El candidato a doctorado Emad Fakhimi y el profesor Suong Van Hoa del Centro de Materiales Compuestos de Concordia lideraron el proyecto que podría transformar la producción de turbinas eólicas pequeñas para edificios y entornos urbanos, según la Universidad Concordia.

El nuevo método resuelve uno de los principales obstáculos en la fabricación de turbinas eólicas de eje vertical: la producción de aspas curvas. Tradicionalmente, este proceso requiere moldes especializados y procesos de formado personalizados que encarecen la producción, aumentan el tiempo de fabricación y añaden peso adicional a las aspas, según los investigadores.

Proceso de diseño inverso elimina moldes tradicionales

El equipo de Concordia desarrolló un proceso de diseño "inverso" que invierte la lógica de fabricación convencional. En lugar de comenzar con la disposición de fibra de carbono y observar qué forma resulta, los investigadores primero determinan la forma de aspa deseada y luego calculan exactamente cómo organizar y posicionar las capas de fibra de carbono para que el aspa adopte la forma correcta durante la fabricación, según el estudio.

Este enfoque utiliza impresión 4D, una tecnología que permite que los materiales cambien de forma después de ser fabricados. El equipo comienza con láminas planas de compuestos de carbono o epoxi. Después del curado y enfriamiento, estas láminas se curvan automáticamente hasta adoptar la forma curva necesaria. Esto ocurre porque las diferentes capas del compuesto están diseñadas con propiedades variables, según los investigadores.

Al planificar las capas con anticipación, el equipo pudo fabricar aspas de turbina sin necesidad de pasos adicionales de moldeado. El método de producción simplificado elimina la necesidad de moldes pesados mientras mantiene la forma exacta del aspa requerida para que las turbinas funcionen correctamente, según la Universidad Concordia.

Reducción de peso del 80% mejora rendimiento

Las pruebas demostraron que las aspas compuestas terminadas eran muy similares en forma a las aspas comerciales de aluminio para turbinas. La mayor ventaja provino de su peso: las aspas compuestas eran 80% más ligeras que aspas de aluminio similares, lo que las hace más fáciles de fabricar e instalar, según el estudio.

Las pruebas de laboratorio también mostraron un mejor rendimiento de las turbinas. Las turbinas con aspas compuestas giraron más rápido que aquellas con aspas de aluminio, lo que sugiere que el diseño más ligero podría ayudar a generar más energía en condiciones similares, según los investigadores.

Las turbinas eólicas de eje vertical se están volviendo más comunes en ciudades porque funcionan bien con vientos cambiantes y se adaptan fácilmente a edificios, según la Universidad Concordia. Sin embargo, la fabricación de sus aspas curvas ha seguido siendo difícil hasta ahora.

Aplicaciones potenciales más allá de la energía eólica

Los investigadores creen que el enfoque de fabricación podría reducir los costos de producción de turbinas eólicas pequeñas y ayudar a más personas a utilizar tecnología de energía renovable ligera, según el estudio publicado en Polymer Composites.

Dado que este método utiliza fabricación simple y materiales compuestos, también podría funcionar para otros proyectos de ingeniería que necesiten piezas curvas y ligeras, según los investigadores.

Más allá de la energía renovable, este enfoque de diseño inverso podría ayudar a los ingenieros a fabricar piezas compuestas complejas con menos pasos, usando menos material y reduciendo costos, según la Universidad Concordia. A medida que más industrias buscan estructuras más ligeras y eficientes, este nuevo proceso podría ser una alternativa práctica a los métodos tradicionales basados en moldes, según los investigadores.

El método desarrollado en Concordia representa un avance en la fabricación de componentes para energía renovable distribuida, particularmente para instalaciones urbanas y en azoteas donde el peso y la facilidad de instalación son factores críticos. La combinación de reducción de peso, simplificación del proceso de fabricación y mantenimiento del rendimiento podría acelerar la adopción de turbinas eólicas de pequeña escala en entornos urbanos donde la energía renovable descentralizada es cada vez más necesaria.