PROYECTO IAE II
PROPUESTA DE MATERIAL
COMPUESTO PARA
SUSTITUIR EL TITANIO EN
LA FABRICACIÓN DE PALAS
DE VENTILADORES DE
MOTORES TURBOFAN
Asesor: Sostenes Jiménez Rodríguez
Leonardo Cortez González – 1847362
JUSTIFICACIÓN
La tendencia en la
industria aeronáutica es el
reemplazo de las
aleaciones de metales por
materiales compuestos en
elementos estructurales.
OBJETIVO PARTICULAR
• Elaborar una propuesta de fabricación de un material
compuesto para sustituir la utilización de la aleación de
titanio Ti 6Al 4V en la fabricación de las palas de los
ventiladores en los motores turboventiladores.
OBJETIVOS
• Reducción de peso: La densidad de la aleación de aluminio es
de 4.41 g/cm3.
• Mejorar las propiedades mecánicas o al menos, mantener las
mismas propiedades.
• Mejorar la aerodinámica de las palas para un consumo de
combustible más eficiente.
• Reducción de costos.
PALAS TURBOFAN
Las palas del ventilador del motor turbofan CF6 que
se utiliza en el Boeing 74 son totalmente fabricadas
con la aleación de titanio Ti-6Al-4V debido a su alta
relación de resistencia/peso.
El propósito de las palas del ventilador es succionar
la mayor cantidad de aire y separarlo en dos flujos, el
flujo primario que pasa a través del motor y el flujo
secundario que rodea al motor.
El ventilador es considerado
una parte fría del motor porque
la temperature no es tan alta
como en las partes calientes
(turbina, cámara de combustión,
etc.).
Las palas del ventilador deben
soportar altos esfuerzos
mecánicos y deben ser
aerodinámicamente eficientes
para una mayor aceleración del
flujo de aire.
PROPIEDADES DEL TITANIO
PROPIEDAD
VALOR
Resistencia a la tensión
1100 MPa
Módulo de Young
114 GPa
Densidad
4.41 g/cm3
REFUERZO
El refuerzo seleccionado para el material compuesto son las
fibras de carbono.
1) Buenas propiedades mecánicas.
2) Estas fibras tienen buenas propiedades frente a la
fatiga.
3) Bajo costo.
SELECCIÓN DEL TIPO DE TEJIDO
TWILL 2X2 WEAVE
PLAIN WEAVE
HEXFORCE
284 CF
Las fibras Hexcel HexForce 284 2x2 weave caen
dentro de la categoría de fibras de carbono de
alta Resistencia.
Propiedades HexForce 284 CF
PROPIEDADES
VALOR
Módulo de elasticidad
Resistencia a la tensión
33 MSI - 228 GPa
3.5 GPa
Peso
Densidad
197 g/m2
1.77 g/cm3
Coeficiente de expansión térmica
Orientación de las fibras
0.4 E-6 /K
3k Fill (Weft), 3k Warp
Espesor
0.23 mm
MATRIZ: RESINA ÉPOXICA
1) Es la resina polimérica perfecto para el método de
manufactura seleccionado (LCM).
2) Estas resinas tienen buenas propiedades mecánicas.
3) Resistencia química y a la humedad.
4) Fácil procesamiento (para superficies más complejas).
RESINA ÉPOXICA HEXCEL RTM6
La matriz escogida para el compuesto a una resina
epoxi termo endurecible: la resina epoxica RTM6
fabricada por Hexcel.
• Baja viscosidad (100 centipoise) para las
temperaturas de proceso.
• Buenas propiedades mecánicas (alta resistencia a
la tensión y módulo de elasticidad)
• Es una resina segura debido a su baja volatilidad.
• Fácil de procesos, bajas presiones de inyección (1
a 5 bares de presión).
PROPIEDADES MECÁNICAS Y TÉRMICAS DE LA
RESINA ÉPOXICA RTM6
PROPIEDAD
VALOR
Resistencia a la tension
75 MPa
Módulo de elasticidad, E
2.89 GPa
Densidad
1.11 – 1.24 g/cm3
Resistencia a la fractura
89 J/m2
Coeficiente de expansion térmica
52.7 E-6 /K
Temperatura de transición
𝑇 > 200 ℃
TITANIO Ti-6Al-4V vs COMPUESTO
COMPUESTO
TITANIO Ti-6Al-4V
PROCESO DE MANUFACTURA
Resin Transfer Molding RTM
MOLD PROTOTYPE