Las innovaciones del proyecto HELACS, un paso más cerca de reciclar grandes estructuras composite de aeronaves
Su objetivo es reducir en un 50% las emisiones de CO2 de los aviones y mejorar en un 40% la reciclabilidad de piezas de la industria aeronáutica del futuro
El proyecto HELACS ha realizado un importante número de pruebas de soldadura por resistencia, centradas no sólo en el ensamblaje, sino también en la reversibilidad del proceso.
HELACS ha desarrollado una metodología de soldadura resistiva reversible, que servirá para ‘despegar’ y reutilizar paneles de materiales termoplásticos reforzados con fibra de carbono, que formarán parte de la nueva generación de aeronaves. Este proyecto, liderado por Aitiip, está financiado con casi 2 millones de euros por el programa Clean Sky 2 JU de la Unión Europea.
El proyecto europeo HELACS, coordinado por Aitiip Centro Tecnológico, tiene como objetivo desarrollar una metodología doble de desmantelamiento integral controlada, para hacer posible la clasificación, el reciclaje y la reutilización de piezas de aviones hechas de materiales compuestos termoestables y termoplásticos, que hayan llegado al fin de su vida útil. Se estima que la industria aeronáutica generará, a escala mundial, cerca de 850.000 toneladas de residuos de material compuesto de aquí a 2050. Con la recuperación de materiales, la tecnología que propone este proyecto favorecerá la transición de la próxima generación de aeronaves hacia un modelo de eficiencia energética. En este sentido, HELACS se concibe como una solución a los futuros problemas de desmantelamiento de aeronaves derivados de la reciente introducción del innovador material polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP). Estos materiales están plenamente introducidos en industrias estratégicas, debido a sus interesantes propiedades mecánicas, combinadas con su baja densidad. Son, además, materiales aptos para adaptar procesos de unión utilizados en materiales metálicos convencionales, como el remachado y la soldadura. Sin embargo, su reciclaje y reutilización presentan todavía un reto operativo y medioambiental. Así, el consorcio del proyecto lleva dos años desarrollando y validando un conjunto de tecnologías de desmontaje muy novedosas, capaces de separar estas nuevas piezas de CFRP de forma rápida, segura para los operarios, y con un alto nivel de automatización. La solución HELACS, de hecho, va más allá, adelantándose a próximas implementaciones estructurales de las aeronaves, pues sus metodologías de recuperación podrán ser empleadas para recuperar materiales CFRP que ni siquiera están todavía en circulación.
El objetivo del proyecto HELACS, financiado con casi 2 millones de euros por el programa Clean Sky 2 Joint Undertaken de la Unión Europea, es reducir en un 50% las emisiones de CO2 de los aviones y mejorar en un 40% la reciclabilidad de piezas de la industria aeronáutica del futuro. El consorcio HELACS está formado por cuatro socios de España, Bélgica y Reino Unido: Aitiip, PLATA, Centexbel y Gen 2 Carbon.
Soldadura por resistencia reversible y machine learning para corte por agua
El proyecto centra su investigación en el desarrollo de un modelo de reaprovechamiento que combina un sistema de corte por agua (que permite trocear selectivamente la pieza termoestable en una dimensión idónea para su reciclaje) y un proceso de pirólisis (carbonización de la matriz termoestable, para reaprovechar las fibras de carbono que sobreviven a esta descomposición química). Para realizar el corte por agua, se está desarrollando una tecnología robótica basada en el machine learning. Esto es, el ‘humano’, empleando la llamada dummy tool, marcará la ruta de corte con sus movimientos y el robot clonará el trazado para realizar el corte con agua a alta presión. Otra de las tecnologías desarrolladas en el marco del proyecto es la unión y despegue por soldadura por resistencia, un proceso de ensamblaje adaptado a materiales termoplásticos (que entran dentro de la familia de los materiales CFRP). Este procedimiento, que se espera que sea uno de los principales métodos de ensamblaje de materiales termoplásticos en el futuro, se basa en la colocación de una malla metálica entre las piezas a soldar. Una vez colocadas las piezas, se aplica corriente eléctrica a la malla, generando una zona de alta temperatura por efecto Joule. Esta zona alcanza la temperatura de transición vítrea de los termoplásticos (Tg), que, combinada con una presión aplicada, crea una zona de unión al enfriarse.
La solución HELACS va más allá, adelantándose a próximas implementaciones estructurales de las aeronaves.
El proyecto HELACS ha realizado un importante número de pruebas de soldadura por resistencia, centradas no sólo en el ensamblaje, sino también en la reversibilidad del proceso, es decir, la posibilidad de desensamblar piezas soldadas. Para ello, se desarrolló un utillaje específico para aplicar la presión y la corriente eléctrica mencionadas a la zona de soldadura. Esta unión presenta ventajas significativas sobre las uniones atornilladas y remachadas, creando una superficie de unión, en lugar de zonas de unión puntuales, que se debilitan por la perforación necesaria. Cabe destacar que el proceso de soldadura no sólo afecta a la placa de CFRP por la cara soldada. La cara opuesta de la placa muestra una zona afectada del termoplástico. Por otra parte, el proyecto ha conseguido demostrar la reversibilidad de este proceso. Una vez finalizada la soldadura, la aplicación de una segunda corriente eléctrica, igual a la de soldadura, devuelve al material a su Tg. Este proceso, ligado a una fuerza en sentido contrario al de la soldadura, es capad de crear las condiciones óptimas para realizar la operación de despegado.
Las conclusiones extraídas de los experimentos realizados son muy positivas. Este proceso, en el momento de su integración en la industria aeronáutica, podría permitir el desmontaje de conjuntos completos y su posterior soldadura sin necesidad de procesos intermedios, permitiendo una mejora en términos de logística y tiempos de proceso. Gracias a las revolucionarias metodologías que llegan con el proyecto HELACS, la industria aeronáutica podrá encontrar un innovador sistema tecnológico de desmantelamiento y mantenimiento de aeronaves para dar una nueva vida a los materiales, desarrollos e innovaciones que serán transferibles también a otras industrias.
