Los investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han demostrado que las espumas metálicas compuestas (CMF) pueden pasar las llamadas "pruebas de fuego de piscina simuladas" con gran éxito. acercar el material para su uso en aplicaciones tales como embalaje y transporte de materiales peligrosos. Además, Los investigadores utilizaron estos datos experimentales para desarrollar un modelo para predecir cómo las variaciones en el CMF afectarían su desempeño.

La prueba de fuego de piscina simulada no es una simulación computacional. Es una prueba experimental que los materiales deben pasar para ser considerados para su uso en la fabricación de vagones cisterna que transportan materiales peligrosos. En pruebas de fuego de piscina simuladas, un panel de material se expone a una temperatura de al menos 816 grados Celsius en un lado durante 100 minutos. Un conjunto de sensores térmicos descansa en el otro lado del panel. Si esos sensores protegidos registran una temperatura de 427 grados Celsius o más en cualquier momento durante los 100 minutos, el material no pasa la prueba.

Para sus pruebas, los investigadores de NC State utilizaron paneles hechos de CMF de acero y acero. CMF es una espuma que consta de huecos, esferas metálicas:hechas de materiales como acero al carbono, acero inoxidable o titanio:incrustado en una matriz metálica hecha de acero, aluminio u otras aleaciones metálicas. CMF "acero-acero" indica que las esferas y la matriz estaban hechas de acero.

"Una placa de acero sólida con el mismo grosor alcanza los 427 grados Celsius en aproximadamente 12 minutos, "dice Afsaneh Rabiei, primer autor de un artículo sobre el trabajo y profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en NC State. "En tres rondas de pruebas, nuestro CMF de acero-acero estuvo expuesto a las mismas temperaturas de 825 grados Celsius durante los 100 minutos completos, y las temperaturas más altas registradas en la parte posterior del panel con sensores protegidos estuvieron entre 351 y 379 grados Celsius. Vale la pena señalar que el panel CMF de acero-acero es solo un tercio del peso de la placa de acero sólido que no pasó la prueba en aproximadamente 12 minutos.

"En otras palabras, el CMF pasó la prueba por un amplio margen, ", Dice Rabiei." Según los resultados experimentales y del modelado, además de los estudios de incertidumbre, todos los cuales se informaron en este documento, un CMF de acero y acero de 15.9 mm de espesor cumplió con los criterios de aceptación para la prueba de fuego de piscina simulada por un amplio margen. Estábamos probando el CMF para su uso como un nuevo sistema de aislamiento para el transporte de HAZMAT, pero también es relevante para aplicaciones desde vehículos militares hasta estructuras arquitectónicas ".

La nueva investigación se basa en trabajos anteriores que encontraron que los CMF son significativamente más efectivos para aislar contra altas temperaturas que los metales y aleaciones convencionales de los que están hechos. como el acero. Tomados en conjunto, Los hallazgos destacan el potencial de CMF para su uso en el almacenamiento y transporte de materiales nucleares. materiales peligrosos, explosivos y otros materiales sensibles al calor, así como exploración espacial.

Pero la nueva investigación también brindó a los investigadores una gran cantidad de datos que podrían usar para ayudar a ajustar las características deseables de los CMF. dependiendo de la aplicación prevista.

"Como podemos controlar las funciones del CMF, como el tamaño de las esferas huecas en la espuma, Queríamos crear un modelo que pudiera usarse para predecir cómo se comportarían los diferentes tipos de CMF en las pruebas de fuego de piscina simuladas, ", Dice Rabiei." Esto nos permitiría diseñar espumas futuras para encontrar el mejor equilibrio físico, propiedades mecánicas y térmicas ".

Los investigadores construyeron el modelo basándose en datos de sus experimentos de prueba de fuego de piscina simulados. Y en base a evaluaciones rigurosas del modelo, encontraron que las predicciones del modelo son precisas dentro de los 10 grados Celsius.

"Nuestros próximos pasos incluyen expandir el modelo para permitirnos simular las llamadas pruebas de fuego de antorcha, ", Dice Rabiei." La prueba de fuego de antorcha también es necesaria para los materiales que se utilizarán en vagones cisterna que transportan materiales peligrosos, pero requiere muestras más grandes, paneles que miden 4 pies por 4 pies ".

El papel, "Espuma de metal compuesto de acero-acero en pruebas de fuego de piscina simuladas, "se publica en el Revista Internacional de Ciencias Térmicas .