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Control de Temperaturas de Curado de Materiales Composites en Máquina de Platos Calientes

La primera aplicación experimental de la tecnología ADEX en el campo de los materiales compuestos que se efectuó en la fábrica de Internacional de Composites S.A. (ICSA) en el contexto de la Actividad A3 del proyecto SINTONIA financiado por el CDTI. La fábrica de ICSA, perteneciente a AERNNOVA AEROSPACE S.A., se encuentra situada en Toledo. AERNNOVA es una empresa aeronáutica española fundada en 2006 con sede en Vitoria (Álava) que cuenta en la actualidad con más de 4000 empleados y que dispone de diversas plantas de fabricación de componentes aeronáuticos, distribuidas entre España, Méjico, y Brasil.

La aplicación mencionada consistió en la implementación de un Sistema de Control Optimizado Adaptativo (SCOA) para el control de una única temperatura de un molde en el interior del cual se lleva a cabo el curado de piezas utilizadas en la fabricación del AIRBUS A350. La instalación del SCOA se efectuó sin variar la estructura de control previamente existente. La única modificación consistió en establecer una vía de comunicación adicional entre el PLC local y la Plataforma ADEX COP en la que se ejecuta el SCOA, de esta forma es posible maximizar la precisión del control de todas las variables críticas del proceso con un grado de intrusión mínima en el Sistema de Control Local (SCL) que no ve afectada su operatividad.

Tras su implementación el SCOA de ADEX demostró mayor capacidad que el SCL para guiar la temperatura a través del perfil térmico deseado estabilizándola con precisión en los valores apropiados para el curado y respetando, de esta forma, los requisitos establecidos por las normas de calidad. Asimismo el SCOA demostró una repetitividad total de este comportamiento en días diferentes con condiciones distintas. El análisis de los resultados tras la implantación del SCOA mostró que se había producido una reducción en la desviación cuadrática media de las temperaturas respecto de su consigna durante la etapa de curado de aproximadamente el 70,6%, evitando por completo las disconformidades en la fabricación debidas a las desviaciones de temperatura. Además se constato una disminución del tiempo de ciclo de fabricación del 13.5%. El éxito de esta primera aplicación de carácter experimental sentó las bases para la ejecución de posteriores proyectos dentro de sendos marcos contractuales entre AERNNOVA y ADEX. 


Máquina de platos calientes en la que se efectúa el calentamiento del molde



La parte izquierda de la figura muestra la máquina de platos calientes sobre la que se efectúa el calentamiento con el molde en su interior, estando este presionado entre los dos platos planos por la acción de dos cilindros neumáticos. En la parte de la derecha de la figura se muestra una representación esquemática de esta misma máquina en la que se han dividido las tres zonas que intervienen en el proceso de calentamiento.

En el proceso de curado llevado a cabo mediante la técnica de Resin Transfer Moulding (RTM) se calientan las superficies planas de los platos que se sitúan en contacto con las partes superior e inferior del molde. Durante el proceso de curado las superficies planas calientes transferirán calor al molde. Como muestra la figura, en ambas superficies se han considerado tres zonas de áreas similares, cada una de ellas con dos medidas de temperatura, resultando en cuatro medidas de temperatura por zona, dos en la superficie superior y dos en la superficie inferior. Las superficies superior e inferior de cada una de las zonas albergan en su interior una resistencia eléctrica que aportará calor a las mismas. Dicho aporte de calor se regula mediante tres relés situados en el interior del cuadro de control, uno correspondiente a cada zona, que permiten o cortan el paso de corriente a las respectivas resistencias. Por último existen seis medidas de temperatura dentro del molde de las cuales una se utiliza para el control quedando las demás para registro.

Por otro lado, existe un depósito de resina (DAR) desde el que se transfiere o inyecta la resina al molde. El DAR tiene, asimismo, incorporado un termopar y su temperatura debe ser controlada durante todo el ciclo de curado.


Ciclo de Inyección y Curado Ideal



La figura adjunta muestra el perfil que la temperatura de control del molde debe seguir durante el ciclo de curado. Las maniobras a realizar durante dicho ciclo se describen a continuación. En primer lugar, se calientan el molde y el DAR (que contiene la resina líquida) al mismo tiempo hasta 120 y 80ºC respectivamente. Una vez la temperatura está estable en esos valores se hace vacío en el molde. En ese momento la resina fluye desde el DAR a 2,5 bares hacia el molde a 3 mbares. Cuando la resina ha llenado el molde se da inicio al curado. La temperatura en el molde debe, entonces, ascender a una velocidad entre 0.5º a 5 ºC/min, hasta estabilizarse alrededor de 180 ± 5 ºC, siendo el tiempo de curado de al menos 90 minutos tras alcanzarse dicha temperatura. Completando el ciclo de curado se enfría el molde pudiendo ser abierto al llegar a 60ºC. Finalmente, la temperatura del DAR debe estabilizarse en 160º para curar la resina que haya quedado dentro del mismo y poder extraerla.

Como se ha indicado anteriormente resulta crítico estabilizar la temperatura de la resina en 180 ± 5 ºC para que se solidifique adecuadamente adquiriendo las propiedades deseables para su aplicación en la fabricación de componentes aeroespaciales. Esto resulta particularmente complejo dado que el proceso de curado es altamente exotérmico, por lo que, un calentamiento excesivamente rápido del molde puede degradar la resina por exceso de calor y dar lugar a la fabricación de piezas defectuosas. Por otro lado, un calentamiento excesivamente lento del molde puede resultar en tiempos de fabricación muy elevados, e, incluso, en disconformidades debidas a que no se alcance la velocidad mínima de ascenso de la temperatura.


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