Jornada Técnica de la PTFE:

INVESTIGACIÓN E INNOVACIÓN EN MATERIALES CON APLICACIÓN EN EL ÁMBITO FERROVIARIO

Madrid, 26 de febrero de 2015

Ref. PTR-2014-0351

Financiado por:

NUEVOS MATERIALES PARA LA MEJORA DE LA SEGURIDAD

Daniel Alvear Portilla Director del Grupo GIDAI – Universidad de Cantabria

Financiado por:

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H2020 - Transporte inteligente, ecológico e integrado • - Un transporte eficiente en el uso de los recursos y que respeta el medio ambiente: '1. Lograr

que aviones, vehículos y barcos sean más limpios y silenciosos mejorará el impacto ambiental y reducirá la vibración y el ruido percibidos: La mejora del rendimiento general de los aviones, barcos y vehículos mediante la reducción de su peso y la disminución de su resistencia aerodinámica, hidrodinámica y de rodaje utilizando materiales más ligeros, estructuras más sencillas y un diseño innovador, contribuirá a una reducción en el consumo de combustible.'

• - Mejor movilidad, menor congestión, mayor seguridad: 'Los objetivos pertinentes de la política europea de transportes tienen por objeto optimizar el rendimiento y la eficiencia ante una demanda creciente de movilidad con el fin de hacer de Europa la región más segura para la aviación, el transporte ferroviario y el transporte por vías navegables.'

• - Liderazgo mundial para la industria europea del transporte: 'Europa aspira a convertirse en líder mundial en eficiencia, rendimiento medioambiental y seguridad en todos los modos de transporte y a incrementar su liderazgo en los mercados mundiales tanto por cuanto se refiere a productos finales como a los subsistemas'. 1. Desarrollo de la próxima generación de medios de transporte para garantizar la cuota de mercado en el futuro. 'Esta actividad contribuirá a mejorar el liderazgo europeo en lo que se refiere a aviones, trenes de alta velocidad, ferrocarril convencional y (sub)urbano, vehículos de carretera, ....', 'Todo esto incluye el desarrollo de aviones, vehículos y barcos seguros, innovadores y respetuosos del medio ambiente, ....'. 3. Procesos de producción avanzados. 'Las aplicaciones de materiales innovadores para el transporte constituyen igualmente una prioridad, tanto por razones medioambientales y de competitividad como para mejorar la seguridad y la protección'.

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Agenda Estratégica de Investigación del Sector Ferroviario

• El desarrollo de tecnologías de la información y sistemas de transporte inteligente

• El desarrollo de técnicas, metodologías y herramientas para la mejora de la Seguridad

• La investigación y aplicación de nuevos materiales avanzados para el transporte

• Eficiencia energética…

Reto en 'Transporte sostenible, inteligente e integrado'

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Potenciales líneas… • Mejora de las prestaciones de los nuevos materiales :

más seguros y sostenibles • Búsqueda de soluciones de diseño innovadoras y más

seguras • Herramientas y métodos más adecuados para la

evaluación de las prestaciones de los materiales: más comprensivos, representativos y económicos

• Aprovechamiento de las ventajas de las TICs

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Nuevos materiales • Los materiales plásticos y composites son muy

apreciados por sus buenas prestaciones mecánicas en relación a su peso, versatilidad de diseño y coloración, facilidad de procesado, alta durabilidad y resistencia a ambientes hostiles

• Objetivo: lograr materiales más seguros y sostenibles Adiciones sostenibles alternativas a la fibra de vidrio. Elementos retardantes de llama más respetuosos con el

medio ambiente

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Nuevos materiales • Proyecto Cayley (http://www.cayley.eu/): desarrollo

de nuevos materiales con fibra de lino

• Universidad Pontificia Bolivariana (U.P.B) y el Metro de Medellín

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Nuevos materiales • Nuevos retardantes de llama

Yuan Hu, Qian X., Song L. and Lu H., 2014. Polymer/Layered Compound Nanocomposites: a Way to Improve Fire Safety of Polymeric Materials. Fire Safety Science 11: 315-315.

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Nuevas soluciones de diseño

Fuente: http://fly-news.es/industria/imagenes-b-787

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Métodos de evaluación Cono Calorimétrico (HRR, veloc. de pérdida de masa, veloc. de producción

de humos, gramos de partículas sólidas (hollín), calores de combustión).

FTIR (CO, CO2, NO, NO2, N2O, SO2, HCl, HF, NH3, CH4, C2H4, C2H6, C3H8, C6H14, HCHO, vapor de agua, etc.).

CONDICIONES VENTILACIÓN

UNE EN45545: 8 gases de obligado estudio para comprobar si un material

cumple los criterios de seguridad. Especies generadas dependen en buena parte

de las condiciones de ventilación.

Importante validar los resultados para una escala mayor representativa de

condiciones de uso final.

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Métodos de evaluación STA (Simultaneous Thermal

Analysis)

Features: - Temperature range: ambient to 1500ºC - Inert and oxidative atmosphere analysis - DSC/TGA simultaneous analysis Applications: - Melting/Crystallization performance - Solid - solid transitions - Polymorphic structures detection - Degree of crystallinity determination - Glass transitions characterization - Oxidative stability analysis - Thermal stability analysis - Mass changes - Specific Heat determination - Thermokinetic analysis

LFA (Laser Flash Analysis) Features: - Temperature range: ambient to 300ºC - Thermal conductivity range: 0.1 to 2000W/mK Applications: - Thermal diffusivity determination - Thermal conductivity analysis from solids and composites (until three layers) - Specific heat analysis (accuracy 5%)

HFM (Heat Flux Meter) Features: - Thermal conductivity range: 0.005 to 0.5 W/mK Applications: - Quantitative characterization of thermal isolated buildings materials - Thermal conductivity analysis

Precision mass balance and densimeter kit

Features: - Accuracy mass up to 5 micrograms Applications: - Density of solids by Arquimedes principium

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Métodos de evaluación Dual cone calorimeter Features: - Load mass cell (accuracy 0.1g) - FTIR measure - Corrosimeter attachment - Radiative heat flux range: up to 100 kW/m2 Applications: - Mass loss rate determination - Heat release rate by oxygen depletion - Smoke release rate - Effective Heat of combustion - Released gases by FTIR analysis - Corrosive potential of combustion products (ASTM D5485) - Critical flux to ignition

Mass loss calorimeter Features: - Load mass cell (accuracy 0.1g) - Radiative heat flux range: up to 100 kW/m2 - Controlled atmosphere Applications: - Mass loss rate determination - Heat release rate determination -Effective heat of combustion - Released gases by FTIR analysis

Fire Propagation Apparatus

Features: - Load ass cell (accuracy 0.1g) - Infrared heaters heat flux range: up to 65 kW/m2 - Air distribution chamber Applications: - Fire propagation index - Chemical and convective heat release rate determination - Effective heat of combustion - Thermal response parameter -Critical flux to ignition - Released gases by FTIR analysis

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Métodos de evaluación Room corner test - ISO9705 Features: - 2.4x3.6x2.4 m instrumented room - Gas burner until 300kW Applications: - Heat release rate by oxygen depletion - Smoke release rate - Analysis of combustion gases CO, CO2, NO, NO2, N2O, SO2, HCI, HF, NH3, CH4, C2H4, C2H6, C3H8, C6H14, HCHO and water vapor -Full scale room scenarios analysis - Regulation test for building set of materials

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Tecnologías Emergentes • Aprovechamiento de los

resultados de modelos comprensivos de los fenómenos para la mejora de las prestaciones de productos

• Virtual testing (?)

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Tecnologías Emergentes

Computational Model

Physical Model

Experimental Data Computational Data

Red

efin

ition

- O

ptim

izat

ion

MODEL VALIDATION AGAINST REGULATION TEST

FEATURES DESIGN TOOL

Pass

Software Sensibility Analysis

Fail

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Tecnologías Emergentes

Capote, J.A., Alvear, D., Abreu O., Lazaro, M. and Puente E., 2011. Pyrolysis Characterization of a Lineal Low Density Polyethylene. Fire Safety Science 10: 877-888..

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Muchas gracias…

Dr. Daniel Alvear Portilla (alveard@unican.es) -

Dpto. de Transportes y Tecnología de Proyectos y Procesos

UNIVERSIDAD DE CANTABRIA -

Dirección:

GIDAI – Seguridad contra Incendios – Investigación y Tecnología Avda. Los Castros, s/n

39005 SANTANDER (Cantabria). ESPAÑA Telf. +34 942-20.1826 Fax: +34 942-20.2276

www.ptferroviaria.es

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