Máximo rendimiento energético gracias a las superficies perfectas

Para reducir la resistencia del aire y retrasar la erosión, las palas del rotor se pintan después de su fabricación. El correcto lijado de las superficies de PRFV es esencial para una óptima adhesión de la pintura. Esto se puede comprobar y optimizar con el dispositivo móvil de medición de la rugosidad en 3D MarSurf CM mobile y, en última instancia, también aumentar la producción de electricidad respetuosa con el clima.

Los aerogeneradores de Fraunhofer IWES generan hasta 70 veces más energía durante su vida útil que la que se necesita para su producción, uso y eliminación. Esto hace que esta tecnología sea muy interesante no sólo desde el punto de vista ecológico, sino también económico. Para maximizar su rendimiento energético, las turbinas han crecido considerablemente en altura en los últimos años: sólo las palas del rotor, cuyas puntas giran a velocidades de hasta 300 kilómetros por hora, tienen ahora hasta 120 metros de largo y pesan hasta 40 toneladas. Su rendimiento se comprueba en el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Eólica (IWES ). Como instituto industrial, Fraunhofer IWES se ha dedicado por completo a la energía eólica y a la tecnología del hidrógeno. En el Centro de Demostración IWES BladeMaker de Bremerhaven se desarrollan tecnologías de fabricación y soluciones de automatización para la producción de palas de rotor.

Procesos complejos de rectificado Las palas del rotor están compuestas principalmente por resinas epoxi y fibras de vidrio. Para eliminar las irregularidades y preparar las superficies para su posterior pintado, los componentes en bruto se lijan manualmente. Esto se debe a que las superficies de PRFV pueden tener diversas estructuras superficiales debido a su heterogeneidad material y a posibles inclusiones de aire en la resina, que tienen un efecto negativo en la adhesión o en la superficie del revestimiento. En el mecanizado de PRFV también se producen diferentes mecanismos de separación, que se derivan de la dirección de corte del grano abrasivo hacia la fibra de vidrio y dependen de si quedan expuestas en la superficie pequeñas zonas de resina pura o haces de fibras. "Esto puede dar lugar a diferentes estructuras superficiales y a un mayor desgaste del grano abrasivo. Esto hace que se necesite mucho tiempo para establecer una calidad de superficie consistente en toda la superficie de la pala del rotor", explica Sören Eden, investigador asociado de IWES. "Nos interesaba saber cómo debe ser la superficie y el proceso de esmerilado asociado para que la capa de pintura aguante mejor en condiciones de erosión". Hasta ahora, esto se ha hecho principalmente utilizando valores empíricos de los fabricantes de abrasivos y pinturas.

Tecnología de medición confocal para combatir la erosión

La capa de pintura protege contra la radiación UV y es importante para la aerodinámica: las superficies lisas tienen menos resistencia al aire, por lo que el rendimiento del viento aumenta. Para garantizar la mejor calidad posible del pretratamiento de las superficies y el mismo nivel de adherencia de la pintura, Fraunhofer IWES buscaba un sistema de medición que pudiera cartografiar de forma fiable las topografías de las superficies y las propiedades de rugosidad bidimensional en el rango de los micrómetros inferiores, antes y después de la pintura. "Otro aspecto era la movilidad de un sistema de este tipo: al fin y al cabo, estamos trabajando con componentes de gran tamaño, no podemos serrar nada y llevarlo un momento. El dispositivo de medición debe acercarse a la pieza, no al revés", explica Eden. Debido al tamaño de los componentes y a la heterogeneidad de las estructuras superficiales, se descartaron desde el principio los sistemas de medición táctil, ya que una reproducción perfecta de la estructura sólo puede lograrse con un sistema 3D. Eden empezó a buscar un sistema adecuado y encontró lo que buscaba en el fabricante de tecnología de medición Mahr. La empresa de Göttingen ofrece actualmente el único dispositivo móvil confocal de alta resolución del mercado.

Mediciones de prueba in situ

El científico invitó a los profesionales de la tecnología de medición a la IWES de Bremerhaven. En su equipaje: un dispositivo de demostración del MarSurf CM móvil, que Christopher Wallmann, ingeniero de ventas de campo de Mahr, presentó al equipo de IWES y con el que inmediatamente realizó mediciones de prueba en las palas del rotor durante esta primera cita. "Este dispositivo está listo para su uso in situ en pocos minutos. Sólo pesa ocho kilos y es correspondientemente flexible", explica Wallmann. "Incluso las mediciones de gran superficie en objetos con un radio de curvatura, como es el caso de las palas del rotor, son posibles con precisión gracias a la función de trazado de formas integrada." El sistema de medición óptica se basa en la tecnología confocal y también es adecuado para su uso en entornos de producción difíciles. Muchos ajustes de medición pueden cargarse mediante la función de plantillas al iniciar el sistema; los usuarios sólo tienen que cargar la plantilla prevista para la medición. A continuación, el rango de medición se ajusta automáticamente mediante el llamado Range Finder. "Durante el cosido, en el que las imágenes individuales se combinan para formar una imagen global, la función de trazado de formas permite una medición rápida y calcula al mismo tiempo la curvatura de la superficie", explica el especialista en medición. El tiempo de medición típico es de cinco a diez segundos; los resultados de la medición se transfieren directamente a un protocolo de medición de libre definición. El MarSurf CM móvil está en uso en Bremerhaven desde junio de 2020. Forma parte de la cartera óptica de Mahr, que incluye la interferometría de luz blanca y la perfilometría, además de los dispositivos confocales.

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