Determinación y análisis de propiedades mecánicas de materiales compuestos utilizados en álabes de turbinas eólicas de manufactura nacional

Abstract

This work is focused on the determination of the tensile mechanical properties of a composite material reinforced with uniaxial glass fibers and a polymeric matrix through mechanical test, used in the blades of a wind turbine of national manufacture, applying the conditions established by ISO 527-1 and ISO 527-5. The mechanical properties obtained and analyzed were the modulus of elasticity, maximum stress, unit deformations and Poisson’s ratio. The expected theoretical results were determined beforehand and these data were used in the ANSYS finite element computer program to estimate the real failure and to observe the deformations against the applied loads. Where the determination of the principal stresses, the deformations in the principal directions (x,y,z) are determined theoretically by the volume fraction method using data from technical data sheets provided by the suppliers directed to the CIATEQ research center in Queretaro. For the experimental process, specimens were fabricated at the CIATEQ research center, and mechanical test were performed on the university machine, on loan from the Institute of Metallurgy at the Universidad Michoacana de San Nicalás de Hidalgo. At the end, both results were compared and it was observed that better results were obtained in the experimental test than the estimated ones, obtaining in the same way the uncertainty parameter. This gave way to future research to determine the other mechanical components of this composite material and to be able to estimate the failure in the blades of national manufacture, through the finite element computational program.

Este trabajo está enfocado en la determinación de las propiedades mecánicas a tensión para un material compuesto reforzado con fibras de vidrio uniaxial y una matriz polimérica a través de ensayos mecánicos, utilizado en los álabes de una turbina eólica de manufactura nacional, aplicando las condiciones que marca la norma ISO 527-1 y la norma ISO 527-5. Las propiedades mecánicas obtenidas y analizadas fueron los Módulos de elasticidad, los esfuerzos máximos, las deformaciones unitarias y el coeficiente de Poisson. Se determinan de antemano los resultados teóricos esperados y se utilizaron dichos datos en el programa computacional de elemento finito ANSYS para estimar la falla real y observar las deformaciones contra las cargas aplicadas. Donde la determinación de los esfuerzos principales, las deformaciones en las direcciones principales denominadas (x,y,z) son determinadas teóricamente por el método de fracción volumétrica utilizando datos de fichas técnicas proporcionadas por los proveedores dirigidas para el centro de investigación CIATEQ, con sede en Querétaro. Para el proceso experimental, se fabricaron las probetas en el centro de investigación CIATEQ, y se realizaron los ensayos mecánicos en la maquina universidad, prestada del Instituto de Metalurgia en la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Al final se compararon ambos resultados y se observó que se obtuvieron mejores resultados en las pruebas experimentales que las estimadas, obteniendo de igual manera el parámetro de incertidumbre. Dando entrada a futuras investigaciones para la determinación de las otras componentes mecánicas de dicho material compuesto y poder estimar la falla en los álabes de manufactura nacional, a través del programa computacional de elemento finito.