CRIO/FCN2. Cámara de super-choques térmicos extremos.

Las cámaras CRIO/FCN2 son equipos de laboratorio diseñados para generar cambios térmicos de gran impacto y magnitud, de forma repetitiva, con el fin de poner a prueba, frente a la fatiga térmica, a aquellos elementos que pueden ser sometidos a dichos extremos. Su exponente más relevante se encuentra en la tecnología espacial. Estas cámaras se fabrican bajo proyecto prototipado adaptado a cada aplicación específica.

Definimos como fatiga térmica al sufrimiento estructural, o fatiga mecánica, provocada por los cambios térmicos bruscos repetitivos a los que se ven sometidos los materiales, los mecanismos y los sistemas en general, cuando están sometidos a condiciones ambientales cambiantes severas.

Decimos “fatiga mecánica provocada por cambios térmicos”, porque en realidad está generada por variaciones dimensionales sistemáticas de las estructuras constituyentes de los materiales, tanto inorgánicas como orgánicas, metalográficas, macromoleculares, etc., así como también de cualesquiera mecanismos, sean simples (coexistencia de materiales con coeficientes de dilatación homogéneos), o complejos (como en el caso de elementos constituidos por materiales cuyos coeficientes de dilatación son claramente diferenciados).

La magnitud de la fatiga térmica sobrevenida depende de muy diversos factores:

- Valor absoluto de la diferencia térmica comprendida entre la temperatura más baja y la más alta.

- Límite de temperatura criogénica.

- Límite de temperatura calorífica.

- Velocidad de cambio térmico en ascenso y en descenso (gradientes térmicos de calentamiento y enfriamiento).

- Tiempo de permanencia en cada nivel térmico.

- Numero de ciclos repetitivos.

- Esfuerzos dinámicos adicionales en condiciones de uso.

- Composición y naturaleza de los especímenes:

Materiales simples o compuestos, su masa relativa, conductividad térmica, coeficientes de dilatación lineal, punto de reblandecimiento vicat, punto de fusión, punto de congelación, límite elástico, grados de dureza, resistencia al desgaste, resistencia al impacto en frió y en caliente, límite de rotura y deformación a tracción, compresión, flexión, torsión, etc., etc.

- Sistemas y mecanismos formados por materiales de respuesta térmica diferenciada.

Entre otros.

Como resumen, podríamos decir que el efecto repetitivo de la deformación de la variación dimensional de los materiales, por acción de contracciones y dilataciones sistemáticas, es la que provoca la fatiga estructural de los mismos, con la consecuencia de una disminución de la resistencia a las condiciones de uso.

Lo mismo es aplicable a mecanismos complejos, automatismos y sistemas en general, con la agravante de que en estos casos las consecuencias son de efecto multiplicativo.

Del conocimiento exhaustivo del comportamiento de los productos, dependerá la determinación de la fiabilidad de los mismos y de su vida útil.

Para llevar a cabo los ensayos de fatiga térmica a escala de laboratorio, se emplean las cámaras y los bancos de ensayos.

Cámaras de ensayos:

Pueden ser de un solo recinto, en el cual se programan los gradientes de enfriamiento y calentamiento, los límites mínimo y máximo frío/calor, y el número de ciclos repetitivos, y de dos recintos, en cuyo caso las muestras pasan de las altas a bajas temperaturas, y viceversa, de forma instantánea.

En la imagen se ofrece una cámara de choque térmico súbito de tres compartimentos, según MIL STD 810-D con cámara intermedia ambiental.

Bancos de ensayos:

Los bancos de ensayos están formados por las cámaras anteriormente descritas, a las cuales se les adicionan sistemas dinámicos para la realización de esfuerzos mecánicos en condiciones aceleradas de uso.

CCI viene desarrollando desde el año 1967 cámaras de ensayos climáticos y de simulación ambiental para investigación y control de calidad. A este respecto es de destacar que CCI ha desarrollado este tipo de cámaras climáticas para las entidades de la máxima relevancia y los centros de investigación más prestigiosos existentes en la actualidad, tales como el Consejo Superior de Investigaciones Científicas, INTA, AIRBUS, CASA, etc.

Arcones ultracongeladores mediante criogenia por nitrógeno líquido.

Hoy en día es impensable el desarrollo de equipos destinados a aplicaciones aeronáuticas y aeroespaciales, las comunicaciones satelitarias y la industria militar, sin antes disponer de equipos de laboratorio capaces de poder simular las vicisitudes térmicas a que han de estar sometidos dichos instrumentos y sistemas, especialmente a temperaturas extremadamente bajas, con el propósito de poder evaluar su funcionamiento en condiciones de servicio.

Para ello, CCI desarrolla equipos de ultracongelación capaces de alcanzar temperaturas de hasta -196 ºC (¡ciento noventa y seis grados centígrados bajo cero!) con rampas de enfriamiento de hasta 100ºC/min.

Incluso en factible alcanzar temperaturas ultraextremas próximas al CERO ABSOLUTO mediante la técnica de helio líquido combinado con vacío.

En estas cámaras ultracriogénicas pueden ultracongelarse grandes masas orgánicas e inorgánicas en posición horizontal o vertical. Para ello los equipos fabricados pueden ser de tipo arcón o de tipo cámara vertical, y en diferentes tamaños, en función de los requerimientos particularizados.

Los equipos son blindados y las puertas solo se pueden abrir por control remoto, (opcionalmente) a través de sistemas monitorizados informáticamente con sistemas encriptados de seguridad.

El desarrollo de estos equipos ha sido posible gracias a la larga experiencia de los técnicos de CCI en el desarrollo de cámaras ultracriogénicas para simulación aeroespacial en la tecnología aeronáutica, iniciada ya hace 41 años.

Cámaras climáticas de ensayos criogénicos combinados con esfuerzos mecánicos.

En la tecnología aeronáutica y aeroespacial, y en menor grado en los sectores ferroviario, náutico y de automoción, los diversos mecanismos implicados en el funcionamiento de los sistemas, accionamientos, actuadores, etc., no solamente están sometidos a importantes esfuerzos mecánicos de tracción, compresión, flexión y torsión, sino que, además, y de forma simultánea, han de soportar temperaturas criogénicas extremas en espacios de tiempo muy cortos y en ocasiones de manera prolongada.

Cuanto más baja es la temperatura, mayor es la fragilidad de los materiales y mayor la probabilidad de fractura, con el consecuente riesgo de fallos funcionales y sus graves consecuencias derivadas.

Para asegurar la resistencia de los mecanismos en tales condiciones extremas es necesario realizar ensayos de laboratorio consistentes en la simulación de todas las posibles situaciones reales, acelerándolas al máximo para garantizar la fiabilidad de los sistemas en las condiciones más imprevisibles.

Este es el caso de las cámaras de ensayos térmicos criogénicos simultaneados con cargas mecánicas, en las cuales se puede determinar, por ejemplo, la carga de rotura por tracción de un metal sometido a temperaturas criogénicas.

La primera cámara desarrollada por CCI para esta aplicación, fue instalada en el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial hace ya casi 40 años. Como se puede apreciar en la imagen adjunta, la cámara de ensayos estaba montada sobre una estructura desplazable y regulable dimensionalmente en todas las direcciones posibles, con el fin de permitir su acoplamiento a las máquinas de ensayos de rotura por esfuerzos mecánicos, utilizando la tecnología criogénica mediante nitrógeno líquido.

Hoy las cámaras se fabrican de forma personalizada para adaptarlas a máquinas de esfuerzos múltiples, las temperaturas de trabajo siguen programándose a valores, normalmente hasta -197ºC, e incluso, con helio líquido y vacío, hasta cerca del cero absoluto.

CCI viene desarrollando desde el año 1967, bajo la certificación AENOR, cámaras de ensayos térmicos criogénicos combinadas con esfuerzos mecánicos para investigación y control de calidad aeroespacial. A este respecto es de destacar que CCI ha desarrollado este tipo de cámaras de ensayos para las entidades de la máxima relevancia y los centros de investigación más prestigiosos existentes en la actualidad, tales como el Instituto de técnica Aeroespacial (INTA), AIRBUS, Construcciones Aeronáuticas, etc.