Sistemi di dosaggio per l'incollaggio delle pale dei rotori

Nei prossimi decenni assisteremo a un continuo aumento della percentuale di energia eolica nel mix energetico globale. L'obiettivo è che i parchi eolici forniscano elettricità a un prezzo inferiore a quello dell'energia fossile. Di conseguenza, i produttori di pale del rotore e di sistemi di dosaggio e miscelazione degli adesivi dovranno affrontare una serie di sfide in futuro.

Le considerazioni principali nella produzione di pale del rotore per turbine eoliche sono la riduzione dei tempi di produzione e dei costi di produzione. Allo stesso tempo, gli operatori dei parchi eolici richiedono che le pale abbiano una garanzia di durata superiore ai 20 anni. Per soddisfare tutti questi requisiti, le diverse discipline coinvolte devono unire le loro competenze e lavorare in modo efficiente. In particolare, la distribuzione, la miscelazione e l'applicazione degli adesivi svolgono un ruolo importante (Figura 1).

Quantità crescenti di adesivi

Nel caso di pale del rotore lunghe più di 100 metri, sono necessari fino a 1200 chilogrammi di adesivo per unire le due metà delle pale. Sia la lunghezza delle pale che la quantità di adesivo richiesta sono destinate ad aumentare in futuro. Il tempo di apertura dell'adesivo è generalmente di circa 45 minuti a 25°C. Indipendentemente dalle dimensioni della lama, il processo di incollaggio deve essere completato entro questo tempo. L'adesivo viene misurato utilizzando unità di conteggio del volume ad alta risoluzione con un sistema di regolazione ad anello chiuso per ciascuno dei componenti dell'adesivo. È inoltre possibile integrare sensori per monitorare la temperatura di applicazione entro le tolleranze richieste.

Quando le sezioni più piccole delle pale del rotore devono essere incollate verso la fine dell'applicazione dell'adesivo, un adesivo a polimerizzazione rapida accelera il processo. Nel caso di componenti più grandi, come lo stampo principale (Figura 2), un adesivo a lenta polimerizzazione consente un processo di incollaggio accurato e completo.

La possibilità di scegliere adesivi diversi non solo migliora l'efficienza complessiva del processo di incollaggio, ma offre anche una serie di opportunità per adattare la procedura. Di conseguenza, gli utenti possono soddisfare le diverse esigenze dei vari componenti delle pale del rotore.

Accelerazione dei processi

A causa delle proprietà dei materiali, l'accelerazione del processo di incollaggio rappresenta una sfida importante. L'indurimento dei materiali è un processo continuo e un'adesione affidabile dipende dal tempo aperto dell'adesivo miscelato, che è un aspetto cruciale della sua durata. Come già detto, il ciclo di applicazione deve essere completato entro 45 minuti, indipendentemente dalle dimensioni della pala. A causa della crescente lunghezza delle pale del rotore, il processo di incollaggio deve essere accelerato.

Le pompe di dosaggio ad alte prestazioni sviluppate di recente, con impostazioni di processo altamente precise, consentono di erogare l'adesivo a una velocità di oltre 30 kg al minuto. Inoltre, sono disponibili macchine con portata variabile e tamponi di materiale aggiuntivi che non devono essere riempiti durante il processo. Con l'aiuto di questa nuova tecnologia, gli adesivi possono essere erogati, miscelati e applicati entro la finestra temporale specificata.

Applicazione con diversi profili di cordone

Quando l'adesivo viene applicato alle varie sezioni della pala del rotore, sono necessari profili di cordone diversi: stampo principale, bordo d'attacco e bordo d'uscita. Per garantire che il processo di applicazione soddisfi i diversi requisiti del gap di incollaggio, è spesso necessario cambiare l'ugello, fino a nove volte per ogni pala del rotore. Si tratta di un'operazione molto dispendiosa in termini di tempo e di lavoro. Rappresenta una parte significativa del processo di incollaggio e può impedire di aumentare ulteriormente le dimensioni delle pale del rotore. Inoltre, i punti di incollaggio richiedono talvolta una rielaborazione manuale (forma, bolle d'aria, ecc.), che comporta un notevole aumento della quantità di lavoro nel processo complessivo.

L'Istituto Fraunhofer per i sistemi di energia eolica IWES ha sviluppato un ugello variabile per l'applicazione di adesivi che può applicare diversi profili in un unico passaggio. L'ugello è in grado di regolare automaticamente il profilo del cordone di adesivo applicato alle diverse sezioni della pala del rotore, con una significativa riduzione del tempo necessario. L'uso di sensori consente di automatizzare parzialmente o completamente questo processo e di misurare con precisione la quantità di materiale utilizzato dall'inizio del processo di incollaggio (Figure 4 e 5).

Questo sviluppo tecnico consente di applicare solo la quantità di adesivo specificata a ciascuna sezione con il profilo corretto del cordone, garantendo la massima qualità possibile e riducendo al minimo gli scarti. Le pale del rotore incollate in questo modo sono anche più leggere. Dopag ha incorporato l'ugello di applicazione variabile dell'adesivo nel suo sistema di dosaggio e miscelazione Gluemix (Figura 3).

Rapporto di miscelazione costante

I produttori forniscono una garanzia sulle pale dei rotori per un periodo di oltre 20 anni. Un fattore importante per rispettare questo impegno è il legame permanente tra le due metà della pala. Questo può essere garantito solo se il rapporto di miscelazione specificato per i componenti del materiale rimane costante durante l'applicazione dell'adesivo. Il principale adesivo utilizzato nell'industria eolica è una resina epossidica bicomponente. Le tolleranze per il rapporto di miscelazione sono molto strette. Il rapporto deve rimanere nell'intervallo ±2 parti di indurente per 100 parti di resina. La costanza del rapporto di miscelazione è garantita da contatori di volume ad alta precisione, utilizzati per controllare e azionare le pompe dosatrici di ciascun componente in modo indipendente, come parte di un sistema di regolazione ad anello chiuso.

Dopag utilizza misuratori di portata a mandrino per garantire che la caduta di pressione nel contatore di volume sia ridotta al minimo rispetto ad altre soluzioni disponibili. Questa funzionalità consente il monitoraggio e il controllo end-to-end dei rapporti di miscelazione.

Inoltre, i sistemi dispongono di un meccanismo di pre-calibrazione automatica che si basa su sistemi di pesatura. Ciò si traduce in un significativo aumento dell'affidabilità del processo, in quanto i rapporti possono essere mantenuti in modo accurato e costante. Dopag ha integrato queste tecnologie nel suo sistema Gluemix.

Monitoraggio online e manutenzione predittiva

La continua convergenza dei sistemi e dei processi consente di collegare tra loro i diversi elementi della catena produttiva. Questo processo in corso (Industria 4.0) prevede l'integrazione di analisi dei dati e tecnologie intelligenti con l'obiettivo di creare un ambiente di produzione più efficiente e affidabile. La crescente connettività consente anche una comunicazione continua tra i sistemi del processo di miscelazione degli adesivi per pale di rotori. Ciò aumenta l'efficienza del processo e consente di rispondere ai cambiamenti in tempo reale.

Il Life Cycle Logger (LCL) di Dopag consente il monitoraggio online e la manutenzione predittiva del sistema, che rappresenta un progresso significativo nel processo di incollaggio. In passato, raramente era possibile effettuare analisi affidabili dei dati operativi storici e trarre conclusioni sugli intervalli di manutenzione e sulla durata dei componenti. Il nuovo modulo offre agli operatori delle macchine e al personale di assistenza una visione dettagliata di tutti i parametri di processo e dei profili di utilizzo dei componenti di misurazione. Questi includono le quantità e le pressioni dei materiali, i dati relativi alla temperatura e all'accelerazione, i risultati dei banchi di prova relativi all'efficienza e altri dati operativi. Di conseguenza, gli utenti possono reagire immediatamente alle anomalie e garantire un elevato livello di affidabilità del processo. Ciò comporta anche vantaggi per la manutenzione predittiva. Confrontando i dati, gli operatori possono identificare precocemente le aree potenzialmente critiche di usura e i guasti gradualmente emergenti.

Nel contesto dell'efficacia complessiva dell'apparecchiatura (OEE) (Figura 6), tutti i dati chiave relativi a disponibilità, prestazioni e qualità possono essere accuratamente documentati. L'OEE è uno standard riconosciuto a livello mondiale per la valutazione della produttività degli impianti industriali e svolge un ruolo centrale nel miglioramento dell'efficienza operativa. I dati forniti dal Life Cycle Logger costituiscono la base per la pianificazione strategica e il monitoraggio della produttività in tempo reale delle macchine di erogazione e possono essere perfettamente integrati nei moderni sistemi di lean management.