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De Compuestos y Autoclaves

Por: Marcelo R. Cimino

Autoclave similar al adquirido por FAdeA.

En estos día la empresa Embraer estaría recibiendo un autoclave dimensiones extraordinarias (6500×27.000 mm) construido por la firma española OLMAR, quien cuenta con más de 40 años de experiencia fabricando calderas de vapor y autoclaves.

Tras una rigurosa inspección oficial realizada por técnicos de Embraer, hacia finales de Mayo pasado, en Gijón – España-. Se procedió a la aceptación oficial del equipo. Para la empresa española llevar adelante este proyecto fue todo un desafío, ya que el autoclave es realmente grande, sin embargo se está procediendo a la fabricación de un nuevo autoclave de dimensiones muy similares, al manufacturado para la empresa brasilera (6000×22.000 mm), que formará parte de los procesos de fabricación del nuevo Airbus A350XWB. Lo que habla a las claras de la actual dimensión de Embraer como actor mundial en la industria aeronáutica.

¿Que es un Composite ?

Como bien sabemos un “composite” es un material compuesto más ligero que el acero, con igual resistencia, inmune a la corrosión, que puede adoptar diversas formas y adaptarse a las necesidades de múltiples sectores. Las fibras de carbono son cuatro veces más flexibles que las mejores aleaciones de acero y pesan una cuarta parte. Estos materiales pre-impregandos fueron desarrollados para aplicaciones aeronáuticas y aeroespaciales, que requieren de un elevado contenido de refuerzo en la composición del material compuesto, así como una perfecta uniformidad del contenido de resina.Son generalmente estructuras textiles impregnadas con resinas reactivas listas para ser utilizadas, a las cuales se le ralentiza el proceso de reticulación almacenándolas a bajas temperaturas.

Las matrices más utilizadas para fabricar los preimpregnados suelen ser matrices epoxies y matrices fenólicas.
La impregnación se realiza mediante rodillos impregnadores que permiten obtener porcentajes de resina muy precisos y una buena uniformidad del impregnado.
Para su curado final, la pieza alojada en su molde debe ser sometida a presión y temperatura. Si la presión de compactación es baja (hasta – Ibar) se puede obtener mediante un sistema de vacío. Si la presión de compactado requerida es elevada, debemos recurrir ai uso de prensas o autoclaves. Los autoclaves ejercen presión hidrostática en la totalidad de la pieza, razón por la cual es elegido en piezas de geometrías complejas.
Dependiendo de la temperatura de curado, podemos diferenciar tres clases de preirnpregnados:

• Preirnpregnados de alta temperatura
• Preirnpregnados de media temperatura
• Preirnpregnados de baja temperatura

Los preirnpregnados que curan a altas temperaturas, son los que poseen las mejores propiedades físicas y mecánicas. La temperatura de curado es alrededor de 180°C y se utilizan en construcciones aeroespaciales. Es aquí donde los autoclaves entran a jugar un papel de preponderancia.


Compuestos en el ala del A-400M

¿Que es un autoclave entonces?

Básicamente un autoclave de materiales compuestos es un recipiente o vasija (normalmente en forma cilíndrica) con un sistema de temperatura y presurización, utilizado para curar y consolidar materiales compuestos. El tamaño y el diseño del autoclave depende de la aplicación. Uno de los sectores que más utiliza esta técnica es el aeronáutico, por lo que en ocasiones estos sistemas tienen dimensiones muy grandes.

Específicos para el tratamiento de materiales compuestos (composites) son considerados los equipos más avanzados a nivel técnico y de diseño, ya que se utilizan en los sectores con mayor inversión en investigación y desarrollo de nuevos materiales como la aeronáutica o la ingeniería aeroespacial.

La aparición de estos nuevos materiales ha supuesto un enorme avance en muchos de estos sectores: la industria aeronáutica (con los nuevos A380 / A350) la Formula 1, el sector aeroespacial (cohetes, satélites), el equipamiento deportivo (material de ski, tablas de surf), de construcción (carcasas, vigas estructurales), etc. Todos ellos han introducido componentes fabricados con materiales compuestos como las fibras de vidrio, las aramidas, poliamidas, polímeros y plásticos especiales.

La consolidación de los composites se realiza mediante ciclos de calentamiento y enfriamiento de los mismos a una presión determinada, con parámetros variables en función de su composición y las características que se desee obtener en cada proceso.

Los componentes principales de un autoclave de materiales compuestos son:

· Cámara presurizada: Es la vasija propiamente dicha, en la que se introducen los componentes a curar.

· Dispositivos de calentamiento: Son los encargados de conseguir las distintas temperaturas de curado para cada tipo de material introducido.

· Sistema de aplicación de vacío: Es uno de los componentes más importantes en este tipo de autoclaves, ya que es una parte fundamental para el proceso de fabricación de un laminado de material compuesto. Se encarga de la primera compactación del laminado, elimina componentes volátiles de la resina y permite que se aplique presión sobre la pieza a conformar sin que ésta permanezca en contacto con la atmósfera de la autoclave. Consiste en una membrana delgada plástica, no reutilizable, y una serie de elementos que eliminan la cantidad de resina sobrante y consiguen buenos acabados superficiales de la pieza.

· Sistema de control de los parámetros de curado: Asegura en todo momento, mediante sistemas monitorizados, que las condiciones de presión y temperaturas son las adecuadas para el proceso.

· Soporte de los moldes para su introducción en la cámara.

Funcionamiento:

La consolidación de los compuestos mencionados se consigue mediante aire que es calentado en el interior del equipo, bien mediante resistencias eléctricas o bien mediante vapor y/o aceite térmico a través de un intercambiador. Un potente electro- ventilador se encarga de poner en movimiento el aire interior haciendo que la circulación forzada permita obtener valores de temperatura en el interior del equipo con variaciones mínimas entre unos puntos y otros. El proceso de enfriamiento se consigue haciendo circular agua fría, o fluidos refrigerantes, a través de un intercambiador que diseñado al efecto permite mediante circulación forzada del aire entre sus placas, disminuir la temperatura interior de! equipo hasta los valores deseados.

Es muy importante en este punto reseñar que los equipos disponen interiormente de conexiones independientes para diferente número de bolsas de vacío a introducir en el autoclave. Ello, junto con el suministro de aire comprimido y/o nitrógeno en el interior del autoclave para poder regular la presión según necesite el producto a tratar, permite que el equipo sea totalmente autónomo para regular los grados de presión/vacío que se necesiten. Del mismo modo, mediante termopares (termocuplas) y sensores de presión se controlan estas variables en distintos puntos del autoclave y de las piezas en él introducidas.[/color]



Todo el proceso mencionado con distintas variaciones o repetición de ciclos y el proceso a realizar, se va a desarrollar de forma totalmente automática. Un microprocesador se va a encargar de recibir la información que durante el ciclo le van a indicar los captadores de datos, enviando inmediatamente órdenes a las válvulas y accionadores correspondientes para que regulen el proceso según los puntos de consigna que previamente se han programado. Se pueden incluir sondas interiores de producto, que nos permiten conocer en tiempo real durante el proceso los valores de presión, vacío y/o temperatura que tiene el producto que en ese momento se está tratando. Como es de suponer si durante el proceso se produce alguna anomalía, el equipo avisa inmediatamente mediante las alarmas correspondientes del posible fallo en el sistema, o en el suministro de fluidos, con el fin de la actuación inmediata para corregir el problema.

Como dato anecdótico, que vale la pena mencionar, es que en Agosto de 2011, la Fábrica Argentina de Aviones “Brigadier San Martin” (FAdeA), incorporó un autoclave OLMAR, de respetables dimensiones, que permitirá aplicar el proceso de curado de materiales compuestos de piezas para el futuro KC-390, como para los modelos propios que produce o mantiene. Permitiendo además ampliar su horizonte de negocios hacia terceros.

 

Fuentes y material consultado;

http://www.olmar.com/noticias/show/122
http://www.olmar.com/noticias/list
http://ocw.upc.edu/sites/default/files/materials/15012220/22643-3142.pdf
http://idf.webs.upv.es/descargas/formacion/3dcomposites/proc_infusion_vacio.pdf
http://es.wikipedia.org/wiki/Autoclave

Por: Marcelo R. Cimino
Interdefensa Militar Argentina

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