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A impressão 3D de pás termoplásticas permite a soldagem térmica e melhora a reciclabilidade, oferecendo o potencial de reduzir o peso e o custo das pás da turbina em pelo menos 10% e o tempo do ciclo de produção em 15%.

Uma equipe de pesquisadores do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL, Golden, Colorado, EUA), liderada pelo engenheiro sênior de tecnologia eólica do NREL, Derek Berry, continua a aprimorar suas novas técnicas para fabricar pás avançadas de turbinas eólicas,promovendo sua combinaçãode termoplásticos recicláveis ​​e fabricação aditiva (AM). O avanço foi possível graças ao financiamento do Advanced Manufacturing Office do Departamento de Energia dos EUA – prémios concebidos para estimular a inovação tecnológica, melhorar a produtividade energética da indústria transformadora dos EUA e permitir o fabrico de produtos de ponta.

Hoje, a maioria das pás de turbinas eólicas em escala utilitária têm o mesmo design de concha: duas lâminas de fibra de vidro são coladas com adesivo e usam um ou vários componentes de reforço compostos chamados teias de cisalhamento, um processo otimizado para eficiência nos últimos 25 anos. No entanto, para tornar as pás das turbinas eólicas mais leves, mais longas, menos dispendiosas e mais eficientes na captação de energia eólica - melhorias essenciais para o objectivo de reduzir as emissões de gases com efeito de estufa, em parte através do aumento da produção de energia eólica - os investigadores devem repensar completamente a concha convencional, algo que é o foco principal da equipe NREL.

Para começar, a equipe do NREL está se concentrando no material de matriz de resina. Os projetos atuais dependem de sistemas de resinas termofixas, como epóxis, poliésteres e ésteres vinílicos, polímeros que, uma vez curados, reticulam-se como amoreiras.

“Depois de produzir uma lâmina com sistema de resina termofixa, você não pode reverter o processo”, diz Berry. “Isso [também] faz com que a lâminadifícil de reciclar.”

Trabalhando com oInstituto de Inovação em Fabricação de Compósitos Avançados(IACMI, Knoxville, Tenn., EUA) no Centro de Educação e Tecnologia de Fabricação de Compostos (CoMET) do NREL, a equipe multi-institucional desenvolveu sistemas que usam termoplásticos, que, ao contrário dos materiais termofixos, podem ser aquecidos para separar os polímeros originais, permitindo o fim reciclabilidade de vida útil (EOL).

As peças termoplásticas da lâmina também podem ser unidas usando um processo de soldagem térmica que poderia eliminar a necessidade de adesivos – geralmente materiais pesados ​​e caros – aumentando ainda mais a reciclabilidade da lâmina.

“Com dois componentes de lâmina termoplástica, você tem a capacidade de juntá-los e, através da aplicação de calor e pressão, juntá-los”, diz Berry. “Você não pode fazer isso com materiais termofixos.”

Seguindo em frente, o NREL, juntamente com os parceiros do projetoCompostos TPI(Scottsdale, Arizona, EUA), Soluções de Engenharia Aditiva (Akron, Ohio, EUA),Máquinas-ferramentas Ingersoll(Rockford, Illinois, EUA), a Vanderbilt University (Knoxville) e a IACMI desenvolverão estruturas inovadoras de núcleo de lâmina para permitir a produção econômica de lâminas muito longas e de alto desempenho - bem mais de 100 metros de comprimento - que são relativamente baixas peso.

Ao usar a impressão 3D, a equipe de pesquisa afirma que pode produzir os tipos de projetos necessários para modernizar as pás da turbina com núcleos estruturais em forma de rede altamente projetados, de densidades e geometrias variadas entre as camadas estruturais da pá da turbina. As películas das lâminas serão infundidas usando um sistema de resina termoplástica.

Se tiverem sucesso, a equipe reduzirá o peso e o custo das pás da turbina em 10% (ou mais) e o tempo do ciclo de produção em pelo menos 15%.

Além doprêmio principal AMO FOApara estruturas de pás de turbinas eólicas termoplásticas AM, dois projetos de subvenção também explorarão técnicas avançadas de fabricação de turbinas eólicas. A Colorado State University (Fort Collins) está liderando um projeto que também utiliza impressão 3D para fabricar compósitos reforçados com fibra para novas estruturas internas de pás eólicas, comOwens Corning(Toledo, Ohio, EUA), NREL,Arkema Inc.(King of Prussa, Pensilvânia, EUA) e Vestas Blades America (Brighton, Colorado, EUA) como parceiros. O segundo projeto, liderado pela GE Research (Niskayuna, NY, EUA), é denominado AMÉRICA: Pás de rotor habilitadas para módulos e aditivos e montagem de compósitos integrados. As parcerias com a GE Research sãoLaboratório Nacional de Oak Ridge(ORNL, Oak Ridge, Tennessee, EUA), NREL, LM Wind Power (Kolding, Dinamarca) e GE Renewable Energy (Paris, França).

De: mundo composto