Electrónica impresa y nuevos materiales para optimizar el mantenimiento y sostenibilidad de aerogeneradores
El centro tecnológico Tekniker aplica su conocimiento en materiales y en la tecnología de electrónica impresa en el proyecto europeo EOLIAN para integrar sensores y actuadores en composites utilizados para la fabricación de palas de aerogeneradores.
La electrónica impresa sobre sustratos flexibles o no convencionales se posiciona como una tecnología clave para el futuro de la industria, con un enorme potencial para ofrecer soluciones innovadoras en sectores como la energía, la automoción o la salud.
El mercado global de esta tecnología está experimentando un crecimiento notable. Según la consultoría Fortune Business Insights, en 2023 registró un valor de 11.740 millones de dólares y se proyecta que alcance los 69.540 millones de dólares en 2032. Este crecimiento abarca diversas etapas de la cadena de valor, incluyendo técnicas de serigrafiado y montaje de dispositivos.
Euskadi, con una sólida base industrial y experiencia en manufactura avanzada, está bien posicionada para integrarse en este mercado emergente.
Dentro de este auge de la electrónica impresa, se espera que la tecnología IME (In Mold Electronics) tenga un fuerte impulso en la próxima década. A diferencia de la electrónica tradicional, compuesta por PCBs (Printed Circuit Boards) con sustratos rígidos de fibra de vidrio y resina epoxi, la electrónica flexible emplea sustratos no convencionales como polímeros flexibles o fibra de vidrio. Esto facilita el desarrollo de diseños más ligeros y adaptables a superficies curvas que pueden integrarse fácilmente en distintas estructuras y crear productos con capacidades electrónicas embebidas en la propia pieza.
Además de reducir el peso y el volumen de los dispositivos, este enfoque también permite procesos de fabricación más limpios y eficientes. Técnicas como la impresión aditiva sobre sustratos eliminan la necesidad de grabado químico, reduciendo el uso de sustancias nocivas y el consumo energético.
El enfoque multidisciplinar del centro tecnológico Tekniker, que combina conocimiento en materiales funcionales, diseño y desarrollo de producto electrónico y procesos de fabricación (impresión, termoformado, inyección, micro-nano fabricación, funcionalización de superficies, etc.), permite abordar proyectos con un alto grado de personalización y una clara adaptación a los requisitos específicos de cada sector.
En esta línea se enmarca la participación del centro en la iniciativa europea EOLIAN, financiada por la Unión Europea (UE) con el objetivo de conseguir una nueva generación de turbinas eólicas inteligentes y sostenibles.
El desafío del proyecto
Las palas del rotor de las enormes turbinas eólicas terrestres y marinas actuales se fabrican principalmente con polímeros reforzados con fibra, también conocidos como materiales compuestos.
Estos materiales, resistentes y duraderos, permiten la fabricación de palas más largas y ligeras con una forma aerodinámica optimizada, lo que permite obtener más energía eólica. Sin embargo, la reparación de los compuestos utilizados en las palas existentes puede ser problemática, y las soluciones de reciclaje aún no están ampliamente disponibles.
La industria eólica tiene el compromiso de mejorar su sostenibilidad reduciendo el impacto ambiental a lo largo de todo el ciclo de vida de una turbina eólica. En un enfoque de economía circular, esto incluye prolongar la vida útil de las turbinas eólicas, mejorar su reciclabilidad y minimizar los residuos.
La UE ha establecido ambiciosos objetivos de crecimiento para esta energía renovable y, a medida que se instalan más parques eólicos, será crucial desarrollar nuevos materiales y tecnologías que permitan que las palas funcionen de forma fiable durante más tiempo, que se puedan reparar con mayor facilidad y que se reutilicen o reciclen al final de su vida útil.
El proyecto EOLIAN busca resolver estos problemas mediante el desarrollo de palas con nuevos materiales reparables y reciclables.
Tekniker se encarga de desarrollar resinas reciclables y biobasadas para el desarrollo de composites de fibra de vidrio y fibra de basalto.
La labor de Tekniker
Dentro del proyecto, Tekniker se encarga de desarrollar resinas reciclables y biobasadas para el desarrollo de composites de fibra de vidrio y fibra de basalto, y adecuar su proceso de reciclado.
Además, a través de su experiencia en la electrónica impresa, el centro trabaja en la integración en el material compuesto de sensores (detectores de erosión, hielo y salud estructural) y actuadores (calefactores) impresos.
La pala EOLIAN ofrecerá una mayor vida útil, mejor mantenibilidad y fiabilidad, junto con una mayor sostenibilidad y reciclabilidad. Entre los beneficios esperados destacan que tendrán un 20% más de vida útil que las actuales, serán un 20% más rápidas de reparar, se reducirá la acumulación de hielo en un 75%, se reducirá el coste de reciclaje en un 40% y se reducirán los costes del ciclo de vida del aerogenerador en un 15%.
Además, como resultado, se conseguirá una importante reducción de peso y complejidad al integrar la electrónica directamente en la estructura; la estructura contará con la capacidad de monitorización continua sin elementos externos añadidos; y se obtendrá una mejora en términos de seguridad, eficiencia y vida útil.
Los sensores de detección de hielo y el sistema de calentamiento (pista de calentamiento) integrados se imprimirán con tintas conductoras en fibra de vidrio continua y esta fibra de vidrio impresa se emplea para la preparación de un material compuesto mediante un proceso de infusión al vacío con resinas epoxi.
Una vez que el hielo se acumula en el compuesto, el sensor impreso es capaz de detectarlo (basado en un umbral previamente definido en el laboratorio). La señal de detección es procesada por un hardware de control que también enciende el calentador para iniciar el deshielo del compuesto y una luz led para advertir sobre la ignición del calentador.
