DISEÑO DE UNA PALA DE AEROGENERADOR CON MATERIAL COMPUESTO DE MATRIZ TERMORREVERSIBLE

Abstract

El presente Trabajo de Fin de Grado explora el diseño y evaluación de un nuevo material compuesto de matriz epoxi termorreversible reforzado con fibra de vidrio y nanotubos de carbono. La creciente necesidad de soluciones más sostenibles en sectores como la energía eólica ha impulsado esta investigación, cuyo propósito es desarrollar materiales que mejoren la eficiencia operativa, la vida útil y la capacidad de reutilización en este tipo de infraestructuras. Para alcanzar estos objetivos, se ha llevado a cabo una fabricación de materiales de matriz epoxi con enlaces Diels-Alder y disulfuro, acorde a una metodología patentada que ha permitido, por primera vez, la elaboración de nanocompuestos y materiales compuestos con este tipo de polímero acorde a técnicas de fabricación convencionales. Tras la fabricación, se plantean análisis exhaustivos de las características mecánicas, térmicas y eléctricas, así como del potencial de reciclabilidad, tanto de la matriz reversible dopada con nanotubos como del material compuesto reforzado con fibra de vidrio. Los resultados muestran que los materiales desarrollados poseen propiedades mecánicas análogas a las de otros materiales compuestos convencionales de matriz epoxi con refuerzos similares. Su estructura química termorreversible les confiere, además, la capacidad de ser reciclados y reutilizados, lo que resulta en un material más sostenible. Asimismo, la adición de nanotubos de carbono aporta conductividad eléctrica al material, lo que da lugar a la posibilidad de crear estructuras inteligentes capaces de monitorizar por sí mismas esfuerzos mecánicos, ya que su resistencia eléctrica varía con el estado de deformación. Dicha conductividad eléctrica abre también la posibilidad de calentar el material por efecto Joule y activar la reversión de enlaces químicos en la matriz de forma autónoma. A destacar, el nanocompuesto elaborado, dopado con un 0,1 % en peso de nanotubos de carbono, muestra una sensibilidad a deformación uniaxial excepcionalmente elevada, con un factor de galga superior a 10, lo que contrasta con los habitualmente publicados en la bibliografía, que suelen ser próximos a 3, mientras el factor de galga del material compuesto reforzado con fibra de vidrio asciende a cerca de 140 por su menor conductividad. De cara a explorar futuras implementaciones industriales de este tipo de materiales, se realiza un estudio de aplicaciones potenciales de este tipo de materiales, determinándose el sector eólico como uno de los más afines. En base a ello, se realiza un ejercicio de diseño de una pala de un aerogenerador, realizando la selección de perfiles adecuados para optimizar el flujo de aire sobre la pala y una simulación de solicitaciones mecánicas en servicio con el software Ansys Workbench, y se lleva a cabo una evaluación en términos económicos y ambientales, a través de la herramienta Eco Audit del software Granta Edupack, de la implementación de este material. Aunque su fabricación implica una inversión inicial superior a la de materiales convencionales, su mayor durabilidad y la disminución de residuos derivada de su capacidad de reciclaje podrían compensar estos costes a largo plazo, favoreciendo la integración de este tipo de estructuras de material compuesto en modelos de economía circular.