Norma técnica de fabricación seriada de palas eólicas para el

proceso de Infusión (Infusion VARTM ó Vacuum Infusion Assisted Resin Technique Model)

(Algunas imágenes fueron extraídas, se encuentran en la versión oficial)

Procedimiento técnico de materiales compuestos.

Nombre del proceso: Infusión.

Elaboró:

Cristian PinedaJuan Saldias

Revisó:

Cristian PinedaJuan Saldias

Evaluó:

Cristian PinedaJuan Saldias

Índice

- Introducción pág. 2- Definiciones pág. 4- Materiales pág. 5- Maquinaria/Equipos pág. 6- Descripción del proceso pág. 7- Fichas técnicas- Detalles a tomar en consideración

Introducción

El acrónimo VARTM es aplicado al proceso de infusión al vacío, que es donde el material compuesto se moldea utilizando un molde rígido para proporcionar geometría de la pieza y una membrana delgada y flexible sobre la fibra, con la presión atmosférica exterior comprimiendo la fibra apretado contra la superficie del molde rígido.

Hay que señalar, sin embargo, que VARTM significa simplemente para añadir vacío a la abertura de salida de la herramienta de moldeo, por lo tanto cualquier forma de moldeo por transferencia de resina en el que se aplica vacío a la rejilla de ventilación podría beneficiarse de la asociación VARTM.

El proceso de la infusión permite conseguir partes con altas características mecánicas, porcentajes de la fibra en cerca de 70% del peso de la partición. Este proceso, fue desarrollado para la producción de las partes aeronáuticas de grandes dimensiones y utiliza muchos materiales descartables para la producción de cada partición. Los costes estos consumibles ha venido bajar y se utiliza hoy en la producción de muchas partes con grandes requisitos mecánicos.

El proceso es idéntico al proceso de VARTM donde contra molde es sustituida por una membrana flexible. En esto en caso de que se aplique eso la depresión máxima y exprimiendo la resina, garantizando una alta concentración de fibra - cristal. Este proceso se utiliza en la producción de las técnicas de las piezas, senda para peatones para separar la producción de las alas de los aeroplanos, donde la fibra - cristal se puede sustituir por la fibra del carbón.

A menudo, la industria aeroespacial tendrá compuestos de fibra de muy alto volumen moldeados dentro de un conjunto rígido de moldes emparejados en el que se sujeta el molde de cavidad fijo, cerrado, usando una prensa y las presiones de inyección de resina se extienden típicamente menos de 7 kgr/cm², pero podría ser tan alto como 42 kgr/cm² tal como se utiliza para llenar el molde de encapsulación dentro de la fibra seca.

Éste sistema está ideado para la confección de piezas pequeñas, en una producción no mayor a las 100 piezas debido a la fatiga física estructural del material.

El proceso de Infusión se caracteriza por:

•Molde abierto, armado seco•Impregnación forzada por el vacío•Requiere resinas de baja viscosidad•Excelente terminación del lado molde, Matriz económica•Buena fracción volumétrica•Utilización de tramados especiales para mejorar permeabilidad y acelerar impregnación.

La selección del proceso de Infusión es principalmente dado a que el modelo es una pala eólica hueca y cerrada, por lo que no necesita de un requerimiento superficial liso interior.La porosidad y la irregularidad son elementos fundamentales para añadir un esqueleto estructural o un relleno de espuma, ideales para evitar que las fuerzas físicas generen torques a la pieza, evitando que ésta pierda su estructura.

La pieza a construir es un perfil NACA 4715, un perfil diseñado para palas eólicas expuestas a una masa de viento constante con flujos unidireccionales, generalmente de costas.

El proceso que se enseñará a continuación, es resultado directo del estudio y ejecución del proyecto por parte del grupo que escribe esta norma. Cada paso tiene detalles específicos de cómo ejecutar el proceso, y además deja libertades de ejecución respecto al proceso, aquellas libertades son respecto al tiempo de gelado, es importante considerar que partes del proceso están sujetas a variar dependiendo del nivel de dominio técnico de los ejecutores y las modificaciones que deseen añadir al proceso (nanocomposites, uso de otras fibras, cambio de resina, etc)

DefiniciónesConceptos clave

- Acelerante: Sustancia que está presente en una reacción química en contacto físico con los reactivos, y su función es acelerar el catalizado de la resina.

- Catalizador: Sustancia que está presente en una reacción química en contacto físico con los reactivos, y activa, induce en reacción la resina.

- Contramolde: Es la matriz positiva del molde donde se trabaja con las caras externas lisas.

- Interfase: Agente químico que favorece la unión entre matriz y refuerzo.

- Material compuesto: Está formado por dos o más materiales que se combinan a nivel macroscópico, dando un material con propiedades nuevas a las de los materiales de base en forma independiente.

- Gelcoat: Resina y barrera química, además de ser un compuesto para finnishing.

- MAT: ó Matriz de fibra de vidrio.

- Pala eólica: Es el modelo final que se utiliza en los rotores para obtener la fuerza del viento y mover el rotor.

- Perfil alar: Modelo del perfil de una pieza alar que da la forma a la pala.

- Refuerzo: Piezas de madera que son usadas bajo los moldes/contramoldes, para dar mayor resistencia a la deformación.

- Resina: Compuesto químico reactivo al catalizador y acelerante.

Materiales

Lista de materiales necesarios en el proceso:

- MAT 450 para elaboración del molde

- MAT 225 para elaboración de la pala

- Resina de Poliester para elaboración del molde

- Resina Polylite 413 (Reichhold) para fabricar la pala

- Fibra de vidrio con alma para fabricación de la pala

- Film de vacío (Vacuum Bag)

- Gel tape

- Tac tape

- Gelcoat

- Manguera pasacables

Maquinaria/Equipos

Vacuum pump Compresor Gast model P0A-P104-AA

Manómetro de Presión Manómetro 837-1 veto

Vacuum trap Labconco Bench-Mounted Secondary Vacuum Trap

Router CNC Router CNC RTP1224

Descripción del proceso

1. Contramolde

1.1 El primer paso es realizar un modelado 3d de la pieza final a fabricar utilizando el perfil seleccionado, para posteriormente realizar el modelo en madera con tecnología Cad Cam para obtener el contramolde.En este caso, usamos el Perfil NACA 4715.

(Selección del Perfil NACA 4715)

1.2 Luego definir el dimensionado del contramolde, el cual será utilizado para hacer el molde respectivo.

Altura: 1.6 mtsLargo: 25.4 cmsAncho: 3.81 cms

(Vista lateral )

(Vista superiror)

1.3 A continuación de fabricar el modelo en cnc, se fabricaron perfiles en negativo como soportes para construir ambas caras del perfil.

(Fabricación de soportes en madera con Router CNC)

( Soporte cara ancha de contramolde )

( Soporte cara angosta de contramolde )

1.4 Posterior al montaje de estos soportes se procedió a nivelar con un nivel de agua y medir el desbaste con un pie de metro digital para evitar cualquier deformación.

1.5 El siguiente paso es generar el contramolde.

Cálculo para fabricación del molde1)Dimensiones del molde 2) Datos del molde

Altura 1 m

Largo 25.4 cms

Ancho 3.81 cms

Superficie Extradós 0,3 m²

Superficie Intradós 0,25 m²

Espesor 2 mm

Masa vidrio (total): Extradós: Intradós:

0,55 m2 x 450gr/m² = 405 gr x 2 = 247,5 grs

0,3 m2 x 450gr/m2 = 135 grs 0,25 m2 x 450gr/m2 = 112,5

Cantidad de Resina: Extradós: Intradós:

247,5 gr x (100-33/33)= 247,5 gr x 2 = 495 gr

135 gr x (100-33/33) = 270 gr 112,5 gr x (100-33/33) = 225 gr

Catalizador Intradós Extradós

1kg -> 15gr0,495 kg-> XX= 7,42 gr

1kg -> 15gr0,27 kg-> XX= 4,05 gr

1kg -> 15gr0,225 kg-> XX= 3,82 gr

Acelerante Intradós Extradós

1kg -> 2gr0,495 kg-> XX= 0,9 gr

1kg -> 2gr0,27 kg-> XX= 0,5 gr

1kg -> 2gr2.5kg-> XX= 0,45 gr

(Modelado de Extradós del molde)

(Modelado de Intradós del molde)

Para la conformación del proceso, lo primero la construcción del molde para el proceso a efectuar.

Primero debe haber una preparación de las máquinas a usar y asegurar el molde

En la parte más elevada del molde existen orificios conectados a un sistema de vacío, con el cual se establece un flujo de resina en la parte baja y la alta que impregnan todo el laminado.

La producción de la pieza consiste en la fibra de vidrio seca dentro del molde que es cerrado contra una bolsa de también en fibra de vidrio, donde ésta resina del inyectada baja y es asistida la presión vacío.

Este proceso permite para conseguir ambos los lados de las piezas regulares y con el buen acabamiento. El grueso de la pieza y el peso son muy idénticos en cada partición producida. El coste de este molde es superior a lo que está del proceso del modelación manual pero la calidad de la parte conseguida está de calidad muy superior.

La porcentaje total de fibra - cristal en este tipo de parte es el 30% inferior del peso de la partición.

Ficha técnica Resina Poliester PQ UP 303

Ficha técnica Mat 225

Ficha técnica - Mat 450

Ficha técnica Adhesivo Estructural MA 530

Ficha técnica Bagging Film Polietileno RFD 6140 K

Ficha técnica Peel Ply: Nylon 66 Series

Ficha técnica Compresor Gast model P0A-P104-AA

Trampa secundaria de vacíoLabconco Bench-Mounted Secondary Vacuum Trap

Detalles a tomar en consideración

Solución de errores en la pieza:Si por error del proceso quedan zonas de la pieza sin humectar de resina, estas zonas pueden ser humectadas después de forma manual.

Duración del proceso:Para una pieza como el bote realizado en la práctica del proceso es aproximadamente 30 minutos.

Tiempo de curado:Depende del tiempo de llenado del molde con resina y en base a eso cálculo el geltime.

Molde calefaccionado:Sirve para acelerar el proceso de curado, cuando el molde es de fibra de vidrio no es recomendable ya que los cambios de temperatura afecta la durabilidad del molde.

Espesor de la fibra de vidrio:Puede variar entre 0,5 y 80 cm dependiendo de los requerimientos de la pieza a realizar, para determinar este espesor es recomendable realizar probetas de la pieza hasta obtener el espesor deseado.

Elongación y contracción de la pieza:Depende del tipo y de la cantidad de resina, pues existen resinas más elásticas y más rígidas. Varía de un 1 a un 5%