Cómo el Dr. John Hartley y la ingeniería consiguieron ampliar más de un 100% la longitud de las palas de las turbinas eólicas
La tecnología eólica ha ido evolucionando con fuerza y sin que casi nos hayamos dado cuenta. Sólo hay que lanzar la vista atrás para conocer algunas de las soluciones de ingeniería que han duplicado la eficiencia de las turbinas eólicas. Entre ellas, la del Dr. John Hartley. Mientras trabajaba en FibreForce, la rama comercial británica de Exel Composites, dirigió un proyecto de diseño para refuerzo estructural de las palas. Hoy, incorporan el sistema todas las de alta mar, las más altas.
Según explica un artículo sobre el tema, la energía eólica representó el 17% de la electricidad europea consumida en 2022. Es decir, 41 años después de que se pusiera en marcha «Towards 2000», el primer parque eólico del mundo.
Durante estos años, los ingenieros han optimizado el diseño de las turbinas para producir mucha más energía que originalmente.
En este artículo, el Dr. John Hartley, responsable mundial de I+D de energía eólica del fabricante de materiales compuestos Exel Composites y creador de la cubierta de viga de «perfil plano de carbono» para palas de turbinas mediante pultrusión, explica su papel en el desarrollo de la tecnología eólica para reducir la dependencia humana de los combustibles fósiles.
El trabajo de John Hartley
El Dr. Hartley se licenció en Ingeniería Mecánica en la Universidad de Sheffield Hallam en 1982. Desde 1986 trabaja en el sector de los materiales compuestos.
Mientras trabajaba para FibreForce, la rama comercial británica de Exel Composites, el Dr. Hartley dirigió el proyecto de diseño de un refuerzo estructural para palas de turbinas eólicas con el objetivo de alargar las palas para mejorar la eficiencia energética.
El resultado fue el perfil plano de carbono. Soporta la tensión impuesta por la fuerza del viento e impide que la pala se flexione demasiado y golpee la torre. Actualmente, todas las turbinas eólicas modernas instaladas en alta mar, donde se encuentran las palas más largas, utilizan estos perfiles.
Desarrollo del perfil plano de carbono
Explica el artículo que la fibra de carbono es el mejor material para esta aplicación por su incomparable relación rigidez/peso. Producida mediante ‘pultrusión’ presenta una elevada relación fibra/volumen, una calidad uniforme y unas excelentes propiedades mecánicas. Estas propiedades han permitido alargar las palas de las turbinas, manteniendo un peso reducido y una gran rigidez. Todo ello se traduce en una mayor captación de energía.
En el 2000, NEG MICON, ahora Vestas Wind Systems, se puso en contacto con FibreForce. Solicitaba ayuda para desarrollar un rigidizador de material compuesto de carbono/madera, el predecesor de la «cubierta de viga».
NEG Micon optó por FibreForce porque era la mayor empresa del Reino Unido que trabajaba en pultrusión. Además, contaba con una experiencia en proyectos de I+D que se ajustaba a las necesidades de la empresa.
El Dr. John Hartley se encargó del desarrollo del proyecto, que fue relativamente rápido. En 2002, FibreForce tenía el perfil plano de carbono estaba en plena producción en serie con múltiples máquinas. La empresa fabricaba unos 6000 metros de perfil plano de carbono al día.
El desarrollo del método de fabricación permitió esta rápida progresión del prototipo a plena producción. Bajo la dirección del Dr. Hartley, FibreForce pasó de una cadena de producción a tres y, finalmente, a seis. Además, sustituyó el corte manual por un sistema de sierra automatizado que realizaba el corte y el biselado en línea.
La producción continuó hasta 2009. En ese momento se introdujo una tecnología alternativa, avanzando en la composición de material madera/carbono. En 2011, Mark Hancock, de Vestas Wind Systems, volvió a introducir los perfiles planos de carbono en las turbinas eólicas, esta vez sin madera. Entonces, se introdujo la «cubierta de viga», como se denomina en la actualidad.
A día de hoy
Según el artículo:
“Los diseñadores de productos y los ingenieros siguen utilizando esas medidas originales de rendimiento mecánico de los productos de 38×6 mm en las especificaciones técnicas, aunque se están acercando a su límite de rendimiento”.
En los diez últimos años, avances tecnológicos como el uso de resinas epoxi han permitido que las nuevas «cubiertas de viga» superen las limitaciones mecánicas anteriores. Ahora que esta tecnología se ha consolidado, las palas de las turbinas eólicas reciben mayor impulso y empuje. Eso se traduce en un aumento de la capacidad de producción y en un incremento continuo de la longitud de las palas.
Por su parte, el Dr. John Hartley desarrolla un papel activo en el proceso de expertos en I+D de Exel Composites. Como experto en pultrusión, Exel Composites puede aportar asesoramiento sobre todas las posibilidades para diferentes aplicaciones de los clientes.
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Fuente: Energy News
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