La industria aeroespacial es un sector crucial que se centra en el diseño, la fabricación y la explotación de aviones y naves espaciales. Desempeña un papel clave en el transporte mundial al permitir viajes rápidos y el comercio en todo el mundo. En el sector de la defensa, proporciona herramientas esenciales como aviones y misiles avanzados para uso militar. La industria aeroespacial también lidera los esfuerzos de exploración espacial, apoyando las comunicaciones por satélite y los descubrimientos científicos.
Para cumplir las estrictas normas de rendimiento, seguridad y fiabilidad, la industria aeroespacial recurre a la tecnología más avanzada y a la innovación constante. Los materiales utilizados deben ser de bajo desgaste y resistentes a las distintas condiciones climáticas. Además, la capacidad de carga mecánica de todo el avión debe ser lo suficientemente elevada como para permitir un gran número de operaciones de despegue y aterrizaje. Además de los aspectos de seguridad, los factores económicos también desempeñan un papel importante. El consumo de combustible, por ejemplo, debe ser lo más bajo posible y, en general, los costes de adquisición deben situarse en un rango asequible.
La industria aeroespacial utiliza diversos materiales avanzados. Cada uno de ellos se selecciona en función de su capacidad para cumplir criterios de rendimiento específicos, como la resistencia, el peso, la resistencia a la temperatura y la durabilidad:
Conocido por su alta resistencia, su bajo peso y su resistencia a la corrosión y a las altas temperaturas. El titanio se utiliza habitualmente en motores a reacción, trenes de aterrizaje y componentes estructurales críticos en los que se requieren altas prestaciones.
Se emplean ampliamente debido a su excelente relación resistencia-peso, su resistencia a la corrosión y su precio económico. Las aleaciones de aluminio se utilizan principalmente en las estructuras de los fuselajes y las alas de los aviones.
El acero de alta resistencia se utiliza en componentes que requieren durabilidad y resistencia, como trenes de aterrizaje, fijaciones y determinadas piezas estructurales. El acero inoxidable también se utiliza por su resistencia a la corrosión.
Se utilizan en aplicaciones en las que el ahorro de peso es fundamental, aunque son menos frecuentes por los problemas de corrosión e inflamabilidad.
Estos materiales, normalmente a base de níquel o cobalto, se utilizan en componentes de motores que deben soportar temperaturas y tensiones extremas.
Los polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP) se utilizan cada vez más por sus propiedades de ligereza y alta resistencia. Estos materiales compuestos se emplean en diversas partes de los aviones, como alas, fuselajes y componentes interiores con el fin de mejorar la eficiencia del combustible y reducir el peso.
Se utiliza en sistemas de protección térmica como los que se encuentran en naves espaciales, así como en ventanas y otros componentes que requieren transparencia y resistencia al choque térmico.
Se emplean en componentes interiores, aislamiento y cableado debido a sus propiedades ligeras y versátiles.
Material | Used in % by weight | ||||
Composites | 50 | ||||
Aluminium | 20 | ||||
Titanium | 15 | ||||
Steel | 10 | ||||
Other | 5 |
El titanio es el décimo elemento más común de la Tierra. Gracias a sus excelentes propiedades mecánicas, el titanio y sus aleaciones son especialmente adecuados para aplicaciones aeroespaciales. En primer lugar, su densidad es un 60 % inferior a la del acero, lo que convierte al titanio en un material ligero. Su bajo peso se traduce en un menor consumo de combustible. En segundo lugar, su buena resistencia al calor y a la corrosión garantiza una larga vida útil y la seguridad de los motores. En tercer lugar, la baja fragilidad y la baja expansión térmica hacen posible combinar el titanio y sus aleaciones con plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP). El titanio y las aleaciones de titanio se utilizan principalmente en piezas técnicamente críticas de los aviones, como los fuselajes o los motores.[1],[2]
A pesar de todas estas ventajas, hay que tener en cuenta que los gases oxígeno, nitrógeno e hidrógeno pueden influir negativamente en las propiedades mecánicas del titanio. Otro riesgo es la gran afinidad del titanio líquido a estos gases durante el proceso de fabricación. A medida que aumenta la concentración de oxígeno, el material se vuelve más duro y más susceptible al agrietamiento [3]. Una concentración adicional de hidrógeno puede deteriorar aún más la calidad del producto a causa de la fragilización por hidrógeno [4]. A medida que aumenta el contenido de hidrógeno, el titanio primero pierde su ductilidad, lo que puede provocar el desconchado de la superficie de titanio.
Dada la influencia notable de las concentraciones de oxígeno, nitrógeno e hidrógeno en las propiedades materiales del titanio y sus aleaciones, la medición precisa de estos elementos es fundamental para el control de calidad de los productos de titanio.
Debido a los retos a los que se enfrenta la industria aeroespacial al operar en entornos extremos, ya sea a gran altitud o en el vacío del espacio, se requieren rigurosos procedimientos de ensayo y certificación para garantizar que todos los componentes y sistemas funcionen a la perfección. El análisis elemental es fundamental para verificar que los materiales utilizados en la construcción poseen las propiedades requeridas.
ELTRA GmbH es un fabricante líder con más de 40 años de experiencia en la producción de analizadores elementales de alta precisión. La gama de productos incluye instrumentos para medir el contenido de carbono, azufre, nitrógeno, oxígeno e hidrógeno en diversos tipos de materiales. Además, ELTRA es conocida por sus analizadores termogravimétricos, que se utilizan para evaluar la pérdida de peso durante procesos específicos relacionados con la temperatura o el calentamiento. Estos analizadores son herramientas indispensables en industrias que requieren un análisis preciso de la composición de los materiales, como la aeroespacial, la metalurgia, el cemento, la minería, la producción de baterías y muchas otras áreas.
Una parte importante del análisis químico de los materiales utilizados en la industria aeroespacial es siempre la medición de los gases oxígeno (O), nitrógeno (N) e hidrógeno (H), que tienen una influencia notable en las propiedades de los materiales.
El analizador O/N/H ELEMENTRAC ONH-p2 de ELTRA utiliza la fusión de gases inertes para medir los gases solicitados en un amplio rango de concentración, desde el bajo nivel de ppm hasta el 2 %. El horno de electrodos, también llamado horno a impulsos, del ONH-p2 funde la muestra de titanio (por ejemplo) a temperaturas de hasta 3.000 °C y mide el hidrógeno y el nitrógeno liberados en su forma elemental y el oxígeno como dióxido de carbono. El dióxido de carbono se forma por reacción del oxígeno de la muestra de titanio con el carbono de un crisol de grafito. Para garantizar una medición fiable de O/N/H, se añaden fundentes a la muestra, como níquel o estaño. Estos reducen el punto de fusión y garantizan una liberación completa de los gases embebidos y una buena repetibilidad de las mediciones de O/N/H. El ELEMENTRAC ONH-p2 cumple todas las normas internacionales y es fácil de usar tanto para el personal científico como para el no científico. El ELEMENTRAC ONH-p2 procesa muestras de cualquier forma sólida como polvo, granulado, alambres o placas pequeñas. El peso típico de las muestras es de aproximadamente 100 mg. La cantidad de muestra puede aumentarse hasta 1.000 mg para muestras basadas en acero y hierro para las que no se requieren fundentes.
Concentraciones de O / N / H en muestras de titanio
Weight (mg) | Hydrogen (ppm) | Weight (mg) | Oxygen (ppm) | Nitrogen (ppm) |
---|---|---|---|---|
101.6 | 10.2 | 119.4 | 1150.6 | 95.8 |
101 | 11.1 | 115.7 | 1114.3 | 86.5 |
100.8 | 10.1 | 117.8 | 1159.5 | 104.7 |
101.8 | 9.9 | 123.1 | 1149.7 | 98.9 |
102 | 9.3 | 116.4 | 1205.1 | 97.7 |
100.5 | 12 | 116.4 | 1206.7 | 105.1 |
102.1 | 11.3 | 112.4 | 1183.0 | 101.5 |
104.7 | 9.5 | 118.5 | 1180.6 | 106.0 |
103.7 | 10.9 | 116.3 | 1120.3 | 93.8 |
103.9 | 10.5 | 118.0 | 1171.1 | 107.4 |
Average Value | 10.480 | - | 1171,1 | 100.4 |
Deviation / Relative Deviation (%) | 0.847 / 8.08% | - | 37.9/3.2% | 6.6/6.6% |
Debido al gran impacto que tienen los contenidos de oxígeno, nitrógeno e hidrógeno de una materia prima en las piezas relevantes para la seguridad de un avión, es indispensable medir de forma fiable las concentraciones de estos elementos. Con su potente horno de electrodos y sus detectores de amplio rango, el analizador de combustión ELEMENTRAC ONH-p2 de ELTRA es especialmente adecuado para medir estos gases en concentraciones bajas, medias y altas en muestras de acero, aluminio y titanio.
El carbono y el azufre afectan de forma importante la dureza y la maleabilidad de materiales como el acero y el titanio. Por ello la determinación precisa de su concentración constituye una prueba crucial en la industria aeronáutica.
El analizador de carbono / azufre CS-i cuenta con un potente horno de inducción que quema muestras inorgánicas a más de 2000 °C bajo un flujo de oxígeno, mientras sus celdas infrarrojas determinan de forma precisa la concentración de estos elementos.
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