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1ªJornada Abierta del Centro de Excelencia de Vigo, 18-Dic-2012

Experiencias de Pymes gallegas en Proyectos de I+D

PROYECTO COPATCH: CARDAMA

NUEVOS MATERIALES (COMPOSITES) DE APLICACIÓN AL PROCESO DE REPARACIÓN

DEL NAVAL

Proyecto realizado en colaboración con:

Proyecto co-financiado por:

• LA EMPRESA: CARDAMA.

• ANTECEDENTES

• PROYECTO COPATCH

• RESULTADOS

• CONCLUSIONES

ÍNDICE

• LA EMPRESA: CARDAMA.

• ANTECEDENTES

• PROYECTO COPATCH

• RESULTADOS

• CONCLUSIONES

ÍNDICE

,

FRANCISCO CARDAMA, S.A., es un importante centro de construcción y reparación de buques de pesca de gran porte. La empresa ha sabido adaptarse a las nuevas demandas del mercado, con importantes inversiones en actualización e innovación de maquinaria, así como desarrollando una constante labor de Vigilancia Tecnológica en el sector, con el fin de poder detectar las novedades surgidas a nivel internacional, tanto en maquinaria como en proceso.

Calderería y tubería naval: acero al carbono, acero inox y aluminio. Soldaduras en electrodo, MIG, TIG y arco sumergido.

Construcción, transformación y reparación de buques.

Pintado y chorreado de Buques con granalla viva para la aplicación de tratamientos de pintura modernos.

Trabajos de Mecánica Naval, todo tipo de trabajos en líneas de Ejes, Hélices de paso fijo y variable, Timones, mechas y servos. Fabricamos Ejes de cola , mechas y pinzotes. Nuevas Construcciones, Pesqueros Arrastreros, Palangreros, Remolcadores, Atuneros, Oceanográficos, Dragas, etc.

2º Congreso Internacional de Soldadura y Tecnologías de Unión 19as Jornadas Técnicas de Soldadura, Madrid 3-5 Octubre 2012

• LA EMPRESA: CARDAMA.

• ANTECEDENTES

• PROYECTO COPATCH

• RESULTADOS

• CONCLUSIONES

ÍNDICE

Inconvenientes de la solución tradicional:

Temperatura: deformaciones por tratamiento térmico

Tensiones residuales

Incremento de peso

Ambiente de trabajo nocivo (humos, partículas)

La varada del buque para la reparación

Vaciado y limpieza de tanques con atmósferas explosivas

Tiempos de trabajo largos

(costes asociados: corte, p

reparación de superficies

y de bordes)

Reparación en el sector naval (acero convencional): remplazar la chapa dañada (corte y soldadura, a veces soldadura de doble chapa)

La reparación con composites comenzó a comercializarse aplicándose en construcción civil como refuerzo de puentes de hormigón y metálicos (años 80-90).

En el sector naval: hay empresas que los han aplicado con éxito en buques (aluminio) y plataformas offshore (acero) (2001)

RAN (The Royal Australian Navy) Adelaide Class Frigate Repair of the main deck

FPSO (Floating Production Storage and Offloading) - Norway Repair of the cargo tank bulkhead

Type 21 Frigate (Amazon class) Repair of the main deck

Reparación de corrosión en tubería, refuerzo en vigas y paredes para aumentar la resistencia a la explosión (infraestructuras offshore)

Exxon Mobile Oil Platform in the North Sea

ISO/TS 24817:2006: Petroleum, petrochemical and natural gas industries -- Composite repairs for pipework -- Qualification and design, installation, testing and inspection

Reparación con parches de composites en aeronáutica: Este tipo de reparación ha demostrado su eficacia frente a las soluciones convencionales (en aleaciones ligeras).

Department of Defence, Science and Technology Organisation- Australia

Ventajas de la Solución CoPatch

Solución “en frío”

Solución “in situ”

Solución ligera

Mejora la durabilidad

Fácil manejo del material de reparación

Buen comportamiento a fatiga

No necesita elementos externos de sujeción temporales

El material compuesto resiste mejor a corrosión

1. Conocer la eficiencia de los parches de composite en grietas y corrosión.

2. Reducir los tiempos de trabajo, mejorar el ambiente de trabajo y disminuir los riesgos (fuego)

3. Incorporar una nueva solución tecnológica que se anticipa a las necesidades futuras del mercado.

Interés de la empresa por el proyecto COPATCH

PARTICULARIDADES EN ESTRUCTURA NAVAL: - Material: acero naval - Espesores: 6 - 20 mm - Aprobación por las Sociedades de Clasificación

SOLUCIÓN CO-PATCH ?

Selección de casos típicos de aparición de grietas:

• Cubierta

• Mamparos del doble fondo

• En estructuras secundarias (cuadernas, vigas, fondos, doble fondos, refuerzos longitudinales unidos a la estructura primaria)

DOUBLE BOTTOM

WING TANK

BULKHEAD

DECK

APLICACIÓN

• LA EMPRESA

• ANTECEDENTES

• PROYECTO COPATCH

• RESULTADOS

• CONCLUSIONES

ÍNDICE

COMPOSITE PATCH REPAIR OF METALLIC MARINE STRUCTURES “Co-Patch” www.co-patch.com

BV Mettle AS2CON

AIMEN CARDAMA

CETENA

ISQ ENP

TWI UniS SSA

UM NTNU

HRS

14 SOCIOS

3 UNIVERSIDADES

3 CENTROS TECNOLÓGICOS 3 EMPRESAS CONSULTORAS E I+D

2 SOCIEDADES DE CLASIFICACIÓN NAVAL 4 ASTILLEROS Y ASOCIACIONES DE

ASTILLEROS

Desarrollar un nuevo método de reparación y refuerzo de estructuras de acero en ambiente marino aplicando parches de composite

Objetivo del proyecto:

Grietas originadas por fatiga Corrosión

Naval (buques, plataformas...) Civil (puentes, grúas...)

Soportar nuevas cargas (reformas…) Mitigar deficiencias estructurales iniciales

Example of plate bonding of R C beam –plate unstressed

Photograph courtesy of UniS

Campo de aplicación:

Reparación: Refuerzo:

15

Adhesive layer

Reparación de la estructura dañada pegando un “parche” de composite

La solución COPATCH basa su funcionamiento en la transferencia de tensiones de la estructura dañada (acero) al material compuesto a través de la unión adhesiva.

¿Cómo conseguirlo?

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• Tejidos (Fibras) – Vidrio – Carbono – Aramida

• Resinas (matriz)

– Epoxi – Poliester – Vinil ester – Poliuretano

• Adhesivos – Epoxi – Methacrilatos – Laminado directo (resina)

• Aplicación manual:

– Impregnación por laminación manual – Pre-impregnados

Definición de materiales Solución empleada en la actualidad en aeronáutica, que ha demostrado su eficacia frente a las soluciones convencionales. Se emplean parches de composite (fibras de carbono o boro)

Department of Defence, Science and Technology Organisation- Australia

Patch repair on wing of F111

Ensayos “mid-scale” tracción - estático

Ensayos “mid-scale” tracción - cíclico

400

t p 5

200

300

200

SIDE VIEW

FRONT VIEW

Fixture area

Fixture area

- Curva carga vs desplazamiento - Corrosión - Monitorizado con FBGs

Ensayos “large-scale” tracción - estático - Curva carga vs desplazamiento

Ensayos “full-scale” (Catamarán) - Reparación in-situ - Monitorizado con FBGs

• EMPRESA

• ANTECEDENTES

• PROYECTO CO-PATCH

• RESULTADOS

• CONCLUSIONES

ÍNDICE

HOYTOM (max. 600 kN) Precarga: 25 kN Velocidad: 0.5 mm/min Control del desplazamiento

- Longitud de parche: 200 mm - Ancho parche: 200 mm - Espesor de parche: 8 mm - Hand lay-up

- Espesor acero: 5 mm - Largo (sin zona mordazas): 400 mm - Ancho: 200 mm - Longitud de grieta: 140 mm (EDM)

Medidas de deformación: 3 galgas y 2 FBGs

Preparación superficial

Aplicación parche

Ensayo de corrosión acelerada en cámara de niebla salina (ISO 14993:2001) Total: 250 ciclos

Pistola de agujas - despegue prematuro

Chorreado arena – indicios de corrosión bajo parche

5 mm grating

0-2-4-6 mm from crack tip

5 mm grating

0-2-4-6 mm from crack tip

y

8 mm6 mm x

y

8 mm6 mm x

Control del crecimiento de grieta - FBGs

CRACK: 80mm length x 0,2 mm width (Wire EDM)

PROBETAS: • Sin defecto • Con grieta sin parche • Reparada con parche (CF – Infusión)

• Hoytom 600kN • 0.25 mm/s, control por desplazamiento • Medida de deformación en tres puntos

Cohesive failure

Probeta: parche fabricado por infusión

Astilleros F. CARDAMA

• EMPRESA

• ANTECEDENTES

• PROYECTO CO-PATCH

• RESULTADOS

• CONCLUSIONES

ÍNDICE

Es clave asegurar una óptima unión adhesiva para que se transfieran las tensiones de la estructura dañada al composite. La aplicación del composite aumenta la capacidad de carga de la estructura, frena el crecimiento de grieta y mejora el comportamiento a fatiga

SOLUCIÓN APLICABLE A OTROS SECTORES (REFUERZO – ALIGERAR ESTRUCTURA – SOLUCIONES HÍBRIDAS): Eólico Ferrocarril Automoción

En el sector naval: reparación bajo agua

Gracias por su atención M. Borja Cardama

proyectos@astilleroscardama.com