CBL - Campus del Baix Llobregat

Projecte llegit

Títol: Disseny d'un criòstat per realització d'assaigs mecànics de materials compostos a baixa temperatura

Estudiants que han llegit aquest projecte:

Director/a: ROJAS GREGORIO, JOSEP IGNASI

Departament: FIS

Títol: Disseny d'un criòstat per realització d'assaigs mecànics de materials compostos a baixa temperatura

Data inici oferta: 18-04-2024     Data finalització oferta: 18-12-2024


Estudis d'assignació del projecte:
    GR ENG SIST AEROESP
Tipus: Individual
 
Lloc de realització: Fora UPC    
 
        Supervisor/a extern: Oriol Panareda Vidal
        Institució/Empresa: Applus labs (LGAI Technological Center)
        Titulació del Director/a: Tècnic superior en automoció
 
Paraules clau:
Criòstat; criogènia; assaigs; tests; experiments; propietats mecàniques; materials compostos; composites; baixa temperatura
 
Descripció del contingut i pla d'activitats:
La criogènia és un sector que va en augment i pel qual hi ha molt interès. Fins ara, realitzar tests a temperatures properes a les del nitrogen líquid és el màxim al què s'ha arribat com a solució comercial. Donat que el sector de l'hidrogen està creixent, i es preveu que creixerà molt, es busca poder analitzar materials a temperatures inferiors, per exemple, 4 K, doncs hi ha una manca significativa d'informació sobre les propietats mecàniques dels materials a aquestes temperatures.
L'objectiu d'aquest treball de fi de grau (TFG) consisteix doncs en la creació d'un criòstat, en base a l'estudi i experimentació amb aquests equipaments, l'interès del qual rau en el fet que permetrà analitzar les propietats mecàniques de materials a molt baixes temperatures. En particular, es desenvoluparà un criòstat que mantingui temperatures d'aproximadament 20 K, per a poder analitzar les propietats mecàniques d'unes provetes de material compost (composite). Degut a l'alta inflamabilitat del nitrogen, les probes es realitzaran amb heli, el qual liqua a 4 K.
Pel que fa a les tasques a realitzar, per una banda, s'explicarà el context i d'on sorgeix la necessitat d'aquest projecte en la indústria. Posteriorment, s'explicaran els estudis previs que s'han realitzat per poder implementar un prototip de criòstat per a validar certes funcionalitats.
Un cop desenvolupat el prototip de criòstat, i fets els primers experiments, es redissenyarà i s'aplicaran nous conceptes per a resoldre problemàtiques que en el disseny original no eren contemplades. S'explicaran tots els passos que s'han seguit, les probes que s'han realitzat, les conclusions a les què s'ha arribat, i com s'ha anat creant la versió definitiva del criòstat.
Degut a que el principal objectiu del projecte és dissenyar un criòstat capaç de mantenir la temperatura a aproximadament 20 K a l'interior del criòstat, també s'analitzarà empíricament l'efectivitat dels elements afegits per a minimitzar les pèrdues calorífiques.
 
Overview (resum en anglès):
Achieving a sustainable aviation in the short future is possibly the biggest challenge of the aeronautical industry. This is what strongly motivates research for more sustainable alternatives to fossil fuels. Among others, one of the most promising options is to use liquid hydrogen as fuel, since it can be extracted from renewable energies and its combustion does not create polluting emissions into the atmosphere. However, the fact that the boiling temperature of liquid hydrogen is 20 K supposes various technical difficulties. Indeed, this is why it is key to develop knowledge about how materials react to cryogenic temperatures.
Given the lack of information about mechanical properties at cryogenic temperatures of many materials used in the aerospace industry, bench tests are demanded in the sector to test these properties. With this objective, Applus Laboratories has participated in an R&D project to develop a test bench, in which I have had the pleasure to contribute.
Framed in this project, this document describes the process of designing a new cryostat that allows testing materials at cryogenic temperatures. The difference between this cryostat and the ones that already exist is that the former is meant to reduce the mass to be cooled down to significantly reduce the test time, therefore proportionally reducing the costs of each test.
This thesis describes the different assumptions experimental testing and conclusions achieved during the development of this new cryostat. Being such an experimental work, some of the main conclusions extracted are as follows: having a deep knowledge of the literature is of utmost relevance, as well as defining correct assumptions and then, according to the tests, confirming or refuting them. All of these aspects strongly contribute to reducing the time of research as well as optimizing available resources.
At the delivery date of this report, the new cryostat is not functional yet, but the knowledge and conclusions acquired in the process of this design maintain the project alive today.

© CBLTIC Campus del Baix Llobregat - UPC