Avançados materiais e processos de fabricação significam que as pás podem acompanhar de forma eficiente e econômica a instalação de torres mais altas e turbinas eólicas maiores. (Foto: Composites One)

A indústria eólica tem estabelecido recordes de instalação nos últimos anos. Essa tendência pode continuar com a capacidade eólica global prevista para dobrar nos próximos cinco anos, de acordo com o Conselho Global de Energia Eólica. Esta tendência de crescimento é graças, em parte, a um mercado eólico offshore em desenvolvimento e a turbinas eólicas maiores com lâminas mais longas.

“A indústria eólica tem aumentado o comprimento das lâminas em aproximadamente 6,5 pés por ano nos últimos 10 anos”, disse Mark Kirk, CCT, Gerente de Vendas de Energia Eólica da Composites One. “Este aumento no comprimento permitiu à indústria aumentar a produção usando turbinas maiores e, portanto, diminuir o custo da energia”

No entanto, quanto mais longa a lâmina, mais confiabilidade e estabilidade estão em questão. Kirk atribui materiais e fabricação para permitir que as pás das turbinas acompanhem as torres em constante crescimento. “Devido aos materiais compostos, as pás podem girar mais rápido e capturar ventos a menor velocidade. Os compósitos oferecem aos fabricantes de vento força e flexibilidade no processamento com o benefício adicional de um material leve”, diz ele.

Os compósitos são feitos de dois ou mais materiais com propriedades físicas ou químicas diferentes que, quando combinados, não se misturam totalmente, mas se tornam mais fortes e duráveis. Os materiais para o mercado de lâminas de turbinas eólicas incluem resinas de poliéster reforçado com fibra de vidro, epóxi reforçado com fibra de vidro e epóxi reforçado com fibra de carbono.

“A combinação de fibras de vidro com uma matriz de resina resulta em compósitos que são fortes, leves, resistentes à corrosão e dimensionalmente estáveis. Eles também oferecem boa flexibilidade de projeto e alta resistência elétrica, e normalmente exigem custos de fabricação mais baixos”, diz Kirk, que aponta que materiais compostos de alta resistência, como fibra de carbono e epóxis, agora também estão sendo usados para lâminas de alto desempenho.

“As lâminas e componentes das turbinas de hoje devem atender a propriedades mecânicas rigorosas, como alta rigidez e resistência à torção e à fadiga. Além dessas propriedades mecânicas, o produto acabado deve oferecer excelente resistência à corrosão e uma tolerância a altas temperaturas. Os materiais compostos podem oferecer maior rigidez em muitos casos e peso reduzido nas peças acabadas”, acrescenta ele.

Mas não é tudo. Devido à sua flexibilidade, os materiais compósitos facilitam os reparos para os técnicos de vento e proporcionam uma maior vida útil das lâminas. Os materiais também podem ser usados para outros componentes de turbinas. “A mudança para coberturas de nacele compósitas, giros de compósitos e, em alguns casos, a moldagem mais avançada de fechamento desses componentes compostos, também reduziu o peso total das unidades em relação ao aço e alumínio tradicionais, de modo que os custos das turbinas estão diminuindo”

Materiais compõem mais de 90% dos custos de fabricação de uma pá, por isso, se as turbinas vão crescer em tamanho com sucesso, custos reduzidos são fundamentais. “O desafio para a indústria eólica atual é claro”, diz Alexis Crama, Vice-Presidente de Desenvolvimento Offshore da LM Wind Power. “A indústria deve aumentar a produção anual de energia e reduzir os custos através da inovação no uso de materiais e tecnologias de fabricação, tudo isso considerando a confiabilidade e a manutenção eficiente das turbinas durante a operação”

Ele diz que à medida que as pás das turbinas ficam mais longas e mais projetos offshore se desenvolvem, a demanda por maior confiabilidade e custos mais baixos só vai aumentar por parte dos desenvolvedores de parques eólicos. “A construção de pás maiores apresenta novos desafios de projeto, que em muitos aspectos envolvem repensar os materiais, a estrutura e outras características. As pás do rotor são indiscutivelmente uma das peças mais influentes em termos de custo de energia”

Durante a construção da lâmina mais longa do mundo até hoje (a 88,4 metros – a lâmina está atualmente sendo testada para validação do produto na Dinamarca), a LM Wind Power revelou recentemente uma pesquisa sobre um conceito modular de moldagem de lâminas para aumentar a flexibilidade na produção ao fazer lâminas maiores e mais longas. O novo processo estende o diâmetro do rotor através da fixação de comprimentos variáveis da ponta, sem a despesa adicional de construir um novo molde de pá.

Este processo permite a fabricação separada da pá e da ponta, seguida por uma técnica tradicional de união que monta permanentemente uma pá, explica Crama. “Através de uma combinação de custos de produção reduzidos, maior tamanho do rotor e produção otimizada da fazenda eólica, espera-se que esses produtos modulares reduzam o custo de energia para aplicações de lâminas offshore em cerca de 6 a 8%”.

Ele acrescenta: “Em última análise, os vencedores da indústria eólica de amanhã serão aqueles que puderem se adaptar, inovar e expandir ao menor custo”