VENTAJAS DE LOS TUBOS DE COMPUESTOS HÍBRIDOS

En la fabricación de tubos de pared fina para aplicaciones con requisitos de rigidez y robustez se ha favorecido habitualmente el uso de metales debido a su elevada rigidez y su precio relativamente económico.

Tradicionalmente, los materiales compuestos no podían sustituir a los metales en estas aplicaciones porque los compuestos de fibra de vidrio carecen de la rigidez necesaria, pese a ser más ligeros. Por su parte, los compuestos de fibra de carbono son mecánicamente adecuados, pero resultan excesivamente caros. En este artículo, Patrick Loock, responsable del segmento de productos y aplicaciones del fabricante de tubos de materiales compuestos Exel Composites, explica por qué los fabricantes deberían reconsiderar el uso de materiales compuestos tras los avances conseguidos en compuestos híbridos personalizados.

Los materiales compuestos de pared fina tienen normalmente un grosor de 0,9 a 2 mm y se utilizan en una gran variedad de aplicaciones de diversos sectores industriales, como trípodes para cámaras, pértigas limpiacristales, equipos de IMR, tubos telescópicos y varillas de apoyo para camuflaje.

En estas aplicaciones se utilizan tradicionalmente metales como aluminio y acero. Las tendencias de sostenibilidad y peso ligero están llevando a los fabricantes a mejorar la eficiencia operativa reduciendo el peso sin sacrificar las propiedades mecánicas. Por ello recurren a los materiales compuestos y nos preguntan cómo podrían sustituir los materiales compuestos a los metales en estas aplicaciones.

Propiedades mecánicas ajustables
La rigidez es un aspecto fundamental en los tubos de pared fina para aplicaciones industriales. El aluminio, empleado habitualmente para fabricar estos productos, tiene una rigidez de 70 gigapascales (GPa). La fibra de vidrio suele ser la primera opción en soluciones de materiales compuestos por su precio relativamente bajo, pues brinda una ventaja de peso en comparación con el aluminio para tubos con las mismas dimensiones, pero tiene una rigidez de solo 35 GPa. Por tanto, para alcanzar la rigidez del aluminio se necesitan tubos más gruesos, lo que afecta a las especificaciones de diseño y reduce el ahorro de peso.

Los compuestos de fibra de carbono cumplen todos los requisitos en cuanto a propiedades mecánicas. Son mucho más ligeros que los metales y su rigidez es mucho mayor: un tubo de fibra de carbono básico tiene una rigidez de 120 GPa y un tubo de fibra de carbono de alto módulo, de hasta 210 GPa. Sin embargo, los compuestos de fibra de carbono son más caros que los metales, y las soluciones tienen un coste unas cinco veces mayor. Aquí es donde entran en juego los compuestos híbridos, que ofrecen lo mejor de ambos mundos.

Los compuestos híbridos, una combinación de fibra de vidrio y de carbono, permiten a los fabricantes adaptar las propiedades mecánicas a cualquier aplicación sin cambiar las dimensiones especificadas de los tubos o las pértigas ajustando la proporción de fibra de vidrio y de carbono en la estructura. Por ejemplo, en el caso de las pértigas limpiacristiales, un cliente puede necesitar una pértiga fabricada fundamentalmente de fibra de vidrio para la limpieza de edificios de dos plantas, pero quizá necesite una mayor proporción de fibra de carbono, que aporte más rigidez, para pértigas destinadas a la limpieza de edificios de cinco plantas. Un socio de materiales compuestos con experiencia puede producir fácilmente materiales compuestos adaptados a cada aplicación específica.

Ventajas de la fabricación a gran escala mediante pullwinding
En la producción de materiales compuestos a gran escala y con costes competitivos, los procesos de fabricación continua como la pultrusión y el pullwinding presentan grandes ventajas, ya que garantizan una producción constante y de gran calidad y altos niveles de repetibilidad. El pullwinding es especialmente útil en la fabricación de compuestos híbridos, pues permite controlar las propiedades mecánicas en todas las direcciones y reforzar de forma selectiva los tubos de compuestos de pared fina, lo que ayuda a ahorrar material y mantener los costes lo más bajos posible.

Combina la alineación unidireccional de las fibras con el bobinado helicoidal de los refuerzos, lo que permite controlar las fibras unidireccionales y el bobinado helicoidal desde unos pocos grados hasta 90 grados.

Se pueden fabricar tubos compuestos de pared fina empleando otras técnicas, como el bobinado de filamentos. Sin embargo, estos métodos requieren más procedimientos manuales y son más adecuados para tubos gruesos de gran diámetro. Además, dado que requieren más procedimientos manuales y volúmenes de fabricación menores, los tubos de compuestos de pared fina fabricados mediante bobinado de filamentos resultan más caros.

La colaboración con un socio de materiales compuestos con experiencia y conocimientos que comprenda los requisitos de su aplicación y los retos operativos le permitirá obtener la solución óptima para cualquier aplicación. Exel Composites cuenta con más de 40 años de experiencia en el sector de la fabricación de tubos de compuestos de pared fina y puede trabajar con usted para desarrollar el compuesto híbrido óptimo para su aplicación, lo que le permitirá reducir el peso del producto de forma rentable sin sacrificar su rendimiento mecánico.

Para obtener más información sobre tubos de compuestos de pared fina, visite https://exelcomposites.com/composite-solutions/equipment-and-other-industries/composite-tubes/

www.exelcomposites.com

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