Nova parceria criada para produzir materiais leves para a indústria espacial
O Instituto de Ciência e Tecnologia do Luxemburgo (LIST) anunciou uma nova parceria com a empresa luxemburguesa Gradel para a investigação e produção de estruturas ultra-leves para a indústria aeronáutica e espacial. Serão produzidas peças para três gigantes europeus da construção de satélites: Thales Alenia Space (França), Airbus Defence and Space (França) e OHB (Alemanha).
No domínio do espaço e dos satélites, o peso é caro. Quanto mais pesado for um produto destinado a ser transportado para o espaço, mais caro será o seu custo. De facto, a estimativa atual é de custos de cerca de 5 000-10 000 euros por quilograma, o que significa que qualquer perda de peso é benéfica do ponto de vista financeiro para as empresas que enviam satélites para o espaço.
A nova parceria tem por objetivo produzir estruturas muito resistentes, mas ultra-leves, utilizando polímeros reforçados com fibras de carbono (CFRP) contínuos num processo de enrolamento de filamentos que cria estruturas 3D ultra-leves.
A fibra de carbono é revestida com um polímero que solidifica todo o objeto, tornando-o extremamente sólido e resistente. As fibras de carbono impregnadas são enroladas para formar um desenho optimizado de malha 3D que confere à peça as suas propriedades mecânicas especiais.
Dois projectos serão realizados nos laboratórios LIST-Gradel, o primeiro denominado "xFKin3D", consiste em fabricar peças à mão com a tecelagem manual de filamentos. O seu objetivo será a demonstração de padrões de utilização espacial de peças estruturais produzidas pela tecnologia xFKin3D.
O segundo projeto, conhecido como "Robotised xFKin3D", será o desafio de produzir as mesmas peças do primeiro projeto, mas com a utilização de um novo braço robótico recentemente instalado no LIST, tornando-o num processo de fabrico totalmente automatizado, garantindo uma excelente repetibilidade, com a mesma resistência e qualidade, mas numa escala maior.
Os componentes produzidos destinam-se a ser utilizados em tudo o que é suporte de antena, suporte para equipamentos em satélites. Atualmente, muitas destas peças são metálicas e, por isso, relativamente pesadas. O objetivo é abandonar as peças metálicas e, com esta nova tecnologia da LIST e da Gradel, produzida no Luxemburgo, é possível reduzir o peso até 75%, o que permite às empresas poupar custos consideráveis.
Ambos os projectos são apoiados pelo programa espacial nacional luxemburguês LuxIMPULSE, que tem por objetivo fornecer financiamento para ajudar as empresas estabelecidas no Luxemburgo a introduzir ideias inovadoras no mercado. O programa é gerido pela Agência Espacial Luxemburguesa (LSA) em conjunto com a Agência Espacial Europeia (ESA).
Nova fibra de carbono para pás de turbinas eólicas pode trazer benefícios em termos de custo e desempenho
Um novo material de fibra de carbono poderá trazer benefícios em termos de custos e de desempenho para a indústria eólica se for desenvolvido comercialmente, de acordo com um estudo conduzido por investigadores dos Laboratórios Nacionais Sandia.
As pás eólicas que contêm fibra de carbono pesam menos 25% do que as fabricadas com materiais tradicionais de fibra de vidro. Isto significa que as pás de fibra de carbono podem ser mais longas do que as de fibra de vidro e, por conseguinte, captar mais energia em locais com pouco vento. A mudança para fibra de carbono pode também prolongar o tempo de vida das pás, uma vez que os materiais de fibra de carbono têm uma elevada resistência à fadiga, afirmou Brandon Ennis, investigador na área da energia eólica nos Laboratórios Sandia e investigador principal do projeto.
O projeto é financiado pelo Gabinete de Tecnologias de Energia Eólica do DOE no Gabinete de Eficiência Energética e Energias Renováveis. Os parceiros do projeto incluem o Laboratório Nacional de Oak Ridge e a Universidade Estatal de Montana.
De todas as empresas que produzem turbinas eólicas, apenas uma utiliza extensivamente materiais de fibra de carbono nos seus projectos de pás. As pás das turbinas eólicas são as maiores estruturas compósitas de peça única do mundo e a indústria eólica poderia representar o maior mercado de materiais de fibra de carbono em peso se estivesse disponível comercialmente um material que competisse em termos de custo-valor com os compósitos reforçados com fibra de vidro, afirmou Ennis.
O custo é a principal consideração durante a conceção dos componentes na indústria eólica, mas os fabricantes de turbinas também têm de construir pás que resistam às cargas de compressão e de fadiga que as pás sofrem à medida que rodam durante 30 anos.
Ennis e os seus colegas perguntaram-se se uma nova fibra de carbono de baixo custo desenvolvida no Laboratório Nacional de Oak Ridge poderia satisfazer as necessidades de desempenho e, ao mesmo tempo, trazer benefícios em termos de custos para a indústria eólica. Este material começa com um precursor amplamente disponível na indústria têxtil que contém feixes espessos de fibras acrílicas. O processo de fabrico, que aquece as fibras para as converter em carbono, é seguido de uma etapa intermédia que puxa a fibra de carbono para formar pranchas. O processo de pultrusão para fabrico de pranchas cria fibra de carbono com elevado desempenho e fiabilidade, necessários para o fabrico de lâminas, e permite também uma elevada capacidade de produção.
Quando a equipa de investigação estudou esta fibra de carbono de baixo custo, descobriu que tinha um desempenho melhor do que os materiais comerciais actuais em termos de propriedades específicas de custo de maior interesse para a indústria eólica.
O ORNL forneceu amostras de desenvolvimento de fibra de carbono da sua instalação de tecnologia de fibra de carbono e compósitos feitos com este material, bem como compósitos semelhantes feitos com fibra de carbono disponível no mercado para comparação.
Colegas da Montana State University mediram as propriedades mecânicas da nova fibra de carbono em comparação com a fibra de carbono disponível no mercado e com os compósitos de fibra de vidro padrão. De seguida, Ennis combinou estas medições com resultados de modelação de custos do ORNL. Utilizou esses dados numa análise de conceção de lâminas para avaliar o impacto no sistema da utilização da nova fibra de carbono, em vez da fibra de carbono ou fibra de vidro padrão, como principal suporte estrutural numa lâmina eólica. O estudo foi financiado pelo Gabinete de Tecnologias de Energia Eólica do Departamento de Energia dos EUA.
Ennis e os seus colegas descobriram que o novo material de fibra de carbono tinha 56% mais resistência à compressão por dólar do que a fibra de carbono disponível no mercado, que é a base de referência da indústria. Normalmente, os fabricantes acomodam uma menor resistência à compressão utilizando mais material para fazer um componente, o que aumenta os custos. Tendo em conta a maior resistência à compressão por custo da nova fibra de carbono, os cálculos de Ennis previram uma poupança de cerca de 40% nos custos de material para uma longarina, que é o principal componente estrutural de uma pá de turbina eólica, fabricada com a nova fibra de carbono em comparação com a fibra de carbono comercial.