PROYECTO DE GRADO CARACTERIZACIÓN DEL …
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PROYECTO DE GRADO
CARACTERIZACIÓN DEL COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE PANELES DE
KEVLAR REFORZADO CON STF FRENTE A ATAQUES CON ARMAS CORTO
PUNZANTES
DIEGO ANDRÉS SÁNCHEZ SANDOVAL
201225374
Profesor Asesor
Alejandro Marañón. Ph.D
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
Bogotá, Colombia.
2
Agradecimientos
A mis padres, hermanos y amigos por apoyarme durante todo este tiempo.
1 Índice de Contenidos 2 Índice de Ilustraciones ................................................................................................................4
3 Índice de Tablas .........................................................................................................................4
4 Índice de Gráficas.......................................................................................................................5
5 Introducción ...............................................................................................................................6
6 Marco Teórico ............................................................................................................................6
7 Objetivo General ........................................................................................................................8
7.1 Objetivos Específicos .........................................................................................................8
8 Metodología ...............................................................................................................................8
8.1 Clase de Protección ............................................................................................................8
8.2 Niveles de Protección .........................................................................................................8
8.3 Material de Respaldo ..........................................................................................................9
8.4 Cuchillo de Ingeniería S1 ...................................................................................................9
8.4.1 Plano Cuchillo de Ingeniería S1. ..............................................................................10
9 Descripción del Ensayo ............................................................................................................10
9.1 Panel de la Armadura .......................................................................................................10
9.2 Condiciones Ambientales .................................................................................................11
9.3 Tubo de Lanzamiento .......................................................................................................11
9.4 Masa de Impacto ..............................................................................................................11
9.5 Equipo de Medición de Velocidad....................................................................................12
9.6 Especificaciones del Proyectil ..........................................................................................12
9.7 Material de Respaldo ........................................................................................................12
9.8 Criterio de Aceptación del Material de Respaldo .............................................................12
9.9 Energía de Impacto ...........................................................................................................12
9.10 Medición de la Penetración ..............................................................................................13
9.11 Numero de Ensayos ..........................................................................................................13
10 Ensayos y Procesos Previos a la Experimentación ...............................................................13
10.1 Producción e Impregnación del STF.................................................................................13
10.2 Verificación del Material de Respaldo .............................................................................15
3
10.3 Masa de Impacto ..............................................................................................................16
10.4 Dureza del Proyectil .........................................................................................................17
10.5 Medición de Velocidad .....................................................................................................19
10.5.1 24J ............................................................................................................................19
10.5.2 36J ............................................................................................................................19
11 Resultados y Análisis de Resultados ....................................................................................21
11.1 Ensayos de Impacto ..........................................................................................................21
11.2 Procesamiento de los Datos ..............................................................................................25
11.2.1 Velocidad .................................................................................................................26
11.2.2 Aceleración ...............................................................................................................27
11.3 Análisis de Velocidad .......................................................................................................28
11.4 Análisis de Aceleración ....................................................................................................29
11.4.1 Cambio de Desaceleración para 24J y 36J ................................................................29
11.5 Análisis de Fuerza ............................................................................................................30
11.5.1 Cambio de Fuerza para 24J y 36J .............................................................................31
11.6 Energía Absorbida ............................................................................................................32
11.7 Pruebas Balísticas .............................................................................................................34
11.7.1 Polígono de Tiro .......................................................................................................34
11.7.2 Paneles de Prueba .....................................................................................................35
11.7.3 Número de Capas Perforadas ....................................................................................35
11.7.4 Medición del Trauma ................................................................................................36
11.7.5 Proyectiles Deformados ............................................................................................37
12 Conclusiones ........................................................................................................................38
13 Trabajos Futuros ...................................................................................................................38
14 Referencias ...........................................................................................................................38
15 Anexos .................................................................................................................................40
15.1 Graficas de Pruebas de Impacto........................................................................................40
15.1.1 Panel 1 Kevlar ..........................................................................................................40
15.1.2 Panel 2 Kevlar ..........................................................................................................48
15.1.3 Panel 3 Kevlar – STF................................................................................................56
15.1.4 Panel 4 Kevlar – STF................................................................................................64
15.1.5 Panel 5 Kevlar – STF................................................................................................71
4
15.1.6 Panel 6 Kevlar – STF................................................................................................79
2 Índice de Ilustraciones
Ilustración 1. Tabla de propiedades mecánicas del Kevlar 29 y el Kevlar 49. ....................... 7
Ilustración 2. Tabla de valores de energía para cada nivel de protección .............................. 9
Ilustración 3. Material de respaldo ......................................................................................... 9
Ilustración 4. Proyectil tipo cuchillo de ingeniería S1.......................................................... 10
Ilustración 5. Masa de impacto ............................................................................................. 11
Ilustración 6. Tablas de dureza a partir de la profundidad de la penetración ....................... 12
Ilustración 7. Proceso de secado del material particulado .................................................... 13
Ilustración 8. Proceso de macerado del material particulado ............................................... 14
Ilustración 9. Proceso de impregnación del STF .................................................................. 14
Ilustración 10. Medición de la altura de rebote .................................................................... 15
Ilustración 11. Masa de impacto ensamblada ....................................................................... 16
Ilustración 12. Propiedades del acero de herramientas ASTM A681................................... 17
Ilustración 13. Cuchillos de Ingeniería S1............................................................................ 17
Ilustración 14. Prueba de penetración en la máquina de ensayos Instron ............................ 18
Ilustración 15. Montaje para la medición de la velocidad .................................................... 20
Ilustración 16. Paneles de prueba ......................................................................................... 21
Ilustración 17. Procesamiento de los datos ........................................................................... 22
Ilustración 18. Fuerza experimental a 0.25 m ...................................................................... 31
Ilustración 19. Polígono de tiro ............................................................................................ 34
Ilustración 20. Paneles de prueba balística ........................................................................... 35
Ilustración 21. Numero de capas perforadas por la munición 9mm ..................................... 35
Ilustración 22. Trauma después del impacto ........................................................................ 36
Ilustración 23. Última capa de los paneles de prueba después del impacto ......................... 36
Ilustración 24. Munición 9mm después del impacto ............................................................ 37
3 Índice de Tablas
Tabla 1. Aumento porcentual de las capas impregnadas con STF. ...................................... 15
Tabla 2. Condiciones del ensayo a 24J. ................................................................................ 21
Tabla 3.Condiciones del ensayo a 36J. ................................................................................. 21
Tabla 4. Capas perforadas y profundidad de penetración para el panel 1. ........................... 22
Tabla 5. Capas perforadas y profundidad de penetración para el panel 2. ........................... 22
Tabla 6. Capas perforadas y profundidad de penetración para el panel 3. ........................... 22
Tabla 7. Capas perforadas y profundidad de penetración para el panel 4. ........................... 23
Tabla 8. Capas perforadas y profundidad de penetración para el panel 5. ........................... 23
5
Tabla 9. Capas perforadas y profundidad de penetración para el panel 6. ........................... 23
Tabla 10. Aumento porcentual de la desaceleración a 24J y 36J. ........................................ 29
Tabla 11. Aumento porcentual de la fuerza a 24J y 36J. ...................................................... 31
Tabla 12. Energía absorbida para el panel 1. ........................................................................ 32
Tabla 13. Energía absorbida para el panel 2. ........................................................................ 32
Tabla 14. Energía absorbida para el panel 3. ........................................................................ 33
Tabla 15. Energía absorbida para el panel 4. ........................................................................ 33
Tabla 16. Energía absorbida para el panel 5. ........................................................................ 33
Tabla 17. Energía absorbida para el panel 6. ........................................................................ 33
Tabla 18. Disminución porcentual de la energía absorbida a 24J y 36J. .............................. 34
Tabla 19. Velocidad del proyectil y capas perforadas. ......................................................... 37
Tabla 20. Peso de los paneles. .............................................................................................. 37
4 Índice de Gráficas
Gráfica 1. Altura de rebote para la verificación del material de respaldo.............................16
Gráfica 2. Profundidad de penetración del proyectil............................................................18
Gráfica 3. Velocidad de impacto a 24J.................................................................................19
Gráfica 4. Velocidad de impacto a 36J.................................................................................20
Gráfica 5. Capas perforadas para paneles de Kevlar............................................................24
Gráfica 6. Capas perforadas para paneles de Kevlar – STF.................................................24
Gráfica 7. Filtración de la señal de velocidad.......................................................................26
Gráfica 8. Velocidad filtrada experimental...........................................................................28
Gráfica 9. Desaceleración experimental................................................................................29
Gráfica 10. Fuerza experimental ..........................................................................................30
6
5 Introducción
El INPEC (Instituto Nacional Penitenciario y Carcelario) es la entidad encargada de controlar
los centros penitenciarios en Colombia. El personal de seguridad de esta organización está
equipado con elementos de protección que reducen los riesgos en caso de un ataque por parte
de los reclusos, generalmente se proveen chalecos balísticos hechos en fibras de aramida o
Kevlar como una barrera contra impactos potencialmente mortales. El Kevlar es un material
ligero que, gracias a sus propiedades mecánicas, permite una absorción de energía
considerable minimizando el daño que produce el impacto de un proyectil en zonas
vulnerables del cuerpo humano, sin embargo, estos elementos están diseñados solo para
contrarrestar un ataque con arma de fuego, no obstante su resistencia disminuye
dramáticamente cuando el material se somete a un esfuerzo cortante generado por un ataque
con arma blanca, armas normalmente utilizadas por los reclusos, poniendo en peligro la vida
de los guardias.
Con el fin de blindar los elementos de protección contra ataques de armas blancas se han
desarrollado una serie de fluidos que permiten contrarrestar el efecto de los esfuerzos
cortantes generados por las armas corto punzantes. Estos fluidos denominados STF (Shear
Thickening Fluids) tienen la capacidad de cambiar su viscosidad en función de la tasa de
deformación aplicada por un impacto, esto le brinda a la armadura una resistencia extra sin
comprometer el peso de la misma. (Hanlon, 2006).
Para fines de este proyecto se pretende analizar el comportamiento mecánico del Kevlar
reforzado con STF frente a impactos de armas corto punzantes, haciendo uso del montaje
experimental realizado en la tesis de pregrado de Natalia Concha y utilizando como guía de
experimentación la tesis de pregrado de José David Quiroga, sin embargo el arma utilizada
en este proyecto no será de tipo punzón sino que se hará uso de un proyectil corto punzante
de tipo cuchillo de ingeniería S1, teniendo en cuenta los parámetros establecidos en la norma
NIJ Standard–0115.00, “Stab Resistance of Personal Body Armor” .
6 Marco Teórico
A continuación, se presentarán algunos términos relevantes con el fin de mejorar la
comprensión del tema del trabajo presentado.
Kevlar: El Kevlar o poliparafenileno tereftalamida es una poliamida orgánica aromática
(fibras de aramida) que se caracteriza por su alta resistencia, su alto módulo de elasticidad y
por ser un material térmicamente estable (Du Pont, 2015). Es un material altamente utilizado
7
en el sector armamentista ya que sus propiedades mecánicas le permiten absorber energía de
los impactos balísticos, además al ser un compuesto de baja densidad con respecto a su
módulo de elasticidad es un material ideal para el blindaje de vehículos y elementos de
protección corporal.
A continuación, se presentarán algunas propiedades relevantes del Kevlar.
Ilustración 1. Tabla de propiedades mecánicas del Kevlar 29 y el Kevlar 49. (Du Pont, 2015).
STF: (Shear Thickening Fluid) son fluidos no Newtonianos que tienen la capacidad de variar
su viscosidad a partir de cambios en la tasa de deformación, esto ocurre debido a que las nano
partículas de sílice que están suspendidas en polietilenglicol, un agente espesante no toxico
e inerte, se comportan como cuerpos rígidos cuando se aplica un esfuerzo cortante en la
superficie, aumentando dramáticamente su viscosidad, sin embargo cuando no existe una
carga aplicada las partículas fluyen libremente dentro del fluido con una viscosidad menor.
(Hanlon, 2006).
Las fibras de Kevlar se sumergen en el STF mejorando considerablemente su resistencia,
compensando las propiedades anisotropías de las fibras de aramida y permitiendo una
8
absorción de energía mayor, esto implica que la profundidad que alcanza el objeto corto
punzante en el impacto se disminuye considerablemente.
7 Objetivo General
Comparar la respuesta de los paneles de Kevlar y Kevlar reforzado con STF frente a
penetraciones causadas por armas corto punzantes.
7.1 Objetivos Específicos
Medir la energía absorbida por los paneles de Kevlar y Kevlar reforzado con
STF teniendo en cuentas las especificaciones de la norma NIJ Standard–
0115.00, “Stab Resistance of Personal Body Armor”.
Realizar pruebas balísticas para comprobar la bifuncionalidad de los paneles
reforzados con STF.
Para cumplir con los objetivos previamente mencionados se realizarán las siguientes acciones
siguiendo la metodología utilizada en la norma NIJ Standard–0115.00, “Stab Resistance of
Personal Body Armor”.
8 Metodología
Al igual que en los trabajos previos el ensayo que se va realizar se especifica en la norma NIJ
Standard–0115.00, “Stab Resistance of Personal Body Armor”.
8.1 Clase de Protección
Para este proyecto se definió la clase de protección para centros penitenciarios, donde se
presentan armas corto punzantes de baja calidad y armas improvisadas con materiales
presentes en estos ambientes.
8.2 Niveles de Protección
Los niveles de protección hacen referencia a la energía necesaria para alcanzar cierta
profundidad en la penetración del objeto en cuestión. Existen dos niveles de protección, el
primero es el E1 que permite una profundidad de penetración de 7mm (0.28 in), en este punto
no existe daño a los órganos vitales en el cuerpo humano, el segundo nivel de protección
requiere de un aumento del 50% de la energía cinética del objeto y permite una penetración
de 20 mm (0.79 in).
Nivel 1: Amenaza menor.
9
Nivel 2: Amenaza intermedia.
Nivel 3: Amenaza mayor.
A continuación, se presentará una tabla con los valores de energía y fuerza para cada uno de
los niveles de protección mencionados anteriormente.
Ilustración 2. Tabla de valores de energía para cada nivel de protección. (National Institute of Justice, 2000).
Con el fin de mejorar la compresión del lector acerca del ensayo a realizar se van a dar
algunas definiciones relevantes que permitirán entender la metodología a utilizar.
8.3 Material de Respaldo
Es el material donde se ubica la armadura para realizar el ensayo, este consiste de varias
capas de diferentes materiales. Comienza con cuatro capas de esponja de neopreno, después
1 de espuma de polietileno y finalmente dos capas de caucho.
Ilustración 3. Material de respaldo. (National Institute of Justice, 2000).
8.4 Cuchillo de Ingeniería S1
S1: Cuchillos militares o cuchillos de cocina grandes, gruesos con doble filo cortante.
10
8.4.1 Plano Cuchillo de Ingeniería S1.
Ilustración 4. Proyectil tipo cuchillo de ingeniería S1. (National Institute of Justice, 2000).
9 Descripción del Ensayo
A diferencia del proyecto de grado de Pedro Gómez se van a utilizar tan solo dos paneles de
Kevlar y cuatro paneles de Kevlar reforzado con STF como indica la sección 4.2 de la norma
NIJ Standard–0115.00, “Stab Resistance of Personal Body Armor”.
A partir de los parámetros propuestos en la tesis de Natalia Concha se definió que los paneles
van a ser tratados como una armadura con nivel de protección 1, es decir, los impactos se van
a realizar con los valores de energía reportados en la ilustración 2 (E1 = 24J y E2 = 36J).
9.1 Panel de la Armadura
Trabajo Previo: Antes de realizar el ensayo se deben hacer inspecciones físicas de
cada una de las muestras con el fin de identificar cualquier tipo de anomalía en las
mismas, ya sea un defecto en material o algún tipo de fisura en el mismo, todas estas
anomalías deben ser registradas antes de realizar el experimento.
Trabajo Posterior: Una vez finalizado el ensayo se deben hacer inspecciones físicas
de las probetas penetradas y se debe reportar cualquier eventualidad presentada en el
proceso.
11
9.2 Condiciones Ambientales
Para realizar el ensayo adecuadamente se deben cumplir las siguientes condiciones:
La temperatura ambiente de ser de 21° ± 6° antes y después del ensayo.
La humedad relativa debe ser de 50% ± 20%.
Las condiciones ambientales deben medirse cada 4 horas para garantizar una buena
experimentación.
9.3 Tubo de Lanzamiento
Es un sistema diseñado para permitir el desplazamiento de vertical de la masa por influencia
de la gravedad, esta masa contiene el proyectil corto punzante que impacta contra la armadura
en un punto específico definido previamente. Se implementan rieles de guía con el fin de que
la masa no gire en el interior del tubo afectando la orientación del arma antes del impacto.
9.4 Masa de Impacto
Sistema que consiste de una cuchilla manufacturada, un sistema de sujeción de la cuchilla y
una pieza de nylon que garantiza el descenso vertical del objeto corto punzante durante el
ensayo.
Ilustración 5. Masa de impacto. (National Institute of Justice, 2000).
La masa de impacto que se muestra en la ilustración 4 consta de las siguientes partes:
Arma tipo cuchilla (S1).
Un sistema de sujeción de acero y aluminio que sostiene el arma que debe tener una
masa de 650 g ± 7 g.
Una masa de nylon superior que le permite al sistema deslizarse dentro de la cavidad
de nylon exterior. La masa de nylon superior debe tener una masa de 1250 g ± 13 g
con un diámetro exterior de 97 mm y una longitud de 400 mm, la masa superior
garantiza que el proyectil no se mueva dentro de la masa de impacto.
Dos discos de polietileno que funcionaran como sistema de amortiguamiento.
La masa de impactos debe asegurar el proyectil tipo cuchilla de tal forma que quede expuesto
83 mm ± 2 mm.
12
9.5 Equipo de Medición de Velocidad
El equipo de medición de velocidad debe tener una resolución de 0.05 m/s o mejor. Para fines
de este proyecto se utilizará la cama de alta velocidad Olympus i – speed 2, utilizada en los
trabajos previos para grabar el proyectil en el momento del impacto, este equipo puede grabar
a una velocidad de 33000 cuadros por segundo, sin embargo, para fines de este proyecto se
grabará a 1000 cuadros por segundo.
9.6 Especificaciones del Proyectil
Para la cuchilla S1 se hará una inspección con el fin de determinar acabados superficiales y
se hará la manufactura correspondiente como lo especifica la ilustración 5.
Después de la inspección se realizarán pruebas de dureza en la punta que deben estar entre
50 – 150 Rockwell C, para esto se realizara una prueba de dureza como se especifica en la
norma, donde relacionan la profundidad de la penetración con la dureza en RC como se
presenta en la siguiente tabla.
Ilustración 6. Tablas de dureza a partir de la profundidad de la penetración. (National Institute of Justice, 2000).
9.7 Material de Respaldo
Como se especificó previamente en las definiciones (ver ilustración 3) el material de
respaldo consta de:
Cuatro capas de neopreno de 5.8 mm.
Una capa de espuma de polietileno de 31 mm.
Dos capas de caucho natural de 6.4 mm.
9.8 Criterio de Aceptación del Material de Respaldo
Después del acondicionamiento previo especificado por la norma se debe realizar una prueba
de altura de rebote que consta de una esfera de acero de 1.042 kg que se debe dejar caer dos
veces desde una altura de 1500 mm ± 15 mm, la altura de rebote no debe exceder los 450
mm ± 102 mm para garantizar el buen funcionamiento del material.
9.9 Energía de Impacto
La energía de impacto es la energía cinética que lleva el proyectil antes de llegar a la
armadura en la parte inferior del montaje, esta se calcula a partir de la siguiente ecuación.
13
𝐸𝑐 =1
2𝑚𝑣2 (𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 1).
9.10 Medición de la Penetración
Si el impacto cumple con los criterios especificados por la norma se deben registrar
desmontando la muestra cuidadosamente y midiendo con un calibrador el valor de la
profundidad. (National Institute of Justice, 2000).
9.11 Numero de Ensayos
Para la realización de los ensayos se van a utilizar los dos niveles de energía para protección
nivel 1 que se especificaron anteriormente (ver ilustración 2), sin embargo, por cuestiones de
costos y de tiempo solo se realizaran dos paneles de Kevlar y cuatro paneles de Kevlar
reforzados con STF.
Las especificaciones de los paneles son:
Paneles con 10 capas de Kevlar reforzadas con STF más 5 capas de Kevlar sin
reforzar.
Paneles con 18 capas de Kevlar. (Gómez, 2014).
10 Ensayos y Procesos Previos a la Experimentación
10.1 Producción e Impregnación del STF
La producción del STF consta básicamente de tres pasos principales:
1) Síntesis del material particulado.
2) Secado y Macerado.
3) Aplicación del PEG y ultrasonido.
Ilustración 7. Proceso de secado del material particulado.
14
Ilustración 8. Proceso de macerado del material particulado.
Por temas de confidencialidad no es posible dar detalles de las cantidades exactas de los
reactivos utilizados en el proceso.
Una vez obtenido el STF se determinó una cantidad optima del fluido que permitiera una
impregnación adecuada, para este caso se utilizaron 24 ml de STF por cada capa de Kevlar.
En el proceso de impregnación se utiliza un rodillo para distribuir uniformemente el fluido
por la capa, una vez impregnado se deja en el horno 30 minutos a 90°C.
Ilustración 9. Proceso de impregnación del STF.
15
Se pesaron 10 capas antes y después de la impregnación para ver el cambio porcentual del
peso debido a la adición del STF y se obtuvieron los siguientes resultados.
Tabla 1. Aumento porcentual de las capas impregnadas con STF.
Capa Masa Inicial [g]
Masa Final [g]
Aumento Porcentual del Peso
1 24.6 32.1 23.4%
2 23.7 30.8 23.1%
3 24.3 30.1 19.3%
4 24.6 31.3 21.4%
5 23.9 31.0 22.9%
6 24.3 31.5 22.9%
7 24.4 33.2 26.5%
8 24.9 30.2 17.5%
9 24.4 30.3 19.5%
10 24.6 31.9 22.9%
Promedio 24.4 31.2 21.9%
10.2 Verificación del Material de Respaldo
Como se mencionó anteriormente en la metodología se realizó una prueba de rebote para
verificar la absorción de energía del material de respaldo. Para obtener datos de la trayectoria
de la esfera se utilizó el software Tracker, este software permite analizar videos de objetos
en movimiento haciendo posible la medición de posición, velocidad y aceleración del mismo
en cualquier instante de tiempo. Después de analizar cuatro videos en cámara lenta (60
imágenes por segundo) se obtuvieron los siguientes resultados.
Ilustración 10. Medición de la altura de rebote.
16
Gráfica 1. Altura de rebote para la verificación del material de respaldo.
La altura después del primer rebote se encuentra cerca de los 62 cm, esto sobrepasa
ligeramente el valor que exige la norma (ver la sección Criterio de Aceptación del Material
de Respaldo), sin embargo, es un margen pequeño por lo que se utilizó este material como
soporte en las pruebas de impacto.
10.3 Masa de Impacto
Ilustración 11. Masa de impacto ensamblada.
La masa de impacto se manufacturo según los parámetros dados en la sección Masa de
Impacto presentada anteriormente, luego del ensamblaje de todos los elementos de la misma
se obtuvo que la masa total del sistema es de 1.97 kg.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
Alt
ura
[m
]
Tiempo [s]
17
10.4 Dureza del Proyectil
Como se mencionó en la metodología se realizaron pruebas de penetración en la máquina de
ensayos Instron con el fin de determinar la dureza del proyectil. Los datos obtenidos se
compararon con la tabla que se muestra en la ilustración 6 y se obtuvieron los siguientes
resultados.
El proceso de manufactura realizado para obtener el proyectil fue fresado y material utilizado
para obtener esta dureza es un acero de herramientas ASTM A681 con las siguientes
especificaciones.
Ilustración 12. Propiedades del acero de herramientas ASTM A681 (MatWeb, 2015).
Ilustración 13. Cuchillos de Ingeniería S1.
18
Ilustración 14. Prueba de penetración en la máquina de ensayos Instron.
Gráfica 2. Profundidad de penetración del proyectil.
Dado que la profundidad obtenida esta entre 0.3 y 0.4 mm el proyectil se encuentra entre el
rango de dureza que especifica la norma. Al comprar los valores de profundidad obtenidos
con la tabla que se presenta en la ilustración 7 encontró que la dureza esta entre 50 – 70 HRC.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Mas
a [k
g]
Profundidad [mm]
Ensayo 1
Ensayo 2
Ensayo 3
Ensayo 4
Ensayo 5
19
10.5 Medición de Velocidad
Para determinar la velocidad necesaria para lograr la energía requerida se utilizó la siguiente
ecuación.
𝐸 =1
2𝑚𝑣2 (𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 2)
Se halló una velocidad para cada uno de los niveles de energía (24J y 36J), una vez obtenido
estos valores se le sumo un 15% donde se tienen en cuenta los efectos de fricción del tubo de
acrílico del montaje. Con la velocidad corregida se calculó la altura a partir de la ecuación de
caída libre.
𝑣 = √2𝑔ℎ → ℎ =𝑣2
2𝑔 (𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 3)
Esta ecuación es la ecuación de velocidad ideal de caída libre, en este modelo no se tiene en
cuenta el valor de la masa, además el valor de gravedad utilizado fue de 9.65 m/s2 ya que es
el valor de la gravedad a la altura de Bogotá (2600 m.s.n.m).
10.5.1 24J
Velocidad ≈ 5.31 m/s
Altura ≈ 1.46 m
Gráfica 3. Velocidad de impacto a 24J.
10.5.2 36J
Velocidad ≈ 6.48 m/s
Altura ≈ 2.19 m
0
1
2
3
4
5
6
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09
Vel
oci
dd
ad [
m/s
]
Tiempo [s]
20
Gráfica 4. Velocidad de impacto a 36J.
Las gráficas se obtuvieron por medio del análisis de video realizado en Tracker, es importante
aclarar que solo se tuvieron en cuenta las velocidades justo antes del impacto. Al comparar
los datos teóricos con las velocidades obtenidas experimentalmente se puede observar que
los datos tienen cierta dispersión, sin embargo, están dentro de un límite aceptable que
permite realizar los ensayos de impacto sin inconvenientes.
Ilustración 15. Montaje para la medición de la velocidad.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08
Vel
oci
dad
[m
/s]
Tiempo [s]
21
11 Resultados y Análisis de Resultados
11.1 Ensayos de Impacto
Como se mencionó anteriormente se realizaron ensayos de impacto siguiendo los parámetros
de la norma NIJ Standard–0115.00, “Stab Resistance of Personal Body Armor” para
armaduras balísticas de nivel de protección 1, luego de cada de ensayo se contaron las capas
perforadas y la profundidad de penetración en el material de soporte, es importante tener en
cuenta que para cada panel se realizaron ocho impactos, cuatro de estos a 24J y el resto a 36J.
A continuación, se presentará una tabla con las condiciones utilizadas para cada uno de los
paneles, así como los resultados obtenidos para cada uno de ellos.
Tabla 2. Condiciones del ensayo a 24J.
Panel Material Número del Impacto Velocidad 24 J [m/s]
1 Kevlar
1 al 4
5 – 5.6
2 Kevlar 5 – 5.6
3 Kelvar - STF 5 – 5.6
4 Kelvar - STF 5 – 5.6
5 Kelvar - STF 5 – 5.6
6 Kelvar - STF 5 – 5.6
Tabla 3.Condiciones del ensayo a 36J.
Panel Material Número del Impacto Velocidad 36 J [m/s]
1 Kevlar
5 al 8
6.2 – 6.8
2 Kevlar 6.2 – 6.8
3 Kelvar - STF 6.2 – 6.8
4 Kelvar - STF 6.2 – 6.8
5 Kelvar - STF 6.2 – 6.8
6 Kelvar - STF 6.2 – 6.8
Ilustración 16. Paneles de prueba.
22
Tabla 4. Capas perforadas y profundidad de penetración para el panel 1.
Panel 1 Kevlar
Impacto Capas Perforadas Profundidad de Penetración [mm] Energía [J]
1 17 0.0 24
2 18 4.0 24
3 18 3.8 24
4 18 2.6 24
5 16 0.0 36
6 18 7.6 36
7 18 4.2 36
8 18 9.3 36
Tabla 5. Capas perforadas y profundidad de penetración para el panel 2.
Panel 2 Kevlar
Impacto Capas Perforadas Profundidad de Penetración [mm] Energía [J]
1 18 2.1 24
2 18 3.5 24
3 18 1.0 24
4 18 3.1 24
5 18 4.8 36
6 18 5.6 36
7 18 5.2 36
8 18 4.0 36
Tabla 6. Capas perforadas y profundidad de penetración para el panel 3.
Panel 3 Kevlar - STF
Impacto Capas Perforadas Profundidad de Penetración [mm] Energía [J]
1 5 0.0 24
2 6 0.0 24
3 5 0.0 24
4 5 0.0 24
5 6 0.0 36
6 7 0.0 36
7 7 0.0 36
8 8 0.0 36
23
Tabla 7. Capas perforadas y profundidad de penetración para el panel 4.
Panel 4 Kevlar - STF
Impacto Capas Perforadas Profundidad de Penetración [mm] Energía [J]
1 6 0.0 24
2 6 0.0 24
3 6 0.0 24
4 7 0.0 24
5 7 0.0 36
6 8 0.0 36
7 9 0.0 36
8 9 0.0 36
Tabla 8. Capas perforadas y profundidad de penetración para el panel 5.
Panel 5 Kevlar - STF
Impacto Capas Perforadas Profundidad de Penetración [mm] Energía [J]
1 7 0.0 24
2 6 0.0 24
3 5 0.0 24
4 5 0.0 24
5 8 0.0 36
6 7 0.0 36
7 9 0.0 36
8 8 0.0 36 Tabla 9. Capas perforadas y profundidad de penetración para el panel 6.
Panel 6 Kevlar - STF
Impacto Capas Perforadas Profundidad de Penetración [mm] Energía [J]
1 6 0.0 24
2 5 0.0 24
3 6 0.0 24
4 5 0.0 24
5 7 0.0 36
6 9 0.0 36
7 9 0.0 36
8 9 0.0 36
Las tablas 4 – 9 muestran la cantidad de capas perforadas y la profundidad de la penetración
para cada ensayo realizado, se puede observar que para los paneles de Kevlar el proyectil
llega a perforar todas las capas y se presenta una profundidad de penetración, esta no supera
el límite propuesto por la norma, es decir, el impacto no es letal, sin embargo, esta
24
profundidad representa una lesión considerable en el usuario. Por otra parte, los paneles
reforzados con STF son capaces de detener el proyectil y solo algunos de estos paneles
impregnados es perforados.
Gráfica 5. Capas perforadas para paneles de Kevlar.
Gráfica 6. Capas perforadas para paneles de Kevlar - STF.
15
16
17
18
19
5 5,5 6 6,5 7
Cap
as P
erfo
rad
as
Velocidad [m/s]
Kevlar
24 J
36 J
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
5 5,5 6 6,5 7 7,5
Cap
as P
erfo
rad
as
Velocidad [m/s]
Kevlar - STF
24 J
36 J
25
11.2 Procesamiento de los Datos
El procesamiento de los datos empezó con la medición de la posición del proyectil durante
el ensayo de impacto. Utilizando el software Tracker se adquirieron los datos de posición de
un marcador puesto sobre la masa del proyectil, estos datos fueron la base con la cual se
empezó el proceso de diferencias finitas que se mencionara a continuación.
Ilustración 17. Procesamiento de los datos.
Para obtener los valores de velocidad y aceleración de cada uno de los ensayos realizados se
tuvieron en cuenta las siguientes ecuaciones.
𝑣𝑦 =𝑑𝑝𝑦
𝑑𝑦 (𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 4)
𝑎𝑦 =𝑑𝑣𝑦
𝑑𝑦 (𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 5)
Posteriormente se utilizó un método de diferencias finitas para poder operar estas ecuaciones
en el software CAS Matlab, para este proceso se utilizaron diferencias hacia adelante para el
primer punto, diferencias hacia atrás para el último punto y diferencias intermedias para el
resto de los puntos. Se obtuvieron las siguientes ecuaciones.
26
11.2.1 Velocidad
(𝑑𝑝𝑦
𝑑𝑦)
𝑖
= 𝑣𝑖 =(𝑝𝑖+1 − 𝑝𝑖)
∆𝑡→ 𝑃𝑟𝑖𝑚𝑒𝑟 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 (𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 6)
(𝑑𝑝𝑦
𝑑𝑦)
𝑖
= 𝑣𝑖 =(𝑝𝑖+1 − 𝑝𝑖−1)
2∆𝑡→ 𝑃𝑢𝑛𝑡𝑜𝑠 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜𝑠 (𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 7)
(𝑑𝑝𝑦
𝑑𝑦)
𝑖
= 𝑣𝑖 =(𝑝𝑖 − 𝑝𝑖−1)
∆𝑡→ 𝑈𝑙𝑡𝑖𝑚𝑜 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 (𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 8)
Luego de calcular las velocidades se aplicó un filtro con el fin de eliminar el ruido de la señal
obtenida por medio de Tracker. Primero se encontraron las frecuencias contenían las
magnitudes relevantes de los datos y las frecuencias que correspondían al ruido de la señal
por medio la transformada de Fourier, de esta manera se decidió que el filtro a utilizar era un
butterworth pasa bajas con una frecuencia de corte que corresponde a la frecuencia calculada
anteriormente. Posteriormente se utilizaron estos datos filtrados de velocidad para calcular la
aceleración.
Gráfica 7. Filtración de la señal de velocidad.
27
11.2.2 Aceleración
(𝑑𝑣𝑦
𝑑𝑦)
𝑖
= 𝑎𝑖 =(𝑣𝑖+1 − 𝑣𝑖)
∆𝑡→ 𝑃𝑟𝑖𝑚𝑒𝑟 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 (𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 9)
(𝑑𝑣𝑦
𝑑𝑦)
𝑖
= 𝑎𝑖 =(𝑣𝑖+1 − 𝑣𝑖−1)
2∆𝑡→ 𝑃𝑢𝑛𝑡𝑜𝑠 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜𝑠 (𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 10)
(𝑑𝑣𝑦
𝑑𝑦)
𝑖
= 𝑎𝑖 =(𝑣𝑖 − 𝑣𝑖−1)
∆𝑡→ 𝑈𝑙𝑡𝑖𝑚𝑜 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 (𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 11)
Después de calcular los valores de aceleración en todos los puntos para cada uno de los
ensayos se calculó la fuerza de impacto a partir de la segunda ley de newton.
𝐹 = 𝑚𝑎 (𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 12)
La fuerza se calculó de esta manera ya que el proyectil no presentaba ningún tipo de
amortiguamiento durante el impacto, se asumió que el proyectil era un cuerpo rígido en todos
los instantes de tiempo, esto con el fin de facilitar el cálculo y probar el materia balístico bajo
condiciones extremas. La norma indica que debe existir amortiguamiento entre la masa y el
soporte de la cuchilla, este amortiguamiento simula el rebote de la mano del atacante, sin
embargo, al obviar esta restricción la fuerza de impacto aumenta y la condición del ensayo
es crítica.
Los resultados que se muestran a continuación son solo una de las pruebas que se realizaron
durante todo el proyecto, el resto de los resultados obtenidos se pueden encontrar en la
sección de Anexos.
28
11.3 Análisis de Velocidad
Gráfica 8. Velocidad filtrada experimental.
La grafica 8 muestra las velocidades utilizadas para cada uno de los ensayos, para los dos
niveles de energía se intentó conservar la velocidad que se mencionó en la sección de
Medición de Velocidad, sin embargo, la velocidad presenta pequeñas variaciones debido a
diferentes factores en la experimentación (fricción, cambios en la altura, resolución de la
cámara, etc…).
29
11.4 Análisis de Aceleración
Gráfica 9. Desaceleración experimental.
11.4.1 Cambio de Desaceleración para 24J y 36J Tabla 10. Aumento porcentual de la desaceleración a 24J y 36J.
E1 = 24J
Material Desaceleración [m/s2] Aumento Porcentual [%]
Kevlar 555.5 16.4
Kevlar - STF 646.7
E2 = 36J
Material Desaceleración [m/s2] Aumento Porcentual [%]
Kevlar 666.7 15.9
Kevlar - STF 772.8
Se puede observar en la gráfica 9 que la aceleración del impacto aumenta con la impregnación
del STF, esto se debe a que las propiedades de dilatación del fluido generan clusters de
partículas que rigidizan la superficie del material de prueba, esto implica que tanto la
penetración como el amortiguamiento del mismo disminuyan. La disminución de la
penetración del proyectil implica una reducción en la energía absorbida por el sistema (ver
resultados de la sección Energía Absorbida), esta reducción se puede evidenciar en el
30
aumento de la desaceleración ya que el material no es capaz de disipar la energía del proyectil
cuando este impacta contra el material de prueba.
La tabla 10 presenta los valores máximos de aceleración en el ensayo para 24J y 36J, así
mismo se puede observar el aumento porcentual de la aceleración para cada uno de los niveles
de energía. Esta tabla solo ilustra los resultados de una de las pruebas realizadas, sin embargo,
los datos de todas las pruebas tienen la misma tendencia en el cambio porcentual.
11.5 Análisis de Fuerza
Como se presentó en la ecuación 12 la fuerza se calculó a partir de la segunda ley de Newton,
el análisis se hizo de esta manera ya que el sistema no tenía amortiguación interna, esto
implica que la aceleración y la masa es la misma en todos los puntos de la masa de impacto.
Gráfica 10. Fuerza experimental.
31
11.5.1 Cambio de Fuerza para 24J y 36J Tabla 11. Aumento porcentual de la fuerza a 24J y 36J.
E1 = 24J
Material Fuerza [N] Aumento Porcentual [%]
Kevlar 1094.0 16.5
Kevlar - STF 1274.0
E2 = 36J
Material Fuerza [N] Aumento Porcentual [%]
Kevlar 1313.0 15.9
Kevlar - STF 1522.0
La gráfica 10 presenta el aumento de la fuerza para cada nivel de energia, nuevamente, al
impregnar el fluido el impacto del proyectil en el material de prueba ejerce una fuerza mayor
debido al aumento en la rigidez que se presenta cuando forman los clusters del material
particulado.
La tabla 11 ilustra los resultados del cambio porcentual de la fuerza, es importante aclarar
que el cambio porcentual de la fuerza coincide con el cambio de la aceleracion ya que estos
datos son proporcionales debido al metodo utilizado. La fuerza maxima registrada fue de
1522 N, esto es aproximadamente 400 N mayor a los datos reportados en el proyecto de grado
de Jose David Quiroga, este aumento de fuerza se debe a la falta de amortiguamiento que se
menciono anteriormente.
Ilustración 18. Fuerza experimental a 0.25 m. (Delaware, Forrest , Head, Gillespie, & Wagner, 2009).
32
La figura 18 muestra la fuerza de impacto obtenida por R. G. Egres Jr., M. J. Decker, C. J.
Halbach, Y. S. Lee, J. E. Kirkwood, K. M. Kirkwood y N. J. Wagner en sus ensayos de
impacto. Se puede observar que los resultados obtenidos en este documento para cuchillo de
ingenieria S1 son mucho menores a 1500 N, esto se debe a que las pruebas realizadas en este
documento son tan solo a 0,25 m de altura, sin embargo es evidente que tanto las graficas
obtenidas en este proyecto de grado como las obtenidas en el documento tienen la misma
tendencia.
11.6 Energía Absorbida
La energía absorbida por el sistema (material de prueba y material de soporte) se calculó a
partir de un balance de energías donde se tuvo en cuenta el nivel de energía utilizado en cada
uno de los ensayos. El balance se hizo de la siguiente manera.
𝐸𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐸𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑎 + 𝐸𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑏𝑜𝑡𝑒 (𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 13)
La energía total se aproximó a 24J o 36J dependiendo del tipo de ensayo que se estaba
realizando, luego con ayuda del software Tracker se obtuvo el dato de posición más alto de
rebote después del impacto y con la ecuación de energía potencial se calculó el valor de
energía de rebote, finalmente al restar estos dos valores se puede hallar la cantidad absorbida
por el sistema.
𝐸𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑎 = 𝐸𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙(24𝐽 𝑜 36𝐽) − 𝑚𝑔ℎ𝑟𝑒𝑏𝑜𝑡𝑒 (𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 14)
Utilizando la ecuación mencionada anteriormente se obtuvieron los siguientes resultados.
Tabla 12. Energía absorbida para el panel 1.
Panel 1 Kevlar
24J 36J
Impacto 1 Impacto 2 Impacto 3 Impacto 4 Impacto 5 Impacto 6 Impacto 7 Impacto 8
Energía Total [J] 24.0 24.0 24.0 24.0 36.0 36.0 36.0 36.0
Energía de Rebote [J] 5.7 5.8 5.8 5.7 6.2 6.4 6.7 6.5
Energía Absorbida [J] 18.3 18.2 18.2 18.3 29.8 29.6 29.3 29.5
Tabla 13. Energía absorbida para el panel 2.
Panel 2 Kevlar
24J 36J
Impacto 1 Impacto 2 Impacto 3 Impacto 4 Impacto 5 Impacto 6 Impacto 7 Impacto 8
Energía Total [J] 24.0 24.0 24.0 24.0 36.0 36.0 36.0 36.0
Energía de Rebote [J] 5.8 5.6 5.9 5.9 6.6 6.9 6.6 6.4
Energía Absorbida [J] 18.2 18.5 18.1 18.2 29.4 29.1 29.4 29.6
33
Tabla 14. Energía absorbida para el panel 3.
Panel 3 Kevlar - STF
24J 36J
Impacto 1 Impacto 2 Impacto 3 Impacto 4 Impacto 5 Impacto 6 Impacto 7 Impacto 8
Energía Total [J] 24.0 24.0 24.0 24.0 36.0 36.0 36.0 36.0
Energía de Rebote [J] 6.6 6.2 6.2 6.0 6.7 6.7 7.0 7.1
Energía Absorbida [J] 17.4 17.8 17.8 18.0 29.3 29.3 29.0 28.9
Tabla 15. Energía absorbida para el panel 4.
Panel 4 Kevlar - STF
24J 36J
Impacto 1 Impacto 2 Impacto 3 Impacto 4 Impacto 5 Impacto 6 Impacto 7 Impacto 8
Energía Total [J] 24.0 24.0 24.0 24.0 36.0 36.0 36.0 36.0
Energía de Rebote [J] 6.1 6.0 6.0 6.3 6.9 7.1 6.8 6.9
Energía Absorbida [J] 17.9 18.0 18.0 17.7 29.1 28.9 29.2 29.1
Tabla 16. Energía absorbida para el panel 5.
Panel 5 Kevlar - STF
24J 36J
Impacto 1 Impacto 2 Impacto 3 Impacto 4 Impacto 5 Impacto 6 Impacto 7 Impacto 8
Energía Total [J] 24.0 24.0 24.0 24.0 36.0 36.0 36.0 36.0
Energía de Rebote [J] 5.5 6.1 6.3 6.5 6.9 7.0 6.8 6.9
Energía Absorbida [J] 18.5 17.9 17.7 17.5 29.1 29.0 29.2 29.1
Tabla 17. Energía absorbida para el panel 6.
Panel 6 Kevlar - STF
24J 36J
Impacto 1 Impacto 2 Impacto 3 Impacto 4 Impacto 5 Impacto 6 Impacto 7 Impacto 8
Energía Total [J] 24.0 24.0 24.0 24.0 36.0 36.0 36.0 36.0
Energía de Rebote [J] 6.3 6.4 6.3 5.8 7.0 6.9 7.0 6.8
Energía Absorbida [J] 17.7 17.6 17.7 18.2 29.0 29.1 29.0 29.2
34
Tabla 18. Disminución porcentual de la energía absorbida a 24J y 36J.
24J
Material Energía Absorbida [J] Disminución Porcentual [%]
Kevlar 18.2 2.3
Kevlar - STF 17.8
36J
Material Energía Absorbida [J] Disminución Porcentual [%]
Kevlar 29.5 1.3
Kevlar - STF 29.1
Como se puede observar en las tablas 12 – 18 la energía absorbida por el sistema disminuye
cuando se impregna el fluido, al igual que en la aceleración y en la fuerza las propiedades no
Newtonianas del fluido permiten una rigidez superior cuando se ejerce un esfuerzo cortante.
Como el material es más rígido el proyectil no es capaz de perforar el mismo número de
capas, además con la disminución del amortiguamiento la capacidad de disipar energía es
menor y el rebote que se presenta es mayor, por ende, la energía debido a esta altura
incrementa con respecto al material sin impregnación.
11.7 Pruebas Balísticas
Con el fin de determinar la resistencia de los paneles frente a pruebas balísticas reales se
realizaron dos disparos con arma de fuego de munición 9 mm. M882 NATO. Estos disparos
se realizaron en el polígono de tiro de la empresa de blindaje personal Protección y Dotación
Especializada SAS., los paneles probados constaban de 10 capas de Kevlar – STF y 5 capas
de Kevlar. Luego de las pruebas balísticas se obtuvieron los siguientes resultados.
11.7.1 Polígono de Tiro
Ilustración 19. Polígono de tiro.
35
11.7.2 Paneles de Prueba
Ilustración 20. Paneles de prueba balística, el círculo rojo indica en lugar del impacto del proyectil.
11.7.3 Número de Capas Perforadas
Ilustración 21. Numero de capas perforadas por la munición 9mm.
36
11.7.4 Medición del Trauma
Ilustración 22. Trauma después del impacto.
Ilustración 23. Última capa de los paneles de prueba después del impacto.
37
11.7.5 Proyectiles Deformados
Ilustración 24. Munición 9mm después del impacto.
Tabla 19. Velocidad del proyectil y capas perforadas.
Panel Velocidad del Proyectil [m/s] Capas Perforadas
1 390.27 10
2 387.65 8
Como se puede observar en las ilustraciones el impacto de la bala logro penetrar máximo 10
capas de Kevlar – STF, es decir, el proyectil no logra llegar al usuario, sin embargo, el trauma
generado por el proyectil puede llegar a ser letal. Se debe tener en cuenta que los paneles
utilizados son de 15 capas y en aplicaciones balísticas reales se utilizan por lo menos 20 capas
de este material. Se utilizaron 15 capas en total con el fin de no comprometer el peso del
panel debido a las capas impregnadas, el peso de una armadura balística es fundamental ya
que puede afectar la movilidad del usuario y en este caso es necesario tener un panel ligero
que sea capaz de contrarrestar los dos tipos de amenaza (munición 9mm y arma corto
punzante).
Tabla 20. Peso de los paneles.
Panel Numero de Capas de Kevlar Numero de Capas con STF Peso [g]
Kevlar 18 0 439.2
Kevlar 20 0 488.0
Kevlar - STF 5 10 434.0
38
12 Conclusiones
La impregnación de STF presenta una mejora considerable contra los ataques de
apuñalamiento causados por el cuchillo de ingeniería S1. El número de capas perforado
después de la impregnación y la profundidad de la penetración disminuyen
significativamente ofreciendo una protección total contra ataques de armas corto punzantes.
La absorción de energía disminuye ligeramente después de la impregnación, esto afecta la
aceleración y fuerza del impacto. A pesar de que la diferencia porcentual de la energía no es
considerable, el cambio de la aceleración y de la fuerza es apreciable.
Los paneles de Kevlar impregnados con STF presentan buena resistencia contra ataques
balísticos, sin embargo, es necesario aumentar la cantidad de capas de Kevlar sin impregnar
con el fin de reducir el efecto del trauma causado por el impacto del proyectil. Teniendo en
cuenta lo anterior se puede concluir que los paneles de prueba son bifuncionales.
13 Trabajos Futuros
Hacerle mantenimiento al montaje con el fin de reducir los efectos de fricción y poder
obtener resultados precisos de velocidad y aceleración.
Mejorar el sistema anti rebote, hacerlo más robusto y confiable.
Implementar sensores de posición y velocidad para facilitar el procesamiento de los
datos.
Implementar acelerómetros de impacto o en su defecto un conjunto de acelerómetro
– arduino que sea capaz de medir la aceleración del impacto, de esta forma se pueden
reducir los errores que se presentan con procesamiento por diferencias finitas.
14 Referencias 1. Concha, N. (2014). Comportamiento Mecánico de Paneles Fabricados con STF y
Kevlar Frente al Impacto de Armas Blancas. Bogotá.
2. Delaware, U. o., Forrest , K., Head, E., Gillespie, J., & Wagner, N. (2009).
EFFECT OF PARTICLE SIZE ON HIGH AND LOW RATE RESPONSES OF
SHEAR THICKENING EFFECT OF PARTICLE SIZE ON HIGH AND LOW RATE
RESPONSES OF SHEAR THICKENING. Obtenido de
http://ccmudel.wpengine.com/wp-
content/uploads/2014/09/MS_Forrest_Head_EffectsUG1_2009.pdf
3. DuPont. (2015). Technical Guide Kevlar Aramid Fiber. Obtenido de Kevlar
Properties: http://www.dupont.com/content/dam/dupont/products-and-
services/fabrics-fibers-and-
nonwovens/fibers/documents/Kevlar_Technical_Guide.pdf
39
4. Gómez, P. (2014). Caracterización de la Penetración de un Punzón en Sistemas
Balísticos Reforzados con STF. Bogotá.
5. Gómez, P. (2014). Primera Versión de la Propuesta de Tesis. Bogotá.
6. Hanlon, M. (13 de Agosto de 2006). Gizmag. Obtenido de New Shear Thickening
Fluid (STF) enables flexible, comortable armor.: http://www.gizmag.com/go/5995/
7. Justice, N. I. (2000). Stab Resistance of Personal Body Armor NIJ Standard -
0115.00. Washington DC.
8. MatWeb. (6 de 10 de 2015). MatWeb. Obtenido de
http://www.matweb.com/search/datasheet_print.aspx?matguid=e30d1d1038164808
a85cf7ba6aa87ef7
9. Quiroga, J. D. (2016). Análisis Experimental de la Resistencia a la Penetración por
Cuchillo del KEVLAR Posterior a Tratamiento con STF. Bogotá.
40
15 Anexos
15.1 Graficas de Pruebas de Impacto
15.1.1 Panel 1 Kevlar
41
42
43
44
45
46
47
48
15.1.2 Panel 2 Kevlar
49
50
51
52
53
54
55
56
15.1.3 Panel 3 Kevlar – STF
57
58
59
60
61
62
63
64
15.1.4 Panel 4 Kevlar – STF
65
66
67
68
69
70
71
15.1.5 Panel 5 Kevlar – STF
72
73
74
75
76
77
78
79
15.1.6 Panel 6 Kevlar – STF
80
81
82
83
84
85
86