Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR APPLYING ADHESIVE BETWEEN A SOLAR MIRROR AND THE SUPPORTING STRUCTURE THEREOF
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/004439
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for applying adhesive between a solar mirror and the supporting structure thereof, including: a first step comprising the application of low-temperature atmospheric plasma to the organic layers protecting the mirror that are to receive the adhesive; a second step comprising the application of a base adhesive, selected from among polyurethane or silanes, to the areas treated in the first step; and a third step comprising the affixing of the supporting structure to the adhesive from the second step.

Inventors:
LATA PEREZ JESUS MARIA (ES)
LECUBE INCHAUSTI XABIER (ES)
Application Number:
PCT/ES2011/070487
Publication Date:
January 12, 2012
Filing Date:
July 05, 2011
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SENER ING & SIST (ES)
LATA PEREZ JESUS MARIA (ES)
LECUBE INCHAUSTI XABIER (ES)
International Classes:
C09J5/02; B29D11/00
Foreign References:
GB2104444A1983-03-09
US20090226747A12009-09-10
US5833889A1998-11-10
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
CARVAJAL Y URQUIJO, Isabel et al. (ES)
Download PDF:
Claims:
REIVINDICACIONES

1.-Procedimiento de adhesivado entre un espejo solar y su estructura soporte caracterizado por comprender:

- una primera etapa aplicación de plasma atmosférico de baja temperatura sobre las capas de naturaleza orgánica protectoras del espejo que van a recepcionar eí adhesivo,

una segunda etapa de aplicación de un adhesivo de base seleccionada entre poliuretano o silano, sobré las zonas tratadas en la primera etapa una tercera etapa de pegado de la estructura soporte sobre el adhesivo dé la etapa anterior.

2.- Procedimiento de adhesivado según la reivindicación 1 caracterizado por que la exposición por plasma atmosférico sobre las capas de naturaleza orgánica protectoras del espejo que van a recepcionar el adhesivo se realiza a una distancia de proyección de entre 10mm y 12 mm y velocidad de pasada de entre 20m/min y 30 m/min.

Description:
PROCEDIMIENTO DE ADHESIVADO ENTRE UN ESPEJO SOLAR Y SU

ESTRUCTURA SOPORTE

Campo de la invención

La presente invención se refiere al proceso de adhesivado de un espejo solar de Una planta industrial termosolar con el bastidor que lo soporta.

Antecedentes de la invención

La mayor parte de las plantas industriales termosoláres emplean espejos solares de alta reflectividad, agrupados en grandes estructuras móviles que concentran las reflexiones solares sobre un receptor por el que pasa un determinado fluido. Este fluido es calentado para su empleo posterior en la generación de energía eléctrica.

Las plantas solares de torre central usan un tipo de estructura móvil llamada helióstato. Cada helióstato contiene un grupo de espejos básicamente planos y cada planta solar necesita una enorme cantidad de helióstatos.

Los helióstatos se agrupan en torno a una torre y, mediante el control de sus movimientos, orientan los espejos de forma que el reflejo de los mismos apunte a un receptor situado en la parte superior de la torre.

Esta torre tiene habitualmente una altura de más de cien metros, lo que significa que la mayor parte de las reflexiones solares deben recorrer varios cientos de metros antes de incidir sobre la superficie del receptor. Por eso, el mecanismo que controla el helióstato debe tener una gran, precisión y la estructura del mismo debe ser lo suficientemente rígida como para resistir las cargas de viento con unas deformaciones mínimas.

La energía reflejada por un espejo está condicionada por el espesor del vidrio. Cuanto más grueso sea el vidrio, menor será la energía reflejada pero cuanto más delgado sea el vidrio también será menos rígido. La solución pasa por escoger un espejo delgado (de tres o cuatro milímetros de espesor) y unirlo a un bastidor, normalmente metálico, que lo rigidice, para controlar mejor la reflexión con la distancia.

Esta unión entre bastidor y espejo debe ser lo suficientemente rígida como para soportar las cargas de viento produciendo deformaciones muy pequeñas, pero debe permitir absorber las diferencias de dilatación que aparecen entre el vidrio y su soporte debidas a los cambios de temperatura. El impacto de granizo es otro de los requisitos que debe ser considerado en este diseño ya que a lo largo de la vida de la planta (proyectada para más de veinticinco años) una tormenta de bolas de granizo podría hundir el proyecto completamente.

Los suministradores de espejos están acostumbrados a fabricar espejos para interiores (p.e. espejos de baño) que se encuentran a veces bajo condiciones de alta humedad, pero los espejos solares deben ser capaces de soportar condiciones climatológicas mucho más duras, tales como abrasión de arena, cargas de viento, impactos de granizo, lluvia ácida, ciclos de temperatura, acumulación de nieve, radiación ultravioleta,... Es por ello que se han desarrollado nuevos tipos de recubrimiento para los mismos, más resistentes.

Los espejos solares se hacen a partir de vidrio extra-claro que tiene una concentración muy baja de óxidos de hierro. Este vidrio tiene una alta transmisión de energía y absorbe una pequeña cantidad de radiación.

La capa reflectante se fabrica a partir de una solución de plata que se proyecta con spray sobre la lámina de vidrio y, dependiendo de la tecnología, puede verse recubierta con cobre. I

Después de la deposición de la plata (y en su caso del cobre) existen diferentes sistemas de recubrimiento que consisten en varias capas de pintura. Estas papas de pintura son muy resistentes al agua para evitar la corrosión de la plata y con ella la pérdida de reflectividad. También evitan la deposición de polvo y son muy resistentes a los rayos ultravioletas.

Cuanto más resistente al agua es un recubrimiento más difícil resulta de adherir con un adhesivo, debido a que los poros que emplea el adhesivo como puntos de anclaje mecánico se reducen. Con estos nuevos recubrimientos de reducida energía superficial, y por tanto difíciles de adhesivar, la elección de la familia de adhesivos posibles se reduce. Alta capacidad de adherencia sobre este tipo de recubrimientos, rigidez de adhesivado controlada y compatibilidad química con la última capa protectora son demasiados requisitos para un adhesivo. Además, la elevada cantidad de uniones a realizar (algunos cientos de miles de uniones) obliga a elegir un adhesivo que sea industrializable y tenga un tiempo de curado reducido.

La solución más habitual de los fabricantes de helióstatos es renunciar a la rigidez del adhesivo y seleccionar un adhesivo de base silicona o emplear un tipo de recubrimiento de peor calidad (con mayor porosidad) de cara a garantizar la integridad de la unión y su durabilidad en el tiempo.

Una unión exitosa depende de varios factores, pero uno de los más importantes es la compatibilidad de tensiones superficiales entre la superficie a adhesivar y el adhesivo. Esto será posible siempre que ia tensión superficial del sustrato sea más elevada que la del adhesivo, entonces el adhesivo será capaz de mojar la superficie del sustrato y al curar quedará garantizada la adherencia (salvo caso de incompatibilidad química).

Tradicionalmente si la tensión superficial del sustrato es baja, existen varios métodos para subirla y lograr realizar la unión con garantías. La mayor parte de estos métodos consisten en la oxidación de la superficie del sustrato. Los tratamientos más comunes son el flameado, la corona o el empleo de una imprimación.

El tratamiento de flameado consiste en una llama alimentada por una mezcla de gas y aire y se aplica sobre la superficie a adhesivar que reacciona formando una película de óxido sobre la superficie. Esta película oxidada es permanente y se genera debido al calor de la llama y a la proyección sobre é! sustrato de partículas procedentes de la combustión.

El tratamiento corona usa un arco de alto voltaje generado entre dos electrodos para oxidar la superficie y la imprimación utiliza una disolución de base ácida o alcohólica.

La aplicación de estos tratamientos da como resultado distintos valores de energía superficial y consecuentemente distintas resistencias de adhesivado. Pero todos ellos tienen en común la generación de una oxidación permanente sobre la superficie.

Pero para una exposición a la intemperie, una superficie oxidada de forma permanente daña las garantías ofrecidas por el suministrador de espejos con el tiempo.

En resumen, las técnicas actualmente existentes de adhesivado con garantía de unión son tres:

• Recubrimiento de baja resistencia al agua (produce corrosión de la plata y con ella la pérdida de reflectividad) y aplicación de adhesivo rígido.

• Recubrimiento de alta resistencia al agua (difícil de adhesivar) y aplicación de adhesivo de base silicona para garantizar la integridad de la unión, pero sin rigidez. . · Recubrimiento de alta resistencia al agua con tratamiento de oxidación de la superficie (produce daños en el espejo a largo plazo pero es fácil de adhesivar) y aplicación de adhesivos rígidos.

Descripción de la invención

El proceso de adhesivado de la invención, soluciona los problemas antes mencionados, permitiendo un adhesivado resistente de un espejo solar con un bastidor, utilizando adhesivos de rigidez controlada, sin efectos secundarios sobre el espejo solar como la corrosión de la plata, y con ella la pérdida de reflectividad, o daños en el espejo a largo plazo.

Se entiende como adhesivo de rigidez controlada aquel cuyo comportamiento en deformación es prefijado por diseño, de forma que sea lo suficientemente flexible como para amortiguar impactos o absorber diferencias en las dilataciones térmicas producidas por la temperatura entre el espejo y el bastidor, habitualmente metálico, y lo suficientemente rígido como para restringir las deformaciones producidas por las cargas de viento garantizando una calidad de apunte. .

Este proceso garantiza el anclaje mecánico del adhesivo entre el bastidor y las capas protectoras del espejo sin dañar las prestaciones reflectantes del mismo ni su resistencia a las inclemencias climatológicas con el paso del tiempo.

La rigidez controlada del adhesivo basada en adhesivos de base poliuretano o siianos modificados es una parte del diseño de la estructura que requiere un comportamiento rígido para el control de la reflexión solar a lo largo de grandes distancias.

Esta unión está garantizada a lo largo del tiempo y soporta fuertes condiciones climatológicas tales como ráfagas de viento huracanadas, impactos de granizo o ciclos térmicos.

El procedimiento de adhesivado de la invención comprende:

una primera etapa de aplicación de plasma atmosférico de baja temperatura sobre las capas de naturaleza orgánica protectoras del espejo que van a recepcionar el adhesivo,

- una segunda etapa de aplicación de un adhesivo de base seleccionada entre poliuretano o siianos, sobre las zonas tratadas en la primera etapa, y

una tercera etapa de pegado de la estructura soporte sobre el adhesivo de la etapa anterior.

El plasma atmosférico disminuye el riesgo de degradación del revestimiento y del sustrato, en comparación con otros procesos a alta temperatura, dando a ¡a superficie una alta capacidad de adherencia, rigidez'controlada y compatibilidad química.

El tratamiento con plasma atmosférico promueve la adherencia del adhesivo sobre ios sustratos dé las capas protectoras del espejo, y permite independizar el proceso de adhesivado del proceso previo de fabricación del espejo, con unas capas tan protectoras como sea posible del mismo. - Después del tratamiento de plasma el adhesivo se aplica sobre las zonas tratadas, protegiendo a éstas de la exposición a la intemperie.

Para que el tratamiento con plasma atmosférico sea efectivo hay que tener en cuenta dos parámetros: la velocidad de pasada (m/min) y la distancia de proyección (mm). Estos parámetros afectan directamente a la tensión superficial que el tratamiento de plasma genera sobre la capa más externa de los barnices o pinturas del espejo.

Dado que el material del que están hechos los espejos solares es un material que no es homogéneo como podría ser un plástico, con el tratamiento con plasma atmosférico lo que se pretende es alterar sólo su capa más externa y únicamente en cuanto a su tensión superficial, con la finalidad de promover su capacidad de adhesivado, pero sin afectarla en cuanto a su porosidad, etcétera, de modo que siga protegiendo junto con el resto de capas de pintura a la capa de plata del espejo.

Para obtener el resultado antes indicado es necesario que se obtenga una tensión superficial de la capa más externa igual o superior a 38 mN/m, de lo contrario la adherencia entre esp ' ejo y adhesivo fallaría y se produciría un despegue de ia unión con el tiempo.

Descripción detallada de un modo de realización

El plasma atmosférico es una corriente de aire cargado con una gran cantidad de energía. Se comporta como un gas y emite energía luminosa que contiene iones y electrones altamente energizados.

Cuando el plasma atmosférico es proyectado sobre la superficie del sustrato el plasma reacciona con la superficie para limpiarla y activarla mediante la rotura de cadenas de polímeros y polarizando la superficie. Los átomos de oxígeno reaccionan con los contaminantes de la superficie, eliminándolos. El aparato preferido para esta aplicación es la tobera de plasma de la casa PLAMAT EAT ®. El plasma es generado mediante una descarga eléctrica controlada dentro de una pequeña cámara alimentada con aire comprimido. Este aire convertido en plasma es empujado al exterior de la cámara a través de una tobera y finalmente resulta proyectado sobre el sustrato. La descarga eléctrica emplea un electrodo de 5kV y la alimentación de aire es previamente filtrada de humedad y aceite para garantizar la calidad del plasma.

Si la exposición del sustrato al plasma es excesiva, la superficie puede verse dañada por exceso de calor y las. características de adhesivado negativamente afectadas. En esta aplicación el tiempo de exposición es una función de la velocidad relativa entre el sustrato y la tobera de plasma. La segunda variable es la distancia entre la tobera de plasma y e! sustrato.

Generalmente se requiere una distancia menor para superficies metálicas pero los recubrimientos orgánicos emplean una distancia nominal de 12mm que es donde se encuentra la parte amarilla de la llama de plasma.

Los robots encargados de aplicar el plasma no pueden funcionar a velocidades superiores a 40m/min. Es más, como la aplicación del adhesivo no es una línea recta (que es donde más puede correr un robot), las velocidades de aplicación suelen ser ligeramente inferiores a las nominales y este efecto se compensa incrementando ligeramente la distancia de proyección del plasma sobre ei espejo.

El chorro de la tobera de plasma generalmente trata una pequeña superficie de sustrato de unos 6mm de anchura donde aparecen ios resultados de energía superficial más elevados, pero las zonas próximas a esta región también se ven afectadas en menor medida.

Como el aire expulsado por !a tobera se encuentra a una temperatura del entorno de los 300° grados celsius, si se mantiene un tiempo de exposición excesivo por una baja velocidad de proceso o una distancia muy pequeña entre el sustrato y la boquilla de la tobera, las capas del espejo pueden verse afectadas por el calor, que les produciría una pérdida de sus propiedades.

Sin embargo, la exposición del sustrato al tratamiento por plasma bajo condiciones nominales de distancia de 12 mm y velocidad de 30 m/min, no produce alteraciones significativas al sustrato y por tanto éste no pierde sus propiedades de resistencia a las condiciones climatológicas. Entendiéndose como condiciones nominales los parámetros (ya sea distancia o velocidad de pasada) a los cuales se presenta el valor de máxima tensión superficial resultado del tratamiento con el mínimo riesgo de deterioro de la capa de protección, ambos establecidos dentro del rango de máxima fiabilidad que dan los parámetros del proceso de producción (velocidades de robot posibles y tolerancias de los movimientos de los mismos).

Además, la afección de este tratamiento se realiza de modo local, donde posteriormente se aplica el adhesivo, cubriéndola, y en todo caso se ha verificado por ensayos que se trata de una afección temporal y que al cabo de unos días ia superficie tratada recupera sus propiedades iniciales.

La tabla 1 muestra la tensión superficial que el tratamiento de plasma genera sobre la capa más externa de los barnices o pinturas del espejo para diferentes combinaciones de velocidad de pasada (m/min) y distancia de proyección (mm).

Tabla 1

En los ensayos realizados en laboratorio se ha comprobado cómo un exceso de exposición de las capas protectoras del espejo al chorro de plasma produce daños permanentes en su estructura que se manifiestan con la aparición de dendritas en la superficie del espejo, indicativas de un comienzo de fusión del recubrimiento superficial.

Estos daños, que a nivel macroscópico se manifiestan como una pérdida de brillo del recubrimiento, se producen, a velocidades de exposición del espejo iguales o inferiores a 20m/min combinados con distancias entre boquilla y espejo iguales o inferiores a 6mm.

En la siguiente tabla 2, se muéstra los resultados obtenidos de brillo, para diferentes combinaciones de velocidad de pasada (m/min) y distancia de proyección (mm), en el que brillo significa indemne, sin daño, y no brillo, que se ha dañado:

Tabla 2

Sin embargo en el rango de distancias entre 10mm. y Í2mm, ambos incluidos, y velocidades de pasada de entre 30m/min y 40m/min, ambos incluidos, se ha comprobado que no se produce esta modificación de la estructura y se consigue mantener la tensión superficial necesaria para garantizar la adherencia. Además se ha constatado que esta modificación de la tensión superficial desaparece con el tiempo en aquellas zonas que permanecen expuestas a la intemperie, de manera que aquellas zohas tratadas que durante el proceso de adhesivado no fueran cubiertas con e! adhesivo, recuperarían su tensión superficial original y por tanto su resistencia a las condiciones climatológicas iniciales.

Además, cualquier proceso de fabricación de estas características debe ser muy fiable y en el caso del plasma, llega un momento en ei cual, pequeños incrementos de la distancia, cuando ésta es superior a 14mm, producen grandes caídas de tensión superficial, por tanto, si jugamos con una distancia superior a la del cuadro el proceso empieza á perder fiabilidad.

Ejemplo comparativo

Se realiza un ensayo comparativo de una serie de probetas de espejo.

La prueba se realiza empleando tres procesos de fabricación de probetas diferentes: La probeta A, tras limpiarla con un paño seco recibe un cordón de adhesivo de tipo silano de 5mm de altura y 10mm de anchura por 100mm de longitud.

La probeta B, tras limpiarla con un paño recibe un tratamiento de plasma atmosférico con los parámetros 12mm de distancia y 30m/min de velocidad, tras el cual se deposita un cordón de adhesivo en base silano de 5mm de altura y 10mm de anchura por 100mm de longitud.

La probeta C, tras limpiarla con un paño recibe un tratamiento con un agente oxidante promotor de la adherencia. Una vez seco este producto se constata una pérdida de brillo del sustrato original y el desprendimiento de pequeñas partículas del recubrimiento. Sobre esta probeta se deposita un cordón de adhesivo de 5mm de altura 10mm de anchura y una longitud de 100mm.

Las tres probetas tras un secado de 48h se someten a un ensayo de pelado para comprobar la adherencia. La probeta A produce un despegue limpio del adhesivo del sustrato espejo, lo que en norma se califica como rotura adhesiva que no es admisible. Las probetas B y C producen una rotura de tipo cohesivo, lo que es considerado satisfactorio. .

Ensayos posteriores realizados sobre la probetas tratadas con el promotor de adherencia (probeta C) y con plasma (probeta B), muestran que para el caso de la probeta C tratada con el promotor de adherencia, la dureza persoz de la última capa del espejo se reduce entre un 36% y un 70% con respecto al valor nominal mientras que la probeta B tratada con plasma no reduce su dureza persoz.

Ensayos de tensión superficial posteriores demuestran que. con la exposición de las zonas tratadas a la intemperie, la tensión superficial de la probeta B tratada con plasma recupera el valor inicial de tensión superficial previa al tratamiento mientras que la superficie tratada con el agente promotor de adherencia conserva su tensión superficial con el tiempo lo que es indicativo de que el proceso ha generado un daño permanente.