MADERA KIRI

CARACTERIZACIÓN DE LA MADERA KIRI PARA APLICACIONES AERONAÚTICAS

INVESTIGACION FORMATIVA

Integrantes: CHAMBI CONDORI, DIEGO ALONSO CHAMBI MAMANI, GLADYS FIORELA Docente: JARA GONZALES, JUAN MANUEL

02/12/2020

Si no puedes volar, entonces corre; si no puedes correr, entonces camina; si no puedes caminar, entonces arrástrate... pero hagas lo que hagas, sigue moviéndote hacia adelante

Marthin Luther King

ÍNDICE

04. Hipotesis

07. Metodologia

01. Antecedentes y F.T.

02. Justificacion

08. Cronograma

05. Objetivos

09. Conclusiones

06. Delimitacion de F

03. D. del problema

01. ANTECEDENTES

• La introducción del kiri en Argentina se estima fue a fines de la década del 60 a través de Brasil y Paraguay.

• Su cultivo tuvo gran furor durante la década del 70 básicamente por los buenos precios logrados en algunas ventas a Japón.

El género Paulownia crece de forma natural en los bosques templados del sur de China, de donde es originaria, dispersándose y diversificándose al norte de Laos, Vietnam, Taiwán; y al este de Asia, en Corea y Japón, desde hace unos 1.000 años.

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01. F. TEORICA

• Los materiales más utilizados para esta clase de aviones son las aleaciones de aluminio, los materiales compuestos y la madera.
• Hallar materiales que se produzcan en el país y que puedan ser utilizados para la construcción de componentes estructurales de aeronaves.

A la hora de enfrentar un proyecto de diseño o construcción de una aeronave, de pequeño o gran porte, uno de los principales inconvenientes es el lograr conseguir los materiales especificados o adaptados para tal fin.

01. F. teorica

• Extremadamente liviana
• De estructura homogénea con betas poco definidas
• Baja concentración de nudos y otros defectos
• Resistente a la humedad y a la intemperie
• Fácil de secar
• De gran estabilidad dimensional ante variaciones de humedad
• Fácil de trabajar y encolar

Se eligió esta madera, por las características que se enumerarán a continuación que la hacen interesante para aplicaciones aeronáuticas.

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02. JUSTIFICACIÓN

• No se encuentran disponibles datos confiables de sus propiedades mecánicas.

• No hay pruebas que haya sido utilizada en construcciones aeronáuticas.
• Se comercializa con un pobre control de calidad y sin ningún sistema de trazabilidad.

Luego de realizar una serie de ensayos preliminares de resistencia mecánica, se determinó que para el bajo peso de esta madera, sus propiedades mecánicas son buenas.

03. DeSCRIPCION del problema

Actualmente en el país no se producen ninguno de estos materiales específicamente para la construcción de aviones, por lo que se debe optar por reemplazarlos por materiales de producción nacional, no calificados para uso aeronáutico, o importar materiales calificados de otros países. Esta última opción agrega varios problemas logísticos que terminan aumentando considerablemente los costos.

04. HIPÓTESIS - SUPUESTOS

SUPUESTOS

HIPOTESIS

Estos estudios y análisis permitiran realizar un prediseño de un componente estructural (larguero) bajo criterios empleados en la industria aeronáutica.

Se podra determinar las propiedades mecánicas de la madera comercialmente denominada Kiri (Paulownia tormentosa) con el fin de evaluar su aplicabilidad en la construcción de estructuras aeronáuticas de aeronaves de pequeño porte, específicamente largueros principales

Sera posible construir y ensayar un elemento estructural (porción de un larguero alar) y validar los resultados anteriormente obtenidos.

05. OBJETIVOS

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

OBJETIVO GENERAL

• Realizar diversos ensayos a la madera kiri que nos permitan realizar una caracterización mecánica de esta.
• Analizar los resultados de los ensayos obtenidos y comparar estos con los de otros materiales utilizados en la aeronáutica.
• Evaluar los costos que traería la aplicación de esta madera en estructuras aeronáuticas y compararlo con el de otras maderas utilizadas en esta industria.

Identificar y determinar las propiedades mecánicas de la madera kiri que la hacen interesante para su aplicación en la aeronáutica.

06. DELIMITACIÓN DE LAS FRONTERAS

• Debido a la actual situación del COVID-19, los ensayos mecánicos aplicados para la caracterización de la madera Kiri no se podrán realizar y nos basaremos principalmente en estudios realizados previamente por otros investigadores.
• No existen muchos estudios en los últimos años sobre caracterizaciones de la madera para su aplicación en la industria aeronáutica.

07. METODOLOGIA

Ensayos realizados

• Densidad y peso especifico aparente (maderas macizas y laminadas)
• Humedad y contraccion volumetrica
• Flexion (maderas macizas y laminadas)
• Compresion paralela a la veta
• Corte sobre madera maciza
• Corte sobre madera pegada
• Ensayo de una seccion de larguero

07.Densidad y Peso específico aparente

El peso específico aparente es un factor que compara la densidad de la madera con la del agua.

Las variaciones en la densidad afectan las propiedades mecanicas de la madera.

Tamaño de las muestras

Resultados

Procedimiento

• Medicion de dimensiones utilizando calibre con ± 0.1 mm de resolucion
• Medicion del peso utilizando balanza con ± 0.01 gr de resolucion

07.HUMEDAD Y CONTRACCION VOLUMETRICA

Clima continental

15%

Madera: Material higroscopico, la humedad afecta las propiedades mecanicas

Humedad segun ANC 18

Clima tropical

20%

Procedimiento de la norma IRAM 9532

Contraccion volumetrica

Resultados

• Pesar la muestra con un error de ± 0.1 gr
• Calentamiento por mas de 20 hs a una temperatura de 103ºC ± 2ºC
• Enfriar a temperatura ambiente en un desecador
• Pesado cada 2hs hasta tener diferencia en peso menor a ± 0.01 gr

07.FLEXION

Norma IRAM 9545, Ensayos flexion estatica de maderas con densidad especifica inferior a 0.5

Dimensiones de la probeta: Altura H=50mm, Ancho B=50mm, distancia entre apoyos L=700mm, Largo total D=750mm

Curva tipica de carga vs desplazamiento

07. FLEXION

RESULTADOS

Procedimiento de ensayo

Es de hacer notar que modulo de elasticidad obtenido por este metodo no corresponde al real de la madera debido a la influencia del corte en las deformaciones debidas a la flexion. El error cometido puede ser, como minimo, de aproximadamente el 10%.

• Se utilizo una maquina de ensayos universales de velocidad de desplazamiento constante.
• La carga se midio por medio de una celda de carga de 1000 kg Reaccion C 1000
• Las deformaciones de la probeta fueron medidas por medio de un LVDT (Linear variable differential transformer) instalado en el centro de la viga (aproximadamente en el eje neutro)

07. COMPRESION

Se tuvo en cuenta la norma IRAM 9551, Determinacion de la compresion paralela al grano

Procedimiento de ensayo

• Se utilizo una maquina de ensayos universales de velocidad de desplazamiento constante
• La carga se midio por medio de una celda de carga de 2500 kg
• Las deformaciones de la probeta fueron medidas mediante un extensometro mecanico

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Resultados

07. COMPRESION

07. CORTE SOBRE MADERA MACIZA

Se tomo como referencia la norma IRAM 9596. Ensayos de resistencia a esfuerzos de corte para maderas

• Se modifico el dispositivo de ensayo para generar las condiciones de borde semejantes a lo establecido en la norma.
• Velocidad de desplazamiento del cabezal: 0.5 mm/min
• Inclinacion de la veta debera ser inferior a 1:12

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Resultados

07. CALCULO DE MODULO DE CORTE

Equivale a una relacion E/G de 16.9 se corrobora la aproximacion teorica de una relacion de 16:1 entre E y G. Este valor es formalmente G31, sin embargo se considerara como un G promedio en las distintas direcciones, por ausencia de valores mas precisos.

07. CORTE SOBRE MADERA PEGADA

Pegamento utilizado:- Resina Ureica Fortex modelo 1065 - Pegado a temperatura ambiente - Tiempo de secado de seis horas

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Resultados

07. COmparacion de materiales

07. SECCION DE LARGUERO ALAR

Aeronave livianaMTOW: 450kg n = 3,8 Seccion cercana a la raiz Envergadura: 8,8 m Cuerda media: 1,15 m

Se aproximaron los esfuerzos en el larguero con una viga en un ensayo de flexion de tres puntos

07. SECCION DE LARGUERO ALAR

Seccion cajon de la zona de ensayo construido con largueros y enchapado de kiri

Se montaron dos strain gages, uno en la zona central del larguero traccionado (Deformacion longitudinal) y otro sobre el laminado a -45º (contraccion del campo diagonal). Se obtuvieron curvas de carga deformacion, se verifico el modulo elastico en la direccion de las fibras y la carga de rotura del componente.

E = 650 kg/mm2Carga de rotura = 870 kg

07. ANALISIS DE COSTOS

Se comparó el costo (por unidad de volumen) de la madera de Kiri con la madera de Stika Spruce. Una sección de 9”x 1” de Spruce y 12” de largo tiene un precio de venta de aproximadamente US$19. Asumiendo las hipótesis que se presentan a continuación, se tiene:

Para soportar la carga de 21658 kg con madera de Kiri, se necesita una sección de 11,6” x 1”. El precio de la madera de Kiri, por pie de longitud, para una sección de 1” x 11,6” es de $ 14,5 o US$ 3,81. Se concluye que a igual resistencia la madera de Kiri ésta es 5 veces más barata que la Spruce.

08. CRONOGRAMA

DETALLE DE EJECUCIÓN

09. Conclusiones

BIBLIOGRAFÍA

1. Estudio de las propiedades física - mecánicas y comportamiento en procesos industriales de la madera de Kiri, Grevillea, Paraíso y Toona- UNAM, Ing O. Pereyra
2. Rayionallity of Kiri Word (Paulownia tormentosa) in Tradicional Uses – Kazuya Minato and Haruka Sugawara
3. The research study of the physical and mechanical propieties of Chinese Kiri woods – Akira Takahashi, Yuku Dong, Chunrui Zhao
4. Preliminary study on Word propietis of Paulownia species grown in Peshawar – Pakistan Forest Institute
5. Comparison of Shear Modulus Test MethodS - Kate Harrison
6. Determining the Shear Modulus of Sitka Spruce from Torsion Tests - Aamir KHOKHAR, PhD Student, Centre for Timber Engineering, Napier University, Edinburgh, UK
7. Resultados de ensayos obtenidos por el Ing Gastón Bonet, UNLP, FI para un panel de compresión de fibra de vidrio con resina poliéster

Gracias por su atención

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