ES2884303T3 - Método y aparato de pultrusión - Google Patents

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Abstract

Método de fabricación de una tira (50) sometida a pultrusión para una estructura alargada, incluyendo el método la etapa de: proporcionar un aparato (100) de pultrusión que incluye al menos una matriz (20) de pultrusión a través de la que se tira de una pluralidad de fibras (110) que van a empaparse en una resina, caracterizado porque el método incluye la etapa adicional de: cambiar las propiedades de conducción de puntos (200) seleccionados a lo largo de dicha pluralidad de fibras (110) aguas arriba de la matriz (20) de pultrusión, cambiar las propiedades de conducción de puntos (200) seleccionados a lo largo de dicha pluralidad de fibras (110) que se realiza inyectando o depositando gotas (60) de una cola conductora o, cambiar las propiedades de conducción de puntos (200) seleccionados a lo largo de dicha pluralidad de fibras (110) que se realiza aplastando o apretando las fibras (110) o retirando o rompiendo localmente una superficie de recubrimiento de al menos una de dicha pluralidad de fibras (110).

Description

DESCRIPCIÓN
Método y aparato de pultrusión
Campo de invención
La presente invención se refiere a un método y aparato de pultrusión para fabricar una tira sometida a pultrusión para una estructura alargada.
Técnica anterior
Normalmente, se usan partes de carbono en diversos campos industriales. Por ejemplo, pueden usarse partes de carbono en la fabricación de palas para turbinas eólicas para poder hacerlas más largas y menos pesadas en comparación con palas fabricadas usando sólo material de fibra de vidrio. Tales partes de carbono pueden fabricarse normalmente a través de un procedimiento de pultrusión.
En construcciones de grandes dimensiones como una turbina eólica, partes eléctricamente conductoras normalmente tienen que estar conectadas eléctricamente al sistema de protección contra rayos, incluyendo partes de carbono de palas de turbina eólica, debido a que el carbono es un material conductor de la electricidad.
Los perfiles de carbono presentan normalmente algo de conductividad a lo largo de la dirección de fibra, pero a lo ancho de la fibra la conductividad es mucho menor. En particular, esto es debido al dimensionamiento del aislamiento proporcionado en cada fibra, el aislante muy delgado proporciona una conexión débil a la fibra que tiene al lado. A nivel microscópico, el dimensionamiento de la fibra establece el límite de conductividad. Como resultado macroscópico, esto hace difícil conectar los perfiles de carbono al cable de rayos usado para protección contra rayos de una pala de turbina eólica, debido a que la potencia de un rayo no puede moverse suficientemente rápido fuera a través del perfil. Mejorar las conductividades en el perfil es importante con el fin de evitar tal inconveniente. Cuando se mejora la conductividad a lo ancho de la fibra de un único perfil, también es posible proporcionar una conexión mucho más sencilla puede elegirse para garantizar una protección contra rayos conveniente.
Una solución para el problema anterior puede ser la de usar una cola conductora durante el procedimiento de fabricación para mejorar las conductividades tanto en los perfiles como entre los mismos. Tal cola conductora puede proporcionarse entre las fibras en un procedimiento de pultrusión. Inconveniencias de tales soluciones son que tales colas conductoras conocidas muestran propiedades más deficientes que colas no conductoras en cuanto a tiempo de colada y capacidades de adhesión.
El documento US2009246521A1 da a conocer preámbulos de las reivindicaciones 1 y 3.
Por tanto, todavía es necesario proporcionar un método de fabricación y un aparato para fabricar una tira sometida a pultrusión para una estructura alargada, donde se mejora la conductividad eléctrica en la tira sometida a pultrusión de las partes de carbono, sin las inconveniencias descritas anteriormente con referencia a la técnica anterior conocida.
Sumario de la invención
Esta necesidad se cumple por el contenido según las reivindicaciones independientes adjuntas. Se describen realizaciones ventajosas de la presente invención mediante las reivindicaciones dependientes.
Según un primer aspecto de la invención, se proporciona un método de fabricación de una tira sometida a pultrusión para una estructura alargada, tal como se define en la reivindicación 1.
Según un segundo aspecto de la invención, se proporciona un aparato de pultrusión, tal como se define en la reivindicación 3.
El método y aparato y método de la presente invención resuelve ventajosamente las inconveniencias de la técnica anterior, mejorando las conductividades de la estructura alargada cambiando las propiedades de conducción en un número limitado de puntos seleccionados. Esto mejora las propiedades de conducción de la estructura alargada sin comprometer las propiedades mecánicas de la misma.
Según la invención, cambiar las propiedades de conducción de puntos seleccionados a lo largo de dicha pluralidad de fibras se realiza inyectando o depositando gotas de una cola conductora. Esto se consigue proporcionando la sección de mecha del aparato de pultrusión definido anteriormente con una o más boquillas para inyectar o depositar gotas de una cola conductora en puntos seleccionados a lo largo de dicha pluralidad de fibras.
Alternativamente, cambiar las propiedades de conducción de puntos seleccionados a lo largo de dicha pluralidad de fibras se realiza mediante aplastamiento o apretado. El aplastamiento o apretado de las fibras interrumpe la superficie de recubrimiento de las fibras y expone el núcleo de carbono al exterior y mejorando localmente por tanto la conductividad. Esto proporcionará contacto a la fibra de carbono y entre las fibras de carbono.
Esto puede conseguirse dotando la sección de mecha del aparato de pultrusión definido anteriormente de uno o más dispositivos para aplastar o apretar las fibras en puntos seleccionados a lo largo de dicha pluralidad de fibras.
Uno o más dispositivos tales pueden comprender una rueda rotatoria y una placa estacionaria que están en contacto entre sí para aplastar o apretar las fibras en puntos seleccionados a lo largo de dicha pluralidad de fibras.
Según las realizaciones de la presente invención, la rueda rotatoria comprende una pluralidad de salientes radiales distribuidos de forma regular alrededor de un eje de rotación de la rueda rotatoria y la placa estacionaria comprende una superficie irregular, la pluralidad de salientes radiales y la superficie irregular que están en contacto entre sí para aplastar o apretar las fibras en puntos seleccionados a lo largo de dicha pluralidad de fibras.
La pluralidad de salientes radiales pueden estar realizados de material blando o, alternativamente, la rueda puede estar dotada de un soporte elástico.
La presente invención puede usarse ventajosamente para fabricar una estructura alargada para integrarse en una pala de turbina eólica.
Ha de observarse que se han descrito realizaciones de la invención con referencia a reivindicaciones de tipo de aparato mientras que otras realizaciones se han descrito con referencia a reivindicaciones de tipo de método.
Los aspectos definidos anteriormente y aspectos adicionales de la presente divulgación son evidentes a partir de los ejemplos de realización que van a describirse a continuación en el presente documento y se explican con referencia a los ejemplos de realización. La invención se describirá en más detalle a continuación en el presente documento con referencia a ejemplos de realización, estando el alcance de protección definido por las reivindicaciones adjuntas. Breve descripción de los dibujos
La figura 1 muestra una representación esquemática de una porción de una primera realización de un aparato de pultrusión según la presente invención.
La figura 2 muestra una representación esquemática de una porción de una segunda realización de un aparato de pultrusión según la presente invención.
La figura 3 muestra una sección esquemática de una turbina eólica.
Descripción detallada
Las ilustraciones en los dibujos son esquemáticas. Se observa que en diferentes figuras, elementos similares o idénticos se dotan de los mismos signos de referencia.
La figura 1 muestra una primera realización de un aparato 100 de pultrusión que se extiende a lo largo de una dirección de pultrusión longitudinal X. El aparato 100 de pultrusión comprende una matriz 20 de pultrusión a través de la que se tira de una pluralidad de fibras 110 que van a empaparse en una resina.
La matriz 20 de pultrusión tiene una sección transversal rectangular.
La matriz 20 de pultrusión es convencional y se conoce ya en el campo técnico de pultrusión y por tanto no se describe con más detalles.
Con referencia a la dirección de pultrusión X, aguas debajo de la matriz 20 de pultrusión se suministra al menos una tira 50 sometida a pultrusión formada parcialmente.
Con referencia a la dirección de pultrusión X, aguas arriba de la matriz 20 de pultrusión se proporciona una sección 80 de mecha. En la sección 80 de mecha se recoge una pluralidad de fibras 110, por ejemplo provenientes de una pluralidad de carretes de fibra (no mostrados), y se conducen hacia la matriz 20 de pultrusión.
La sección 80 de mecha puede usarse para cambiar las propiedades de conducción de puntos 200 seleccionados a lo largo de la pluralidad de fibras 110 aguas arriba de la matriz 20 de pultrusión, es decir antes de que entren en la matriz 20 de pultrusión.
Los puntos 200 pueden seleccionarse según una pluralidad de criterios, por ejemplo que se distribuyan uniformemente a lo largo de la pluralidad de fibras 110.
Para tal fin, la sección 80 de mecha comprende una o más boquillas 82 (dos boquillas 82 en la realización de la figura 1) para inyectar o depositar gotas 60 de una cola conductora en puntos 200 seleccionados a lo largo de la pluralidad de fibras 110. Las boquillas están montadas en una pluralidad de brazos 83 respectivos que son móviles según una dirección Z, transversal a la dirección de pultrusión X, para alcanzar los puntos 200 seleccionados de la pluralidad de fibras 110.
Según otras realizaciones de la presente invención, los brazos 83 pueden ser móviles en un plano o en un espacio tridimensional.
Los brazos 83 pueden ser móviles por encima o por debajo de la pluralidad de fibras 110.
Inyectando o depositando gotas 60 de una cola conductora en los puntos 200 seleccionados a lo largo de la pluralidad de fibras 110, las propiedades de conducción en la tira 50 sometida a pultrusión se cambian localmente. Las gotas 50 de cola conductora proporcionan una conexión local entre fibras 110 adyacentes que mejoran la conductividad global de la tira 50 sometida a pultrusión.
La figura 2 muestra una segunda realización de un aparato 100 de pultrusión que se extiende a lo largo de una dirección de pultrusión longitudinal X. Según la segunda realización, el cambio de las propiedades de conducción de puntos 200 seleccionados a lo largo de dicha pluralidad de fibras 110 se realiza cambiando el tamaño o la superficie de las fibras 110 en los puntos 200 seleccionados. En particular, el cambio del tamaño o de la superficie de las fibras puede realizarse mediante aplastamiento o apretado. El aplastamiento o apretado de las fibras interrumpe la superficie de recubrimiento de las fibras 110, que tiene propiedades de conducción deficientes. Retirar o romper la superficie de recubrimiento de las fibras 110 expone el núcleo de carbono al exterior y por tanto mejora localmente la conductividad de la tira 50 sometida a pultrusión.
Para tal fin, en tal realización la sección 80 de mecha comprende una rueda 85 que rota alrededor de un eje de rotación Z, transversal a la dirección de pultrusión X, y una placa 86 estacionaria. La rueda 85 comprende una pluralidad de salientes 87 radiales, distribuidos de forma regular alrededor del eje de rotación Z (cuatro salientes 87 radiales en una configuración transversal, a distancias angulares regulares de 90 grad entre sí). Los salientes 87 radiales están realizados de material blando, por ejemplo un material de plástico blando. La placa 86 estacionaria está dotada de una superficie 88 rígida irregular que tiene una pluralidad de discontinuidades. Por ejemplo, la superficie 88 puede estar realizada de una superficie de arena. En la sección 80 de mecha las fibras 110 pasan entre la rueda 85 y la placa 86 estacionaria. La distancia mutua entre la rueda 85 y la placa 86 estacionaria se elige de tal manera que, durante la rotación de la rueda 85 alrededor del eje de rotación Z, las fibras 110 se agarran periódicamente entre cada de uno de los salientes 87 radiales y la superficie 88 rígida irregular en los puntos 200 seleccionados. Las irregularidades del lado superficie 88 rígida provocan que los recubrimientos de las fibras 110 se fisuren, exponiendo por tanto el núcleo de carbono al exterior. El material blando de los salientes 87 radiales impide que las fibras 110 se rompan completamente. Alternativamente los salientes 87 radiales pueden estar realizados de un material duro y la rueda 85 puede estar dotada de un soporte elástico que puede limitar la presión y fricción entre los brazos y la placa 86 estacionaria, con el mismo fin de impedir que las fibras 110 se rompan.
La figura 3 muestra una turbina 1 eólica que incluye componentes según la divulgación. La turbina 1 eólica comprende una torre 2, que está montada en una cimentación no representada. Una góndola 3 está dispuesta encima de la torre 2.
La turbina 1 eólica comprende además un rotor 5 eólico que tiene dos, tres o más palas 4 (en la perspectiva de la figura 1 sólo dos palas 4 son visibles). El rotor 5 eólico ser rotatorio alrededor de un eje de rotación Y. Las palas 4 se extienden radialmente con respecto al eje de rotación Y.
El rotor 5 eólico está acoplado de manera rotacional con un generador 30 eléctrico por medio de un árbol 9 principal rotatorio.
Según otras posibles realizaciones de la presente divulgación (no representadas en las figuras adjuntas), el rotor 5 eólico está acoplado de manera rotacional directamente con el generador 30 eléctrico (configuración de generador de accionamiento directo).
Se proporciona un conjunto 8 de cojinetes representado esquemáticamente con el fin de mantener en su lugar el rotor 5. El árbol 9 principal rotatorio se extiende a lo largo del eje de rotación Y.
Las palas 4 comprenden una o más estructuras 50 alargadas obtenidas por la presente divulgación.

Claims (6)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Método de fabricación de una tira (50) sometida a pultrusión para una estructura alargada, incluyendo el método la etapa de:
    proporcionar un aparato (100) de pultrusión que incluye al menos una matriz (20) de pultrusión a través de la que se tira de una pluralidad de fibras (110) que van a empaparse en una resina,
    caracterizado porque
    el método incluye la etapa adicional de:
    cambiar las propiedades de conducción de puntos (200) seleccionados a lo largo de dicha pluralidad de fibras (110) aguas arriba de la matriz (20) de pultrusión,
    cambiar las propiedades de conducción de puntos (200) seleccionados a lo largo de dicha pluralidad de fibras (110) que se realiza inyectando o depositando gotas (60) de una cola conductora o,
    cambiar las propiedades de conducción de puntos (200) seleccionados a lo largo de dicha pluralidad de fibras (110) que se realiza aplastando o apretando las fibras (110) o retirando o rompiendo localmente una superficie de recubrimiento de al menos una de dicha pluralidad de fibras (110).
  2. 2. Método de fabricación según la reivindicación 1,
    en el que la estructura alargada es una parte de una pala (4) de turbina eólica.
  3. 3. Aparato (100) de pultrusión para fabricar una tira (50) sometida a pultrusión para una estructura alargada, comprendiendo el aparato (100) al menos una matriz (20) de pultrusión a través de la que se tira de una pluralidad de fibras (110) que van a empaparse en una resina, caracterizado porque
    el aparato de pultrusión incluye además una sección (80) de mecha aguas arriba de la matriz (20) de pultrusión para cambiar las propiedades de conducción de puntos (200) seleccionados a lo largo de dicha pluralidad de fibras (110),
    comprendiendo la sección (80) de mecha una o más boquillas (82) para inyectar o depositar gotas (60) de una cola conductora en puntos (200) seleccionados a lo largo de dicha pluralidad de fibras (110) o comprendiendo la sección (80) de mecha uno o más dispositivos para aplastar o apretar las fibras (110) en puntos (200) seleccionados a lo largo de dicha pluralidad de fibras (110) o para retirar o romper localmente una superficie de recubrimiento de al menos una de dicha pluralidad de fibras (110).
  4. 4. Aparato (100) de pultrusión según la reivindicación 3,
    en el que la sección (80) de mecha comprende una rueda (85) rotatoria y una placa (86) estacionaria que están en contacto entre sí para aplastar o apretar las fibras (110) en puntos (200) seleccionados a lo largo de dicha pluralidad de fibras (110).
  5. 5. Aparato (100) de pultrusión según la reivindicación 4,
    en el que la rueda (85) rotatoria comprende una pluralidad de salientes (87) radiales distribuidos de manera regular alrededor de un eje de rotación (Z) de la rueda (85) rotatoria y la placa (86) estacionaria comprende una superficie (88) irregular, estando la pluralidad de salientes (87) radiales y la superficie (88) irregular en contacto entre sí para aplastar o apretar las fibras (110) en puntos (200) seleccionados a lo largo de dicha pluralidad de fibras (110).
  6. 6. Aparato (100) de pultrusión según la reivindicación 5,
    en el que la pluralidad de salientes (87) radiales están realizados de material blando o la rueda (85) está dotada de un soporte elástico.
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