Desarrollo de una conexión tipo cuña para tirantes en tanques de hidrógeno conformables fabricados en material compuesto de fibra de carbono

Abstract

La presente tesis fue realizada en la Cátedra de Compuestos del Carbono (LCC) de la Universidad Técnica de Múnich (TUM), Alemania, en el marco de una estancia académica internacional ALEARG. El trabajo se desarrolló como tesis de máster en ingeniería en dicha institución, y fue presentado en una instancia oral formal ante los integrantes de la cátedra. En este contexto, se abordó el desafío de integrar recipientes a presión en los espacios reducidos de vehículos propulsados por hidrógeno, lo que requiere repensar el diseño convencional de tanques cilíndricos. En el proyecto ADAPT-H2 Tanks, el uso de revestimientos internos poliméricos (liners) en tanques Tipo IV —que dependen de un liner interno para garantizar la impermeabilidad— limita la inclusión de canales de pequeño diámetro, haciendo necesaria la adopción de tirantes de Polímero Reforzado con Fibra de Carbono (CFRP) de mayor diámetro que en investigaciones previas. Los métodos tradicionales de anclaje no son adecuados para estos diámetros, ya que no garantizan una transferencia de carga adecuada. Estos tirantes son utilizados para contrarrestar tensiones que surgen por momento flector en las paredes planas de tanques de forma cuboide. Este trabajo presenta una conexión mecánica por cuña como solución alternativa para anclar tirantes CFRP de gran diámetro en la pared compuesta de un recipiente a presión. Se desarrolló una estrategia de bobinado sobre placa plana para fabricar especímenes tipo cupón representativos, minimizando el uso de material. Se llevaron a cabo dos campañas de bobinado, con mejoras en la alineación de la herramienta, la inserción de conos y el manejo de la resina. Se diseñó y fabricó un banco de ensayos mecánicos para evaluar la resistencia a tracción de la conexión por cuña en futuras investigaciones. Se diseñaron fijaciones de acero para sujetar las muestras de forma segura, incorporando factores de seguridad y permitiendo condiciones de ensayo repetibles. Se analizaron micrografías, obteniéndose los siguientes resultados: el área de conexión cercana al agujero cónico mostró una compactación mejorada, mientras que la porosidad en otras regiones indicó la necesidad de métodos de compactación más eficaces para laminados planos. Este trabajo sienta las bases para estudios posteriores.