ES2470680T3

ES2470680T3 - Artículo de material compuesto con temperatura y humedad controladas, y métodos para usar tal artículo

Info

Publication number: ES2470680T3
Application number: ES07827653.2T
Authority: ES
Inventors: Alfonso Apicella; Michele Iannone; Generoso Iannuzzo; Giovanni Sagnella
Original assignee: Alenia Aeronautica SpA; Alenia Aermacchi SpA
Current assignee: Alenia Aermacchi SpA
Priority date: 2007-03-08
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2014-06-24
Anticipated expiration: 2027-08-31
Also published as: CA2679214A1; US8324537B2; EP2114666A1; CN101652243B; US20100096383A1; RU2432260C2; CN101652243A; EP2114666B1; RU2009137119A; CA2679214C; ITTO20070176A1; WO2008107922A1

Abstract

Un método para controlar la humedad en un artículo de material compuesto (1) instalado en una aeronave, haciéndose dicho artículo de un material compuesto que incluye una pluralidad de capas de material (10) consolidadas mediante la aplicación de presión y calentamiento, en el que cada capa de material se hace mediante una matriz de resina reforzada con material de fibra, caracterizado porque el método comprende las siguientes etapas: - disponer medios de calentamiento (20) y medios de detección de temperatura (30) incrustados en el material compuesto, los cuales se colocan respectivamente en al menos una zona de interfase (11, 13) entre tales capas de material; - disponer opcionalmente medios de detección de humedad (50) incrustados en tal material compuesto, los cuales se colocan en al menos una zona de interfase entre las capas de material; - disponer medios de control (40, 60) que están conectados a dichos medios de calentamiento, medios de detección de humedad y medios de detección de temperatura; y - activar dichos medios de calentamiento para calentar dicho artículo con el fin de inducir una pérdida de humedad, en el que dicho artículo se calienta a) de acuerdo con ciclos de calentamiento periódico, en donde dichos ciclos de calentamiento están programados para mantener la humedad absorbida por debajo de un umbral fijo, en donde la humedad absorbida se calcula sobre la base de una ley de difusión que se refiere a la difusión de la humedad dentro del material compuesto y sobre la base de los datos de las condiciones de servicio ambientales de la aeronave; o b) cuando una humedad relativa en el artículo, detectada a través de los medios de detección de humedad, alcanza valores por encima de un umbral máximo establecido

Description

Art�culo de material compuesto con temperatura y humedad controladas, y métodos para usar tal artículo

5 Esta invención se refiere a artículos de material compuesto.

Como es sabido, los materiales polim�ricos tienen una estructura macromolecular, es decir, hecha de cadenas polim�ricas largas, que tienen una movilidad relativa que varía dependiendo de la estructura, pero que en todos los casos permite el acceso de las moléculas de sustancias con peso molecular más bajo, que penetran entre las macromoléculas formando de esta manera una verdadera solución.

Por supuesto, la cantidad de estas sustancias depende de la naturaleza molecular tanto del pol�mero como de la sustancia de bajo peso molecular. La interacción también puede ser química y/o física.

15 La interacción química, en el caso de algunas sustancias más químicamente agresivas, como los ácidos y/o algunos disolventes orgánicos, puede inducir una modificación del pol�mero, y en ocasiones también la disolución del pol�mero. Por el contrario, la interacción física est� relacionada con una mezcla generalmente reversible; se crea una solución entre el pol�mero y la sustancia de bajo peso molecular, con características físicas diferentes de las del pol�mero puro. Como sustancias de bajo peso molecular, generalmente mejoran la movilidad relativa entre las macromoléculas, generalmente induciendo una disminución de la temperatura de transición vítrea (Tg); desde un punto de vista mecánico, generalmente se reducen los límites elásticos σy (límite elástico a la tracción) y τy (límite elástico a la cizalladura), y generalmente también se reducen el módulo elástico E (módulo elástico a la tracción, o módulo de Young) y el módulo elástico a la cizalladura (G). Todos estos efectos vistos en su conjunto se definen generalmente como un �efecto de plastificaci�n�.

25 La plastificaci�n depende de la naturaleza del pol�mero, as� como de la naturaleza y cantidad de la sustancia de bajo peso molecular.

Entre las sustancias que inducen la plastificaci�n se encuentran los disolventes orgánicos (por ejemplo: MEC, alcohol met�lico, alcohol etílico, hexano, acetona), y también el agua. Cuando el pol�mero se sumerge en el líquido de plastificaci�n, tiende a absorber dicho líquido y absorbe cierta cantidad del mismo, en una tasa que depende del coeficiente de difusión del plastificante en el pol�mero. Cuando se alcanza un estado de equilibrio, con el fin de que no se produzca ninguna absorción adicional de plastificante en el pol�mero (en realidad, a nivel molecular el número de moléculas que entran es equivalente a las moléculas que salen), se dice que se ha alcanzado el contenido de

35 �saturaci�n� de plastificante, que depende de la naturaleza química tanto del pol�mero como del plastificante, y puede variar con la temperatura.

Cuando el pol�mero se sumerge en un ambiente en el que el plastificante est� parcialmente presente, la cantidad de saturación depende del porcentaje de plastificante presente en las inmediaciones; más específicamente, en términos termodinámicos hablamos de actividad plastificante. En el caso de las mezclas de gases, la actividad depende de la presión parcial; si x es la fracción en volumen del plastificante, la presión parcial es x•n, en donde n es la presión total de la mezcla. Cuando se dispersa agua en aire en estado gaseoso, y se establece un equilibrio entre el agua en estado gaseoso y el agua líquida, la actividad del agua en estado gaseoso es equivalente a la del agua líquida. En este caso, se define el ambiente como saturado de agua, la humedad relativa es del 100 % y la presión parcial del

45 agua en estado gaseoso es equivalente a la presión de vapor de agua del agua líquida a la misma temperatura.

En el caso de los pol�meros expuestos a un ambiente que contiene cierta cantidad de agua, una ley aproximadamente lineal correlaciona la humedad relativa y el porcentaje de agua absorbida por el pol�mero cuando se alcanza la saturación.

Por el contrario, por cuanto respecta a la variabilidad del agua absorbida en función de la temperatura, en general, la dependencia de la temperatura no es muy alta; en el caso de las resinas epoxi utilizadas como matriz de material compuesto para las aplicaciones estructurales aeronáuticas, el contenido de agua de saturación absorbido por la resina en agua líquida (o, equivalentemente, en aire ambiente con un 100 % de humedad) cambia con la formulación

55 de resina entre aproximado el 1 % y el 3 %, y es prácticamente constante con resinas iguales en el intervalo de temperatura comprendido entre 25 �C y 80 �C.

El tiempo necesario para alcanzar la saturación en los diferentes ambientes est� controlado en este caso por la difusión del agua en el interior del pol�mero y, por consiguiente, depende del coeficiente de difusión, que depende de la temperatura según una ley exponencial. La integración de la ley de difusión permite encontrar una correlación cuadrática entre el tiempo de saturación y el grosor de la pieza.

Sobre la base de las consideraciones anteriores se puede afirmar que los materiales polim�ricos, entre los que se incluyen, por ejemplo, las matrices de los materiales compuestos de matriz polim�rica, est�n expuestos a absorber 65 el agua en el tiempo desde el ambiente atmosférico, de una manera que depende de las condiciones ambientales de servicio. Debido a la extrema variabilidad de las condiciones ambientales, como medida de precaución se deberán

considerar las más desfavorables a la hora de realizar el diseño, las cuales en las aplicaciones aeronáuticas se han acordado como 28 �C y humedad relativa del 85 % durante toda la vida útil de la aeronave (normalmente 30 años). En consecuencia, para la mayor parte de las estructuras de material compuesto se ha de considerar una saturación del 85 % para la certificación.

5 Desde el punto de vista de las temperaturas, en general la mínima (a la altura de crucero máxima) es de -55 �C y la máxima (en el suelo, máxima exposición a la luz solar) es de 80 �C.

Debido a lo mencionado acerca de la plastificaci�n, el efecto de la alta temperatura actúa en la misma dirección que la absorción de agua; en consecuencia, la certificación de los materiales y la estructura se realiza evaluando el material a alta temperatura y después de la absorción de agua (condiciones �calientes y h�medas�) y a la baja temperatura generalmente sin absorción de agua (condiciones �fr�as y secas�).

El requisito de considerar también estas condiciones en los programas de certificación aeronáutica, que ya de por s�

15 son muy exigentes en cuanto a las pruebas mecánicas a temperatura ambiente (en cualquier caso, est�n relacionadas con probetas, detalles, elementos, subcomponentes y componentes a escala completa), resultan muy costosos en términos de actividades adicionales (también debido a la exposición de las muestras de prueba) y de tiempo. De hecho, debido a lo anterior, la absorción es muy lenta, y la simulación de una absorción durante un período de 30 años a temperatura ambiente requiere varios meses incluso cuando se trabaja en condiciones de envejecimiento acelerado (a alta temperatura).

Los documentos EP-A-0362662, WO 91/11891 A y WO 2007/135383 A describen sistemas de control de la temperatura para prevenir la acumulación de hielo en las superficies de las aeronaves.

25 Por consiguiente, el objetivo de la presente invención es superar los problemas anteriores inducidos por los efectos de la humedad sobre los materiales polim�ricos.

As� pues, el objeto de la invención es un método para controlar la humedad en un artículo hecho de material compuesto que tiene las características descritas en la reivindicación 1.

Debido al hecho de que el artículo de material compuesto cuenta con medios de calentamiento y detección de temperatura integrados, existe la posibilidad de controlar las condiciones de servicio del artículo de una manera permanente y finalizada. Los beneficios resultantes dependen del dimensionamiento de las estructuras, sin tener en cuenta el deterioro de las propiedades del material inducido por el alto nivel de agua absorbida y la baja

35 temperatura. Esto implica en concreto:

-: el permiso para utilizar mayores márgenes permisibles de diseño, que no tienen en cuenta el deterioro inducido por la humedad y, opcionalmente, por la baja temperatura, lo que permite en consecuencia realizar estructuras más ligeras;

-: el permiso para certificar las estructuras sin necesidad de realizar pruebas en condiciones de humedad a nivel de probetas, elementos, subcomponentes y componentes.

Las realizaciones preferentes de la presente invención se definen en las reivindicaciones dependientes.

45 A continuación, se describen algunas de las realizaciones preferentes no limitativas de la invención, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

-: la figura 1 es una representación esquemática de la vista desde arriba de un panel de material compuesto de acuerdo con la invención, que muestra algunas características del panel;

-: la figura 2 es una representación esquemática de una sección del panel de la figura 1, en correspondencia con II-II;

-: la figura 3 es una representación esquemática adicional de la vista desde arriba del panel de la figura 1, que 55 muestra otras características;

-: la figura 4 es una representación esquemática de una sección del panel de la figura 3, en correspondencia con IV-IV;

-: la figura 5 es una representación esquemática de la vista desde arriba de una herramienta de colocación que se utiliza en un proceso disposición del panel de la figura 1;

-: la figura 6 es una representación de una vista ampliada de una parte de la herramienta de la figura 5 señalada por

la flecha VI de tal figura; 65

-: la figura 7 es una representación esquemática de una sección de la parte de la figura 6, en correspondencia con

VII-VII; y

-: las figuras 8 a 10 son gráficos que representan curvas de absorción de humedad en paneles de material compuesto, de acuerdo con la invención.

5 En las figuras se representa un artículo 1, hecho de material compuesto, en particular un panel, que est� destinado a instalarse en una aeronave. Ese panel 1 incluye, de una manera conocida de por s�, una pluralidad de capas de material 10 consolidadas por medio de presión y calor, en donde cada capa de material 10 est� formada por una matriz de resina reforzada con material de fibra. La matriz polim�rica puede ser termopl�stica o termoendurecible, y

10 est� reforzada con fibras, en particular fibras largas, por ejemplo, de carbono o de vidrio o de Kevlar. Las zonas de interfase 11, 12, 13 est�n definidas entre las capas de material 10.

El panel 1 incluye medios de calentamiento 20 y medios de detección de temperatura 30 incrustado en el material compuesto, que est�n respectivamente dispuestos en al menos una zona de interfase 11, 13 entre las capas 10 y 15 que son adecuados para permitir durante el servicio un control de la temperatura dentro del panel 1.

Los medios de calentamiento 20 resultan adecuados para ser conectados en servicio con los medios de control 40, para activar los medios de calentamiento con el fin de aumentar la temperatura de la pieza por encima del nivel ambiente, induciendo de esta manera un efecto de pérdida de humedad o controlando asimismo la temperatura de

20 servicio mínima del material. Preferentemente, los medios de calentamiento 20 son resistencias locales hechas de hilos de cobre incrustados en el material compuesto, colocados en la interfase 11 en el medio del artículo de material compuesto 1. En este caso, los medios de control 40 incluyen un generador de corriente o tensión.

En la vista desde arriba de la figura 1 se muestra un ejemplo de la colocación de una resistencia de 10 metros de 25 longitud 20 en un panel de material compuesto de 1 m x 1 m. En este ejemplo, la resistencia se extiende serpenteando a lo largo de la zona de interfase 11 entre las capas centrales 10.

La potencia requerida por la resistencia eléctrica se puede calcular sobre la base de las siguientes consideraciones.

30 El calentamiento controlado del artículo a una temperatura por encima de la temperatura ambiente puede facilitar un efecto de secado. De hecho, en una condición de equilibrio entre el flujo del plastificante (agua) que sale y entra en el artículo a una temperatura por encima de la ambiente, la presión de vapor del agua a la temperatura del pol�mero Tp (es decir, la temperatura de la matriz de material compuesto) es equivalente a la presión parcial del agua pw, que es el producto entre la presión de vapor de agua a temperatura ambiente Ta y la humedad relativa del ambiente H.R.

35 En la siguiente tabla 1 se presenta una tabla de resumen, que muestra cómo un ligero calentamiento induce una disminución significativa del contenido en agua del pol�mero en condiciones de equilibrio.

Tabla 1 La relación de saturación relativa, definida como: (contenido de agua/referido a la saturación/H.R. ambiente), es igual a la relación: (presión de vapor del agua a temperatura ambiente)/(presión de vapor del agua a la temperatura del pol�mero).

T,�C 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75: Presión de vapor de agua, mmHg 9,209 12,788 17,535 23,756 31,824 42,175 55,324 71,88 92,51 118,04 149,38 187,54 233,7 289,1 Presión de vapor de agua, atm 0,0121 0,0168 0,0231 0,0313 0,0419 0,0555 0,0728 0,0946 0,1217 0,1553 0,1966 0,2468 0,3075 0,3804 Temp. aire, �C Temp. pol�mero, �C Relación saturación relativa Temp. pol�mero, �C Relación saturación relativa Temp. pol�mero, �C Relación saturación relativa Temp. pol�mero, �C Relación saturación relativa

10
10: 1 20 0,525178 30 0,289373 40 0,166456

15
15: 1 25 0,538306 35 0,303213 45 0,177908

20
20: 1 30 0,550999 40 0,316951 50 0,189547

25
25: 1 35 0,563272 45 0,330495 55 0,201254

30
30: 1 40 0,57523 50 0,344006 60 0,213041

35
35: 1 45 0,586742 55 0,357294 65 0,224885

40
40: 1 50 0,598033 60 0,370357 70 0,236731

45
45: 1 55 0,608946 65 0,383278 75 0,248634

50
50: 1 60 0,619293 70 0,395849 80 0,260518

55
55: 1 65 0,629412 75 85

60
60: 1 70 0,639196 80 90

65
65: 1 75 85 95

70
70: 1 80 90 100

75
75: 1 85 95 105

80: 355,1 0,4672 80 80 1 90 100

90: 525,76 0,6918 90 90 1 100

100: 760 1,0000 100 100 1

5 Por ejemplo, para una temperatura del aire de 20 �C, la relación de saturación relativa cuando el calentamiento del pol�mero es de 20 �C (pol�mero a 40 �C, ambiente a 20 �C) es 0,32, y para un calentamiento del pol�mero de 30 �C (pol�mero a 50 �C, ambiente a 20 �C) es 0,19.

10 Esto significa que si, por ejemplo, la humedad relativa del ambiente es H.R. = 85%, en el equilibrio, con un calentamiento del pol�mero de 20 �C, el porcentaje de saturación del pol�mero xp es 0,32*0,85*100=27 % del valor de saturación, mientras que en el equilibrio, cuando el calentamiento pol�mero es 30 �C, el porcentaje xp es 0,19*0,85*100=16 % del valor de saturación. Por ejemplo, si el aumento de peso de un material compuesto seco debido a la absorción de agua en un ambiente de humedad relativa del 100 % es por ejemplo del 2 %, el aumento

15 de peso en equilibrio al 85 % de H.R. ser� normalmente del 1,7 %, pero sería de tan solo el 0,32 % si el calentamiento del material compuesto fuese de 30 �C.

Siempre en condiciones estacionarias, la potencia térmica necesaria para mantener una diferencia de temperatura entre el pol�mero y el ambiente depende del intercambio de calor con el ambiente por convecci�n. Por lo tanto, si h 20 es el coeficiente de intercambio por convecci�n y S es la superficie de intercambio entre la pieza en consideración y el ambiente, la energía térmica necesaria para obtener una diferencia de temperatura ΔT es W = h•S•ΔT.

En el caso de un panel vertical en el aire que intercambia calor únicamente por convecci�n natural, en la bibliografía (Perry -Manual del Ingeniero Químico - Mc Graw-Hill) se incluye una ecuación adimensional simplificada, que 25 permite calcular el coeficiente h para diferentes valores de los números adimensionales de Grashof (GR) y Prandtl (PR):

30 en donde los valores de b y m se presentan para diferentes condiciones en la siguiente tabla 2. Tabla 2

Y = Gr Pr: m b (aire)

104 < Y <109: 1/4 0,28

Y > 109: 1/3 0,18

y las dimensiones son las siguientes:

Sobre la base de estos datos, considerando un panel plano de material compuesto de 1x1 m (es decir, con 2 m2 de superficie expuesta), en una posición vertical, en el aire, que intercambia calor por convecci�n natural, la potencia

40 necesaria para mantener una diferencia de temperatura ΔT entre el panel y el ambiente exterior, que varía con los diferentes valores de los números adimensionales, para ΔT = 20 �C es 115-135 W; para ΔT = 30 �C es 192-231 W; para ΔT = 40 �C es 275-340 W.

Si el calentamiento se obtiene a través de una resistencia eléctrica, est� controlado por la Ley de Ohm, y se han de 45 tener en cuenta las siguientes ecuaciones:

As� pues:

10 y de la ecuación (4) se muestra que la potencia W, para una tensión fija ΔV, depende linealmente de la sección de la resistencia S y es una función lineal inversa de su longitud L.

Usando una resistencia de cobre (la resistividad eléctrica del cobre es p = 0,0000000168 ohmios•m), se muestra el cálculo para dos casos (la potencia mínima y máxima requerida, 115 y 340 W) indicados anteriormente.

15 Considerando una resistencia de cobre con sección S = 0,025 mm2, longitud L = 1,0 m, la energía generada por una tensión ΔV = 8,8 V es 115 W, para una tensión de 15,1 V es 340 W.

Como se coment� anteriormente, existen medios de detección 30 posicionados en el material compuesto para la

20 medición de la temperatura, colocado a diferentes profundidades en el grosor (preferentemente en las zonas de interfase 13 cerca de las dos superficies exteriores del panel 1 y en la zona de interfase 11 de la zona central) en posiciones adecuadamente separadas de la superficie. Preferentemente, también se insertan medios de detección 50 para la detección de la humedad, posicionadas de una manera similar a los sensores de temperatura 30. Los sensores térmicos 30 son preferentemente termopares, mientras que los sensores de humedad 50 se basan en la

25 variación de las propiedades del material del sensor cuando se producen cambios de humedad (típicamente el material es un material polim�rico higrosc�pico que cambia su índice de difracción).

En las figuras 3 y 4 se muestra un ejemplo de esquema de posicionamiento de los sensores, básicamente adecuado tanto para los sensores de humedad 50 como para los sensores térmicos 30.

30 Cuando el panel 1 est� instalado a bordo de una aeronave (no mostrada), los sensores 30, 50 est�n conectados operativamente a una unidad de control 60, que recibe los datos de medición que aquellos proporcionan y los procesa de acuerdo con un algoritmo específico. La unidad de control 60 est� a su vez conectada operativamente al generador de tensión 40 para controlar el calentamiento del panel 1 sobre la base de los datos de medición

35 proporcionados por los sensores 30 y 50.

El proceso de fabricación del artículo mencionado anteriormente es sustancialmente el t�pico para una pieza producida mediante materiales preimpregnados, basado en el apilamiento de materiales preimpregnados con la geometría y la orientación prescritas por el plano de fabricación. Con fines ilustrativos, más adelante se incluye un 40 ejemplo del proceso de fabricación de un panel realizado mediante capas de material preimpregnado con resina termoestable reforzada con fibras largas. De esta forma, la primera capa se dispone directamente sobre la herramienta y se trata adecuadamente con un agente de liberación para prevenir la unión del material compuesto sobre la herramienta. A continuación, se van disponiendo las demás capas hacia arriba, aprovechando su pegajosidad. Una vez finalizado el método, la disposición apilada se cierra con una bolsa (utilizando también

45 materiales auxiliares adecuados) y se procesa siguiendo un ciclo de temperatura y presión definido.

La única diferencia entre el panel mencionado anteriormente y un panel obtenido mediante un método estándar es que, en el primero, la colocación de resistencias y/o sensores, que se colocan entre la n-�sima y la (n +1)-�sima capa adyacente a la misma se realiza después de la colocación de la n-�sima capa y antes de la colocación de la (n 50 +1)-�sima capa. Para una correcta colocación de las resistencias y/o los sensores se puede usar una herramienta de colocación 100 adecuada, mostrada en la figura 5 a 7, en las que existen cuerpos envolventes 120 formados para las resistencias y/o los sensores de manera correspondiente a las posiciones respectivas en las que se desea colocar las resistencias y/o los sensores en la pieza de material compuesto. Dicha herramienta 100 se posiciona dándole la vuelta y colocándola sobre la capa en la que se desean poner las resistencias y/o los sensores, y

55 seguidamente se retira, dejando sobre la capa las resistencias y/o los sensores necesarios. Por ejemplo, en el caso de la resistencia mostrada en la figura 1, la herramienta de colocación tiene una ranura 120 con geometría con forma serpenteante equivalente a la geometría de la resistencia, y una sección transversal un poco más ancha que la sección transversal de la resistencia. Con el fin de evitar cualquier problema de desmoldeo, se pueden incluir algunos pasadores de extracción 121, que se deslizan sobre guías 121a que cruzan la ranura 120.

60 A continuación se describe alguna realización de un método para usar un artículo de material compuesto de acuerdo con la invención.

Una primera realización del método contempla el montaje del artículo 1 de material compuesto a bordo de una aeronave de una manera tal que tenga los medios de calentamiento 20 y al menos los medios de detección de temperatura 30 conectado a medios de control 40, 50 dispuestos a bordo de la aeronave. Alternativamente, es posible concebir que los medios de control est�n instalados en el suelo y que los medios de calentamiento y los 5 medios de detección de temperatura puedan conectarse a los medios de control durante una parada de la aeronave.

Los sencillos diseño y fabricación de un material compuesto con capacidad de autocalentamiento ya es suficiente para permitir un buen control de la humedad, cuando se aportan ciclos de calentamiento periódicos mediante la activación de los medios de calentamiento 20. En este caso, calculando estos ciclos sobre la base del conocimiento de la ley de difusión del agua y las condiciones ambientales de servicio, es posible explotar las ventajas de la invención incluso sin el uso de los sensores de humedad. Los sensores térmicos son necesarios en cualquier caso para controlar adecuadamente el aumento de la temperatura con el fin de obtener el efecto deseado de reducción de la humedad.

15 A título de ejemplo, el cálculo realizado con un software desarrollado internamente por el solicitante, mediante un algoritmo basado en la ley la difusión de Fick (caso unidimensional), se expresa de la siguiente forma:

Normalmente, los cambios de los coeficientes de difusión D con la temperatura siguen la ley de Arrhenius:

en la que T es la temperatura en �K, Ea es la energía de activación y R es la constante universal de los gases 25 ideales.

Los siguientes ejemplos muestran el cálculo del contenido porcentual de agua como función del tiempo de un panel sometido a ciclos periódicos de absorción durante el servicio, alternados con periodos de calentamiento que inducen desorci�n, con el resultado de que la humedad absorbida se mantiene por debajo de un umbral fijo, incluso en las peores condiciones.

Ejemplos

Se considera un panel de material compuesto de grosor th, hecho de un material compuesto cuyo valor del

35 coeficiente de difusión del agua es tal que: a 28 �C alcanza un contenido de humedad igual al 90 % del contenido de humedad de saturación después de 10 años, o equivalentemente alcanza el mismo contenido de humedad a 80 �C después de un mes, a partir de una condición seca en ambos casos.

Sobre la base de estos datos, se puede calcular el coeficiente de difusión del agua en el material para cada caso específico. Sin embargo, en el caso de un compuesto genérico, es posible obtener el nivel del coeficiente de difusión como función de la temperatura a través de pruebas de absorción a diferentes temperaturas.

Para el material y el grosor considerados, las condiciones de servicio analizadas son una temperatura ambiente constante T=28 �C y una humedad relativa del 85 % (este caso es considerado convencionalmente como el peor a

45 efectos de certificación), al tiempo que se proporcionan periodos de calentamiento periódicos del panel, con ΔT=30 �C, es decir, a 58 �C. El calentamiento induce un efecto de desorci�n; de hecho, sobre la base de los valores recogidos en la tabla 1, desde el punto de vista de la humedad relativa ambiente, aparece una humedad relativa del 85 % en el panel calentado para un valor de 85 % * 0,19 = 16 %.

En las figuras 8 a 10 se presentan de curvas de absorción de humedad que han sido calculadas para un panel en las condiciones antes mencionadas.

En la figura 8 se muestra una progresión típica de la humedad en un panel para períodos alternos de absorción/desorci�n, con períodos largos de desorci�n.

55 La figura 9 muestra una curva relativa a períodos de servicio de 1 mes alternados con 12 horas de períodos de desorci�n.

La figura 10 muestra una curva relativa a períodos de servicio de 1 mes alternados con 36 horas de períodos de desorci�n.

Es posible observar que la duración del período de desorci�n también afecta al valor asintótico de la humedad absorbida máxima, que se mantiene por debajo de un valor fijo únicamente sobre la base de una previsión numérica teórica y utilizando períodos de desorci�n adecuadas sin el uso de sensores de humedad.

65 Como se apreciar�, las ventajas de la invención consisten en que permite dimensionar las estructuras sin tener en cuenta el deterioro de las propiedades del material debido a la baja temperatura y la alta absorción de humedad, y ello implica:

5 - la oportunidad de utilizar mayores márgenes permisibles de diseño, que no se ven afectados por el deterioro inducido por la humedad absorbida, obteniendo de esta manera estructuras más ligeras;

-: la posibilidad de certificar las estructuras sin necesidad de realizar pruebas en condiciones de humedad, ni a nivel de probeta, ni a nivel de subcomponente y componente.

10 Una segunda realización del método incluye la utilización de los sensores de humedad 50 para activar la deshumidificaci�n cuando el contenido de agua supere un nivel fijo.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para controlar la humedad en un artículo de material compuesto (1) instalado en una aeronave, haciéndose dicho artículo de un material compuesto que incluye una pluralidad de capas de material (10)

5 consolidadas mediante la aplicación de presión y calentamiento, en el que cada capa de material se hace mediante una matriz de resina reforzada con material de fibra, caracterizado porque el método comprende las siguientes etapas:

-

disponer medios de calentamiento (20) y medios de detección de temperatura (30) incrustados en el material

10 compuesto, los cuales se colocan respectivamente en al menos una zona de interfase (11, 13) entre tales capas de material;

-

disponer opcionalmente medios de detección de humedad (50) incrustados en tal material compuesto, los cuales

se colocan en al menos una zona de interfase entre las capas de material; 15

-

disponer medios de control (40, 60) que est�n conectados a dichos medios de calentamiento, medios de detección de humedad y medios de detección de temperatura; y

-

activar dichos medios de calentamiento para calentar dicho artículo con el fin de inducir una pérdida de humedad, 20 en el que dicho artículo se calienta

a) de acuerdo con ciclos de calentamiento periódico, en donde dichos ciclos de calentamiento est�n programados para mantener la humedad absorbida por debajo de un umbral fijo, en donde la humedad absorbida se calcula sobre la base de una ley de difusión que se refiere a la difusión de la humedad dentro del material compuesto y sobre la

25 base de los datos de las condiciones de servicio ambientales de la aeronave; o

b) cuando una humedad relativa en el artículo, detectada a través de los medios de detección de humedad, alcanza valores por encima de un umbral máximo establecido.

30 2. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el artículo se presenta en forma de panel y los medios de calentamiento se colocan en una zona de interfase central (11) de tal panel.
3. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el artículo se presenta en

forma de panel y los medios de detección de temperatura se colocan en una zona de interfase central (11) de tal 35 panel y en zonas de interfase (13) próximas a la superficies exteriores de tal panel.
4. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el artículo se presenta en forma de panel y los medios de detección de humedad se colocan en una zona de interfase central (11) de tal panel y en zonas de interfase (13) próximas a la superficies exteriores de tal panel.
5. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los medios de calentamiento se hacen mediante al menos una resistencia eléctrica.
6. Un método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la resistencia eléctrica incluye un alambre met�lico que 45 se extiende serpenteando a lo largo de una zona de interfase (11) entre las capas de material.
7. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los medios de detección de temperatura se hacen mediante al menos un sensor de tipo termopar.

50 8. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los medios de detección de humedad se hacen mediante al menos un sensor basado en un pol�mero higrosc�pico.