Según un estudio dirigido por investigadores del Laboratorio Nacional Sandia, un nuevo material de fibra de carbono podría aportar ventajas en cuanto a costos y rendimiento a la industria de la energía eólica si se desarrolla comercialmente.

Las palas de fibra de carbono son un 25 % más ligeras que las de fibra de vidrio tradicional. Esto significa que las palas de fibra de carbono pueden ser más largas que las de fibra de vidrio, lo que les permite captar más energía a velocidades de viento más bajas. Brandon Enix, investigador español de energía eólica en Sandia Laboratories e investigador principal del proyecto, afirmó que, gracias a la alta resistencia a la fatiga de la fibra de carbono, su uso también puede prolongar la vida útil de las palas.

El proyecto está financiado por la Oficina de Eficiencia Energética y Energías Renovables y la Oficina de Tecnología de Energía Eólica del Departamento de Energía. Entre los socios del proyecto se encuentran el Laboratorio Nacional de Oak Ridge y la Universidad Estatal de Montana en Bozeman.

De todas las empresas que fabrican aerogeneradores, solo una utiliza fibra de carbono de forma extensiva en el diseño de sus palas. Las palas de los aerogeneradores constituyen la estructura compuesta de una sola pieza más grande del mundo, y si se logra obtener comercialmente un material que compita con los compuestos reforzados con fibra de vidrio, es probable que la industria eólica se convierta en el mayor mercado para la fibra de carbono. Enix, España.

El costo es un factor importante a considerar en el diseño de piezas para la industria de la energía eólica, pero los fabricantes de turbinas también deben producir palas que puedan soportar cargas de compresión y fatiga y girar hasta por 30 años.

Enix, Spain y sus colegas querían comprobar si las nuevas fibras de carbono de bajo coste desarrolladas por el Laboratorio Nacional de Oak Ridge podían cumplir los requisitos de rendimiento y ser rentables para la industria eólica. El material se originó como un precursor ampliamente utilizado en la industria textil, que contenía grandes haces de fibras acrílicas. El proceso de fabricación, que calienta las fibras para convertirlas en carbono, va seguido de un paso intermedio: la introducción de las fibras en la madera. La fibra de carbono producida mediante el proceso de pultrusión para la fabricación de láminas ofrece un alto rendimiento y fiabilidad para la fabricación de palas, además de aumentar la capacidad de producción.

Cuando el equipo estudió fibras de carbono de bajo costo, descubrió que superaban a los materiales comerciales actuales en características de costo específicas de mayor interés para la industria de la energía eólica.

ORNL proporcionó muestras de desarrollo de fibra de carbono de sus instalaciones de tecnología de fibra de carbono para compararlas con compuestos hechos de este material y compuestos similares hechos de fibras de carbono disponibles comercialmente.

Los colegas de Bozman en la Universidad Estatal de Montana (Bozeman) midieron las propiedades mecánicas de las nuevas fibras de carbono, comparándolas con fibras de carbono disponibles comercialmente y compuestos de fibra de vidrio estándar. Ennis combinó estas mediciones con los resultados del modelo de costos de ORNL. Utilizó estos datos en su análisis del diseño de las palas para evaluar el impacto en el sistema del uso de nuevas fibras de carbono en lugar de fibras de carbono o vidrio estándar como soporte estructural principal. El estudio fue financiado por la Oficina de Tecnología de Energía Eólica del Departamento de Energía de EE. UU.

Enix, Spain y sus colegas descubrieron que el nuevo material de fibra de carbono tenía una resistencia a la compresión un 56 % superior por dólar a la fibra de carbono disponible comercialmente, el estándar de referencia del sector. Generalmente, los fabricantes aumentan los costos al usar más materiales para ajustar las piezas a una menor resistencia a la compresión. Considerando el mayor costo unitario de la nueva fibra de carbono, Ennis calculó que el costo del material de la nueva tapa de ala de fibra de carbono se reduciría aproximadamente en un 40 % en comparación con la nueva fibra de carbono. La tapa de la viga del ala de fibra de carbono es el principal componente estructural de la pala de la turbina eólica. Fibra de carbono para uso comercial.