Jornada Técnica de la PTFE: INVESTIGACIÓN E INNOVACIÓN EN MATERIALES CON APLICACIÓN EN EL ÁMBITO FERROVIARIO Madrid, 26 de febrero de 2015

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1 Jornada Técnica de la PTFE: INVESTIGACIÓN E INNOVACIÓN EN MATERIALES CON APLICACIÓN EN EL ÁMBITO FERROVIARIO Madrid, 26 de febrero de 2015 NUEVOS MATERIALES PARA LA MEJORA DE LA SEGURIDAD Daniel Alvear Portilla Director del Grupo GIDAI Universidad de Cantabria

2 H 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'.

3 Agenda Estratégica de Investigación del Sector Ferroviario Reto en 'Transporte sostenible, inteligente e integrado' 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

4 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

5 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

6 Nuevos materiales Proyecto Cayley ( desarrollo de nuevos materiales con fibra de lino Universidad Pontificia Bolivariana (U.P.B) y el Metro de Medellín

7 Nuevos materiales Nuevos retardantes de llama Yuan Hu, Qian X., Song L. and Lu H., Polymer/Layered Compound Nanocomposites: a Way to Improve Fire Safety of Polymeric Materials. Fire Safety Science 11:

8 Nuevas soluciones de diseño Fuente:

9 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, CO 2, NO, NO 2, N 2 O, SO 2, HCl, HF, NH 3, CH 4, C 2 H 4, C 2 H 6, C 3 H 8, C 6 H 14, 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.

10 Métodos de evaluación HFM (Heat Flux Meter) STA (Simultaneous Thermal Analysis) LFA (Laser Flash 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 Financiado - Thermal por: stability analysis - Mass changes - Specific Heat determination - Thermokinetic 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%) Features: - Thermal conductivity range: 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

11 Métodos de evaluación Dual cone calorimeter Fire Propagation Apparatus Mass loss 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 Financiado - Corrosive por: potential of combustion products (ASTM D5485) - Critical flux to ignition 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 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

12 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

13 Tecnologías Emergentes Aprovechamiento de los resultados de modelos comprensivos de los fenómenos para la mejora de las prestaciones de productos Virtual testing (?)

14 Tecnologías Emergentes Physical Model Experimental Data Redefinition - Optimization Fail Pass Computational Model Computational Data MODEL VALIDATION AGAINST REGULATION TEST Sensibility Analysis Software FEATURES DESIGN TOOL

15 Tecnologías Emergentes Capote, J.A., Alvear, D., Abreu O., Lazaro, M. and Puente E., Pyrolysis Characterization of a Lineal Low Density Polyethylene. Fire Safety Science 10:

16 Muchas gracias Dr. Daniel Alvear Portilla - 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 SANTANDER (Cantabria). ESPAÑA Telf Fax:

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