Método de optimización de la eficiencia de las palas de un aerogenerador.

Método de protección superficial de palas aerogeneradores fabricadas con materiales compuestos que proporciona un acabado resistente frente a los agentes externos a los que se ven sometidas y en particular la lluvia,

el hielo y la suciedad atmosférica y que comprende un paso de preparación superficial y dos pasos de aplicación de un primer y un segundo recubrimiento de unos determinados espesores.

METODO DE OPTIMIZACION DE LA EFICIENCIA DE LAS PALAS DE

UN AEROGENERADOR

CAMPO DE LA INVENCiÓN

5

La presente invención se refiere en general a palas de aerogeneradores

y, más en particular, a un método de optimización de su eficiencia para evitar

deterioros de su superficie que modifican su perfil aerodinámico y provocan una

disminución de su rendimiento durante su vida útil.

10

ANTECEDENTES

Los aerogeneradores incluyen un rotor que soporta varias palas que se

extienden radialmente para capturar la energía cinética del viento y causan un

15 movimiento rotatorio de un tren de potencia acoplado a un generador eléctrico

para producir energía eléctrica.

El rendimiento de las palas de los aerogeneradores se ve afectado por

modificaciones de su perfil aerodinámico causadas por distintos agentes.

La superficie de las palas se erosiona como consecuencia de los

2 O impactos de gotas de lluvia, granizo, insectos, partículas en suspensión, etc. La

erosión del borde de ataque en particular tiene un efecto muy importante en el

rendimiento de las palas de aerogeneradores.

La superficie de las palas también puede sufrir modificaciones mediante

la adhesión a ella de cualquier elemento externo. En el caso de una

25 acumulación de hielo sobre la pala, el efecto en el rendimiento es tan importante

que puede requerir la parada del aerogenerador. En el caso de una

acumulación importante de suciedad, el rendimiento de la pala también

disminuye.

Los problemas de rendimiento mencionados son más acusadas,

3O lógicamente, en las palas de gran longitud de los aerogeneradores que se

ofrecen actualmente al mercado.

En la técnica anterior es conocida la aplicación de unas cintas de

poliuretano en el borde de ataque de las palas para protegerlas contra,

fundamentalmente, la erosión. Ahora bien, la efectividad de esas cintas está

condicionada a su correcta colocación en el borde de ataque y ello no siempre

5 se consigue, bien por defectos de colocación o por deterioros de la cinta durante

el transporte de la pala hasta el emplazamiento del aerogenerador. Por otra

parte, la cinta de poliuretano tiene el problema potencial, en palas cada vez más

grandes, de incrementar el ruido aerodinámico producido por la pala.

La sustitución de esas cintas por recubrimientos químicos resulta difícil

10 dada la variedad de agentes externos que pueden causar modificaciones del

perfil aerodinámico de las palas de aerogeneradores.

La presente invención está orientada a la solución de esos

inconvenientes.

15 SUMARIO DE LA INVENCiÓN

Un objeto de la presente invención es optimizar la eficiencia de las palas

de aerogeneradores fabricadas con materiales compuestos evitando deterioros

de su superficie que modifican su perfil aerodinámico y provocan una

2 O disminución de su rendimiento tanto en palas de nueva fabricación como en

palas instaladas en aerogeneradores que han sufrido dichos deterioros.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un método de

protección superficial de palas aerogeneradores fabricadas con materiales

compuestos que le proporcione un acabado resistente frente a los agentes

25 externos a los que se ven sometidas y en particular la lluvia, el hielo y la

suciedad atmosférica.

Esos objetos se consiguen con un método de protección superficial de

las palas de aerogeneradores que comprende un paso de preparación

superficial y dos pasos de aplicación de un primer y un segundo recubrimiento

3O de unos determinados espesores. En el paso de preparación superficial se lija la

zona de la superficie de la pala a proteger hasta alcanzar una capacidad

adherente predeterminada en relación con una o más de las siguientes

propiedades de la superficie de dicha zona: el brillo, la rugosidad, la tensión

superficial y un paso de rellenado de los hueco y poros de dicha zona. El primer

recubrimiento es una masilla bi-componente de naturaleza poliuretánica. El

segundo recubrimiento es una pintura bi-componente con un contenido en

5 sólidos comprendido entre el 70-80% en peso, incluyendo una base de polioles

alifática como aglutinante y poliisocianato alifático como agente de curado, en

unas proporciones comprendidas, respectivamente, entre el 70-80% y el 30

20% en peso. Los recubrimientos mencionados se aplican o bien en zona de

borde de ataque o bien a toda la superficie de la pala en función de la

10 condiciones del entorno al que irán sometidas dichas palas.

En una realización de la invención, la pintura también incluye una

solución de nano partículas de óxidos de silicio hidrofóbicas o de

silsesquioxanos oligoméricos poliédricos fluorados preparada en una proporción

comprendida entre el 10-30% en peso. Esta solución se adiciona a la pintura en

15 un porcentaje entre el 5-10%. Se consigue con ello un recubrimiento anti

erosivo y anti-hielo.

En otra realización de la invención, la pintura también incluye una

solución de nano partículas de óxidos de silicio hidrofílicas o de óxidos de

titanio preparada en una proporción conjunta comprendida entre el 10-30% en

2 O peso. Esta solución se adiciona a la pintura en un porcentaje entre el 5-10%. Se

consigue con ello un recubrimiento anti-erosivo yanti-suciedad.

En otra realización de la invención, la pintura también incluye una

solución de nano partículas de óxidos de silicio hidrofóbicas o de

silsesquioxanos oligoméricos poliédricos fluorados y de óxidos de silicio

25 hidrofílicas o de óxidos de titanio preparada en una proporción comprendida

entre el 10-30% en peso. Esta solución se adiciona a la pintura en un porcentaje

entre el 5-10%. Se consigue con ello un recubrimiento anti-erosivo, anti-hielo y

anti-suciedad.

En el caso de que el material compuesto de la superficie de la pala sea

3O Resina Epoxi Reforzada con Fibra de Vidrio el paso de lijado de la etapa de

preparación superficial se da por completado cuando la zona a proteger tiene un

brillo menor del 5% o una tensión superficial en el rango de 30-35 mN/m.

Otras características deseables y ventajas de la invención serán

evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de la invención y de las

reivindicaciones, en relación con las Figuras adjuntas.

5 BREVE DESCRIPCiÓN DE LAS FIGURAS

La Figura 1 a es una vista en perspectiva de una sección de una pala de

un aerogenerador con un recubrimiento según la presente invención en el borde

de ataque.

10

La Figura 1 b es una vista en perspectiva de una sección de una pala de

un aerogenerador con un recubrimiento según la presente invención en toda la

pala.

La Figura 2 es un gráfico que muestra los resultados de ensayos de

erosión por lluvia en muestras del borde ataque de una pala de aerogenerador

15 que han sido protegidas de acuerdo con un método según la presente

invención.

La Figura 3 es un gráfico que muestra los resultados de ensayos de

erosión por lluvia en muestras del borde de ataque una pala de aerogenerador

que han sido protegidas de acuerdo con un método según la presente invención

2 O envejecidas en un ensayo UV.

La Figura 4 es un gráfico que muestra los resultados de ensayos de

erosión por lluvia en muestras de conchas de una pala de aerogenerador que

han sido protegidas de acuerdo con un método según la presente invención.

La Figura 3 es un gráfico que muestra los resultados de ensayos de

25 erosión por lluvia en muestras de conchas de una pala de aerogenerador que

han sido protegidas de acuerdo con un método según la presente invención

envejecidas en un ensayo UV.

DESCRIPCiÓN DETALLADA DE LA INVENCiÓN

30

Las palas de aerogeneradores a las que se refiere la presente invención son palas fabricadas con materiales compuestos y, en particular, con Plástico Reforzado con Fibra de Vidrio ("Glass Fibre Reinforced Plastic" o GFRP) por

cualquiera de los métodos conocidos en la industria.

El método de protección de las palas de aerogenerador según la

invención comprende dos etapas básicas: Preparación superficial y Aplicación

5 de recubrimientos.

Preparación supeñicial

En la etapa de preparación superficial, la superficie de la pala objeto de la

protección (bien la pala entera o una zona específica de la misma) se lija para

eliminar eventuales restos de suciedad y material mal adherido y, sobre todo,

10 para aportar la rugosidad adecuada para conseguir una buena adherencia del

primer recubrimiento. Tras el lijado,...

1. Un método de protección superficial de una pala de aerogenerador

fabricada con un material compuesto para evitar modificaciones de su perfil

5 aerodinámico durante su vida útil que provocan una disminución de su

rendimiento, que comprende los siguientes pasos:

a) lijar la zona del borde de ataque de la pala a proteger hasta que su

capacidad adherente alcanza un nivel predeterminado en relación con una o

más de las siguientes propiedades: el brillo, la rugosidad, la tensión superficial;

10 b) aplicar a dicha zona un primer recubrimiento de una masilla bi

componente de naturaleza poliuretánica de un espesor comprendido entre 400

600 !-1m;

c) aplicar a dicha zona un segundo recubrimiento de una pintura bi

componente con un contenido en sólidos comprendido entre e.

7. 80%,

15 incluyendo una base de polioles alifática como aglutinante y poliisocianato

alifático como agente de curado, en unas proporciones comprendidas,

respectivamente, entre e.

7. 80% y e.

3. 20%, de un espesor comprendido

entr.

20. 250 !-1m.

2 O 2. Un método de protección superficial según la reivindicación 1, en el

que la anchura de dicha zona del borde de ataque de la pala es de al menos 40

mm.

3. Un método de protección superficial según cualquiera de las

25 reivindicaciones 1-2, que también comprende los siguientes pasos:

a) lijar el resto de la superficie de la pala hasta que su capacidad

adherente alcanza un nivel predeterminado en relación con una o más de las

siguientes propiedades: el brillo, la rugosidad, la tensión superficial;

b) aplicar a dicha zona un primer recubrimiento de una masilla bi

30 componente de naturaleza poliuretánica de un espesor comprendido entre 300

500 !-1m;

c) aplicar al resto de la superficie de la pala un segundo recubrimiento de una pintura bi-componente con un contenido en sólidos comprendido entre e.

7. 80%, incluyendo una base de polioles alifática como aglutinante y poliisocianato alifático como agente de curado, en unas proporciones comprendidas, respectivamente, entre e.

7. 80% y e.

3. 20%, de un espesor comprendido entr.

15. 200 !-1m.

4. Un método de protección superficial según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que el segundo recubrimiento también incluye, en una proporción comprendida entre el 5-10% en peso, una solución preparada con nano partículas de óxidos de silicio hidrofóbicas o de silsesquioxanos oligoméricos poliédricos fluorados en una proporción comprendida entre el 1030% en peso.

5. Un método de protección superficial según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que el segundo recubrimiento también incluye, en una proporción comprendida entre el 5-10% en peso, una solución preparada con nano partículas de óxidos de silicio hidrofílicas o de óxidos de titanio en una proporción conjunta comprendida entre el 10-30% en peso.

6. Un método de protección superficial según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que el segundo recubrimiento también incluye, en una proporción comprendida entre el 5-10% en peso, una solución preparada con nano partículas de óxidos de silicio hidrofóbicas o de silsesquioxanos oligoméricos poliédricos fluorados y de óxidos de silicio hidrofílicas o de óxidos de titanio en una proporción comprendida entre el 10-30% en peso.

7. Un método de protección superficial según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que dicho material compuesto es Resina Epoxi 3 O Reforzada con Fibra de Vidrio.

8. Un método de protección superficial según la reivindicación 8, en el que se lija la zona de la superficie de la pala a proteger hasta que su brillo es menor del 5%.

9. Un método de protección superficial según la reivindicación 8, en el que se lija la zona de la superficie de la pala a proteger hasta que su tensión superficial esté en el rango d.

3. 35 mN/m.

11

""

13

FIG. 1a

11

""

13-

FIG. 1 b

Pérdida de peso en muestra de Borde de Ataque tras ensayo erosión por lluvia Pérdida de peso en muestra de Borde de Ataque envejecida en un 9 ensayo UV tras ensayo erosión por lluvia 0/9... --------------------¡

O, 8r------------------------+7---------~--~

O.7+-------------:~---~~-____l

0, 6 +-----------+---=-=-----+----....+

O, L.!+----·-----+---;~;L-...._H_------I

O, 3t--------7'<---~"#_~7-------__I

O, 2.¡------::., -L---------, ~~-------__t

+-511 5 10 15 L 510 ') f) mío -O, 1L..... ------------------J

O, 01'=~~~==:::=~~IT21=l

FIG.3

Pérdida de peso en muestra de Concha tras ensayo erosión por 9 lluvia 1, 6, ... ----------------=-----,

S;;

1/:l1-------------------, ~-___l

1, 21--------------+-------1

~----------__~----, 52

0, 8 1----------------, ~----f?~S::-:;1~

O/6~----------------------~----~~~~----~

0, 4 ¡----------~_____::;~7"'~----_i

-0, 2

FIG.4

Pérdida de peso en muestra de Concha envejecida en un ensayo9 uv tras ensayo erosión por lluvia 1.8

1.6

1.1

1, 2 1

O, e 0, 6 O/¡

0, 2. O

-0, 2

FIG.5

/..33

/'

/

/ ~

/ ~'y4

/ ~

/ ~

., .~~ CS10 ~

~ "..... 'l.. --52-

5 10 15 S11 20