Sistemas de dispensación para el pegado de palas de rotor

En las próximas décadas, veremos un aumento continuo de la proporción de energía eólica en la combinación energética mundial. El objetivo es que los parques eólicos suministren electricidad a un precio inferior al de la energía fósil. En consecuencia, los fabricantes de palas de rotor y de sistemas de dosificación y mezcla de adhesivos tendrán que superar una serie de retos en el futuro.

Las consideraciones clave a la hora de fabricar palas de rotor para aerogeneradores son acortar el tiempo de producción y reducir al mismo tiempo los costes de producción. Al mismo tiempo, los operadores de parques eólicos exigen una garantía de que las palas duren más de 20 años. Para cumplir todos estos requisitos, las distintas disciplinas implicadas deben aunar sus conocimientos y trabajar juntas con eficacia. En particular, la dosificación, mezcla y aplicación de adhesivos desempeñan un papel importante (Figura 1).

Cantidades crecientes de adhesivos

En el caso de palas de rotor de más de 100 metros de longitud, se necesitan hasta 1.200 kilogramos de adhesivo para unir las dos mitades de las palas. Es probable que tanto la longitud de las palas como la cantidad de adhesivo necesario aumenten en el futuro. El tiempo abierto del adhesivo suele ser de unos 45 minutos a 25 °C. Independientemente del tamaño de la pala, el proceso de pegado debe completarse en este tiempo. La medición del adhesivo se realiza mediante contadores volumétricos de alta resolución con un sistema de regulación en bucle cerrado para cada uno de los componentes del adhesivo. También pueden integrarse sensores para controlar la temperatura de aplicación dentro de las tolerancias requeridas.

Cuando hay que pegar secciones más pequeñas de las palas del rotor hacia el final de la aplicación del adhesivo, un adhesivo de curado rápido acelera el proceso. En el caso de componentes más grandes, como el molde principal (figura 2), un adhesivo de curado lento permite un proceso de pegado cuidadoso y minucioso.

La posibilidad de elegir diferentes adhesivos no sólo mejora la eficacia general del proceso de pegado, sino que también ofrece una amplia gama de oportunidades para adaptar el procedimiento. Como resultado, los usuarios pueden satisfacer los distintos requisitos de los diferentes componentes de las palas del rotor.

Aceleración de los procesos

Debido a las propiedades de los materiales, acelerar el proceso de unión representa un gran reto. El curado de los materiales es un proceso continuo y una adhesión fiable depende del tiempo abierto del adhesivo mezclado, que es un aspecto crucial de su vida útil. Como ya se ha mencionado, el ciclo de aplicación debe completarse en 45 minutos, independientemente del tamaño de la pala. Debido a la creciente longitud de las palas del rotor, es necesario acelerar el proceso de pegado.

Las bombas dosificadoras de alto rendimiento desarrolladas más recientemente, con ajustes de proceso muy precisos, permiten dosificar adhesivo a una velocidad de más de 30 kilogramos por minuto. Además, existen máquinas con caudales variables y tampones de material adicionales que no necesitan rellenarse durante el proceso. Con la ayuda de esta nueva tecnología, los adhesivos pueden dispensarse, mezclarse y aplicarse en el tiempo especificado.

Aplicación con diferentes perfiles de cordón

Se necesitan diferentes perfiles de cordón cuando el adhesivo se aplica a las distintas secciones de la pala del rotor: el molde principal, el borde de ataque y el borde de salida. Para garantizar que el proceso de aplicación satisface los distintos requisitos del espacio de adhesión, a menudo hay que cambiar la boquilla, hasta nueve veces por cada pala del rotor. Esto requiere mucho tiempo y trabajo. Constituye una parte importante del proceso de unión y puede impedir que las palas del rotor sigan aumentando de tamaño. Además, a veces es necesario repasar manualmente los puntos de unión (forma, burbujas de aire, etc.), lo que supone un aumento considerable de la cantidad de trabajo en el proceso global.

El Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Eólica IWES ha desarrollado una boquilla variable para la aplicación de adhesivos que puede aplicar diferentes perfiles en un solo paso. La boquilla puede ajustar automáticamente el perfil del cordón de adhesivo aplicado a diferentes secciones de la pala del rotor, lo que se traduce en una reducción significativa del tiempo necesario. El uso de sensores permite automatizar parcial o totalmente este proceso y medir con precisión la cantidad de material utilizado desde el inicio del proceso de pegado (figuras 4 y 5).

Este desarrollo técnico permite aplicar sólo la cantidad especificada de adhesivo a cada sección con el perfil de cordón correcto, lo que garantiza la máxima calidad posible y reduce al mínimo los residuos. Además, las palas de rotor pegadas de este modo son más ligeras. Dopag ha incorporado la boquilla variable de aplicación de adhesivo a su sistema de dosificación y mezcla Gluemix (figura 3).

Proporción de mezcla constante

Los fabricantes ofrecen una garantía sobre las palas de sus rotores de más de 20 años. Un factor importante para cumplir este compromiso es la unión permanente entre las dos mitades de la pala. Esto sólo puede garantizarse si la proporción de mezcla especificada para los componentes del material se mantiene constante durante la aplicación del adhesivo. El principal adhesivo utilizado en la industria eólica es una resina epoxi de dos componentes. Las tolerancias de la proporción de mezcla son muy estrictas. La proporción debe permanecer dentro del rango de ±2 partes de endurecedor por 100 partes de resina. La consistencia de la proporción de mezcla se garantiza mediante contadores volumétricos de alta precisión que se utilizan para controlar y accionar las bombas dosificadoras de cada componente de forma independiente como parte de un sistema de regulación de bucle cerrado.

Dopag utiliza caudalímetros de husillo para garantizar que la caída de presión en el contador volumétrico sea mínima en comparación con otras soluciones disponibles. Esta funcionalidad permite supervisar y controlar de principio a fin las proporciones de mezcla.

Además, los sistemas disponen de un mecanismo de precalibración automática que se basa en sistemas de pesaje. El resultado es un aumento significativo de la fiabilidad del proceso, ya que las proporciones pueden mantenerse de forma precisa y constante. Dopag ha integrado estas tecnologías en su sistema Gluemix.

Supervisión en línea y mantenimiento predictivo

La convergencia continua de los sistemas y procesos permite conectar entre sí los distintos elementos de la cadena de producción. Este proceso continuo (Industria 4.0) incluye la integración de análisis de datos y tecnologías inteligentes con el objetivo de crear un entorno de producción más eficiente y fiable. La creciente conectividad también permite una comunicación fluida entre los sistemas del proceso de mezcla de adhesivos para palas de rotor. Esto aumenta la eficacia del proceso y permite responder a los cambios en tiempo real.

El Dopag Life Cycle Logger (LCL) permite la supervisión en línea y el mantenimiento predictivo del sistema, lo que representa un avance significativo en el proceso de adhesivado. En el pasado, rara vez era posible realizar análisis fiables de los datos históricos de funcionamiento y extraer conclusiones sobre los intervalos de mantenimiento y la vida útil de los componentes. El nuevo módulo ofrece a los operarios de las máquinas y al personal de servicio una visión detallada de todos los parámetros del proceso y los perfiles de uso de los componentes de medición. Entre ellos se incluyen las cantidades de material y las presiones, los datos de temperatura y aceleración, los resultados del banco de pruebas relativos a la eficiencia y otros datos de funcionamiento. Como resultado, los usuarios pueden responder inmediatamente a las anomalías y garantizar un alto nivel de fiabilidad del proceso. Esto también aporta ventajas para el mantenimiento predictivo. Al comparar los datos, los operarios pueden identificar en una fase temprana las zonas potencialmente críticas de desgaste y los fallos que surgen gradualmente.

En el contexto de la eficacia global de los equipos (OEE) (Figura 6), todas las cifras clave relativas a la disponibilidad, el rendimiento y la calidad pueden documentarse con precisión. La OEE es una norma mundialmente reconocida para evaluar la productividad de las plantas industriales y desempeña un papel fundamental en la mejora de la eficacia operativa. Los datos proporcionados por el registrador del ciclo de vida constituyen la base para la planificación estratégica y la supervisión de la productividad en tiempo real de las máquinas dispensadoras, y pueden integrarse perfectamente en los modernos sistemas de gestión ajustada.