MX2012006685A - Uso de estructuras en capas en plantas eolicas. - Google Patents

Uso de estructuras en capas en plantas eolicas.

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Abstract

La invención se refiere al uso de estructuras en capas en la fabricación de palas de rotor para plantas eólicas y a palas de rotor para plantas eólicas.

Description

USO DE ESTRUCTURAS EN CAPAS EN PLANTAS EÓLICAS CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere al uso de estructuras en capas en la fabricación de palas de rotor para plantas eólicas, así como a palas de rotor para plantas eólicas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La ENERGÍA eólica tiene una importancia cada vez mayor, de tal modo que las plantas eólicas, en particular las palas de rotor y su fabricación son objeto de una investigación y un perfeccionamiento intensos. A este respecto se tiene principalmente en cuenta la calidad de las palas de rotor fabricadas y una fabricación económica. Las palas de rotor conocidas hasta la fecha para plantas eólicas están constituidas por materiales sintéticos reforzados con fibra sobre la base de resinas, tales como, por ejemplo, resina de poliéster (UP), resina de éster vinílico (VE), resina epoxi (EP), como material de matriz. La fabricación de las palas se realiza principalmente fabricando, en cada caso, una mitad inferior y una mitad superior del ala en una pieza. Estas dos mitades, a continuación, se juntan y se pegan entre sí. Como refuerzo se insertan en el conjunto travesaños o correas.
En la fabricación de las mitades del ala se fabrican primeramente materiales compuestos de fibra, que deben endurecerse. Este proceso de endurecimiento precisa de mucho tiempo y es desventajoso para lograr una producción total rápida. Las palas de rotor para plantas eólicas fabricadas a partir de las resinas mencionadas se fabrican habitualmente mediante laminado manual, laminado manual con apoyo de tecnología de preimpregnación, mediante procedimientos de devanado o el procedimiento de infusión por vacío. En el laminado manual se prepara primeramente un molde aplicando un agente de desmoldeo y dado el caso un recubrimiento de gel sobre la superficie del molde. A continuación se disponen en el molde sucesivamente esterillas de vidrio con orientación unidireccional o biaxial. Después se aplica la resina sobre la esterilla y se prensa manualmente aplicando rodillos a la esterilla. Esta etapa puede repetirse correspondientemente a menudo. Adicionalmente se pueden incorporar correas como material de refuerzo y piezas adiciones tales como, por ejemplo, dispositivos de protección contra rayos. Sobre esta primera capa reforzada con fibra de vidrio se aplica una capa espaciadora, en general de madera de balsa, espuma de poli(cloruro de vinilo) (PVC) o de poliuretano (PUR) y una segunda capa reforzada con fibra de vidrio de forma análoga a la primera. Este procedimiento tiene concretamente la ventaja de que las inversiones en maquinaria son reducidas y la detección de errores y la posibilidad de corrección de los mismos se realizan de un modo sencillo, pero la producción presenta un alto coste salarial, con lo que los costes del procedimiento son muy altos y los tiempos de producción largos dan como resultado más errores y un esfuerzo elevado para una seguridad de calidad.
Este procedimiento de laminado manual con apoyo de la tecnología de preimpregnación se realiza de modo similar al procedimiento de laminado manual sencillo. No obstante, a este respecto se preparan los denominados materiales preimpregnados (con esteras de vidrio prefabricadas empapadas con resina) fuera del molde y después se colocan en el molde de la pala de rotor. Al contrario que el laminado manual sencillo, la automatización parcial realizada para la producción del material preimpregnado da como resultado, concretamente, una calidad estable mejorada en la producción de rotores, pero la protección del operario de los compuestos volátiles contenidos en las mezclas de resina líquidas precisa de unos gastos no despreciables (seguridad en el puesto de trabajo, etc.).
En el procedimiento de inyección de resina (también como "moldeo por transferencia de resina" (RTM) o "moldeo por transferencia de resina al vacío" (VA RTM) o "proceso SCRIMP" (Seemann Composites Resin Infusión Molding Process (proceso de moldeo por infusión de resina de materiales compuestos de Seemann)) se preparan los moldes aplicando un agente de desmoldeo y eventualmente un recubrimiento de gel. A continuación, las esteras de fibra secas se disponen en el molde siguiendo un plan de procesamiento exacto. La primera capa aplicada da como resultado posteriormente la capa colocada hacia el exterior de la pala del rotor. A continuación se dispone el material distanciador, sobre el que se disponen de nuevo esteras de fibra que forman posteriormente la capa interior de la mitad del rotor/semicubierta del rotor producida. Con una lámina resistente al vacio se cierra herméticamente la totalidad del molde. Del molde preparado de esta forma se extrae el aire de las esteras de fibra y de los materiales distanciadores, antes de inyectar en diferentes sitios la resina en el molde (espacio entre la lámina y el molde). Este procedimiento tiene, como también los dos mencionados anteriormente, la desventaja de que el tiempo de endurecimiento necesario hasta el desmoldeo de la pieza es, con hasta 12 horas, muy prolongado y la productividad de la planta, con ello, está muy limitada.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Por lo tanto, un objetivo de la presente invención era proporcionar palas de rotor que no presentaran las desventajas mencionadas y que además pudieran fabricarse en un tiempo corto de un modo económico.
Este objetivo pudo lograrse sorprendentemente fabricando las palas de rotor con poliuretano como material sintético en vez de las resinas mencionadas anteriormente. Particularmente en la envoltura exterior de la pala de rotor se usa como material sintético según la invención poliuretano, que se aplica, por lo tanto, a las capas de fibra usadas en la envoltura exterior.
Un objetivo de la invención son palas de rotor para plantas eólicas que presentan una envoltura exterior que consta al menos parcialmente de una estructura en capas con las capas siguientes a) una capa de agente de desmoldeo b) dado el caso una capa de recubrimiento de gel c) una capa de fibra tratada con material sintético d) dado el caso una capa distanciadora e) una capa de fibra provista de material sintético f) dado el caso una lámina de material sintético y que está caracterizada porque como material sintético se usa poliuretano.
Otro objetivo de la invención es un procedimiento para fabricar las palas de rotor para plantas eólicas según la invención, que presentan una envoltura que consta al menos parcialmente de una estructura en capas con las capas siguientes a) una capa de agente de desmoldeo b) dado el caso una capa de recubrimiento de gel c) una capa de fibra tratada con material sintético d) dado el caso una capa distanciadora e) una capa de fibra provista de material sintético f) dado el caso una lámina de material sintético caracterizado porque las capas de fibra se tratan con una mezcla de reacción para la preparación de poliuretano como material sintético.
Otro objetivo de la invención es el uso de una estructura en capas en la fabricación de palas de rotor para plantas eólicas, presentando la estructura en capas las capas siguientes a) una capa de agente de desmoldeo b) dado el caso una capa de recubrimiento de gel c) una capa de fibra tratada con material sintético d) dado el caso una capa distanciadora e) una capa de fibra provista de material sintético f) dado el caso una lámina de material sintético y que está caracterizada porque como material sintético se usa poliuretano.
Para la capa de agente de desmoldeo se usan preferentemente agentes de desmoldeo que contienen silicona o cera. Éstos son conocidos por la bibliografía.
La capa de recubrimiento de gel está compuesta preferentemente por resinas de poliuretano, resinas epoxi, resinas de poliéster insaturado o resinas vinilicas.
Como capa de fibra pueden usarse preferentemente disposiciones con orientación aleatoria de fibra de vidrio, tejidos y esterillas de fibra de vidrio, fibras de vidrio o minerales cortadas o molidas, así como esteras, materiales no tejidos y tejidos de punto de fibra a base de fibras poliméricas, minerales, de carbono, de vidrio o de aramida, así como sus mezclas, de modo particularmente preferente esteras de fibra de vidrio o materiales no tejidos de fibra de vidrio. Como capa distanciadora pueden usarse preferentemente espumas de material sintético, madera o metal.
La lámina de material sintético usada opcionalmente puede permanecer en la fabricación de la pala de rotor como capa de revestimiento o eliminarse en el desmoldeo de la mitad de la pala de rotor.
Sirve en particular para impermeabilizar la media cubierta de moldeo, que está recubierta con las capas mencionadas anteriormente, en el proceso de fabricación para la práctica del vacío antes del llenado con la mezcla de resina líquida.
Como material sintético se usa poliuretano. Los poliuretanos se obtienen haciendo reaccionar poliisocianatos con compuestos con al menos dos átomos de hidrógeno reactivos frente a isocianatos. La mezcla de reacción del componente de isocianato y los compuestos con la menos dos átomos de hidrógeno reactivos frente a isocianatos se inyecta en la estructura en capas sometida a vació preparada.
Como compuestos con al menos dos átomos de hidrógeno reactivos frente a isocianatos se consideran, en general, los que portan en la molécula dos o más grupos reactivos, tales como, grupos OH, grupos SH, grupos NH, grupos NH2 y grupos CH ácidos. Preferentemente se usan polieterpolioles y/o poliesterpolioles, de modo particularmente preferente polieterpolioles. La formulación de poliol contiene preferentemente como polioles los que presentan un índice de OH de 200 a 1830 mg de KOH/g, preferentemente de 300 a 1000 mg de KOH/g y de modo particularmente preferente de 350 a 500 mg de KOH/g. La viscosidad de los polioles es preferentemente de 800 mPas (a 25 °C). Preferentemente los polioles tienen al menos el 60 % de grupos OH secundarios, preferentemente al menos el 80 % de grupos OH secundarios y de modo particularmente preferente el 90 % de grupos OH secundarios. Los polieterpolioles a base de óxido de propileno son particularmente preferentes.
Como componente de poliisocianato se usan los diisocianatos y/o poliisocianatos alifáticos, cicloalifáticos y, en particular, aromáticos habituales. Ejemplos de dichos poliisocianatos adecuados son 1 ,4-butilendiisocianato, 1 ,5-pentanodiisocianato, 1 ,6-hexametilendiisocianato (HDI), isoforondiisocianato (IPDI), 2,2,4- y/o 2,4,4-trimetilhexametilendiisocianato, bis(4,4'-isocianatociclohexil)metano o sus mezclas con los demás isómeros, 1 ,4-ciclohexilendiisocianato, 1 ,4-fenilendiisocianato, 2,4- y/o 2,6-toluilendiisocianato (TDI), 1 ,5-naftilendiisocianato, 2,2'- y/o 2,4'- y/o 4,4'-difenilmetanodiisocianato (MDI) y/u homólogos superiores (pMDI) de los mismos, 1 ,3- y/o 1 ,4-bis-(2-isocianato-prop-2-il)-benceno (TMXDI), 1 ,3-bis-(isocianatometil)benceno (XDI). Como isocianato se usa preferentemente difenilmetanodiisocianato (MDI) y en particular mezclas de difenilmetanodiisocianato y polifenilenpolimetilenpoliisocianato (pMDI). Las mezclas de difenilmetanodiisocianato y polifenilenpolimetilenpoliisocianato (pMDI) tienen un contenido de monómeros preferente de entre el 40 y el 100 % en peso, preferentemente de entre el 50 y el 90 % en peso, de modo particularmente preferente de entre el 60 y el 80 % en peso. El contenido de NCO del poliisocianato usado debería ser preferentemente superior al 25 % en peso, preferentemente superior al 30 % en peso, de modo particularmente preferente superior al 31 ,4 % en peso. Preferentemente el MDI usado debería presentar un contenido conjunto de 2,2'-difenilmetanodiisocianato y de 2,4'-difenilmetanodiisocianato de al menos el 3 % en peso, de modo particularmente preferente de al menos el 20 % en peso, de modo particularmente preferente de al menos el 40 % en peso. La viscosidad del isocianato debería ser preferentemente < 250 mPas (a 25 °C), preferentemente < 100 mPas (a 25°C) y de modo particularmente preferente= 50 mPas (a 25°C).
La mezcla de reacción de poliuretano puede contener preferentemente, además de los componentes reactivos y aditivos y sustancias accesorias conocidos, preferentemente cargas tales como nanotubos de carbono, sulfato de bario, dióxido de titanio, fibras de vidrio cortas o minerales naturales con forma de fibra o de placa tales como, por ejemplo, wollastonita o moscovita. Como aditivos y sustancias accesorias se usan preferentemente antiespumantes, catalizadores y catalizadores latentes. Pueden usarse, cuando sea necesario, otros aditivos y sustancias accesorias conocidos.
Sistemas de poliuretano adecuados son en particular los que son transparentes. Debido a que en la fabricación de cuerpos moldeados es necesaria una viscosidad reducida para un llenado uniforme, son particularmente adecuados, por lo tanto poliisocianatos que presentan una viscosidad= 5000 mPas (a 25 °C; 30 min tras el mezclado de los componentes), preferentemente < 2000 mPas, de modo particularmente preferente =1000 mPas. Preferentemente la relación de reacción entre el componente de isocianato y los compuestos con al menos dos átomos de hidrógeno reactivos frente a isocianatos se elige de modo que en la mezcla de reacción la relación del número de grupos isocianato con respecto al número de grupos reactivos frente a isocianatos se encuentre entre 0,9 y 1 ,5, preferentemente entre 1 ,0 y 1 ,2, de modo particularmente preferente entre 1 ,02 y 1 ,1.
En una forma de realización preferente, la mezcla de reacción de componente de isocianato y compuestos con al menos dos átomos de hidrógeno reactivos frente a isocianatos se inyecta a una temperatura de entre 20 y 80 °C, de modo particularmente preferente de entre 25 y 40 °C.
Después de introducir la mezcla de reacción puede acelerarse el endurecimiento del poliuretano calentando el molde. En una forma de realización preferente, la mezcla de reacción de componente de isocianato y compuestos con al menos dos átomos de hidrógeno reactivos frente a isocianatos inyectada se endurece a una temperatura de entre 40 y 160 °C, preferentemente de entre 60 y 120 °C, de modo particularmente preferente de entre 70 y 90 °C.
La invención se explicará con más detalle mediante los ejemplos siguientes.
Ejemplos Se fabricaron cuerpos moldeados (placas) a partir de distintos sistemas de poliuretano y se compararon con un sistema de resina epoxi estándar. El tamaño de la placa fue de 17 cm * 17 cm con un espesor de 4 mm.
El tiempo de desmoldeo es cualquier tiempo después del cual pueda extraerse la probeta del molde de placas de PUR sin deformarlo manualmente.
La viscosidad se determinó 30 minutos después del mezclado de los componentes, ya que para la fabricación de piezas moldeadas más grandes se necesita un tiempo determinado largo y una viscosidad más reducida para un llenado uniforme del molde.
Ejemplo 1 Se agitaron a temperatura ambiente 70 g de Baygal® K 55 (polieterpoliol de la empresa Bayer MateriaIScience AG; índice de OH: 385 ± 15 mg de KOH/g; viscosidad a 25 °C: 600 ± 50 mPas) con 65,3 g de Baymidur® K 88 (producto de la empresa Bayer Material Science AG; mezcla de difenilmetanodiisocianato y polifenilenpolimetilenpoliisocianato; contenido de NCO: 31 ,5 ± 0,5 % en peso; viscosidad a 25 °C: 90 ± 20 mPas) y se desgasificó usando presión reducida. La solución se vertió en un molde de placas y se almacenó una hora a temperatura ambiente. Después la mezcla se calentó a 80 °C. El tiempo de gelificación fue de aproximadamente 70 minutos y el tiempo de desmoldeo fue de dos horas.
La probeta tenía una dureza de 76 Shore D.
La viscosidad a 25 °C fue a los 30 minutos después del mezclado de los componentes de 1540 mPas.
Ejemplo 2 Se agitaron a temperatura ambiente 70 g de Baygal® K 55 (polieterpoliol de la empresa Bayer MateriaIScience AG; índice de OH: 385 ± 15 mg de KOH/g; viscosidad a 25 °C: 600 ± 50 mPas) con 63 g de Baymidur® VP.KU 3-5009 (producto de la empresa Bayer Material Science AG; mezcla de difenilmetanodiisocianato y polifenilenpolimetilenpoliisocianato; contenido de NCO: 31 ,5 - 33,5 % en peso; viscosidad a 25 °C: 15 - 30 mPas) y se desgasificó usando presión reducida. La solución se vertió en un molde de placas y se almacenó una hora a temperatura ambiente. Después la mezcla se calentó a 80 °C. El tiempo de desmoldeo fue de dos horas.
La probeta tenía una dureza de 76 Shore D.
La viscosidad a 25 °C fue a los 30 minutos después del mezclado de los componentes de 974 mPas.
Ejemplo comparativo 3 Se agitaron a temperatura ambiente 180 g de resina para infusión Larit RIM 135 (L-135Í) (producto de la empresa Lange+Ritter) con 60 g de endurecedor Larit RIMH 137 (producto de la empresa Lange+Ritter) y se desgasificó usando presión reducida. La solución se vertió en un molde de placas y se almacenó una hora a temperatura ambiente. Después la mezcla se calentó a 80 °C. El tiempo de desmoldeo fue de dos horas.
La probeta tenía una dureza de 76 Shore D.
El desmoldeo del sistema de poliuretano pudo realizarse de forma significativamente más rápida. El desmoldeo más rápido del sistema de poliuretano posibilita una productividad más elevada, debido a que el tiempo de recubrimiento de los moldes se puede reducir claramente y, con ello, se pueden fabricar más cuerpos moldeados.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Uso de una estructura en capas en la fabricación de palas de rotor para plantas eólicas, conteniendo la estructura en capas las capas siguientes: g) una capa de agente de desmoldeo h) dado el caso una capa de recubrimiento de gel i) una capa de fibra tratada con material sintético j) dado el caso una capa distanciadora k) una capa de fibra provista de material sintético I) dado el caso una lámina de material sintético caracterizada porque como material sintético se usa poliuretano.
2. Palas de rotor para plantas eólicas que presenta una envoltura que consta al menos parcialmente de una estructura en capas con las capas siguientes a) una capa de agente de desmoldeo b) dado el caso una capa de recubrimiento de gel c) una capa de fibra tratada con material sintético d) dado el caso una capa distanciadora e) una capa de fibra provista de material sintético f) dado el caso una lámina de material sintético caracterizada porque como material sintético se usa poliuretano.
3. Procedimiento para fabricar palas de rotor tal como se reclama en la reivindicación 2 para plantas eólicas que presentan una envoltura que consta al menos parcialmente de una estructura en capas con las capas siguientes a) una capa de agente de desmoldeo b) dado el caso una capa de recubrimiento de gel c) una capa de fibra tratada con material sintético d) dado el caso una capa distanciadora e) una capa de fibra provista de material sintético f) dado el caso una lámina de material sintético caracterizado porque las capas de fibra se tratan como material sintético con una mezcla de reacción para la preparación de poliuretano.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque la mezcla de reacción como isócianato contiene difenilmetanodiisocianato y/o polifenilenpolimetilenpoliisocianato con un contenido de NCO superior al 25 % en peso.
5. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque la mezcla de reacción contiene como compuesto con al menos dos átomos de hidrógeno reactivos frente a isocianatos un polieterpoliol en el que al menos el 60 % de los grupos OH son grupos OH secundarios y tiene un índice de OH de 200 a 1830 mg de KOH/g.
6. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque la mezcla de reacción se aplica a una temperatura de entre 20 y 80 °C a las capas de fibra.
7. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque la mezcla de reacción se endurece a una temperatura de entre 40 y 160 °C.
8. Procedimiento según la reacción 3, caracterizado porque la mezcla de reacción tiene una viscosidad= 5000 mPas 30 minutos después del mezclado.
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