Repositorio
Institucional

Tuninetti, Victor

Recent Advances in the Analysis of Functional and Structural Polymer Composites for Wind Turbines

MDPI

POLYMERS

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Achieving the full potential of wind energy in the global renewable transition depends critically on enhancing the performance and reliability of polymer composite components. This review synthesizes recent advances from 2022 to 2025, including the development of next-generation hybrid composites and the application of high-fidelity computational methods-finite element analysis (FEA), computational fluid dynamics (CFD), and fluid-structure interaction (FSI)-to optimize structural integrity and aerodynamic performance. It also explores the transformative role of artificial intelligence (AI) in structural health monitoring (SHM) and the integration of Internet of Things (IoT) systems, which are becoming essential for predictive maintenance and lifecycle management. Special focus is given to harsh offshore environments, where polymer composites must withstand extreme wind and wave conditions. This review further addresses the growing importance of circular economy strategies for managing end-of-life composite blades. While innovations such as the geometric redesign of floating platforms and the aerodynamic refinement of blade components have yielded substantial gains-achieving up to a 30% mass reduction in PLA prototypes-more conservative optimizations of internal geometry configurations in GFRP blades provide only around 7% mass reduction. Nevertheless, persistent challenges related to polymer composite degradation and fatigue under severe weather conditions are driving the adoption of real-time hybrid predictive models. A bibliometric analysis of over 1000 publications confirms more than 25 percent annual growth in research across these interconnected areas. This review serves as a comprehensive reference for engineers and researchers, identifying three strategic frontiers that will shape the future of wind turbine blade technology: advanced composite materials, integrated computational modeling, and scalable recycling solutions.Para aprovechar al máximo el potencial de la energía eólica en la transición global hacia las energías renovables, es fundamental mejorar el rendimiento y la fiabilidad de los componentes de polímeros compuestos. Esta revisión sintetiza los avances recientes de 2022 a 2025, incluyendo el desarrollo de compuestos híbridos de última generación y la aplicación de métodos computacionales de alta precisión —análisis de elementos finitos (FEA), dinámica de fluidos computacional (CFD) e interacción fluido-estructura (FSI)— para optimizar la integridad estructural y el rendimiento aerodinámico. Asimismo, explora el papel transformador de la inteligencia artificial (IA) en la monitorización de la salud estructural (SHM) y la integración de sistemas de Internet de las Cosas (IoT), que se están volviendo esenciales para el mantenimiento predictivo y la gestión del ciclo de vida. Se presta especial atención a los entornos marinos adversos, donde los compuestos de polímeros deben soportar condiciones extremas de viento y oleaje. Esta revisión también aborda la creciente importancia de las estrategias de economía circular para la gestión de las palas de compuestos al final de su vida útil. Si bien innovaciones como el rediseño geométrico de plataformas flotantes y el perfeccionamiento aerodinámico de los componentes de las palas han generado mejoras sustanciales —logrando una reducción de masa de hasta un 30 % en prototipos de PLA—, las optimizaciones más conservadoras de las configuraciones de geometría interna en las palas de GFRP solo proporcionan una reducción de masa de alrededor del 7 %. No obstante, los desafíos persistentes relacionados con la degradación y la fatiga de los compuestos poliméricos bajo condiciones climáticas severas impulsan la adopción de modelos predictivos híbridos en tiempo real. Un análisis bibliométrico de más de 1000 publicaciones confirma un crecimiento anual superior al 25 % en la investigación en estas áreas interconectadas. Esta revisión sirve como referencia integral para ingenieros e investigadores, identificando tres fronteras estratégicas que darán forma al futuro de la tecnología de las palas de las turbinas eólicas: materiales compuestos avanzados, modelado computacional integrado y soluciones de reciclaje escalables.

artículo de revisión

polymer composites

fluid-structure interaction

structural fatigue

structural health monitoring

leading-edge erosion

composite structural optimization

10.3390/polym17172339

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FLUID-STRUCTURE INTERACTION

OF-THE-ART

POWER-SYSTEMS

PERFORMANCE

BLADE

OPTIMIZATION

DESIGN

AERODYNAMICS

SIMULATIONS

RELIABILITY

FLUID-STRUCTURE INTERACTION

OF-THE-ART

POWER-SYSTEMS

PERFORMANCE

BLADE

OPTIMIZATION

DESIGN

AERODYNAMICS

SIMULATIONS

RELIABILITY

Ingeniería Mecánica

Compuestos (Laminados, Plásticos Reforzados, Fibras Sintéticas y Naturales)

Ingeniería Eléctrica y Electrónica

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WOS:001569715800001

Recent Advances in the Analysis of Functional and Structural Polymer Composites for Wind Turbines

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POLYMERS

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CC BY 4.0

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