo de moldagem por transferência de resina.
[008] É portanto um objetivo da invenção obter um método e linha de fabricação inéditos para fabricar pás de turbina eólica, que superam ou atenuam pelo menos uma das desvantagens da tecnologia anterior ou que proporcionem uma alternativa conveniente.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [009] O objetivo da invenção é obtido por um método que compreende uma linha de fabricação, onde pás de turbina eólica são formadas em diversos moldes, cada qual dos diversos moldes compreendendo pelo menos uma primeira parte do molde compreendendo uma primeira cavidade do molde, a linha de fabricação compreende adicionalmente um dispositivo de pórtico móvel ao longo da linha de fabricação, em que o método compreende as seguintes etapas: a) arranjar material de reforço de fibra na primeira cavidade do molde de um primeiro molde usando o dispositivo de pórtico, b) movimentar o dispositivo de pórtico ao longo da linha de fabricação para um segundo molde, c) suprir material de matriz curável na primeira cavidade do molde do primeiro molde, ao mesmo tempo arranjando de forma substancialmente simultânea material de reforço de fibra na primeira cavidade do molde de um segundo molde usando o dispositivo de pórtico. Por meio disto, é provido um método por meio do qual pás de turbina eólica podem ser fabricadas usando menos recursos, por exemplo, moldes e ferramentas ou, alternativamente, para melhorar a produção, já que método aumenta a quantidade de pás de turbina eólica fabricadas por unidade de tempo, comparado com métodos de fabricação convencionalmente orientados para o projeto. Como um exemplo, o método pode em uma configuração com três
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5/21 moldes e um dispositivo de pórtico aumentar a produção de 3 para 6 pás de turbina eólica por 24 horas. Uma vez que o dispositivo de pórtico é móvel em relação aos diversos moldes, o método além disso dá condições para que o dispositivo de pórtico possa ser equipado com equipamento especializado e avançado que é dedicado à etapa de fabricação, isto é, arranjando material de reforço de fibra, realizada pelo dispositivo de pórtico, já que o método reduz a quantidade de pórticos exigidos. Entretanto, o método também funciona com diversos pórticos, tais como 2, 3, 4 ou 5, mas não será economicamente tão viável. Alternativamente, ou adicionalmente, o dispositivo de pórtico pode ser manuseado com trabalhadores especializados que são especializados e treinados na etapa de fabricação realizada no dispositivo de pórtico. Entretanto, o dispositivo de pórtico pode ser também automatizado, por exemplo, usando robôs, de maneira tal que seja necessária uma menor quantidade de trabalhadores. Espera-se também que a automação melhore ainda mais a qualidade das pás de turbinas eólicas fabricadas.
[010] O material de matriz curável suprido é tipicamente infundido e é preferivelmente uma resina, tais como poliéster, éster de vinila, ou epóxi. O material de matriz é injetado pelo uso de moldagem com transferência de resina (RTM), em que um diferencial de pressão positivo é usado para injetar a resina na cavidade do molde, ou pelo uso de moldagem com transferência de resina assistida por vácuo (VARTM), em que uma subpressão é formada na cavidade do molde, extraindo assim a resina líquida para a cavidade do molde.
[011] A linha de fabricação pode também compreender diversas estações de trabalho em relação à quantidade de moldes. Pelo menos uma estação de trabalho é arranjada em cada qual dos diversos moldes, e as diversas estações de trabalho são preferivelmente equipadas com ferramentas e mecanismo para realizar RTM e/ou VARTM e fechar os moldes e montar a alma dentro da pá de turbina eólica. Os diversos moldes são estacionários em relação à linha de fabricação, mas as primeiras partes do molde e/ou as segundas partes do molde de cada qual dos diversos moldes são operacionais,
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6/21 de forma que elas podem ser montadas e formar um conjunto de molde fechado.
[012] O arranjo do material de reforço de fibra nas primeiras cavidades dos moldes de cada qual dos diversos moldes é preferivelmente realizado somente pelo uso do dispositivo de pórtico, enquanto as demais etapas de fabricação necessárias são realizadas em cada qual das estações de trabalho arranjadas em cada qual dos diversos moldes.
[013] A quantidade de moldes é preferivelmente arranjada na extensão um do outro ao longo da linha de fabricação, preferivelmente de maneira tal que eles formem uma linha de fabricação substancialmente reta e os diversos moldes são ainda mais preferivelmente colocados na extensão longitudinal um do outro, entretanto, o método pode ser também realizado com os moldes com uma orientação oblíqua ou mesmo transversal em relação à linha de fabricação.
[014] De acordo com uma primeira modalidade, o método compreende adicionalmente as seguintes etapas: d) movimentar o dispositivo de pórtico ao longo da linha de fabricação para um terceiro molde, e) suprir material de matriz curável na primeira cavidade do molde do segundo molde ao mesmo tempo arranjando de forma substancialmente simultânea material de reforço de fibra em uma primeira cavidade do molde de um terceiro molde usando o dispositivo de pórtico. Por meio disto, é necessário somente um único dispositivo de pórtico por vez, para arranjar material de reforço de fibra, uma vez que somente um molde por vez tem esta etapa de fabricação realizada por causa das etapas de fabricação sequenciais de acordo com a invenção. O dispositivo de pórtico sendo móvel ao longo da linha de fabricação pode moverse em poucos minutos, por exemplo, 1, 2 ou 3 minutos, entre cada qual dos diversos moldes, assim usando um mínimo de tempo de transporte.
[015] Em uma outra modalidade, o primeiro molde compreende pelo menos uma primeira parte do molde e uma segunda parte do molde que podem ser montadas para formar um conjunto de molde fechado, cada parte
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7/21 do molde compreendendo uma cavidade do molde. Assim, cada parte do molde pode ser usada de maneira a formar partes da carcaça separadas de uma pá de turbina eólica. As partes da carcaça são tipicamente construídas como uma parte inferior, por exemplo, um lado de sucção, da pá, e uma parte superior, por exemplo, um lado de pressão, da pá. As partes da carcaça são então posteriormente aderidas uma na outra, por exemplo, por flanges de colagem localizados na borda de avanço e borda de fuga da pá de turbina eólica acabada. Assim, a parte do molde compreende uma superfície de moldagem, que define uma parte do lado externo da pá acabada. A cavidade do molde de cada parte do molde pode ser formada selando um saco de vácuo na parte do molde. Uma fonte de vácuo pode ser acoplada na cavidade do molde de forma que a cavidade do molde possa ser evacuada antes de injetar o material de matriz líquido.
[016] Cada qual dos diversos moldes pode ter uma primeira parte do molde, e uma segunda parte do molde pode ser montada aos pares para formar um conjunto de molde fechado, por exemplo, selando sacos de vácuo na respectiva parte do molde. Cada qual das partes do molde de cada qual dos diversos moldes compreende uma cavidade do molde.
[017] Em uma outra modalidade, o método compreende adicionalmente a etapa de: fechar o segundo molde e suprir material de matriz curável na primeira cavidade do molde do terceiro molde de forma substancialmente simultânea à etapa a), e/ou fechar o terceiro molde de forma substancialmente simultânea à etapa c), e/ou fechar o primeiro molde de forma substancialmente simultânea à etapa e), e/ou movimentar o dispositivo de pórtico ao longo da linha de fabricação para o primeiro molde. Por meio disto, o método provê uma linha de fabricação contínua. O método é particularmente eficiente, se o tempo que ele leva para realizar uma etapa de fabricação ou um grupo de etapas de fabricação realizada em cada qual dos moldes for similar e assim equilibrado, de maneira tal que cada molde seja usado efetivamente e além disso o dispositivo de pórtico pode estar continuamente ativo. Portanto,
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8/21 em casos onde o tempo que ele leva para realizar uma etapa de fabricação ou um grupo de etapas de fabricação em cada qual dos moldes é significativamente diferente, moldes extras podem ser adicionados à linha de fabricação, de maneira tal que uma zona de absorção de produção seja estabelecida ou o tempo seja equilibrado. Em uma modalidade preferida, a linha de moldagem compreende três moldes e um dispositivo de pórtico. Em uma outra modalidade preferida, o dispositivo de pórtico arranja material de reforço de fibra em cada qual dos diversos moldes em 12 horas. Em também uma outra modalidade, as etapas b) e d) são cada qual realizadas em 15 minutos, e em também uma outra modalidade as etapas a) e c) são cada qual realizadas em 1 ou em 2 horas.
[018] Em uma outra modalidade, o material de reforço de fibra é seco, por exemplo, não pré-impregnado com resina, quando arranjado nos diversos moldes pelo dispositivo de pórtico. Entretanto, o método pode ser também realizado com material de reforço de fibra pré-impregnado ou uma combinação destes. O material de reforço de fibra e/ou material de reforço adicional que pode ser pré-impregnado é preferivelmente arranjado em moldes de maneira tal que uma estrutura de reforço longitudinal é formada e provê resistência mecânica à pá de turbina eólica fabricada.
[019] Em uma outra modalidade, cada qual dos diversos moldes é arranjado com pelo menos uma estação de trabalho para suprir material de matriz curável e/ou para fechar o molde. Por meio disto, o método dá condições para que cada qual dos diversos moldes tenha uma estação de trabalho separada. As estações de trabalho são equipadas com ferramentas e mecanismo para realizar as etapas de fabricação exigidas, tais como suprimento de material de matriz curável, fechamento do molde e montagem da alma dentro da pá de turbina eólica.
[020] Em uma outra modalidade, o segundo molde é arranjado na extensão do primeiro molde e/ou o terceiro molde é arranjado na extensão do segundo molde de maneira tal que os diversos moldes formem uma linha de
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9/21 fabricação alongada e alinhada. A vantagem de um arranjo alongado como este é que a linha de fabricação é muito acessível. Além disso, com os moldes alinhados, é muito aplicável arranjar um dispositivo de pórtico comum para os diversos moldes.
[021] O arranjo alongado e alinhado pode ser conseguido de diferentes maneiras. Por exemplo, um alinhamento defletido/desencontrado dos moldes pode ser contemplado, onde os moldes são arranjados paralelos entre si e deslocados um do outro em uma direção longitudinal. Em uma modalidade, os moldes são transladados/deslocados paralelamente entre si em uma direção em um ângulo com relação à direção longitudinal. Qualquer ângulo pode ser contemplado. Entretanto, vantajosamente o dito ângulo entre o eixo longitudinal e a direção de translação/deslocamento paralela é menor que 30 graus, alternativamente menor que 20 graus, alternativamente na faixa entre 15 graus e 5 graus. Preferivelmente, o dispositivo de pórtico é configurado para deslocar/mover ao longo de uma direção substancialmente paralela à direção de translação/deslocamento paralela.
[022] Por um alinhamento defletido/desencontrado como este, pode-se conseguir um ponto de equilíbrio entre, por um lado, a redução da largura/vão do dispositivo de pórtico necessário, aumentando assim a rigidez e precisão do dispositivo de pórtico, e, por outro lado,a redução do comprimento total da linha de fabricação compreendendo uma pluralidade de moldes. Um equilíbrio ideal pode ser encontrado dependendo da relação de aspecto da pegada do molde e do espaço de trabalho necessário em torno do molde. A redução do vão necessário do dispositivo de pórtico tem a vantagem de aumentar a rigidez do pórtico, permitindo melhorar a precisão de posicionamento para equipamentos anexados ao pórtico. Por meio disto, por exemplo, a qualidade do arranjo de fibras pode ser melhorada.
[023] Preferivelmente, o segundo molde e os diversos moldes seguintes são arranjados na extensão substancialmente longitudinal do primeiro molde. Por meio disto, a largura do dispositivo de pórtico necessária
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10/21 pode ser minimizada com as vantagens supramencionadas.
[024] Em uma outra modalidade, o dispositivo de pórtico move-se na direção longitudinal dos diversos moldes. Por meio disto, o dispositivo de pórtico pode ter um mínimo de largura, já que os moldes têm uma largura que é muito menor que o comprimento. Assim, o vão do dispositivo de pórtico é minimizado. O dispositivo de pórtico pode ser móvel ao longo da linha de fabricação por meio de rolos e/ou rodas e pode ser arranjado em um trilho.
[025] Em uma outra modalidade, o método compreende adicionalmente diversas estações de produção de alma. Por meio disto, o método também provê dispositivos para produzir alma para montagem dentro da pá de turbina eólica. A quantidade de estações de produção de alma é preferivelmente o mesmo da quantidade de moldes, entretanto, pode haver também uma menor quantidade de estações de produção de alma do que moldes. As ferramentas e mecanismos usados nas estações de trabalho para suprir material de matriz curável podem ser também usados para fabricar a alma. Entretanto, as estações de produção de alma separadas pode também ter equipamento separado que não é compartilhado com a quantidade de estações de trabalho.
[026] Em uma outra modalidade, uma estação de produção de alma é justaposta a cada qual dos diversos moldes na linha de fabricação. Por meio disto, a alma é produzida nas proximidades de cada molde, onde a alma também é aplicada, que reduz o tempo de manuseio.
[027] Em uma outra modalidade, o método compreende adicionalmente uma linha de finalização arranjada na extensão longitudinal da linha de fabricação. Por meio disto, o método provê um método integrado para produzir pás de turbina eólica prontas para instalação. A linha de finalização pode compreender diversas estações de acabamento compreendendo uma estação de inspeção de qualidade, uma estação de corte e limpeza, uma estação de acabamento e uma estação de pintura, onde a estação de corte e limpeza a estação de pintura podem ser automatizadas. A linha de finalização é
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11/21 preferivelmente colocada no mesmo galpão de produção da linha de fabricação, assim instalações de limpeza pneumática separadas são necessárias para algumas das estações de acabamento para manter um ambiente de trabalho limpo e aceitável no galpão de produção. Um dispositivo de guindaste pode ser usado para transportar as pás de turbina eólica de cada qual dos diversos moldes para a linha de finalização.
[028] Em uma outra modalidade, as pás de turbina eólica fabricadas têm um comprimento de pelo menos 30 metros, ou 40 metros, ou 50 metros.
[029] Em uma outra modalidade, o método é realizado em uma instalação de produção com um comprimento de pelo menos 250 metros e uma largura de pelo menos 30 metros.
[030] O objetivo da invenção é também obtido por uma linha de fabricação que compreende uma pluralidade de moldes para formar pás de turbina eólica, cada qual dos diversos moldes compreendendo pelo menos uma primeira parte do molde compreendendo uma primeira cavidade do molde, e em que a linha de fabricação compreende adicionalmente um dispositivo de pórtico móvel ao longo da linha de fabricação. Por meio disto, é provida uma linha de fabricação onde é possível uma produção contínua de pás de turbina eólica. A linha de fabricação exige menos recursos, por exemplo, moldes e ferramentas, ou alternativamente melhora a produção, comparado com métodos de fabricação convencionalmente orientados para o projeto. A linha de fabricação pode, como um exemplo, em uma configuração com três moldes e um dispositivo de pórtico, aumentar a quantidade de pás de turbina eólica fabricadas de 3 para 6 pás de turbina eólica por 24 horas. A linha de fabricação pode adicionalmente ser automatizada, e espera-se melhorar ainda mais a produção e adicionalmente a qualidade das pás de turbinas eólicas fabricadas.
[031] De acordo com uma primeira modalidade, os diversos moldes são arranjados na extensão longitudinal de um primeiro molde. Por meio disto, um mínimo de vão é necessário pelo dispositivo de pórtico, uma vez
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12/21 que os moldes são alongados na direção longitudinal. A linha de fabricação pode adicionalmente compreender uma linha de finalização compreendendo diversas estações de acabamento compreendendo uma estação de inspeção de qualidade, uma estação de corte e limpeza, uma estação de acabamento e uma estação de pintura, onde a estação de corte e limpeza e a estação de pintura podem ser automatizadas. A linha de finalização é preferivelmente colocada no mesmo galpão de produção da linha de fabricação, e assim instalações de limpeza pneumática separadas são necessárias para algumas das estações de acabamento para manter um ambiente de trabalho limpo e aceitável no galpão de produção. A linha de fabricação pode adicionalmente compreender diversas estações de produção de alma para produzir almas para montagem dentro das pás de turbina eólica. A quantidade de estações de produção de alma é preferivelmente a mesma quantidade de moldes, entretanto pode haver também uma menor quantidade estações de produção de alma do que moldes. As ferramentas e mecanismos usados nas estações de trabalho para suprir material de matriz curável podem ser também usados para fabricar a alma. Entretanto, as estações de produção de alma separadas podem também ter equipamento separado, que não é compartilhado com a quantidade de estações de trabalho.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [032] A invenção é explicada com detalhes a seguir com referência a uma modalidade mostrada nos desenhos, em que:
[033] A figura 1 mostra uma turbina eólica da tecnologia anterior;
[034] A figura 2 mostra uma pá de turbina eólica da tecnologia anterior;
[035] A figura 3 mostra uma linha de fabricação com uma primeira estação de trabalho, uma segunda estação de trabalho, um primeiro molde, um segundo molde e um dispositivo de pórtico durante as etapas a) e c) de acordo com uma modalidade da invenção;
[036] A figura 4 mostra uma linha de fabricação com uma primeira
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13/21 estação de trabalho, uma segunda estação de trabalho, uma terceira estação de trabalho, um primeiro molde, um segundo molde, um terceiro molde e um dispositivo de pórtico durante as etapas a), c) e e) de acordo com uma outra modalidade da invenção;
[037] A figura 5 mostra uma linha de fabricação ilustrada na figura 4 e uma primeira, segunda e terceira estação de produção de alma de acordo com uma modalidade adicional da invenção; e [038] A figura 6 mostra uma linha de fabricação com uma primeira estação de trabalho, uma segunda estação de trabalho, uma terceira estação de trabalho, um primeiro molde, um segundo molde, um terceiro molde em um alinhamento defletido/desencontrado e um dispositivo de pórtico de acordo com uma modalidade adicional da invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [039] A figura 1 ilustra uma turbina eólica com pás viradas para o vento moderna convencional 2 de acordo com o assim denominado conceito holandês com uma torre 4, uma nacele 6 e um rotor com um eixo do rotor substancialmente horizontal. O rotor inclui um cubo 8 e três pás 10 estendendo-se radialmente do cubo 8, cada qual com uma raiz da pá 16 mais próxima do cubo 8 e uma ponta da pá 14 mais distante do cubo 8.
[040] A figura 2 ilustra uma pá de turbina eólica convencional 20, que convencionalmente é fabricada tanto em uma peça quanto em duas peças, onde cada qual das duas peças tem o mesmo comprimento na direção longitudinal L que uma pá de turbina eólica montada pelas duas peças.
[041] A figura 3 ilustra uma linha de fabricação 30 com uma primeira estação de trabalho 31 e uma segunda estação de trabalho 32, um primeiro molde 40 é localizado na primeira estação de trabalho 31 e um segundo molde 50 é localizado na segunda estação de trabalho 32. O primeiro molde 40 compreende uma primeira parte do molde 41 compreendendo uma primeira cavidade do molde 42, a primeira cavidade do molde 42 corresponde ao envelope do lado inferior de uma pá de turbina eólica, por exemplo, o lado
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14/21 de sucção da pá, e uma segunda parte do molde 43 com uma segunda cavidade do molde 44 correspondente ao envelope do lado superior de uma pá de turbina eólica, por exemplo, o lado de pressão da pá. O segundo molde correspondentemente compreende uma primeira parte do molde 51 compreendendo uma primeira cavidade do molde 52, a primeira cavidade do molde 52 corresponde ao envelope do lado inferior de uma pá de turbina eólica, por exemplo, o lado de sucção da pá, e uma segunda parte do molde 53 com uma segunda cavidade do molde 54 correspondente ao envelope do lado superior de uma pá de turbina eólica, por exemplo, o lado de pressão da pá. Um dispositivo de trilho 34 estende da primeira estação de trabalho 31 até a segunda estação de trabalho 32. O dispositivo de trilho 34 tem um comprimento que é pelo menos igual ao comprimento do primeiro molde 40, o segundo molde 50 e a distância longitudinal entre o primeiro molde 40 e o segundo molde 50. Por meio disto, um dispositivo de pórtico 35 móvel montado no dispositivo de trilho 34 pode varrer o primeiro molde 40 na primeira estação de trabalho 31 e o segundo molde 50 na segunda estação de trabalho 32 e pode além disso mover da primeira estação de trabalho 31 para a segunda estação de trabalho 32.
[042] O dispositivo de pórtico é preferivelmente usado para arranjar material de reforço de fibra na primeira 41 e segunda parte do molde 43 do primeiro molde 40 na primeira estação de trabalho 31 após o que o dispositivo de pórtico 35 move-se para a segunda estação de trabalho 32, onde o dispositivo de pórtico 35 é usado para arranjar material de reforço de fibra na primeira 51 e segunda parte do molde 53 do segundo molde 50. O arranjo de material de reforço de fibra nas partes do molde separadas 51, 53 do segundo molde 50 é idêntico ou pelo menos substancialmente similar ao arranjo de material de reforço de fibra nas partes do molde separadas 41, 43 do primeiro molde 40, já que o mesmo dispositivo de pórtico 35 é usado, entretanto, diferenças podem ocorrer se o primeiro molde 40 e o segundo 50 tiverem desenho e/ou geometria diferentes. A maneira de arranjar material de reforço
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15/21 de fibra é entretanto descrita somente para o primeiro molde 40 a seguir, mas o procedimento é similar ou mesmo idêntico para o segundo molde 50. O arranjo de material de reforço de fibra em cada qual das partes do molde separadas
41, 43 pode ser realizado manualmente ou de maneira automatizada, o dispositivo de pórtico 35 pode tanto ser compartilhado pelas partes do molde separadas 41, 43 quanto dispositivos de pórtico separados para cada parte do molde separada 41, 43 podem ser usados. As cavidades do molde 42, 44 das partes do molde separadas 41, 43 são normalmente revestidas com um gel de cobertura ou similares antes de o material de reforço de fibra ser arranjado. O material de reforço de fibra pode compreender fibras em muitas formas, tais como fibras curtas em tufos, mantas, prepregs e pré-formas. As fibras podem ser de qualquer material, mas são preferivelmente feitas de vidro e/ou carbono. Alternativamente, fibras de planta ou fibras metálicas, tais como fibras de aço, podem ser utilizadas.
[043] Depois que o dispositivo de pórtico 35 tiver arranjado material de reforço de fibra nas partes do molde separadas 41, 43 do primeiro molde 40, o primeiro molde 40 é preparado para infusão de um material de matriz curável, por exemplo, uma resina líquida. Tipicamente, um processo RTM ou VARTM é usado, e as partes do molde separadas 41, 43 são cada qual preparadas arranjando-se canais de entrada de resina por cima do material de reforço de fibra em cada qual das partes do molde separadas 41, 43. Subsequentemente, cada parte do molde separada 41, 43 é coberta e selada por um saco de vácuo hermético ao ar, criando assim uma cavidade do molde. Por meio disto, um vácuo pode ser criado entre a parte do molde 41, 43 e o saco de vácuo, de forma que o material de matriz curável possa ser extraído para a cavidade do molde e impregnando o material de reforço de fibra via os canais de entrada de resina. Tipicamente, o material de matriz é infundido da área da raiz. O que foi descrito com relação ao suprimento de material de matriz curável também aplica-se ao segundo molde 50 depois que o material de reforço de fibra tiver sido arranjado.
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16/21 [044] A figura 4 ilustra uma linha de fabricação 30 similar à representada na figura 3. Entretanto, a linha de fabricação 30 foi estendida com uma terceira estação de trabalho 33 seguindo a segunda estação de trabalho 32. Um terceiro molde 60 é localizado na terceira estação de trabalho 33 e o terceiro molde 60 compreende uma primeira parte do molde 61 compreendendo uma primeira cavidade do molde 62, a primeira cavidade do molde 62 corresponde ao envelope do lado inferior de uma pá de turbina eólica, por exemplo, o lado de sucção da pá, e uma segunda parte do molde 63 com uma segunda cavidade do molde 64 correspondente ao envelope do lado superior de uma pá de turbina eólica, por exemplo, o lado de pressão da pá. Além disso, o dispositivo de trilho 34 foi estendido da segunda estação de trabalho 32 até a terceira estação de trabalho 33, de forma que o dispositivo de pórtico 35 também é móvel da segunda estação de trabalho 32 para a terceira estação de trabalho 33 e ao longo de todo o comprimento longitudinal do terceiro molde 60. A figura 4 ilustra a linha de fabricação 30 em três diferentes pontos de tempo durante realização do método de acordo com a invenção e o método tendo atingido um estado estacionário, por exemplo, quando uma fabricação contínua de pás de turbina eólica é estabelecida.
[045] Em um primeiro ponto de tempo, o dispositivo de pórtico 35 está operando na primeira estação de trabalho 31 onde o dispositivo de pórtico 35 é usado para arranjar material de reforço de fibra nas partes do molde separadas 41, 43 do primeiro molde 40. No mesmo ponto de tempo, material de matriz curável é suprido no terceiro molde 60 localizado na terceira estação de trabalho 33, enquanto as partes do molde separadas 51, 53 do segundo molde 50 na segunda estação de trabalho 32 é montada, e assim um segundo conjunto de molde fechado 56 é formado.
[046] Em um segundo ponto de tempo, que ocorre depois do primeiro ponto de tempo, o dispositivo de pórtico 35 moveu-se para a segunda estação de trabalho 32, onde o segundo conjunto de molde fechado 56 foi aberto e a pá de turbina eólica fabricada removida, de forma que as partes do
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17/21 molde separadas 51, 53 do segundo molde 50 estão prontas para receber novo material de reforço de fibra arranjado pelo dispositivo de pórtico 35. No mesmo ponto de tempo, material de matriz curável é suprido no primeiro molde 40 na primeira estação de trabalho 31, que, no primeiro ponto de tempo, teve material de reforço de fibra arranjado. Além disso, no mesmo ponto de tempo, as partes do molde separadas 61, 63 do terceiro molde 60 na terceira estação de trabalho 33 são montadas, e assim um terceiro conjunto de molde fechado 66 é formado.
[047] Em um terceiro ponto de tempo, que ocorre depois do segundo ponto de tempo, o dispositivo de pórtico 35 moveu-se para a terceira estação de trabalho 33, onde o terceiro conjunto de molde fechado 66 foi aberto e a pá de turbina eólica fabricada removida, de forma que as partes do molde separadas 61, 63 do terceiro molde 60 ficam prontas para receber novo material de reforço de fibra arranjado pelo dispositivo de pórtico 35. No mesmo ponto de tempo, material de matriz curável é suprido no segundo molde 50 na segunda estação de trabalho 32, que, no segundo ponto de tempo, teve material de reforço de fibra arranjado. Além disso, no mesmo ponto de tempo, as partes do molde separadas 41, 43 do primeiro molde 40 na primeira estação de trabalho 31 são montadas, e assim um primeiro conjunto de molde fechado 46 é formado.
[048] Em seguida, o dispositivo de pórtico 35 pode mover-se de volta para a primeira estação de trabalho 31, onde o procedimento supradescrito pode ser repetido, depois da abertura do primeiro conjunto de molde fechado 46, de forma que as partes do molde separadas 41, 43 do primeiro molde 40 fiquem prontas para receber novo material de reforço de fibra arranjado pelo dispositivo de pórtico 35.
[049] A figura 5 ilustra a linha de fabricação 30 mostrada na figura 4, mas com uma primeira 71, uma segunda 72 e uma terceira estação de produção de alma 73 para suprir alma 75 para inserção nas pás de turbina eólica. As estações de produção de alma 71, 72, 73 são preferivelmente
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18/21 justapostas na linha de fabricação 30 de maneira tal que cada qual das estações de produção de alma 71, 72, 73 possa suprir pelo menos uma das estações de trabalho 31, 32, 33 com alma. A linha de fabricação 30 pode também compreender uma linha de finalização arranjada na extensão longitudinal da linha de fabricação 30, onde a linha de finalização pode compreender diversas estações de acabamento compreendendo uma estação de inspeção de qualidade, uma estação de corte e limpeza, uma estação de acabamento e uma estação de pintura, onde a estação de corte e limpeza e a estação de pintura podem ser automatizadas. A linha de finalização é preferivelmente colocada no mesmo galpão de produção da linha de fabricação, assim instalações de limpeza pneumática separadas são necessárias para algumas das estações de acabamento para manter um ambiente de trabalho limpo e aceitável no galpão de produção. Um dispositivo de guindaste pode ser usado para transportar as pás de turbina eólica fabricadas 45 de cada qual dos diversos moldes para a linha de finalização ilustrada por uma seta de transporte 80.
[050] A figura 6 mostra uma linha de fabricação 30 com uma primeira estação de trabalho, uma segunda estação de trabalho, uma terceira estação de trabalho, um primeiro molde 50, um segundo molde 40, um terceiro molde 60 em um alinhamento defletido/desencontrado para economia de espaço. Os moldes 40, 50, 60 são substancialmente paralelos entre si e deslocados um do outro em uma direção longitudinal 100. Os moldes 40, 50, 60 são assim transladados/deslocados paralelamente entre si em uma direção 101 em um ângulo α com relação à direção longitudinal 100 dos moldes 40, 50, 60. Por meio disto, o segundo molde 50 é arranjado na extensão do primeiro molde 40 e o terceiro molde 60 é arranjado na extensão do segundo molde 50 de maneira tal que os moldes 40, 50, 60 formem uma linha de fabricação alongada e alinhada 30. O ângulo α entre o eixo longitudinal 100 e a direção 101 de translação/deslocamento paralela é vantajosamente menor que 30 graus, alternativamente menor que 20 graus, alternativamente na faixa entre 15
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19/21 graus e 5 graus. O dispositivo de pórtico 35 é provido em trilhos 34 e pode mover-se nesses trilhos 34 em uma direção substancialmente paralela à direção 101 de translação/deslocamento paralela entre os moldes 40, 50, 60.
[051] O método e a linha de fabricação 30 podem ser também realizados onde os moldes 40, 50, 60 são fechados, de maneira a formar conjuntos de moldes fechados 46, 56, 66, antes de suprir material de matriz curável, de maneira tal que uma pá de turbina eólica integral seja formada, por exemplo, sem uma emenda.
[052] A invenção foi descrita com referência a uma modalidade preferida. Entretanto, o escopo da invenção não está limitado à modalidade ilustrada, e alterações e modificações podem ser realizadas sem fugir do escopo da invenção.
Número de Referência turbina eólica torre nacele cubo pá ponta da pá raiz da pá pá de turbina eólica linha de fabricação primeira estação de trabalho segunda estação de trabalho terceira estação de trabalho dispositivo de trilho dispositivo de pórtico
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20/21 primeiro molde primeira parte do molde (do primeiro molde 40) primeira cavidade do molde (da primeira parte do molde 41) segunda parte do molde (do primeiro molde 40) primeira cavidade do molde (da segunda parte do molde 43) pá de turbina eólica (modelada do primeiro molde 40) primeiro conjunto de molde fechado segundo molde primeira parte do molde (do segundo molde 50) primeira cavidade do molde (da primeira parte do molde 51) segunda parte do molde (do segundo molde 50) primeira cavidade do molde (da segunda parte do molde 53) segundo conjunto de molde fechado terceiro molde primeira parte do molde (do terceiro molde 60) primeira cavidade do molde (da primeira parte do molde 61) segunda parte do molde (do terceiro molde 60) primeira cavidade do molde (da segunda parte do molde 63) terceiro conjunto de molde fechado primeira estação de produção de alma segunda estação de produção de alma terceira estação de produção de alma alma seta de transporte (para a linha de finalização)
100 direção longitudinal
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21/21
101 direção de translação/deslocamento α ângulo

Claims (13)

1. Método para fabricar pás de turbina eólica com uma estrutura de carcaça de compósito, compreendendo um material de matriz e um material de reforço de fibra, pelo uso de um processo de moldagem por transferência de resina, caracterizado pelo fato de que compreende uma linha de fabricação (30), em que as pás de turbina eólica são formadas em diversos moldes (40, 50, 60), cada qual dos diversos moldes (40, 50, 60) compreendendo pelo menos uma parte do molde (41, 51, 61) compreendendo uma cavidade do molde (42, 52, 62), em que a linha de fabricação (30) compreende adicionalmente um dispositivo de pórtico (35) móvel ao longo da linha de fabricação (30), o método compreendendo as seguintes etapas:
a) arranjar material de reforço de fibra na pelo menos uma cavidade do molde (42) de um primeiro molde (40) usando o dispositivo de pórtico (35),
b) movimentar o dispositivo de pórtico (35) ao longo da linha de fabricação (30) para um segundo molde (50),
c) suprir material de matriz curável na pelo menos uma cavidade do molde (42) do primeiro molde (40), ao mesmo tempo arranjando de forma substancialmente simultânea material de reforço de fibra na pelo menos uma cavidade do molde (52) de um segundo molde (50) usando o dispositivo de pórtico (35).
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente as seguintes etapas:
d) movimentar o dispositivo de pórtico (35) ao longo da linha de fabricação (30) para um terceiro molde (60),
e) suprir material de matriz curável na pelo menos uma cavidade do molde (52) do segundo molde, ao mesmo tempo arranjando de forma substancialmente simultânea material de reforço de fibra na pelo menos uma cavidade do molde (62) do terceiro molde (60) usando o dispositivo de pórtico (35).
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o primeiro molde (40) compreende uma ou mais primeira parte do molde (41) e uma segunda parte do molde (43) que pode ser montada para formar um primeiro conjunto de molde fechado (46), cada parte do molde (41, 43) compreendendo uma cavidade do molde (42, 44).
4. Método, de acordo com a reivindicação 2 e 3, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de:
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2/3
- fechar o segundo molde (50) e suprir material de matriz curável na pelo menos uma cavidade do molde (62) do terceiro molde (60) de forma substancialmente simultânea à etapa a), e/ou
- fechar o terceiro molde (60) de forma substancialmente simultânea à etapa c), e/ou
- fechar o primeiro molde (40) de forma substancialmente simultânea à etapa e), e/ou
- movimentar o dispositivo de pórtico (35) ao longo da linha de fabricação (30) para o primeiro molde (40).
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o material de reforço de fibra é seco, por exemplo, não pré-impregnado com resina, quando arranjado nos diversos moldes (40, 50, 60) pelo dispositivo de pórtico (35).
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que cada qual dos diversos moldes (40, 50, 60) é arranjado com pelo menos uma estação de trabalho (31, 32, 33) para suprir material de matriz curável e/ou para fechar o molde (40, 50, 60).
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o segundo molde (50) é arranjado substancialmente na extensão longitudinal do primeiro molde (40) e/ou o terceiro molde (60) é arranjado substancialmente na extensão longitudinal do segundo molde (50).
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de pórtico (35) move-se na direção longitudinal dos diversos moldes (40, 50, 60).
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente estações de produção de alma (71, 72, 73).
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma estação de produção de alma (71, 72, 73) é justaposta a cada qual dos diversos moldes (40, 50, 60) na linha de fabricação (30).
11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma linha de finalização arranjada na extensão longitudinal da linha de fabricação (30).
Petição 870190085454, de 30/08/2019, pág. 12/51
3/3
12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que as pás de turbina eólica fabricadas têm um comprimento maior que, e inclusive de, 30 metros, ou 40 metros, ou 50 metros.
13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o método é realizado em uma instalação de produção com um comprimento maior que, e inclusive de, 250 metros e uma largura maior que, e inclusive de, 30 metros.
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