RAZÓN Y SER DE LOS COMPOSITES

EN ESTRUCTURAS MÓVILES

EL MARCO CONTINUOEL MARCO CONTINUO

Juan MansoAsesor técnico en composites

Octubre 2015

FUNDAMENTOS

• En toda pieza o estructura móvil, aparecen deinmediato varios parámetros a tener encuenta:

• Citamos como más evidentes el peso, conderivadas tan importantes como inercias enarranque y frenado, repercusión en el apoyo,sin olvidar efectos colaterales comoestabilidad, transmisión térmica, corrosión,estabilidad, transmisión térmica, corrosión,ruido y comportamiento en el caso de impacto,entre otras.

• Un ejemplo bien conocido podrían ser las palasde un aerogenerador eólico.

• Hasta ahora eran los materiales metálicoslos protagonistas principales. Era lo que había,pero desde hace unas décadas, aparecen otrasopciones, los composites y de elloshablaremos aquí.

COMPOSITES

• Como el término indica, son materiales compuestos,principal diferencia con los metales, que si bien admiten éstosaleaciones, existe mayoritariamente un componente base dereferencia.

• En los materiales compuestos hay dos productos base:

• La Matriz o ResinaY el Refuerzo o Fibra.• Y el Refuerzo o Fibra.

• Tanto monta, monta tanto, el uno como el otro. Ambos serelacionan íntimamente, como las cuerdas en una polea.

DIFERENCIAS

• Hay además otro factor importante: en un metal recibimos elproducto fabricado por la fundición. Solo podemosmanipularlo y transformarlo en pieza concreta. No podemosintervenir en su composición. Se nos da hecha.

• En el composite, salvo en el caso concreto del prepreg,nosotros elegimos el tipo de matriz o resina y lo mismocon el refuerzo, definiendo el porcentaje de mezcla y suproceso de transformación, con cerca de veinte sistemasproceso de transformación, con cerca de veinte sistemasdiferentes.

• Esta es la gran diferencia básica en trabajar con metales ocomposites y este es el gran reto que se nos plantea, alextremo de poder afirmar que nunca un ingeniero, calculista,diseñador o técnico en general, ha dispuesto de tal oferta yposibilidades para crear como con estos fantásticos y todavíatan desconocidos materiales, los composites.

PROPIEDADES

• Dejemos claro que ambos materiales, metales y compuestos,NO son competidores sino complementarios. El que estoescribe, lanzó al mercado hace 25 años un híbrido, bautizadocon el nombre de COMPOSTEEL.

• Como su nombre indica, era un híbrido de acero y composite,concretamente se fabricaron postes eléctricos. El acero, porel que siento veneración, proporcionaba unas cualidades y elcomposite, al que he dedicado más de cuatro décadas, suplíacomposite, al que he dedicado más de cuatro décadas, suplíalas carencias de su compañero.

• Era una perfecta simbiosis. El acero nos proporcionaconocimiento y experiencia de años, rigidez, confianza alcalculista, además de precio y extensión mundial.

• El composite nos da ligereza, protección frente acorrosión, diseño, aislamiento térmico y eléctrico ycomportamiento al impacto y fatiga. El técnico tiene dondeelegir. Bendito problema.

APLICACIONES: Sector Naval

• En el año 1972 expusimos en unas Jornadas de composites,la comparativa de un pesquero de 30m de eslora fabricadoen madera, acero y composite.

• La conferencia corrió a cargo del Catedrático de Proyectos dela E.T.S.I. de Navales, Madrid, Dr. Andrés Luna Maglioli,quien demostró la idoneidad y eficacia del pesquero encomposite.composite.

• Hoy estamos acostumbrados a los dragaminas de 50m,patrulleras, veleros de alta competición monocascos,catamaranes, trimaranes, con mástiles de 45m de altura,crucetas, botavaras, tangones, timones e inclusorecientemente el mástil–vela rígido orientable solo composite.

APLICACIONES: Sector Naval II

• La náutica hace uso masivo de estos nuevos materiales.Ligereza, rigidez, diseño, intemperie, fiabilidad, son losvalores aportados por los composites.

• Además de los aviones de combate, auténticas joyas técnicas,examinemos los civiles:

• En 1984 se entregaron por la entonces C.A.S.A. en la que trabajévarios años, el primer juego de estabilizadores, estructuraprimaria, del AIRBUS A320.

APLICACIONES: Sector Aeronáutico

• Hoy toda la gama de AIRBUS lo montan además de alas principales,deriva vertical, puertas de cabina, de tren de aterrizaje y partes demotor. Hoy se ensaya el fuselaje entero de aviones comerciales y elpeso de los composites supera el 50 % del material de un avión.

• Aquí también los híbridos aluminio–composites tienen su campode actuación. El futuro y posibilidades son enormes. Es inconcebibleun avión sin materiales compuestos.

APLICACIONES: Sector Ferroviario

• En 1971 tuvimos el honor y la posibilidadde fabricar el Tren Vertebrado diseñadopor el gran ingeniero AlejandroGoicoechea, el autor de TALGO.

• Era un tren muy innovador, incluso parahoy en día, totalmente en composite,autoportante y circuló en exhibición enel Paseo Marítimo de Las Palmas de GranCanaria.

• Hoy se hacen los carenados de las máquinas AVE, módulos de baño,piezas de cabina e incluso se han fabricado bogies. Aquí la tecnologíadel Marco Continuo podría encajar perfectamente.

• Sugerimos también los techos de convoyes AVE destinados a paísesárabes o siberianos. Los composites con coeficientes de transmisióntérmica infinitamente menores que el aluminio y acero, resolveríanproblemas de peso, volúmenes de acondicionadores, ruido yconsumos. A valorar además, la disminución del par de vuelco y larepercusión en vía, con importantes repercusiones económicas.

Canaria.

APLICACIONES: Sector Automoción

• A principios de los noventa, antes justo de la venta de Pegaso al Grupo IVECO,nos pidió ENASA fabricar varios chasis de cabeza tractora y ballestas.Ambas piezas dieron magníficos resultados

• A mediados de los setenta, Santana nos solicitó estudiar la sustitución de lostechos de lona y aluminio de sus Land Rover por composite. El resultadofue un éxito total. Los clientes apreciaron el aislamiento térmico, hermeticidad,disminución de ruido y ahorro de peso.

• En 1997 contribuimos al desarrollo y montaje del Compobus, autobús integralen composite ‐ chasis y carrocería – superando la tan exigente prueba lateraldel vuelco. La introducción del Marco Continuo fue determinante.

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del vuelco. La introducción del Marco Continuo fue determinante.

• En automóviles tenemosmultitud de ejemplos, pero yodestacaría un icono que acabade cumplir 60 años, el CitroënDS o Tiburón. Se fabricaronmillón y medio de unidades y sutecho en composite,desarrollado por Saint Gobaindonde trabajé quince años,constituía la vanguardia técnica.

APLICACIONES: Sector Automoción II

• Luego vinieron en 1974 los paragolpes delantero y traserodel Renault R‐‐‐‐5 en composite.

• Hoy ningún fabricante usa el metal. No solo es cuestión depeso y de costo, sino de seguridad frente al impacto.

• Con los nuevos procedimientos y avances en materias primas,hoy podríamos abordar la fabricación de chasis, elementos desuspensión, elementos de seguridad, capós, puertas y partes desuspensión, elementos de seguridad, capós, puertas y partes deasientos.

• La carrocería y chasis,como ocurre en automóvilesdeportivos, se limitan hoy porhoy, a pequeñas series degrandes marcas. Pero todo seandará.

CONCLUSIÓN

• Disponemos de tecnologías que permiten polimerizacionesultrarrápidas y en cuanto a materiales, podemos utilizar prepreg,fibras continuas, cortas, tejidos unidireccionales, biaxiales, triaxiales,complejos, híbridos de vidrio, carbono y aramida, sin olvidar loshíbridos metal–composite, que comentamos anteriormente.

• Finalmente, consideramos un factor muy a tener en cuenta: estosmateriales permiten la automatización y robotización en gradomáximo, como quedó demostrado en 1985 en el programa S.E.H.R.O:máximo, como quedó demostrado en 1985 en el programa S.E.H.R.O:sistema de enrollado de hilos por robot.

• Ocurrió en mi estancia en C.A.S.A. y pude fabricar con un robot decinco ejes directos más dos complementarios, uno de giro del útily otro de traslación del robot, piezas muy diversas, como estructuras –viga de sección triangular, cuadrada, depósitos lanzables, botellas depresión y herrajes entre otras piezas.

• La robótica y estos nuevos materiales forman un dúo de vértigo.

MARCO CONTINUO

• El marco continuo (en adelante MC) nace como exigencia estructural de los estructural de los composites

• Los metales admiten ser doblados, pero los composites no

MARCO CONTINUO

Corte seccional de un MC

MARCO CONTINUO

• La gran carencia de los composites, la unión en ángulo, sesoluciona con el MC

• La técnica del MC permite la total continuidad de las fibras• Los ángulos, antes puntos débiles, son ahora los fuertes

MARCO CONTINUO

• La estructura formada con MC, nunca romperá por los ángulos

• Los ángulos son más del doble de resistentes que los largueros

MARCO CONTINUO

Ejemplo de pruebas de torsión

MARCO CONTINUO

• Podemos fabricar secciones de piezas de MC en U, T y

• Podemos fabricar piezas de formas cuadradas, rectangulares,poligonales, triangulares, circulares… como las que se muestrana continuación:

MARCO CONTINUO

• El MC evita pletinas, pegado, taladros que afean y dañan

• La técnica admite la unión de MC entre sí

MARCO CONTINUO

Detalle de una estructura tridimensional combinando MC

MARCO CONTINUO

Prueba de carga en estructura tridimensional, combinando MC

MARCO CONTINUO

Molde de un chasis de cabeza tractora de camión Pegaso

MARCO CONTINUO

• La técnica:

• Admite cerrar la sección de un MC• Es como el enrollado, o filament winding, pero

tridimensional• Es como la pultrusión pero con multiformas• Pide la aplicación de robots o autómatas

MARCO CONTINUO

MC acoplado a diversos perfiles y panel sandwich

¡Muchas gracias!

Juan MansoAsesor técnico en composites

jota.jotamanso@gmail.com