Como fabricar pás de turbinas eólicas de grande porte?

A fabricação de pás de turbinas eólicas de grande porte é um processo de alta precisão e tecnologia intensiva, que utiliza principalmente materiais compósitos como plástico reforçado com fibra de vidro (PRFV) ou plástico reforçado com fibra de carbono (PRFC), produzidos por meio de tecnologia de moldagem por injeção. A seguir, são apresentadas as principais etapas de produção e os principais pontos técnicos:

1. Projeto e preparação do molde

Projeto pneumático e estrutural: Com base nos requisitos de eficiência de conversão de energia eólica, resistência à carga, controle de ruído, etc., o software CAD/CAE é utilizado para modelagem 3D das pás e simulação mecânica.

Fabricação de moldes: As pás são geralmente divididas em metades superior e inferior, que são fabricadas separadamente. Os moldes são normalmente feitos de aço ou materiais compósitos, e suas superfícies requerem polimento de alta precisão e revestimento com agentes desmoldantes para garantir superfícies lisas nas pás (reduzindo a resistência ao vento).

2. Preparação do material

Materiais principais:

Materiais de reforço: tecido de fibra de vidro (comumente usado), tecido de fibra de carbono (usado em lâminas ultralongas para reduzir o peso).

Material base: Resina epóxi ou resina poliéster (a resina epóxi apresenta melhor desempenho e é utilizada para lâminas grandes).

Material do núcleo: madeira balsa ou espuma de PVC, utilizada para preencher o interior da pá, formando uma "estrutura tipo sanduíche" que melhora a rigidez e reduz o peso.

Componentes estruturais: bucha de parafuso embutida na raiz da pá (cubo de conexão), vigas de cisalhamento das bordas dianteira e traseira, etc.

3. Estratificação e infusão a vácuo

Este é o processo central de fabricação de lâminas, geralmente utilizando a tecnologia de infusão de resina assistida por vácuo (VARI):

Montagem: O tecido de fibra, os materiais do núcleo e os componentes estruturais são dispostos camada por camada no molde. O projeto das camadas precisa ajustar a direção e a espessura das fibras de acordo com a tensão aplicada em diferentes partes da pá.

Selagem e Vácuo: Cubra a camada com um filme a vácuo e sele-a, retire o ar e permita que a resina infiltre uniformemente nas fibras sob pressão negativa.

Infusão de resina: Injete a resina misturada no molde através de um tubo e infiltre todas as camadas de fibra sob vácuo.

Cura: Aqueça o molde (geralmente entre 50 °C e 80 °C) para curar a resina, formando uma casca composta de alta resistência.

4. Fechamento e colagem do molde

Desmoldagem: Após a solidificação, retire as metades superior e inferior do molde.

Adesivo: Alinhe as partes superior e inferior da estrutura e utilize um adesivo estrutural (geralmente adesivo epóxi) para uni-las. Ao mesmo tempo, fixe a chapa da alma internamente (para reforçar a estrutura).

Tratamento da raiz: Reforçar a área da raiz da lâmina que liga o cubo (por exemplo, engrossando a camada ou aplicando revestimento metálico).

5. Pós-processamento e testes

Acabamento: Corte o excesso de material nas bordas e lustre a superfície.

Revestimento: Aplicação de revestimento protetor em spray (anti-UV, anti-gelo, anti-corrosão) e cor do logotipo.

Teste de equilíbrio: Verifique o centro de gravidade e a distribuição de peso das pás para garantir o equilíbrio dinâmico.

Ensaios não destrutivos: utilização de ultrassom ou raios X para inspecionar defeitos internos (como bolhas, delaminação).

Testes de carga estática e fadiga (amostragem): Simulação de cargas de vento extremas para testes mecânicos, visando garantir a vida útil projetada (geralmente de 20 a 30 anos).

6. Tendências de desenvolvimento tecnológico

Fabricação inteligente: Robô automatizado para deposição de camadas, sistema de monitoramento de infusão em tempo real.

Inovação em materiais: aplicação híbrida de fibra de carbono, resina reciclável (como materiais compósitos termoplásticos).

Design modular: as lâminas segmentadas facilitam o transporte e a instalação.

Reciclagem de lâminas descartadas: Desenvolvimento de tecnologias de reciclagem ecológicas, como pirólise e trituração mecânica, para reutilização.

principais desafios

Limitações em grande escala: O comprimento das pás ultrapassou os 100 metros (para turbinas eólicas offshore), enfrentando desafios no transporte, no tamanho do molde e na rigidez estrutural.

Controle de qualidade: Pequenos defeitos podem levar a falhas por fadiga, sendo necessário um monitoramento rigoroso da consistência do processo.

Controle de custos: Os custos de materiais e processos representam uma proporção relativamente alta do custo total do ventilador, sendo necessário otimizar a eficiência da produção.

Por meio dos processos de precisão mencionados anteriormente, as pás das turbinas eólicas modernas alcançam um equilíbrio entre alta resistência, leveza e longa vida útil, tornando-se um dos componentes essenciais da tecnologia de energia eólica.