MX2011010768A - Pala de rotor, elemento de pala de rotor y procedimiento de fabricacion. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un elemento de pala de rotor para una turbina eólica, a la pala de rotor en sí, así como a procedimientos de fabricación y reparación para el elemento de pala de rotor o bien la pala de rotor. La invención también se refiere a una turbina eólica con una correspondiente pala de rotor o elemento de pala de rotor.

Description

PALA DE ROTOR, ELEMENTO DE PALA DE ROTOR Y PROCEDIMIENTO DE FABRICACION Descripción de la Invención La presente invención se refiere a una pala de rotor y a un elemento de pala de rotor para una turbina eólica, a la pala de rotor en sí, así como a procedimientos para la fabricación del elemento de pala de rotor o bien de la pala de rotor, incluyendo procedimientos de reparación.

Las palas de rotor para turbinas eólicas se conocen desde hace mucho tiempo, y se describen, por ejemplo, en los documentos DE 10 2004 007 487 Al y DE 103 19 246 Al. Durante su operación o servicio, están expuestas a elevadas cargas debidas a presión de viento, erosión, variaciones de temperatura, radiación UV, así como precipitaciones pluviales. Sin embargo, al mismo tiempo, las palas de rotor han de ser lo más livianas posible, a efectos de mantener reducidas las cargas de flexión que actúan sobre el cubo eventualmente presente de las palas del rotor, así como sobre el correspondiente cojinete y sobre la torre de la turbina eólica. Se ha comprobado que es conveniente fabricar las palas de rotor a partir de elementos individuales y unir o ensamblar estos elementos entre sí a manera de obtener una pala de rotor de tipo de cámara hueca. Como elementos de pala de rotor, se emplea habitualmente un lado de presión de la Ref.:224445 pala de rotor, un lado de succión de la pala de rotor, y una o varias almas de unión para unir y rigidizar los lados de presión y de succión de la pala de rotor. También se ha demostrado que da resultado fabricar los lados de presión y de succión de la pala de rotor en una sola pieza, y disponer las almas en sus lugares necesarios ya durante la fabricación de estos lados .

Las palas de rotor y los elementos de pala de rotor se fabrican habitualmente mediante un procedimiento de moldeo en el que los materiales de fibra y/o los materiales del núcleo, en especial la madera de balsa, son introducidos en un molde para elementos de pala de rotor, y se cargan con una resina endurecedora para la formación de un material compuesto apto para soportar las solicitaciones arriba mencionadas. En este caso, es conveniente aplicar la resina como una resina de infusión en un procedimiento de infusión por vacío. Por ejemplo, en el documento DE 103 44 379 Al, se describen procedimientos para la fabricación de tales elementos para materiales compuestos, a cuyo contenido se hace total referencia en esta descripción. En el caso de un procedimiento de infusión de este tipo, se empieza por introducir un agente de desmoldeo en un molde de fabricación, por ejemplo, una lámina de desmoldeo o un agente de separación. Sobre esto se depositan materiales de fibras, por ejemplo, capas de . fibras de vidrio, y se recubre con una lámina para vacío. La lámina para vacío se sella a lo largo de los bordes del molde de fabricación. Mediante la aspiración del aire presente en el material de fibras, se produce entre la lámina para vacío y el molde de fabricación una presión negativa que, en parte, también recibe la denominación "vacío". Al mismo tiempo, en la región expuesta a la presión negativa, se hace ingresar por succión una resina de infusión endurecible procedente de un depósito, a efectos de impregnar el material de fibras y distribuir allí la resina de modo uniforme. En este caso, hay que asegurarse en especial de que el material de fibras quede lo más completamente impregnado, a efectos de evitar inclusiones de gas y microporos que reducen la estabilidad. Usualmente, se intenta promover una impregnación uniforme de la resina de infusión en el material de fibras utilizando varios conductos para la resina de infusión endurecible. Se somete la resina de infusión endurecible a una reacción de endurecimiento ya en el molde de fabricación, a efectos de unirla con el material de fibras de manera que se obtenga un elemento de material compuesto sólido. Opcionalmente , una vez retirado el elemento de material compuesto del molde de fabricación, es posible continuar su endurecimiento.

La desventaja de los procedimientos de moldeo conocidos, como el que se ha descrito precedentemente, consiste en que es necesario adoptar precauciones especiales para el desmoldeo, a efectos de impedir que el elemento de material compuesto endurecido quede adherido al molde o para permitir que el elemento de material compuesto sea liberado del molde de manera que no se produzca un daño esencial en la superficie del elemento de material compuesto obtenido por moldeo. Anteriormente a la presente invención, para tal fin era necesario aplicar, por ejemplo, revestimientos de desmoldeo en los moldes empleados, y/o era necesario proveer una lámina de desmoldeo o similar en los moldes antes de la introducción del material de fibras, que debían desprenderse y descartarse después del moldeo del elemento de material compuesto moldeado. Las láminas de desmoldeo y su utilización se han descrito, por ejemplo, en el manual "Faserverbundbauweisen : Fertigungsverfahren mit duroplastischer matriz", Springer Verlag, 1999, bajo la palabra clave "Trennfolien" [láminas de separación]. Además, es necesario utilizar láminas como láminas de vacío. Estas láminas recubren el material de fibras e impiden la entrada del aire durante la infusión de la resina que endurece. También es necesario retirar las láminas de vacío después de la infusión de la pala de rotor o del elemento de pala de rotor. Además, un elemento de material compuesto fabricado mediante el procedimiento de infusión al vacío presenta microporos en su superficie y en su interior. Los microporos en la superficie de una pala de rotor o de un elemento de pala de rotor son especialmente desventajosos, por cuanto generan irregularidades que pueden formar lugares de ataque para las influencias meteorológicas y, de esta manera, reducir la durabilidad de la superficie. Similarmente , también los microporos presentes en el interior de un elemento de pala de rotor o de una pala de rotor pueden reducir la durabilidad y/o estabilidad de la pala de rotor o del elemento de pala de rotor. Por ello, es frecuentemente necesario ocluir los microporos mediante un agente para rellenar poros, antes de que la resina de infusión endurecible se haya endurecido por completo. También es frecuentemente necesario efectuar un tratamiento de retoque sobre la superficie, a efectos de taponar los microporos allí situados .

Para formar una superficie lo más duradera posible y lo más resistente posible contra las influencias meteorológicas y contra la erosión, se ha intentado aplicar una capa superficial mediante un procedimiento de recubrimiento de gel (capa/recubrimiento de gel) , como se describe en el documento DE 103 44 379 Al. En este caso, la desventaja es que, con un procedimiento de este tipo, es necesario respetar un tiempo de elaboración máximo hasta que la mezcla del recubrimiento de gel haya completado su reacción en un grado tal que sea posible cubrirla con el material de fibras. Esto conduce a una indeseada lentitud del procedimiento de fabricación de una pala de rotor o de un elemento de pala de rotor. Además, una vez que se ha introducido la mezcla del recubrimiento de gel, es necesario continuar el trabajo sin interrupciones, a efectos de permitir una reacción entre la resina de infusión y la mezcla de recubrimiento de gel parcialmente solidificada. Si se espera demasiado tiempo después de transcurrida la vida útil de pote abierto, la resina de infusión y la capa superficial del recubrimiento de gel no forman una unión suficiente, con la consecuencia de que se reduce la durabilidad del elemento de pala de rotor o bien de la pala de rotor así fabricados. Por ello, si se utiliza un procedimiento de recubrimiento de gel, no es posible interrumpir arbitrariamente la fabricación de un elemento de pala de rotor o bien de una pala de rotor por ello, la fabricación de un elemento de pala de rotor o de una pala de rotor carece de flexibilidad, lo que es indeseable. Otra desventaja es que la elección del agente de desmoldeo está limitada, por ser función de la mezcla utilizada para el recubrimiento de gel. Si el agente de desmoldeo y la mezcla del recubrimiento de gel no son compatibles entre sí, se forman lugares o puntos defectuosos en la superficie. Por otra parte, durante la preparación de una mezcla de recubrimiento de gel, no cabe excluir la posibilidad de que sus partes componentes no hayan sido suficientemente mezcladas entre sí. Esto es causa de una superficie de estructuración no uniforme con lugares defectuosos, en los que, por ejemplo, un barniz no puede adherirse en grado suficiente. Tales lugares defectuosos deben ser posteriormente retocados a mano, lo que es laborioso, a efectos de evitar la ocurrencia prematura de desprendimientos del barniz. A esto se agrega que las mezclas de recubrimiento de gel son fluidas, por lo que, durante su introducción en el molde de fabricación, tienden a fluir hacia la parte inferior del molde. Por ello, para asegurar que en todas partes exista un espesor suficiente de la capa superficial producida en el procedimiento del recubrimiento de gel, es necesario aplicar un exceso de la mezcla de recubrimiento de gel. No obstante, una capa superficial fabricada mediante el procedimiento del recubrimiento de gel no podrá tener un espesor uniforme en todos los lugares de una pala de rotor ni de un elemento de pala de rotor.

Los procedimientos de fabricación mencionados arriba consumen mucho tiempo, y también representan una carga para el medio ambiente debido a los materiales empleados, en especial los revestimientos superficiales y las láminas de desmoldeo utilizadas como artículos descartables . Por lo demás, es frecuentemente necesario un tratamiento posterior de la superficie del elemento de material compuesto, en especial la superficie de una pala de rotor o de un elemento de pala de rotor, por ejemplo, a efectos de igualar o rectificar las ranuras y bordes causados por las láminas de desmoldeo, o para reparar los daños superficiales al retirarse el elemento de material compuesto desde un molde que tiene una capa de desmoldeo defectuosa. Además, los residuos del agente de desmoldeo sobre la superficie de una pala de rotor o de un elemento de pala de rotor, que pueden presentarse, en especial si se utilizan revestimientos de desmoldeo en lugar de láminas de desmoldeo, deben retirarse a mano, que es laborioso, y hay que reparar los lugares defectuosos originados en la superficie.

Partiendo de ello, la presente invención tiene por objeto eliminar o reducir las desventajas mencionadas arriba. Otras ventajas de la invención se describen expresamente en el desarrollo ulterior de la descripción, incluyendo los ejemplos, o podrán ser reconocidas por la persona experta en el arte.

Por ello y conforme a las reivindicaciones, se indica una pala de rotor y un elemento de pala de rotor con una lámina de superficie y una resina endurecible, haciéndose reaccionar la resina con la lámina de superficie.

De hecho, básicamente ya se conocen palas de rotor o bien elementos de pala de rotor con láminas dispuestas sobre su superficie. Sin embargo, tales láminas pueden ser removidas de la pala de rotor o elemento de pala de rotor, como por ejemplo una lámina de vacío o una lámina de desmoldeo, o se hacen reaccionar con la resina de manera que se forme un elemento de pala de rotor; al contrario, se han encolado a título de lámina de protección contra la erosión sobre la pala de rotor o sobre el elemento de pala de rotor, o se han fijado posteriormente de alguna otra manera sobre la pala de rotor o sobre el elemento de pala de rotor, eventualmente de manera desprendible . Sin embargo, de acuerdo con la invención, es posible evitar el adhesivo para unir la lámina de superficie con la resina o bien con el material de fibras. Dado que, de acuerdo con la experiencia, el material adhesivo puede fallar durante la operación de una pala de rotor o de un elemento de pala de rotor de una turbina eólica, y dado que, en tal caso, la lámina de protección contra la erosión se desprende parcialmente o en su totalidad de la pala de rotor o del elemento de pala de rotor, la invención permite eliminar esta fuente de fallas. A esto se añade el hecho de que las láminas adheridas mediante un adhesivo, tales como las láminas de protección contra la erosión poseen un borde en el que termina la lámina, y el resto de la pala de rotor o del elemento de pala de rotor queda al descubierto. Las influencias de la intemperie pueden fácilmente atacar en estos bordes, dañar la lámina y abreviar su vida útil. Por otra parte, las láminas de protección contra la erosión sirven no solamente para la conformación de la pala de rotor o del elemento de pala de rotor, sino que también están previstas para su propio desgaste, por lo que no es necesario que satisfagan los requisitos antes descritos para las palas de rotor y para los elementos de pala de rotor. Por ello, para el moldeo de una pala de rotor o bien de un elemento de pala de rotor, el experto no se basa en tales láminas posteriormente encoladas sobre la pala de rotor o bien sobre el elemento de pala de rotor salidos del moldeo. Dentro de los alcances de la presente invención, por "lámina de superficie" se entiende una lámina del tipo tal que, después de haber tenido lugar un endurecimiento al menos parcial de la resina endurecible, haya reaccionado con la resina en un grado tal que ya no sea posible separarla de la resina sin destruir la lámina y/o la resina; entonces, dentro de los alcances de la invención, la lámina queda unida de manera inseparable o monolítica ("de una sola pieza") con la resina. Es preferible que esto se verifique experimentalmente mediante la determinación de un "índice de la fuerza de arrancado bajo superación de la adherencia", como se describe a continuación. Es conveniente que las láminas de superficie no tengan un revestimiento que impida u obstaculice una reacción de la resina con la lámina.

La pala de rotor o bien el elemento de pala de rotor conforme a la invención presentan una serie de ventajas, en especial durante su fabricación. Especialmente mediante una adecuada selección del material de la lámina, es posible prescindir de láminas de desmoldeo o de agentes de separación especiales para un molde eventualmente utilizado para la fabricación de la pala de rotor o bien para la fabricación del elemento de pala de rotor. Además, la invención permite prescindir de las láminas de vacío para la fabricación de palas de rotor y de elementos de pala de rotor. Con ello, se ahorran numerosos pasos durante el moldeo de palas de rotor y de elementos de pala de rotor, en especial la colocación y control de las láminas de vacío y/o de desmoldeo colocados, así como la separación y descarte de la lámina de vacío y/o de desmoldeo de la pala de rotor o bien del elemento de pala de rotor, moldeados, así como un tratamiento superficial posterior eventualmente que, en otro caso, sería necesario, por ejemplo, para compensar los defectos de superficie tales como las ranuras y bordes ocasionados por una lámina de desmoldeo. Por ello, la invención permite de manera sorprendente una aceleración del procedimiento de fabricación de palas de rotor y de elementos de pala de rotor, así como una reducción de los costos de fabricación. Además de ello, es posible fabricar un elemento de pala de rotor o bien una pala de rotor conforme a la invención, libres de microporos en su superficie provista con la lámina de superficie, sin que para ello sea necesario utilizar un agente para rellenar poros. La ausencia de microporos conduce a una resistencia contra la intemperie y contra la erosión, ventajosamente mejorada en comparación con el caso de los elementos de pala de rotor y de las palas de rotor convencionales. Por otra parte, el elemento de pala de rotor o bien la pala de rotor, conforme a la invención, presentan un espesor uniforme gracias a la capa superficial formada por la lámina de superficie, cuyo espesor no presenta fuertes variaciones sobre áreas pequeñas, como se describe con más detenimiento a continuación, a diferencia de lo que podía observarse una y otra vez con los líquidos aplicados en el procedimiento del recubrimiento de gel.

Se comprobó de manera especialmente sorprendente que era posible después de todo, hallar láminas que cumplan con los elevados requisitos, descritos inicialmente en la presente para las palas de rotor y elementos de pala de rotor, y que al mismo tiempo puedan reaccionar con la resina endurecible de manera de formar un elemento de pala de rotor o bien una pala de rotor. En especial no cabía prever esto, por cuanto en el campo técnico de la invención hasta ahora se empleaban solamente láminas de un sólo uso y de desgaste de durabilidad reducida medida en comparación con la vida útil total de una pala de rotor o bien de un elemento de pala de rotor, en especial láminas de vacío, láminas de desmoldeo y láminas de protección contra la erosión. Por otra parte, la persona experta debía tener presente que debido a la reacción de la resina con la lámina de superficie se modifican las propiedades reológicas de la lámina de superficie. Visto el interés en obtener palas de rotor o bien elementos de pala de rotor de prolongada vida útil, a las personas expertas en el arte les parecía al fin y al cabo demasiado arriesgado, o bien, poco prometedor de éxito investigar más detenidamente la utilización de láminas de superficie para la fabricación de palas de rotor o bien elementos de pala de rotor moldeados .

La lámina de superficie y la resina han reaccionado químicamente entre sí y están unidas entre sí no solamente por las interacciones físicas como, por ejemplo, la adherencia y por la presión negativa. La reacción requiere preferentemente de la formación de enlaces covalentes entre el material de lámina y la resina endurecida o bien en proceso de endurecimiento. La lámina de superficie se une de manera inseparable ("como una sola pieza") con la pala de rotor, gracias a la reacción arriba descrita. A continuación, se describirán con mayor detenimiento materiales adecuados para láminas de superficie y resinas.

En una modalidad especialmente preferida de la invención, la pala de rotor o el elemento de pala de rotor abarcan un material de fibras que está impregnado con la resina endurecible o bien endurecida en el elemento de pala de rotor o bien en la pala de rotor fabricados. Las fibras de vidrio y/o las fibras de carbono son materiales de fibra preferidos. Además del material de fibras, la pala de rotor o el elemento de pala de rotor también pueden contener otros materiales de núcleo a título de cuerpos de estructura, en especial elementos de madera de abedul o de madera de balsa y/o cuerpos de material de espuma. En la medida en que a lo largo de esta invención, en los ejemplos y las reivindicaciones se habla de una pala de rotor o de un elemento de pala de rotor, también se alude a una pala de rotor o bien a un elemento de pala de rotor que contienen material de fibras, impregnados con la resina, a menos que en el contexto se indique expresamente otra cosa. Una ventaja de tales palas de rotor y elementos de pala de rotor que contienen material de fibras es su estabilidad asociada con su reducido peso. También es ventajosa su buena aptitud para el moldeo antes que la resina se haya endurecido por completo .

El elemento de pala de rotor conforme a la invención para una turbina eólica es preferentemente un alma, un forro exterior de pala de rotor y sus partes, en especial un medio forro del lado de la presión (también denominada lado de presión de la pala de rotor) o del lado de succión (también denominada lado de succión de la pala de rotor) , un borde anterior de la pala de rotor, un borde posterior de la pala de rotor, una punta de pala de rotor, una costilla del larguero, un perfil de ángulo de encolado, un refuerzo de brida, un refuerzo interior para medio de tope, una cámara de lastre o una cámara de empuje. De acuerdo con la invención, como elementos de pala de rotor se prefieren medios forros para los lados de presión y succión.

Tales elementos de pala de rotor presentan en parte grandes dimensiones. Esto impone condiciones adicionales para la lámina de superficie, ya que convencionalmente muchos materiales de lámina no se encuentran disponibles en el comercio con dimensiones suficientes. Las dimensiones especialmente preferidas para palas de rotor y palas de rotor son: - forros exteriores, incluidos el lado de presión de pala de rotor y/o el lado de succión de pala de rotor, costilla del larguero, perfil ángulo de encolado: longitud de 1 m a 150 m, preferentemente de 1.8 m a 80 m, y de manera especialmente preferida, de 3 m a 60 m; ancho máximo: de 0.05 m a 20 m, preferentemente de 0.1 m a 12 m; y más preferentemente aún, de 0.2 m a 7 m; Almas: longitud de 0.2 m a 150 m, preferiblemente de 0.5 m a 80 m, más preferentemente, de 1 m a 50 m; anchó máximo: de 0.01 m a 20 m, preferentemente de 0.03 m a 12 m, y más preferentemente aún, de 0.05 m a 7 m.

Por lo tanto, se prefiere una pala de rotor o un elemento de pala de rotor en los que la lámina de superficie tiene un área de 0.001 m2 a 3.000 m2, preferentemente de 0.003 m2 a 1.300 m2, y de manera especialmente preferida, de 0.005 m2 a 500 m2.

Al respecto, se prefiere muy especialmente que la lámina de superficie de la pala de rotor o bien del elemento de pala de rotor sea de una sola pieza y que no esté compuesta de varias piezas de lámina individuales. Con ello, en la medida en que en esta invención, incluyendo los ejemplos, así como en las reivindicaciones, se hable de una lámina de superficie, siempre se alude también a al menos una lámina de superficie de una sola pieza, a menos que en algún caso particular se señale otra cosa.

Sin embargo, en otra modalidad preferida de la presente invención, también se prevé una lámina de superficie que puede unirse por soldadura, de manera que la pala de rotor o el elemento de pala de rotor lleven varias láminas de superficie originalmente individuales, unidas entre sí por soldadura .

Es preferible que la lámina de superficie de la pala de rotor o del elemento de pala de rotor, conforme a la invención : a) presente un espesor medio de 20 a 2.500 µ??, preferentemente de 30 a 1.600 µp?, y de manera especialmente preferida de 50 a 1.000 im; y/o b) presente un espesor mínimo de 5 µ??, preferentemente de al menos 10 m.

Estos datos se refieren al espesor de la lámina de superficie, después de que la resina haya reaccionado con la lámina de superficie de manera de formar la pala de rotor o bien el elemento de pala de rotor de una pieza. Si para la fabricación del elemento de pala de rotor o bien de la pala de rotor, conforme a la invención, se emplea un procedimiento de embutición profunda, lo que de acuerdo con la invención se prefiere especialmente y es objeto de una descripción más detallada a continuación, la lámina de superficie puede tener antes de su reacción con la resina un espesor medio más elevado o bien un espesor mínimo más elevado, a efectos de compensar la pérdida de espesor causada por la embutición profunda. Es preferible que, antes de una embutición profunda tal, la lámina de superficie tenga un espesor de 20 a 2.500 µ??, preferentemente de 30 a 1.600 µp?, y con mayor preferencia aún, de 50 a 1.000 µt? .

Dentro de los alcances de la invención, el espesor medio es la media aritmética del espesor de la lámina de superficie en una prueba o muestra aleatoria localizada representativa de la pala de rotor o bien del elemento de pala de rotor. Nuevamente, el espesor mínimo es el grosor más pequeño de la lámina de superficie del correspondiente elemento de pala de rotor o bien de la correspondiente pala de rotor, conforme a la invención.

Una lámina de superficie adecuada para la embutición profunda se caracteriza preferentemente por una dilatabilidad del 0 al 1.000%, preferentemente del 50 al 650%. Se sobreentiende que, para la fabricación de elementos de pala de rotor no alabeados, la lámina de superficie no ha de tener ninguna aptitud para la embutición profunda.

Es preferible que la lámina de superficie sea (al menos antes de su reacción con la resina) una lámina de polímero termoplástico . Son especialmente preferibles las láminas de los siguientes polímeros (abreviaturas de acuerdo con la norma DIN 7728 TI) ABS, AMMA, ASA, CA, CAB, EP, EVA, UF, CF, MF, MPF, PF, PAN, PA, PE, HDPE, LDPE, LLDPE , PC, PET, PMMA, PP, PS, SB, PUR, PVC, RF, SAN, PBT, PPE, POM, PP-EPDM y UP. Se prefiere especialmente que la lámina de superficie sea una lámina de poliuretano, prefiriéndose especialmente las láminas de poliuretano éter. Con las láminas de poliuretano y en especial éteres correspondientes, es posible regular propiedades especialmente buenas para la lámina de superficie, así como de la pala de rotor o del elemento de pala de rotor terminadas. Estos láminas son particularmente muy - bien extensibles y pueden emplearse de manera correspondiente en un procedimiento de fabricación de embutición profunda, como debe emplearse para palas de rotor y elementos de pala de rotor. Además, tales láminas de superficie pueden prepararse libres de microporos y se mantienen libres de microporos también después de un paso de embutición profunda para palas de rotor y elementos de pala de rotor. Esto prolonga la vida útil de una pala de rotor o bien de un elemento de pala de rotor, provistos con la lámina de superficie. Además, las láminas de superficie alifáticas presentan una ventajosa resistencia contra la intemperie y contra el agua de condensación, por tanto tales materiales seleccionados también son resistentes a la radiación UV, y además de ello, protegen el material subyacente, en especial la resina al menos parcialmente endurecida, contra la radiación UV.

En especial, las láminas de superficie pueden también ser bien soldables entre sí, por lo que facilitan las reparaciones menores durante la vida operativa o durante la fabricación de la pala de rotor o del elemento de pala de rotor, que en algunos casos son inevitables, por ejemplo, por el impacto de piedras pequeñas o de granizo. En este caso, es especialmente ventajoso que tales láminas de superficie puedan soldarse entre sí mediante los procedimientos usuales. Para palas de rotor y elementos de pala de rotor seleccionados, en lugar de láminas soldables también pueden emplearse láminas de superficie en forma de manguera o tubo flexible .

Por otra parte, para las turbinas eólicas, es especialmente ventajoso que las láminas de poliuretano sean adecuadas para recibir material impreso, colores de penetración, o para recibir pintura, por lo que es posible aplicar por ejemplo marcaciones de señalización como las requeridas para la seguridad de la navegación aérea. En lo que sigue, también se describen marcaciones correspondientes. Las láminas de superficie provistas con tales materiales de lámina, y en especial las láminas de superficie de poliuretano, presentan una buena resistencia a las temperaturas y a la intemperie, están libres de solventes y/o de agentes de ablandamiento, lo que es ventajoso, y es preferible que presenten una elevada resistencia contra la abrasión y contra la penetración.

Antes de su reacción con la resina, las láminas de superficie para los elementos de pala de rotor o bien para palas de rotor, conforme a la invención, se encuentran preferentemente incompletamente reticuladas, o son un prepolímero. Es ventajoso que, gracias a la reticulación incompleta, la lámina de superficie es adecuada para reaccionar y para formar en especial enlaces covalentes con la resina endurecible a efectos de la formación de una pala de rotor o bien de un elemento de pala de rotor, que en el sentido de la invención son de una sola pieza. Es posible reforzar este efecto, por ejemplo, brindando a la lámina de superficie grupos reactivos adicionales, en especial con grupos OH, mediante un tratamiento de plasma. Gracias al tratamiento de plasma y los grupos reactivos adicionales es posible lograr una reacción especialmente íntima de la lámina de superficie con la resina de manera de formar una pala de rotor o bien un elemento de pala de rotor que en el sentido de la invención son de una sola pieza.

Es conveniente que la resina endurecible para un elemento de pala de rotor o bien para una pala de rotor, conforme a la invención, sea una resina de reacción y preferentemente una resina epoxi . Se prefieren especialmente las resinas epoxi de baja viscosidad sin solventes ni materiales de relleno inertes. Tales sistemas de resina epoxi pueden aplicarse preferentemente para la elaboración de fibras de vidrio, fibras de carbono y/o fibras de aramida, y son adecuados para la fabricación de partes constructivas expuestas a elevadas cargas estáticas y dinámicas, tales como las palas de rotor y los elementos de pala de rotor.

Se da por entendido que, después de su reacción con la lámina de superficie para formar una pala de rotor o bien un elemento de pala de rotor, de una sola pieza, la resina endurecible ya no debe poder continuar su endurecimiento, al menos no de manera esencial. Por "resina endurecible" relacionada con la presente invención, la persona experta en el arte entiende una indicación de una propiedad fundamental de la resina y no una propiedad reológica del material de hecho todavía presente en la pala de rotor o bien en el elemento de pala de rotor. Por ello, debe entenderse, a menos que se afirme específicamente otra cosa, que después de la reacción de la resina con la lámina de superficie para formar la pala de rotor o bien el elemento de pala de rotor, la resina se ha endurecida con respecto al lámina de superficie, ya que la resina y la lámina de superficie han reaccionado entre sí en un grado tal que en el sentido conforme a la invención descrito en lo que precede, están unidos entre sí de manera inseparable. De manera correspondiente, la resina puede eventualmente también endurecerse ulteriormente después del establecimiento de la unión con la lámina de superficie, la cual unión es inseparable en el sentido de la invención, por ejemplo, en su parte interna. Esto permite extraer un elemento de pala de rotor o bien una pala de rotor conformes a la invención desde un molde de fabricación y cargar el molde para la fabricación de otro elemento de pala de rotor o bien de otra pala de rotor, antes de que se haya endurecido por completo la resina presente en el elemento de pala de rotor o bien en la pala de rotor, recién moldeados en el molde de fabricación. Para la persona experta en el arte, es evidente que el endurecimiento puede efectuarse de diversas maneras, en especial si se utiliza un endurecedor. A menos que en esta invención, ejemplos y reivindicaciones se afirme otra cosa, la expresión "resina endurecible" designa siempre preferentemente un sistema de resina-endurecedor .

A la luz de esta invención y de los ejemplos, el experto en el arte podrá elegir combinaciones adecuadas de materiales para láminas de superficie y resinas. A tal efecto, podrá consultar en especial el documento DE 10 2006 051 897 Al, cuyo contenido en su totalidad se incorpora en la presente invención a título de referencia.

Se prefiere en especial que los materiales de resina y lámina de superficie concuerden entre sí de manera de lograr un índice de la fuerza de arrancado bajo superación de la adherencia de al menos 1 MPa de acuerdo con la norma DIN EN ISO 4624, preferentemente al menos 5 MPa. Estos índices de la fuerza de arrancado bajo superación de la adherencia pueden lograrse en especial con una resina epoxi y una lámina de poliuretano. También con estos materiales de resina y lámina de superficie es posible lograr una formación de fisuras de acuerdo con la norma DIN EN ISO 4628-4 de 0 (SO) y un descascaramiento de acuerdo con la norma DIN EN ISO 4628-5 de 0 (SO) . Antes de una verificación experimental de las propiedades, es necesario almacenar o conservar la correspondiente probeta o muestra de ensayo utilizada en cada caso durante 7 días bajo condiciones normalizadas de acuerdo con la norma DIN EN 23270 (23 °C, humedad relativa del aire 50%) .

También se prefiere que la lámina de superficie presente en su lado alejado con respecto a la resina una rugosidad Rz con un valor máximo de 8 µt? de acuerdo con las Normas DIN EN ISO 42087 y 4288, bajo un intervalo de medición de al menos 12.5 mm.

Otra ventaja de las láminas de poliuretano es que están libres de poros. Esto permite la fabricación de palas de rotor y de elementos de pala de rotor especialmente lisas y de mayor resistencia mecánica.

La lámina de superficie puede ser transparente o tener colores teñidos o incluidos. Los láminas de superficie transparentes permiten reconocer lugares defectuosos de la unión entre la lámina de superficie y la resina endurecible. La lámina puede tener colores incluidos ya antes de su reacción con la resina también puede cambiar de color por la reacción o durante ella, o es posible colorearla posteriormente, p.ej., mediante barnizado. Además, la lámina puede tener un color o tono mate, o se le puede conferir un tono opaco después de la reacción. Se prefieren especialmente láminas de superficie con un grado de brillo de no más de 30 GE de acuerdo con la norma DIN 67530.

Los elementos de pala de rotor o las láminas de superficie de colores incluidos se tiñen preferentemente con uno o varios de los siguientes colores: Achatrau RAL 7038 (azul ágata) , Verkehrsrot RAL 3020 (rojo tráfico) , Verkehrsorange RAL 2009 (naranja tráfico) , Verkehrsweifi RAL 9016 (blanco tráfico) y Feuerrot RAL 3000 (rojo encendido) .

La pala de rotor o el elemento de pala de rotor pueden estar adicionalmente barnizados sobre la lámina de superficie. Se prefiere una pala de rotor o bien un elemento de pala de rotor del tipo cuya punta esté provista de un barnizado de señalización, de manera especialmente preferida provista de un barnizado de señalización con Verkehrsrot RAL 3020 (rojo tráfico) , Verkehrsorange RAL 2009 (naranja tráfico) o Feuerrot RAL 3000 (rojo encendido) .

Además, de acuerdo con la invención, se indica una pala de rotor con un elemento de pala de rotor de acuerdo con la invención, así como una turbina eólica con una pala de rotor o bien con un elemento de pala de rotor, de acuerdo con la invención. Gracias a la pala de rotor o bien el elemento de pala de rotor de acuerdo con la invención, la turbina eólica logra ventajas implementables .

De acuerdo con otro aspecto de la invención, se indica además un procedimiento para la fabricación de una pala de rotor o bien de un elemento de pala de rotor de una turbina eólica, que comprende los siguientes pasos: a) Preparar un molde; b) Introducir una lámina de superficie en el molde, opcionalmente después de haber preparado un agente de desmoldeo en el molde; c) Introducir en el molde un cuerpo de conformación, con preferencia un material de fibras, opcionalmente introducir otras partes constructivas de la pala de rotor o del elemento de pala de rotor, y/u opcionalmente introducir un agente fluidificante para una resina endurecible; d) Aplicar opcionalmente una lámina de superficie a títlo de lámina de vacío, habiéndose introducido o bien aplicado en al menos uno de los pasos b) y d) una lámina de superficie; e) Infundir el cuerpo de conformación, preferentemente el material de fibras, con una resina endurecible, y dejar endurecer la resina para la reacción de la lámina de superficie con la resina de manera de formar una pala de rotor o bien un elemento de pala de rotor, uniéndose entre sí la resina y la lámina de superficie de manera inseparable en el sentido de acuerdo con la invención.

El procedimiento permite implementar las ventajas arriba descritas de palas de rotor y elementos de pala de rotor de acuerdo con la invención para turbinas eólicas. La lámina de superficie aplicado en el paso d) puede cumplir la función de una lámina de vacío convencional, pero a diferencia con una lámina de vacío, no es necesario retirarlo después de terminado el procedimiento de fabricación, por cuanto ha reaccionado con la resina de infusión y se ha unido con la pala de rotor o bien con el elemento de pala de rotor, de manera de formar una sola pieza.

De acuerdo con la invención, se indica además un procedimiento de reparación para un elemento de pala de rotor o bien para una pala de rotor, de una turbina eólica, que abarca los siguientes pasos: a) Preparar un material de fibras en un elemento de pala de rotor o bien en una pala de rotor; b) Recubrir el material de fibras con una lámina de superficie ; c) Opcionalmente , proveer un cuerpo de conformación al material de fibras recubierto con la lámina de superficie; d) Cargar el material de fibras con una resina endurecible ; y e) Hacer reaccionar la resina endurecible con la lámina de superficie, Después de la reacción la resina endurecible y la lámina de superficie están unidas entre sí de manera inseparable en el sentido de la invención, al menos en la sección en la cual han reaccionado entre sí. Después de la reacción, puede removerse la lámina de superficie eventualmente sobresaliente que ha quedado sin reaccionar. De esta manera, el procedimiento de reparación también permite implementar las ventajas del procedimiento de fabricación de acuerdo con la invención, arriba descrito.

En un procedimiento de reparación preferido, es posible llevar a cabo el paso d) antes del paso a) , de manera que en el paso a) se prepara un material de fibras provisto con la resina endurecible. En otro procedimiento de reparación preferido, se infunde el material de fibras después del paso b) y/o en caso de utilizárlo, después del paso c) , con la resina endurecible, mediante la aplicación de una presión negativa.

En un procedimiento de reparación preferido, la lámina de superficie y/o el cuerpo de conformación se proveen con una lámina de vacío antes del paso e) . La lámina de vacío no se hace reaccionar con la resina para lograr una unión inseparable. Al contrario, sirve para recubrir una región lo más grande posible del elemento de pala de rotor o bien de la pala de rotor, a efectos de respaldar o posibilitar el mantenimiento de una presión negativa para retirar gas del material de fibras por succión. Mediante la utilización de una lámina de vacío, es posible mantener reducida la cantidad de lámina de superficie necesaria para mantener la presión negativa, con lo que se ahorra material, lo cual es ventajoso.

En lo que precede, se ha descrito la invención en base a palas de rotor para turbinas eólicas y en base a correspondientes elementos de pala de rotor; sin embargo, su contenido inventivo no se limita a estos objetos ni al procedimiento de fabricación descrito. En lugar de ello, con el procedimiento de acuerdo con la invención, también es posible fabricar y/o reparar góndolas de turbinas eólicas en forma de cuerpos preferentemente reforzados con fibras.

La invención se describe seguidamente con mayor detenimiento con ayuda de ejemplos.

Ejemplo 1: Pala de rotor con lámina de superficie como lámina de vacío En una modalidad de la pala de rotor de turbina eólica de acuerdo con la invención y del procedimiento para su fabricación, se prepara un molde de dos partes que puede ser cerrarse entre sí, para pala de rotor. En el molde para pala de rotor, se introduce un revestimiento de desmoldeo. Sobre el revestimiento de desmoldeo, se deposita un entramado de fibras de vidrio, así como, en función de necesidad, cuerpos de molde de madera de balsa y otros materiales de núcleo y partes constructivas de inserción. Seguidamente, se aplica otra capa de entramado de fibras de vidrio, así como agentes de escurrimiento o fluidificantes para facilitar la infusión en el entramado, y se disponen los materiales de núcleo. A continuación, se aplica una lámina de superficie de poliuretano a modo de lámina de vacío. La lámina de vacío sirve para mantener un vacío durante la infusión con la resina de infusión.

Seguidamente, se cierra el molde y se extrae el aire mediante la aplicación de un vacío adecuado (da resultado una presión absoluta de 0.5 mbar) , para hacer ingresar por succión una resina epoxi exenta de cargas o rellenos inertes y que contiene endurecedor. La resina ingresa por succión e infunde el entramado, siendo preferible que la resina tenga una temperatura de aproximadamente 45 °C.

Después de la infusión, se deja endurecer la resina durante aproximadamente 4 horas. Seguidamente, se abre el molde y se extrae la pala de rotor. La lámina de superficie ha reaccionado con la resina, y ya no puede separarse del resto de la pala de rotor sin que se dañe la lámina de superficie y/o la resina endurecida.

A continuación, y si se desea, es posible aplicar un tratamiento a la superficie de la pala de rotor; por ejemplo, es posible proveerle una marcación de seguridad aérea .

Ejemplo 2: Pala de rotor con lámina de superficie en lugar de reves imiento de desmoldeo En otra modalidad, se fabrica una pala de rotor esencialmente como se describe en el Ejemplo 1. Sin embargo, después de la preparación de un molde de dos partes, que pueden cerrarse entre sí, para moldear palas de rotor, en el molde de palas de rotor no se introduce un revestimiento de desmoldeo. En lugar de ello, se coloca una lámina de superficie en el molde para palas de rotor. Sobre la lámina de superficie se aplica, como se describe en el Ejemplo 1, un entramado de fibras de vidrio así como, en función de necesidad, cuerpos de molde de madera de balsa y otros materiales de núcleo y componentes constructivos de inserción. Después de la colocación de otra capa de entramado de fibras de vidrio y de la introducción de agentes promotores del escurrimiento, a modo de lámina de vacío, se aplica una lámina de superficie de poliuretano. A continuación, y como se describe en el Ejemplo 1, se infunde una resina de infusión epoxi, se la deja endurecer, se extrae la pala de rotor y opcionalmente se le da un tratamiento superficial. La lámina de superficie ha reaccionado con la resina, y ya no puede separarse del resto de la pala de rotor sin que se dañe la lámina de superficie y/o la resina endurecida .

Ejemplo 3: Procedimiento de reparación mediante infusión de resina Se prepara una pala de rotor con una región superficial dañada. Se rebaja la región superficial dañada, de manera de producir un rebajo en la pala de rotor en el lugar de la región superficial dañada. En el rebajo, se coloca un entramado de fibras de vidrio. A continuación, se disponen agentes promotores del escurrimiento para facilitar la infusión en el entramado. Se recubre el entramado con una lámina de superficie de poliuretano. Sobre la lámina de superficie, se aplica un cuerpo de conformación, a efectos de reproducir o imitar el contorno superficial original no dañado de la pala de rotor en la región superficial dañada y lograr una superficie lisa. Sobre la lámina de superficie y el cuerpo de conformación, se coloca una lámina de vacío, a efectos de mantener una presión negativa durante la infusión y de apretar el cuerpo de conformación contra la superficie de la pala de rotor. Mediante la aplicación de una presión negativa y la aspiración de gas presente en el entramado de fibras de vidrio, se infunde una resina epoxi en el entramado de fibras de vidrio. La resina se endurece al menos parcialmente, por lo que reacciona con la lámina de superficie allí donde la resina y la lámina de superficie entran en un contacto recíproco, con el fin de llevar a cabo allí una unión que, en el sentido de la invención, es inseparable, entre la lámina de superficie y la resina endurecible. Seguidamente se retiran la lámina de vacío y el cuerpo de conformación y, en caso de ser necesario, se separa la lámina de superficie no unida con resina. Se obtiene una superficie de pala de rotor reformada cuyo contorno reproduce exactamente la superficie original no dañada, y que en caso de necesidad puede recibir un barnizado.

Ejemplo 4: Procedimiento de reparación con extracción de resina por succión Se efectúa un rebajo en un lugar dañado de una pala de rotor, como se describe en el Ejemplo 3, a efectos de eliminar el lugar dañado. A diferencia del Ejemplo 3, en el rebajo se deposita un entramado de fibras de vidrio, que ya está impregnado con un exceso de resina endurecible. Seguidamente se continúa como en el Ejemplo 3, de manera que, al aplicarse la presión negativa, se expulsa la resina excedente del entramado de fibras de vidrio. Después del endurecimiento al menos parcial de la resina, se obtiene una superficie de pala de rotor reformada, cuyo contorno reproduce fielmente la superficie original no dañada, y que en caso de necesidad puede recibir un barnizado.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (15)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Pala de rotor o elemento de pala de rotor para una turbina eólica, con - una lámina de superficie,- y - una resina endurecible, caracterizado porque la lámina de superficie ha reaccionado con la resina.

2. Pala de rotor o elemento de pala de rotor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizados porque además contienen un material de fibras impregnado con la resina endurecible.

3. Elemento de pala de rotor de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el elemento de pala de rotor ha sido elegido del grupo consistente en un alma, un forro exterior de pala de rotor y sus partes, en especial un medio forro del lado de la presión o del lado de la succión, un borde anterior de pala de rotor, un borde posterior de pala de rotor, una punta de pala de rotor, una costilla de larguero, un perfil de ángulo de encolado, un refuerzo de brida, un refuerzo interior para medio de tope, una cámara de balasto y una cámara de empuje.

. Pala de rotor o elemento de pala de rotor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizados porque tienen las siguientes dimensiones: - Forro exterior, preferentemente del lado de presión de pala de rotor y/o del lado de succión de pala de rotor, costilla de larguero, perfil de ángulo de encolado: longitud de 1 m a 150 m, preferentemente de 1.8 m a 80 m y de manera especialmente preferida de 3 m a 60 m; ancho máximo: de 0.05 m a 20 m, preferentemente de 0.1 m a 12 m y de manera especialmente preferida de 0.2 m a 7 m; - Alma: longitud de 0.2 m a 150 m, preferentemente de 0.5 m a 80 m y de manera especialmente preferida de 1 m a 50 m; ancho máximo: de 0.01 m a 20 m, preferentemente de 0.03 m a 12 m, y de manera especialmente preferida, de 0.05 m a 7 m.

5. Pala de rotor o elemento de pala de rotor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizados porque la lámina de superficie tiene un área de 0.001 m2 a 3.000 m2 , preferentemente de 0.003 m2 a 1.300 m2 y de manera especialmente preferida, de 0.005 m2 a 500 m2.

6. Pala de rotor o elemento de pala de rotor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizados porque la lámina de superficie: a) presenta un espesor medio de 20 a 2.500 µp?, preferentemente de 30 a 1.600 µt?, y de manera especialmente •preferida de 50 a 1.000 µ??; y/o b) presenta un espesor efectivo de 3 a 2.500 µp\, preferentemente de 5 a 1.600 pm, y de manera especialmente preferida de 10 a 1.000 µp?.

7. Pala de rotor o elemento de pala de rotor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizados porque la lámina de superficie es una lámina de embutición profunda.

8. Pala de rotor o elemento de pala de rotor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizados porque la lámina de superficie es una lámina polimérica de uno varios de los polímeros ABS, AMMA, ASA, CA, CAB, EP, EVA, UF, CF, MF, MPF, PF, PAN, PA, PE, HDPE, LDPE, LLDPE, PC, PET, PMMA, PP, PS, SB, PUR, PVC, RF, SAN, PBT, PPE, POM, PP-EPDM y UP, y es preferentemente una lámina de poliuretano.

9. Pala de rotor o elemento de pala de rotor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizados porque la resina es una resina de reacción y preferentemente una resina epoxi .

10. Pala de rotor o elemento de pala de rotor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizados porque en su lado alejado con respecto al material de fibras la lámina de superficie está provista de un revestimiento de desmolde.

11. Pala de rotor caracterizada porque cuenta con un elemento de pala de rotor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes.

12. Turbina eólica con una pala de rotor o elemento de pala de rotor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes.

13. Procedimiento para la fabricación de una pala de rotor o de un elemento de pala de rotor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes para una turbina eólica, caracterizado porque comprende los siguientes pasos: a) preparar un molde; b) introducir una lámina de superficie en el molde, o preparar un agente de desmoldeo; c) introducir en el molde un cuerpo de conformación, preferentemente un material de fibras, opcionalmente introducir otras partes constructivas de la pala de rotor o del elemento de pala de rotor y/u opcionalmente introducir un agente fluidificante para una resina endurecible; d) aplicar opcionalmente una lámina de superficie, habiéndose introducido o bien aplicado en al menos uno de los pasos b) y d) una lámina de superficie; e) infundir el cuerpo de conformación, preferentemente el material de fibras, con una resina endurecible, y dejar endurecer la resina para la reacción de la lámina de superficie con la resina de manera que se forme una pala de rotor o bien un elemento de pala de rotor, de una sola pieza.

14. Procedimiento de reparación para un elemento de pala de rotor de una turbina eólica, caracterizado porque comprende los pasos siguientes: a) preparar un material de fibras en un elemento de pala de rotor; b) recubrir el material de fibras con una lámina de superficie; c) opcionalmente, proveer un cuerpo de conformación al material de fibras recubierto con la lámina de superficie; d) extraer el gas del material de fibras, por succión; e) cargar el material de fibras con una resina endurecible; y f) hacer reaccionar la resina endurecible con la lámina de superficie.

15. Procedimiento de reparación de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la lámina de superficie y/o el cuerpo de conformación son provistos con una lámina de vacío antes del paso e) .