¿Qué pueden aportar los composites en el sector ferroviario?

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Al igual que ocurre en otros sectores, la utilización de materiales compuestos, composites, en el transporte ferroviario posibilita la reducción de peso, lo que permite reducir drásticamente el consumo energético y, consecuentemente, el nivel de emisiones perjudiciales para el medio ambiente.

Es por este motivo que, desde finales de 2013, la Comisión Europea ha impulsado varios proyectos (REFRESCO – REgulatory FRamework for the usE of Structural new materials in railway passenger and freight CarbOdyshells, Roll2Rail, Shif2Rail), con el objetivo de establecer un marco regulatorio adecuado y facilitar la innovación tecnológica para la introducción de nuevos materiales, los composites, en el sector ferroviario.

La empresa española CAF, líder del sector, ha participado en estos proyectos, especialmente en lo relativo a la caracterización de composites para su uso en aplicaciones estructurales. De hecho, CAF ya utiliza materiales compuestos con requisitos estructurales en la fabricación de tranvías, cabinas y paneles de piso.

Uno de los principales aprendizajes de estos proyectos es que es necesaria una estrategia de caracterización que combine diseño y ensayo para diferentes niveles de complejidad estructural.. Esto es lo que se denomina “pirámide de ensayos”, en la que se identifican 5 niveles o escalas estructurales de complejidad progresiva (desde probetas de material hasta los componentes estructurales montados con sus conexiones o juntas) que deben ser validados.

La caracterización de los materiales compuestos no puede hacerse únicamente a partir del análisis de sus constituyentes, ya que al combinarse sus propiedades finales dependen enormemente del proceso de fabricación empleado, los ciclos de curado, el número y orientación de las capas de laminado, las conexiones y uniones entre componentes, etc., lo que hace necesaria la caracterización de las distintas escalas.

Como ocurre en otros sectores como el aeronáutico, al existir más incertidumbres, los factores de seguridad han de ser inicialmente superiores que con el empleo de componentes metálicos, y se han de verificar experimentalmente para poder reducirlos. Ahí es cuando hay que tener en cuenta aspectos como la degradación de los materiales, los requerimientos de inflamabilidad, e incluso el tipo de uniones entre elementos.

El software de simulación juega un papel crucial en todas las etapas de este proceso de caracterización, ya que permite minimizar los componentes a ensayar. El empleo de técnicas de diseño de experimentos y optimización permite planificar el número mínimo de ensayos para la validación de componentes más complejos.

La utilización de materiales compuestos de altas prestaciones será un requerimiento ineludible en el desarrollo de la infraestructura ferroviaria del futuro próximo, y su desarrollo e innovación será necesariamente respaldado por herramientas de simulación que permitan optimizar los costes de inversión del desarrollo de productos.

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