Desarrollo de materiales biocompuestos a partir de fibras naturales colombianas para la fabricación de un prototipo de álabe de un aerogenerador de bajas velocidades de viento

Abstract

RESUMEN : Los materiales compuestos de matriz polimérica se caracterizan por sus atributos en aplicaciones de alto desempeño donde se requieren altas propiedades mecánicas y bajo peso. Normalmente, se logra con el uso de fibras sintéticas o inorgánicas; como las fibras de vidrio o de carbono, sin embargo, en la actualidad esta clase materiales han generado un impacto ambiental de gran magnitud, debido a su disposición al final de su ciclo de vida. Por consiguiente, la ciencia e ingeniería de materiales está migrando hacia nuevas propuestas de materiales amigables con el medio ambiente, es así, que las fibras naturales se han convertido en un campo muy atractivo como refuerzo en materiales compuestos por sus buenas propiedades mecánicas, lo que ha permitido la construcción de elementos de ingeniería más ligeros y con buenas prestaciones en servicio. Estos materiales llamados comúnmente biocompuestos, requieren de investigación para determinar sus propiedades y los parámetros de procesamiento para obtener piezas funcionales. En ese sentido, existe un campo de aplicación a explotar con los biocompuestos en los álabes de aerogeneradores que están fabricados en su mayoría de materiales compuestos con fibras sintéticas, que luego de su tiempo de funcionamiento o vida útil representan un foco de contaminación, debido a las bajas alternativas para ser reutilizados y el gran consumo de energía en este procesamiento. Por lo tanto, en este proyecto se investigó el efecto que representa la disposición de tejidos de fibra naturales colombianas en las propiedades mecánicas de un material biocompuesto, y su utilidad en aplicaciones de álabes de aerogeneradores de bajas velocidades de viento. A partir de esto, se determinó el material biocompuesto más adecuado como el sistema Epoxi/Fique, basado en criterios de costos, disponibilidad, propiedades mecánicas y menor impacto ambiental. Además, se realizó un modelamiento numérico que permitió identificar el efecto de la disposición de los tejidos de fique en el laminado que compone la geometría de un alabe de aerogenerador de eje vertical para bajas velocidades de viento. Así, con este desarrollo experimental y numérico, se realizó la fabricación de una sección de cuatro álabes que en conjunto forman un perfil aerodinámico multielemento bajo el proceso de infusión al vacío utilizando el biocompuesto Epoxi/Fique. Con la presente investigación, se muestran las fibras naturales colombianas en especial la fibra de fique, como una alternativa viable para la fabricación de alabes para un aerogenerador con materiales amigables con el medio ambiente.