De acordo com um estudo liderado por pesquisadores do Laboratório Nacional de Sandia, um novo material de fibra de carbono pode trazer vantagens de custo e desempenho para a indústria de energia eólica se desenvolvido comercialmente.

As lâminas feitas de fibra de carbono são 25 por cento mais leves do que aquelas feitas de fibra de vidro tradicional. Isso significa que as lâminas de fibra de carbono podem ser mais longas do que as lâminas de fibra de vidro, então elas podem capturar mais energia em velocidades de vento mais baixas. Brandon Enix, Espanha, pesquisador de energia eólica na Sandia Laboratories e pesquisador líder do projeto, disse que, devido à alta resistência à fadiga da fibra de carbono, portanto, o uso de fibra de carbono também pode estender a vida útil da lâmina.

O projeto é financiado pelo Office of energy efficiency and renewable energy e pelo wind energy technology office do Department of Energy. Os parceiros do projeto incluem o Oak Ridge National Laboratory e a Montana State University em Bozeman.

De todas as empresas que fabricam turbinas eólicas, apenas uma usa fibra de carbono extensivamente no design de suas pás. As pás de turbinas eólicas são a maior estrutura composta de peça única do mundo, e se um material que compete com compósitos reforçados com fibra de vidro puder ser obtido comercialmente, a indústria eólica provavelmente será o maior mercado para fibra de carbono. Enix, Espanha.

O custo é uma consideração importante no projeto de peças para a indústria de energia eólica, mas os fabricantes de turbinas também devem produzir pás que possam suportar cargas de compressão e fadiga, girando por até 30 anos.

Enix, Espanha e seus colegas queriam ver se as novas fibras de carbono de baixo custo desenvolvidas pelo Oak Ridge National Laboratory poderiam atender aos requisitos de desempenho e ser econômicas para a indústria de energia eólica. O material começou como um precursor amplamente usado na indústria têxtil, contendo grandes feixes de fibras acrílicas. O processo de fabricação que aquece as fibras para transformá-las em carbono é seguido pela etapa intermediária de puxar as fibras para dentro da madeira. A fibra de carbono produzida pelo processo de pultrusão de fabricação de chapas tem alto desempenho e confiabilidade para a fabricação de lâminas e aumenta a capacidade de produção.

Quando a equipe estudou fibras de carbono de baixo custo, eles descobriram que elas superaram os materiais comerciais atuais em características de custo específicas de maior interesse para a indústria de energia eólica.

O ORNL forneceu amostras de desenvolvimento de fibra de carbono de sua unidade de tecnologia de fibra de carbono para comparação com compósitos feitos desse material e compósitos semelhantes feitos de fibras de carbono disponíveis comercialmente.

Os colegas de Bozman na Montana State University-bozeman mediram as propriedades mecânicas das novas fibras de carbono, em comparação com fibras de carbono disponíveis comercialmente e compósitos de fibra de vidro padrão. Ennis então combina essas medições com os resultados de modelagem de custo do ORNL. Ele usou esses dados em sua análise de projeto de lâmina para avaliar o impacto no sistema do uso de novas fibras de carbono em vez de fibras de carbono ou vidro padrão como o principal suporte estrutural para as lâminas. O estudo foi financiado pelo Escritório de tecnologia de energia eólica do Departamento de Energia dos EUA.

Enix, Espanha e seus colegas descobriram que o novo material de fibra de carbono tinha uma resistência à compressão de 56 por cento por dólar a mais do que a fibra de carbono disponível comercialmente, a referência da indústria. Em geral, os fabricantes aumentam os custos usando mais materiais para ajustar as peças a uma resistência à compressão menor. Considerando o custo unitário mais alto da nova fibra de carbono, Ennis calculou que o custo do material da nova capa de asa de fibra de carbono seria reduzido em cerca de 40 por cento em comparação com a nova fibra de carbono. A capa de viga de asa de fibra de carbono é o principal componente estrutural da lâmina da turbina eólica. Fibra de carbono para uso comercial.