La impresión 3D de palas termoplásticas permite la soldadura térmica y mejora la reciclabilidad, ofreciendo el potencial de reducir el peso y el coste de las palas de turbina en al menos un 10 % y el tiempo del ciclo de producción en un 15 %.
Un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL, Golden, Colorado, EE. UU.), dirigido por el ingeniero senior de tecnología eólica del NREL, Derek Berry, continúa avanzando en sus novedosas técnicas para fabricar palas avanzadas de turbinas eólicas mediantefomentando su combinaciónde termoplásticos reciclables y fabricación aditiva (AM).El avance fue posible gracias a la financiación de la Oficina de Fabricación Avanzada del Departamento de Energía de EE. UU., premios diseñados para estimular la innovación tecnológica, mejorar la productividad energética de la industria manufacturera estadounidense y permitir la fabricación de productos de vanguardia.
Hoy en día, la mayoría de las palas de turbinas eólicas a gran escala tienen el mismo diseño de concha: dos revestimientos de pala de fibra de vidrio se unen con adhesivo y utilizan uno o varios componentes de refuerzo compuestos llamados redes de corte, un proceso optimizado para su eficiencia durante los últimos 25 años.Sin embargo, para hacer que las palas de las turbinas eólicas sean más ligeras, más largas, menos costosas y más eficientes en la captura de energía eólica (mejoras críticas para el objetivo de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en parte mediante el aumento de la producción de energía eólica), los investigadores deben repensar por completo la concha convencional, algo que es el enfoque principal del equipo NREL.
Para empezar, el equipo del NREL se centra en el material de la matriz de resina.Los diseños actuales se basan en sistemas de resinas termoestables como epoxis, poliésteres y ésteres vinílicos, polímeros que, una vez curados, se reticulan como zarzas.
"Una vez que se produce una hoja con un sistema de resina termoestable, no se puede revertir el proceso", dice Berry.“Eso [también] hace que la espadadifícil de reciclar.”
trabajando con elInstituto de Innovación en Fabricación de Compuestos Avanzados(IACMI, Knoxville, Tennessee, EE. UU.) en las instalaciones de Educación y Tecnología de Fabricación de Compuestos (CoMET) del NREL, el equipo formado por varias instituciones desarrolló sistemas que utilizan termoplásticos que, a diferencia de los materiales termoestables, se pueden calentar para separar los polímeros originales, lo que permite terminar reciclabilidad hasta el final de su vida útil (EOL).
Las piezas termoplásticas de las palas también se pueden unir mediante un proceso de soldadura térmica que podría eliminar la necesidad de adhesivos (a menudo materiales pesados y costosos), mejorando aún más la reciclabilidad de las palas.
"Con dos componentes de cuchilla termoplásticos, es posible juntarlos y, mediante la aplicación de calor y presión, unirlos", dice Berry."No se puede hacer eso con materiales termoestables".
En el futuro, NREL, junto con los socios del proyectoCompuestos TPI(Scottsdale, Arizona, EE. UU.), Additive Engineering Solutions (Akron, Ohio, EE. UU.),Máquinas herramienta Ingersoll(Rockford, Illinois, EE. UU.), la Universidad de Vanderbilt (Knoxville) e IACMI desarrollarán estructuras innovadoras del núcleo de las palas para permitir la producción rentable de palas muy largas y de alto rendimiento (más de 100 metros de longitud) que son relativamente bajas. peso.
Mediante el uso de la impresión 3D, el equipo de investigación dice que puede producir los tipos de diseños necesarios para modernizar las palas de las turbinas con núcleos estructurales en forma de red de alta ingeniería de diferentes densidades y geometrías entre las capas estructurales de las palas de la turbina.Las pieles de las hojas se infundirán mediante un sistema de resina termoplástica.
Si tienen éxito, el equipo reducirá el peso y el costo de las palas de la turbina en un 10 % (o más) y el tiempo del ciclo de producción en al menos un 15 %.
Además depremio principal AMO FOAPara estructuras de palas de turbinas eólicas termoplásticas AM, dos proyectos de subvención también explorarán técnicas avanzadas de fabricación de turbinas eólicas.La Universidad Estatal de Colorado (Fort Collins) lidera un proyecto que también utiliza la impresión 3D para fabricar compuestos reforzados con fibra para nuevas estructuras internas de palas eólicas, conOwens Corning(Toledo, Ohio, EE. UU.), NREL,Arkema Inc.(King of Prussa, Pensilvania, EE. UU.) y Vestas Blades America (Brighton, Colorado, EE. UU.) como socios.El segundo proyecto, dirigido por GE Research (Niskayuna, Nueva York, EE. UU.), se denomina AMÉRICA: Additive and Modular-Enabled Rotor Blades and Integrated Composites Assembly.La asociación con GE Research esLaboratorio Nacional de Oak Ridge(ORNL, Oak Ridge, Tennessee, EE. UU.), NREL, LM Wind Power (Kolding, Dinamarca) y GE Renewable Energy (París, Francia).
De: mundocompuestos
Hora de publicación: 08-nov-2021