{"id":3,"date":"2012-01-10T17:08:15","date_gmt":"2012-01-10T16:08:15","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/?p=3"},"modified":"2012-05-25T22:36:15","modified_gmt":"2012-05-25T21:36:15","slug":"materiales-compuestos-en-aeronautica","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/2012\/01\/10\/3\/","title":{"rendered":"Materiales Compuestos en aeron\u00e1utica"},"content":{"rendered":"

Por \u00c1lvaro Ridruejo <\/a>, <\/strong> Dr. Ing. de Materiales (Departamento de Ciencia de Materiales, Universidad Polit\u00e9cnica de Madrid)<\/p>\n

En esta entrada del blog, vamos a presentar dos aplicaciones en las que la utilizaci\u00f3n de materiales compuestos supone una importante ventaja.<\/p>\n

1) Palas del rotor de un helic\u00f3ptero<\/p>\n

Las palas del rotor de un helic\u00f3ptero se comportan como peque\u00f1as alas que producen el empuje vertical que la aeronave necesita para volar. Desde el punto de vista del dise\u00f1o, lo que necesitamos es un material que se deforme poco (suficientemente r\u00edgido) y que tenga el menor peso posible. Los materiales compuestos se han venido utilizando en el dise\u00f1o de palas de rotor desde los a\u00f1os 60.
\nLas palas de helic\u00f3ptero presentan un problema muy particular derivado de la combinaci\u00f3n de los movimientos de rotaci\u00f3n de las propias palas y hacia adelante de la aeronave: puesto que la velocidad de avance del helic\u00f3ptero puede alcanzar 100 m\/s y la velocidad lineal de la punta de la pala en su giro a menudo supera ligeramente los 200 m\/s, la velocidad con la que la pala atraviesa el aire en la fase de avance del giro es sustancialmente mayor que la velocidad en la fase de retroceso (300 contra 100 m\/s). Si el \u00e1ngulo de ataque de las palas se mantuviera constante durante el giro, entonces el empuje vertical ser\u00eda muy distinto en ambos lados del helic\u00f3ptero y este se desestabilizar\u00eda gravemente.<\/p>\n

Este efecto, detectado y solucionado por primera vez por el ingeniero espa\u00f1ol Juan de la Cierva, se puede compensar modificando el \u00e1ngulo de ataque durante cada giro. Otras modificaciones del \u00e1ngulo de ataque se utilizan para cambiar de direcci\u00f3n cuando el aparato maniobra.<\/p>\n

Es por tanto de suma importancia que las palas tengan una alta rigidez a torsi\u00f3n para que puedan responder fiel y r\u00e1pidamente a los cambios de \u00e1ngulo de ataque impuestos por la base del rotor.<\/p>\n

Del mismo modo, la rigidez a flexi\u00f3n tambi\u00e9n debe ser elevada para que la punta del ala no se retrase respecto de su base y para que las palas no se curven hacia arriba por efecto del peso del helic\u00f3ptero. En la figura puede apreciarse un croquis de una secci\u00f3n de pala.<\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

Las fibras de carbono orientadas a \u00b1 45\u00b0 respecto del eje de la pala le confieren la rigidez a torsi\u00f3n, mientras que la rigidez a flexi\u00f3n viene dada por las fibras de carbono y vidrio paralelas al eje. Esta configuraci\u00f3n tambi\u00e9n proporciona a la pala una excelente resistencia a la fatiga, con lo que la vida de la pala alcanza las 10.000 horas.<\/p>\n

2) Frenos de avi\u00f3n<\/p>\n

Los frenos de un avi\u00f3n necesitan un conjunto tremendamente exigente de propiedades, que podemos citar a continuaci\u00f3n:
\n\uf0a7 Buena estabilidad t\u00e9rmica y resistencia al choque t\u00e9rmico
\n\uf0a7 Baja densidad
\n\uf0a7 Buena resistencia a alta temperatura
\n\uf0a7 Alta capacidad t\u00e9rmica
\n\uf0a7 Alta conductividad del calor
\n\uf0a7 Buenas caracter\u00edsticas de fricci\u00f3n
\n\uf0a7 Buena resistencia al desgaste<\/p>\n

 <\/p>\n

\"\"<\/a>
Freno de avi\u00f3n con pastillas de Carbono. Imagen de boeing.com<\/figcaption><\/figure>\n

Durante un aterrizaje de emergencia o un despegue abortado (cuando el avi\u00f3n ya tiene una considerable velocidad en pista), los frenos deben absorber una enorme cantidad de energ\u00eda sin desintegrarse ni agarrotarse. El dise\u00f1o t\u00edpico de un freno de aviaci\u00f3n se basa en una serie de discos giratorios intercalados entre otros discos fijos. Cuando se accionan los frenos, el rozamiento entre los discos puede elevar la temperatura de los mismos hasta una media de 1500 \u00b0C, con picos de hasta 3000 \u00b0C en su superficie. Por esta raz\u00f3n, el material del disco debe tener una gran resistencia mec\u00e1nica a alta temperatura y una excelente resistencia al choque t\u00e9rmico (capacidad de resistir elevadas diferencias de temperatura sin da\u00f1arse). Una buena conductividad t\u00e9rmica es b\u00e1sica para evitar el sobrecalentamiento de las superficies del disco. El carbono tiene una buena conductividad y estabilidad a alta temperatura (sus dimensiones cambian poco con la temperatura).<\/p>\n

El carbono en forma de grafito s\u00f3lido es un candidato, mucho m\u00e1s barato que un material compuesto de carbono\/carbono (matriz y refuerzo de carbono), pero la resistencia y tenacidad del material compuesto son claramente superiores. Los discos se fabrican infiltrando fibras de carbono con una brea o una resina polim\u00e9rica, calentando el conjunto a 1000 \u00b0C en ausencia de ox\u00edgeno para eliminar impurezas e ir dejando un esqueleto de carbono. El proceso se repite varias veces hasta alcanzar la densidad deseada y finalmente se calienta hasta unos 2500 \u00b0C para completar la grafitizaci\u00f3n.<\/p>\n

El peso de los frenos es un asunto muy relevante. Un avi\u00f3n de pasajeros normalmente lleva ocho frenos. Con un dise\u00f1o convencional (discos de acero y discos de un material friccional), el conjunto alcanza un peso de m\u00e1s de 1000 kg, mientras que un conjunto de frenos de carbono\/carbono pesa algo menos de 700 kg. Este ahorro de peso es equivalente a cuatro pasajeros, y a la larga significa un importante ahorro de combustible.<\/p>\n

La tecnolog\u00eda de frenos de carbono se introdujo en primer lugar en aviones de combate y en el Concorde, pero en la actualidad est\u00e1 presente en la mayor\u00eda de modelos de Boeing y Airbus.<\/p>\n

La principal limitaci\u00f3n que afecta a este material cuando se expone durante tiempos m\u00e1s prolongados a alta temperatura es su poca resistencia a la oxidaci\u00f3n, aunque ya existen recubrimientos que evitan en gran medida este problema.<\/p>\n

Fuente: D. Hull & T. W. Clyne, An Introduction to Composite Materials, Cambridge University Press, 2nd Edition, 1996.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Por \u00c1lvaro Ridruejo , Dr. Ing. de Materiales (Departamento de Ciencia de Materiales, Universidad Polit\u00e9cnica de Madrid) En esta entrada del blog, vamos a presentar dos aplicaciones en las que la utilizaci\u00f3n de materiales compuestos supone una importante ventaja. 1) Palas del rotor de un helic\u00f3ptero Las palas del rotor de un helic\u00f3ptero se comportan como peque\u00f1as alas que producen el empuje vertical que la aeronave necesita para volar. Desde el punto de vista del dise\u00f1o, lo que necesitamos es un material que se deforme poco (suficientemente r\u00edgido) y que tenga el menor peso posible. Los materiales compuestos se han\u2026<\/p>\n","protected":false},"author":187,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"ngg_post_thumbnail":0},"categories":[13998,16830,2399,13984],"tags":[13982,13981],"blocksy_meta":{"styles_descriptor":{"styles":{"desktop":"","tablet":"","mobile":""},"google_fonts":[],"version":4}},"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/wp-json\/wp\/v2\/users\/187"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=3"}],"version-history":[{"count":15,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":9,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3\/revisions\/9"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=3"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=3"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=3"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}