Estudio de la viabilidad en la reducción de peso en butacas para trenes de alta velocidad

Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para TAV Pág. 1 Resumen El presente volumen agrupa los anexos de los que consta el proyecto “Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para Trenes de Alta Velocidad”, concretamente son nueve, anexos A, B, C , D, E, F, G, H e I. En el anexo A se describen las características de la actual butaca de pasajeros. La información contenida en este anexo proviene de la Especificación Técnica [2] para asientos de pasajeros de segunda clase para la rama de trenes de alta velocidad y del Manual de mantenimiento del proyecto X40 [3], propiedad de Alstom Transport, así como de un análisis exhaustivo de una muestra del actual asiento. También aparecen datos específicos consultados a partir de las normativas y documentos aplicables, tales como UIC 566 3ª Ed. Sollicitations des caisses de voitures et de leurs éléments accessoires [4]; UIC 567 1ª Ed. Dispositions générales régissant les voitures [5] y DIN EN-45545 Fire protection of railway vehicles [6]. El anexo B corresponde al estudio de Mercado. La información contenida en este anexo trata de dar una visión global de la situación actual en el diseño de asientos en los sectores de la aviación, automoción, ferrocarril, autocares y autobuses. En primer lugar se explica la problemática actual existente en los correspondientes sectores, así como los principales requerimientos para las butacas de pasajeros. La segunda parte muestra los ejemplos prácticos más relevantes, donde entre otros, se detalla el fabricante, los materiales empleados, beneficios aportados, así como otras informaciones de interés. A continuación, el anexo C muestra la metodología desarrollada para hallar y priorizar las posibles vías de solución, el Despliegue Función Calidad (QFD), así como las herramientas auxiliares utilizadas para facilitar la obtención y clasificación de la información necesaria. El desarrollo de las posibles soluciones (Selección de Materiales, Estética y Ergonomía) se encuentran en el anexo D. Debido a que la selección de materiales es la solución prioritaria, se realiza una descripción detallada de los materiales empleados para la butaca existente así como de los posibles materiales para la nueva butaca. Además, durante todo el proceso de selección los puntos fuertes y débiles de los materiales son analizados, comparando posteriormente sus características para hallar los candidatos más apropiados a la función a realizar. El Anexo E consta de las fichas técnicas de proveedor de los materiales seleccionados. A partir de ellos, en el Anexo F se procede a la caracterización del panel sándwich diseñado, obteniendo la geometría y propiedades especificas de la configuración. Además se analizan los posibles modos de fallo con la finalidad de verificar la integridad física de la nueva butaca. Pág. 2 Anexos El resultado de reducción de masa se muestra en el Anexo G, donde se detallan las masas de los componentes correspondientes a la butaca existente y al nuevo diseño de butaca ligera. En el Anexo H se realiza un análisis ambiental de la nueva butaca de pasajeros, donde se analiza su eficiencia energética y las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI). Por último, en el Anexo I se muestran detalladamente los costes asociados al proyecto de la butaca de pasajeros. Desde los costes del presente estudio de viabilidad, la realización del primer prototipo y ensayos, al coste de producción a gran escala donde se incluyen los costes de moldes, materiales, componentes, mano de obra, etc. Por otro lado se realiza un breve análisis de la rentabilidad económica del proyecto, mostrando los beneficios que el nuevo diseño de butaca de pasajeros puede aportar en comparación a la antigua butaca, así como la amortización del coste de desarrollo y producción. Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para TAV Pág. 3 RESUMEN ___________________________________________________1 GLOSARIO___________________________________________________7 A CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LA BUTACA ACTUAL_______13 A.1 Condiciones climáticas................................................................................... 13 A.1.1 Generales ............................................................................................................13 A.1.2 Temperatura de arranque ...................................................................................13 A.2 Descripción..................................................................................................... 13 A.3 Componentes.................................................................................................15 A.3.1 Estructura.............................................................................................................15 A.3.2 Marco Interno.......................................................................................................17 A.3.3 Cojín.....................................................................................................................17 A.3.4 Tapizado..............................................................................................................18 A.3.5 Mecanismo ..........................................................................................................18 A.3.6 Accesorios ...........................................................................................................19 A.4 Exigencias mecánicas ...................................................................................20 A.5 Materiales.......................................................................................................22 A.6 Peso ...............................................................................................................22 A.7 Protección contra la corrosión .......................................................................23 A.8 Clasificación fuego y humos .......................................................................... 23 A.9 Disposiciones particulares vinculadas con la salud humana ........................23 A.9.1 Exposición a fibras ..............................................................................................23 A.9.2 Pintura..................................................................................................................24 A.9.3 Varios...................................................................................................................24 A.10 Especificaciones acústicas del equipo ..........................................................24 A.11 Intercambialidad............................................................................................. 25 A.12 Diseño ............................................................................................................25 A.13 Aspecto ..........................................................................................................25 A.14 Pruebas y ensayos.........................................................................................25 B ESTUDIO DE MERCADO___________________________________27 B.1 Aeronáutica.................................................................................................... 27 B.1.1 Asientos del sector Aeronáutico .........................................................................28 B.2 Automoción ....................................................................................................30 B.2.1 Asientos del sector de la Automoción.................................................................32 B.3 Ferroviario ...................................................................................................... 35 Pág. 4 Anexos B.3.1 Asientos del sector del ferrocarril........................................................................ 36 B.4 Autobús y autocar.......................................................................................... 39 B.4.1 Asientos del sector del autobús y autocar.......................................................... 39 C POSIBLES VÍAS DE SOLUCIÓN_____________________________41 C.1 Despliegue de la Función Calidad................................................................. 41 C.1.1 Matriz 1: Fijación del objetivo.............................................................................. 42 C.1.2 Matriz 2: Calidad Solicitada................................................................................. 42 C.1.3 Matriz 3: Asignación de coeficientes de peso a las expectativas del cliente .... 43 C.1.4 Matriz 4: Análisis competitivo.............................................................................. 44 C.1.5 Matriz 5: Características de Calidad................................................................... 45 C.1.6 Matriz 6: Análisis de las Características de Calidad .......................................... 46 C.1.7 Matriz 7: Matriz de relaciones............................................................................. 46 C.1.8 Matriz 8: Cuantificación de los objetivos de las Características de Calidad...... 46 C.1.9 Matriz 9: Puntuación final.................................................................................... 47 D SOLUCIONES A APLICAR _________________________________51 D.1 Selección de materiales................................................................................. 51 D.1.1 Materiales actuales ............................................................................................. 53 D.1.2 Posibles materiales ............................................................................................. 57 D.2 Estética........................................................................................................... 81 D.2.1 Avaluación del diseño actual .............................................................................. 81 D.2.2 Recomendaciones generadas............................................................................ 81 D.3 Ergonomía...................................................................................................... 87 D.3.1 Nociones de biomecánica básicas aplicadas a la posición sentada................. 87 D.3.2 Análisis específico de parámetros...................................................................... 89 E MATERIALES SELECCIONADOS: FICHAS TÉCNICAS __________99 E.1 Aluminio 6061-T6........................................................................................... 99 E.2 Resina Epoxi D.E.R. 331 ............................................................................. 101 E.3 Fibras de Carbono Torayca T700 24K ........................................................ 106 E.4 Núcleo de Nido de Abeja HRH-10............................................................... 107 E.5 Adhesivo Epoxi Redux 610.......................................................................... 116 F CARACTERIZACIÓN DEL PANEL SÁNDWICH________________121 F.1 Conceptos preliminares ............................................................................... 121 F.2 Caracterización de las caras........................................................................ 122 F.2.1 Fracción Volumétrica ........................................................................................123 F.2.2 Densidad ...........................................................................................................126 F.2.3 Módulo de Elasticidad....................................................................................... 126 Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para TAV Pág. 5 F.2.4 Coeficiente de Poisson......................................................................................129 F.2.5 Módulo de Corte................................................................................................129 F.3 Caracterización del núcleo........................................................................... 130 F.4 Caracterización del panel sándwich ............................................................132 F.4.1 Optimización del diseño ....................................................................................134 F.4.2 Modos de fallo de una estructura sándwich .....................................................140 F.4.3 Densidad............................................................................................................150 G REDUCCIÓN DE MASA___________________________________151 H ANÁLISIS AMBIENTAL ___________________________________153 H.1 Eficiencia energética....................................................................................153 H.1.1 Consumo energético .........................................................................................154 H.2 Gases de Efecto Invernadero......................................................................157 I PRESUPUESTO Y RENTABILIDAD ECONÓMICA _____________161 I.1 Coste de desarrollo y producción de la butaca ...........................................161 I.1.1 Estudio de Viabilidad.........................................................................................161 I.1.2 Prototipo.............................................................................................................161 I.1.3 Desarrollo y producción en serie ......................................................................166 I.1.4 Coste Total del Proyecto...................................................................................168 I.2 Rentabilidad económica...............................................................................168 Pág. 6 Anexos Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para TAV Pág. 7 Glosario ADEME Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie (Agencia del Medio ambiente y Gestión de la Energía). AGV Automotrice à Grande Vitesse (Automotriz a Alta Velocidad)AHSS Advanced High Strenght Steels (Aceros Avanzados de Alta Resistencia) Al Aluminio ASTM American Society of Testing Materials (Asociación Americana de Ensayo de Materiales) ATSA Alstom Transport S.A BBC Body Centered Cubic (Estructura Cúbica Centrada en las Caras) Bilan Carbone Guía para el cálculo de los factores de emisión de los medios de transporte, publicado por ADEME. BS British Standards (Norma Británica) CAD Computer Aided Design (Diseño Asisitdo por Ordenador) Cd Cadmio cm Centímetros, unidad de distancia cm2 Centímetros cuadrados, unidad de área cm3 Centímetros cúbicos, unidad de volumen Cogitobio Consultoría ergonómica CO2 Dióxido de Carbono CP Critical Path (Aceros de Fase Compleja) Cp Centro de Presiones Cr Cromo Cu Cobre DCFP Directed Carbon Fibre Preforming (Preforma Directa de Fibras de Carbono) Pág. 8 Anexos DGEBA Diglicil Eter de Bisfenol A, resina epóxica Dimpling Tipo de defecto que puede sufrir un panel sándwich al ser sometido a esfuerzos, provocando un pandeo en los tramos de cara libres entre celdas. DIN Deutsches Insitut für Normung (Instituto Alemán para la Nomralización) DP Dual Phase (Doble fase), tipo de acero de alta resistencia D&S Design & Styling (Diseño y Estilo) EN ISO Internacional Standard Organization (Organización Internacional de Normalización) Evalseat Programa para cálculo ergonómico de asientos Fe Hierro FEM Finite Element análisis (Análisis de Elementos Finitos) Fx Esfuerzo según eje longitudinal Fy Esfuerzo según eje transversal Fx Esfuerzo según eje vertical g Aceleración de la gravedad, unidad de medida m/s2 g/cm3 Gramos por centímetro cúbico, medida de densidad gCO2/as-km Gramos de Dióxido de Carbono por asiento y kilómetro. GEI Gases De Efecto Invernadero. Gases que por su composición química atrapan las radiaciones que emite la Tierra, previamente calentada por la radiación solar, evitando que escapen al espacio exterior. GPa Gigapascals, 109 Pascals, unidad de presión HCP Hexagonal Close Packed (Estructura Hexagonal Compacta) HPL High Pressure Laminate (Laminado a alta presión) HST High Speed Train (Tren de Alta Velocidad) Hz. Herzios, unidad de frecuencia IBV Instituto de Biomecánica de Valencia Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para TAV Pág. 9 Kg. Kilogramos, unidad de masa L Longitud Lowcost Precio bajo Martindale Método de abrasión M Masa a considerar para el equipo, unidad de medida Kg m Metros, unidad de distancia Mg Magnesio mm Milímetros, unidad de distancia Mn Manganeso MPa Megapascals, 106 Pascals, unidad de presión MS Martensitic Steel (Aceros de Fase Martensítica) MWh Megavatio-hora, unidad de energía m/s2 Metros por segundo cuadrado, unidad de aceleración n Número de unidades repetitivas que tiene el polímero N Newtons, unidad de fuerza nm Nanometros, unidad de longitud que equivale a una milmillonésima parte de un metro, 10-9 metros. NF Norme Française (Norma Francesa) Ni Níquel NTV Nuovo Trasporto Viaggiatori Origami Técnica de plegado Ortotropía Característica de un material según el cual sus propiedades son diferentes en direcciones perpendiculares entre sí. PAN Poliacrilonitrilo Pay-Back Período de retorno de inversión Pb Plomo Pág. 16 Anexo A Fig. A.5. Distintos tipos de fijaciones. Fig. A.6. Apoyabrazos. A.3.1.3 Pies Descripción: soporte inferior de la butaca con finalidad de anclarla al suelo mediante tornillos estándar. Existen diferentes tipos de soporte para los asientos según disposición y finalidad. La versión estándar incluye unos pies fijos, la versión que permite una rotación del conjunto sobre sí mismo en un ángulo de 180º consiste en un pivote central. Material: magnesio. Peso: 0,40Kg/unidad pie fijo. A.3.1.4 Apoyabrazos Descripción: componente que sirve para apoyar los brazos. El conjunto de dos plazas tiene un apoyabrazos central y dos laterales, estos pueden abatirse hacia arriba hasta el tope (paralelos al respaldo) y se mantienen en esta posición sin necesidad de inmovilización. Dimensiones: la anchura de los apoyabrazos es de 50mm. La distancia interior entre apoyabrazos es de 450mm. Material: magnesio. Peso: 0,40Kg/unidad lateral ; 0,50 Kg/unidad central. Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para TAV Pág. 17 Fig. A.7. Componentes del marco interno: apoyacabezas, respaldo y asiento. Fig. A.8. Cojines: apoyacabezas, respaldo y asiento. A.3.2 Marco Interno A.3.2.1 Apoyacabezas / respaldo / asiento Descripción: esqueleto interno del asiento. Material: aluminio. Peso: apoyacabezas 0,40Kg/unidad ; respaldo + asiento 2,50 Kg/unidad conjunto. A.3.3 Cojín A.3.3.1 Apoyacabezas / Respaldo / asiento Descripción: cojines obtenidos mediante proceso de inyección, con forma ergonòmica para otorgar máxima comodidad. Material: poliuretano. Peso: apoyacabezas 0,20 Kg/unidad; respaldo 0,60 Kg/unidad; asiento 0,80 Kg/unidad. Pág. 18 Anexo A Fig. A.9. Tapizado: apoyacabezas, respaldo y asiento. A.3.4 Tapizado A.3.4.1 Apoyacabezas / Respaldo / asiento Descripción: Las tapicerías utilizadas son resistentes a la suciedad y al desgaste, y fácilmente desmontables para limpieza o sustitución. El tapizado es en tejido a la plana con colores y diseños diferenciados para las butacas de Preferente y Turista. En el tapizado en las zonas del apoyabrazos y apoyacabezas, éstas tienen que poder ser cambiadas sin necesidad de quitar los elementos. El tapizado del asiento incorpora, en cada uno de sus elementos individuales, una etiqueta que indica el número de la parte y que se utiliza para control del número de lavados. (No aplicable para la maqueta). La ignifugación del tapizado es permanente. Material: tejido, piel sintética. Peso: apoyacabezas 1,10 Kg/unidad. A.3.5 Mecanismo A.3.5.1 Reclinación Descripción: el asiento permite dos posiciones límites, la normal y la de relax. La posición de relax se realizará accionando un pulsador y se producirá un movimiento conjugado de reclinación del respaldo y de deslizamiento del asiento. La posición de relax se alcanzará de forma manual (no se requiere motorización eléctrica). Entre las posiciones normal y la de relax existirán dos posiciones intermedias. La posición de relax del asiento se realizará accionando un pulsador y se producirá un movimiento conjugado de reclinación del respaldo y de deslizamiento del cojín. La posición de relax se alcanzará de forma manual (no se requiere motorización eléctrica). Entre las posiciones normal y la de relax existirán dos posiciones intermedias. Peso: 0,20 Kg/unidad Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para TAV Pág. 19 Fig. A.10. Mecanismo de declinación. Fig. A.11. Reposapiés. A.3.6 Accesorios A.3.6.1 Reposapiés Descripción: reposapiés individual ubicado en la zona trasera inferior del asiento. Tiene dos posiciones estables: plegado y en uso. La fuerza aplicada para realizar el movimiento no debe ser elevada. En la posición plegado, debe permitir espacio suficiente para que el pasajero pueda estirar las piernas. La superficie donde el zapato entra en contacto es antideslizante. Material: magnesio. Peso: 0,80Kg. A.3.6.2 Mesita plegable Descripción: mesa individual ubicada en la parte trasera del asiento, para ser utilizada por el pasajero posterior, sin interferir con el asiento vecino. La mesita permite su utilización como plano de trabajo para un ordenador portátil y evita la caída de vasos cuando se reclina el respaldo (cuando estos estén situados cerca del respaldo). Lleva gravado un posavasos que debe permitir sujetar una taza o lata, de diámetro aproximado de 66mm. Tiene dos posiciones estables: plegado y en uso. El movimiento de plegado se realiza sin mecanismos, permitiendo la disposición vertical fija de la mesa. No existe presencia de ruidos o vibraciones. Material: magnesio, la superficie de apoyo de la mesita es de acabado HPL, con un diseño acorde con la estética general del coche y de fácil limpieza. Dimensiones: 400 x 325mm. Peso: 1,20Kg. Pág. 20 Anexo A Fig. A.12. Mesita plegable. Fig. A.13. Revistero. A.3.6.3 Revistero Descripción: el revistero de tipo red y protegido mediante un marco rígido. La resiliencia es mínima para evitar la inserción de objetos de gran volumen. Las butacas que tengan el respaldo del asiento contra un tabique o contra otro respaldo de butaca, no dispondrán, por carecer de utilidad, de los siguientes elementos: reposapiés, mesita, revistero. Material: tejido. Peso: 0,05Kg. Dimensiones: el revistero debe permitir la visión de su contenido y respetar un espacio interior de: altura 180mm, ancho 350mm, profundidad 20mm. A.4 Exigencias mecánicas En cuanto a resistencia mecánica de la butaca se deberá ensayar de acuerdo a las solicitaciones indicadas a continuación (ver figura adjunta). Después de los ensayos no se deberá constatar ninguna rotura, fisura, deformación permanente, bloqueo o disfunción de los elementos móviles. Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para TAV Pág. 21 Fig. A.14. Esquema de las solicitaciones requeridas a la butaca. Tabla. A.15. Solicitaciones requeridas a la butaca. Solicitación Esfuerzo (N) F 1 Puntual aplicado en cualquier lugar de la parte superior de la estructura. 1500 F 2 Puntual aplicado en cualquier lugar de la parte superior del apoyacabezas o del asidero. 800 F 3 Puntual 500 F 4 Puntual aplicado en cualquier lugar de la parte delantera del cojín. 1000 F 5 Puntual aplicado en cualquier lugar de la parte delantera del cojín. 1200 F 6 Puntual 500 F 7 Puntual 500 F 8 Puntual 500 F 9 Puntual 500 F 10 Puntual 500 F 11 Puntual aplicado en cualquier lugar del borde del traspontín. 500 En el caso de conjunto de asientos múltiples los esfuerzos F1, F4 y F5 se aplican simultáneamente sobre cada plaza. F3 no se aplica mas que sobre la plaza lado pasillo. Los esfuerzos denominados puntuales son aplicados de manera que no provoquen deformación local. Pág. 22 Anexo A Tabla. A.16. Pesos. A.5 Materiales El suministrador, en función de su experiencia y de los requerimientos solicitados en esta especificación, hará una propuesta de materiales para los diferentes elementos de la butaca. En cualquier caso serán resistentes a los roces y agresiones, siendo fácilmente reparables sin necesidad de sustitución. El suministrador entregará los procesos de reparación correspondientes. En su oferta el suministrador indicará para los distintos materiales utilizados en la butaca sus características sobre: ignifugación, emisión de humos, toxicidad, resistencia al desgaste, pérdida de características superficiales, así como otros parámetros significativos para la caracterización del material El uso de polímeros termoplásticos está prohibido. Debido al paso de pasajeros con maletas, el suministrador prestará especial atención a los laterales de las butacas que serán resistentes y fácilmente sustituibles. Las tapicerías utilizadas serán resistentes a la suciedad y al desgaste, y fácilmente desmontables para limpieza o sustitución. El tapizado será en tejido a la plana con colores y diseños diferenciados para las butacas de Preferente y Turista. En el caso que exista tapizado en las zonas del apoyabrazos y apoyacabezas, éstas tienen que poder ser cambiadas sin necesidad de quitar los elementos. El tapizado del asiento incorporará, en cada uno de sus elementos individuales, una etiqueta que indicará el número de la parte y que se utilizará para control del número de lavados. La ignifugación del tapizado será permanente. En el caso que existiera una cierta degradación, el suministrador indicará la relación entre número de lavados y grado de degradación de la ignifugación. A.6 Peso Los pesos para las butacas de pasajeros equipadas deberán ser inferiores a los actuales, recogidos en la siguiente tabla. El objetivo a cumplir es una reducción de cómo mínimo un 15% del peso actual de los asientos, es decir, aproximadamente 13,75Kg por plaza individual y 12,50Kg por asiento en plaza doble. Peso (kg) Peso/plaza 1 plaza 16 16 2 plazas 29,4 14,7 Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para TAV Pág. 23 A.7 Protección contra la corrosión El suministrador deberá prever, en todas las partes o aparatos que no sean de materiales inoxidables, un tratamiento anticorrosivo adaptado al tipo de operación al que estará expuesto el equipo. El suministrador deberá tomar en consideración que el equipo, según su ubicación en el vehículo, pueda estar directamente sometido a inclemencias climáticas e irradiación solar. Para ello, el suministrador podrá apoyarse en la especificación de referencia: ST-M 141 J “Protection anticorrosion et décoration par peinturage des véhicules moteurs, des voitures et de leurs pièces constitutives”. Se tomarán todas las disposiciones necesarias con el objetivo de evitar los pares electrolíticos, los cuerpos huecos y/o zonas de acumulación de humedad y condensados. A.8 Clasificación fuego y humos Todos los materiales no metálicos montados en la caja satisfarán obligatoriamente la norma DT-PCI/5ª “Directriz técnica para reacción al fuego de los materiales de decoración e interiorismo de vehículos destinados al transporte de viajeros. Dirección de Protección Civil. RENFE. Septiembre 1.991”. En lo concerniente a opacidad y toxicidad de humos se seguirá lo indicado en la norma DIN EN-45545. A.9 Disposiciones particulares vinculadas con la salud humana A.9.1 Exposición a fibras El suministrador deberá respetar la legislación española vigente, en lo que se refiere a los riesgos de exposición humana a las fibras, tanto durante la fabricación, el montaje y la aplicación, como durante las operaciones de mantenimiento ulteriores. Las “fibras respirables” que presentan ciertas dimensiones críticas son sospechosas de presentar un “potencial cancerígeno” para el hombre. Por consiguiente, su utilización está estrictamente reglamentada y prohibida más allá de los valores límites de exposición. Dimensiones críticas de las “fibras respirables” de potencial cancerígeno: diámetro:  < 3 m, longitud: L > 5 m, relación L/ > 3. Valores límites de exposición de 0,5 fibra/cm3 en las fibras cerámicas, valor límite de 1 fibra/cm3 para fibras de vidrio y roca, amianto formalmente prohibido. En caso de utilización de materiales a base de fibras artificiales, el suministrador deberá suministrar los certificados de conformidad con la legislación española vigente. Estos certificados serán expedidos por una autoridad oficial competente, y serán enviados a ALSTOM como mínimo dos meses antes de la recepción prevista en el pedido. Pág. 24 Anexo A A.9.2 Pintura La pintura utilizada en los componentes del equipo no contendrá: Cr, Cd, Pb. La pintura de las superficies internas y externas de los componentes no deberá soltar ningún tipo de subproducto corrosivo o tóxico durante su secado o durante el funcionamiento del equipo. No deberá provocar una corrosión o deterioro del sistema, y no deberá constituir ningún peligro para la salud humana. A.9.3 Varios Los componentes del equipo no incluirán ningún elemento que contenga Cadmio, amianto, clorofluorocarbonos, sustancias cancerígenas, ni sustancias capaces de generar vapores tóxicos o malos olores. Los materiales utilizados en el equipo, cuando se combinen entre sí, no deberán producir ninguna reacción peligrosa, ni liberar agentes que puedan provocar daños o fallos del equipo, o presentar un peligro para la salud. A.10 Especificaciones acústicas del equipo El equipo debe estar diseñado con objeto de resistir las vibraciones que se producen en un vehículo ferroviario sin que sufra ningún tipo de degradación y sin que genere ruidos parásitos. Con el objeto de evitar la transmisión de ruido por vía sólida, los equipos que generen vibraciones deberán cumplir los requerimientos de vibración que se especificarán para cada equipo determinado. Deberá ser el proveedor del equipo el que decida si utiliza elementos elásticos de suspensión para conseguir los requerimientos de vibración especificados por ALSTOM. El suministrador deberá justificar por escrito la validez de los elementos elásticos u otros sistemas de amortiguación de vibración utilizados. Los equipos de carácter eléctrico o electrónico que puedan ver dañado su funcionamiento debido a vibraciones inducidas por el tren deberán cumplir con la norma NF F 60 002 destinada a los aparatos existentes y según la CEI 61373 sobre aparatos y equipos nuevos. En lo que se refiere a los casos particulares de los equipos electrónicos, la norma a respetar será la EN 50155. Los equipos incorporados al tren no transmitirán vibraciones molestas a los viajeros. La propiedad de absorción acústica de los asientos se medirá de acuerdo a la norma ISO 354;1985. La superficie de absorción A especificada por asiento en m2 debe ser como mínimo igual a los valores que a continuación se describen: Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para TAV Pág. 25 Tabla. A.18. Dimensiones fijaciones. Tabla. A.17. Superficie de absorción. A.11 Intercambialidad Cada equipo, subconjunto, aparato, deberá poder cambiarse sin adaptación particular. A.12 Diseño Los equipos deben estar montados con un mínimo de puntos de fijación, accesibles fácilmente, con objeto de garantizar las buenas condiciones de montaje y la intercambiabilidad. Deberán preverse disposiciones adicionales entre dos elementos metálicos que presenten una diferencia de potencial superior a 0,7 Voltios. Tornillos y tuercas seguirán las reglas generales siguientes: Métrica Regla general  4mm No permitida 4 < z < 10mm Acero inoxidable clase A2.70 o A2.80  10mm Acero zincado tipo Fe/Zn 12 según ISO 2081 y coloreado según ISO 4520. Clase 8.8. Se debe indicar par de apriete. Las trampillas de acceso deberán integrar un dispositivo que limite o mantenga su apertura. Todos los tipos de cierres utilizados acreditarán su correcto funcionamiento en aplicaciones ferroviarias. Estarán especialmente concebidos para evitar ruidos y serán resistentes al vandalismo. A.13 Aspecto Los parámetros de aspecto (color, brillo, etc.) de los equipos serán indicados por ALSTOM en la fase inicial del proyecto. A.14 Pruebas y ensayos El suministrador deberá enviar los procedimientos de pruebas tipo y serie del equipo o sistema Banda de octava (Hz) 63 125 250 500 1000 2000 4000 A por asiento (m2) 0.15 0.25 0.35 0.45 0.5 0.5 0.45 Pág. 32 Anexo B Fig. B.6. Aceros de alta resistencia. alcanzar los objetivos sociales y comerciales, al mismo tiempo están luchando para hallar nuevos caminos de distinción entre la competencia, sobretodo en marcas con vehículos de competición, por tanto, de nuevo la ligereza y la optimización del consumo son puntos claves. Los materiales tienen una gran importancia en dicha reducción de peso. los policarbonatos y sus mezclas debido a su ligereza y buenos resultados en las pruebas de antirayado y resistencia están utilizándose para los techos solares, los panorámicos y las ventanas laterales y traseras. Las fundas de los airbags pesan un 50% menos al utilizar poliamida en lugar de un metal. Las chapas de plástico reducen también el peso, además de ser más baratas y fáciles de fabricar. Y en cuanto asientos, se utilizan aceros avanzados de alta resistencia para la estructura y poliésteres modernos para reducir el espesor y cantidad de espuma. B.2.1 Asientos del sector de la Automoción Johnson Controls ofrece a los fabricantes de coches asientos que presentan diseños y materiales más sostenibles. Los ingenieros de la empresa han triunfado en la sustitución de una parte del poliuretano base petróleo en el almohadillado de espuma convencional en los asientos de automóviles con polioles de aceite natural (NOPs). Los NOPs incluyen recursos sostenibles, tales como el aceite de ricino, de colza, de palma y de soja. Y mucho mejor, con su presencia global, Johnson Controls puede ajustar soluciones locales y sostenibles a la disponibilidad de recursos, utilizando como ventaja la abundancia de diferentes recursos naturales en regiones específicas del mundo. Por ejemplo, la soja es abundante en América del Norte, donde Johnson Controls fabrica asientos de espuma basados en aceite de soja para 11 plataformas de vehículos diferentes. En Malasia, donde el aceite de palma es abundante, la empresa comenzará este año a producir Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 33 Fig. B.7. Asiento Synergy de Johnson Controls productos de espuma para los asientos utilizando el aceite de palma [31]. Los ingenieros de Johnson Controls han establecido también un hito en la industria para la reducción masiva con el asiento Synergy - rango de reducciones del 20 al 27 por ciento comparado con los sistemas de asientos actuales. Esta innovación es un sistema de asientos preparado para la producción tanto para los vehículos estándar como para los híbridos. Es casi 100 por cien reciclable, requiere menos espuma que los asientos convencionales y ofrece un alto nivel de comodidad para el pasajero. Esta tecnología de asientos incorpora una estructura de asiento ligera de máxima calidad. La versión de acero total es un 32 por ciento más ligera que los sistemas convencionales y la versión de vehículos híbridos dirigidos al modelo de acero de aluminio es un 40 por ciento más ligera. Esta estructura de comodidad en el asiento, los discos laterales de protección y los paneles posteriores están fabricados con polipropileno reciclable. El asiento está cubierto con un material respetuoso con el medio ambiente de una generación de productos técnicamente avanzados, base poliuretano. Otra gran multinacional que apuesta por un futuro ligero es Faurecia. En el año 2007 empezó con su Premium Attitude Concept Car, una vía para focalizar sus investigaciones en una actitud diferente cada año. En su primera edición del 2007 el concepto era “Happy attitude” y en el pasado año 2008 llegó el turno a “Light attitude” con una meta fijada: “reducir peso pero manteniendo un coste competitivo y sin comprometer la seguridad o confort de los pasajeros”. El asiento realizado usa materiales compuestos en alternativa al convencional marco de acero. La estructura está realizada en nylon moldeado por inyección en una sola pieza y con insertos de fibra de vidrio soportados por nervios para mejorar la integridad estructural. El sistema de declinación ha sido reducido al número mínimo de componentes optimizando el espacio ocupado. Con tan solo 175mm de espesor, el respaldo fabricado en materiales compuestos es 30mm más fino que los respaldos convencionales, permite proveer al pasajero trasero de más espacio para ubicar sus Pág. 34 Anexo B Fig. B.8. Nuevo diseño de Faurecia. piernas, así como ahorro de peso adicional. Además el uso de partes integradas de plástico moldeadas por inyección requieren de menos costes de inversión y menos tiempo para salir al mercado que las tradicionales arquitecturas. Respecto a los cojines, se ha remplazado el uso de espumas interiores por láminas de poliuretano termoplástico moldeado por inyección mediante una técnica familiar empleada actualmente para la fabricación de suelas avanzadas de zapatillas deportiva, dejando la estructura a la vista. Obteniendo una reducción de peso del 17%, flexibilidad y alta durabilidad, además de reducir el espesor en un 50% respecto a los asientos convencionales al tiempo que ofreciendo comparable confort. El uso de poliuretano termoplástico permite reutilizar al 100% la cantidad de desechos generados y reduce significadamente la cantidad de Componentes Volátiles Orgánicos (VOCs) en el interior del vehículo [32]. Siguiendo la línea de buscar alternativas a los materiales actuales, Ford junto a Lear Corp. y la United Soybean Board lleva investigando desde 2004 el uso de la soja en asientos. Ha desarrollado una nueva espuma flexible basada en aceite de polioles reduciendo la necesidad del uso de materiales basados en el petróleo además de tratarse de un material renovable. La primera aplicación de la soja tuvo lugar en 2003 en pequeños componentes moldeados del asiento, como el apoyacabezas y reposabrazos, del modelo Ford T. En 2004 se realizó el concept car Model U, que incorporaba cojines fabricados en espuma de soja. Actualmente los materiales derivados de la soja han sido validados y el pasado año se empezaron a comercializar en los asientos de los Ford Mustang 2008, F-150, Expedition y Lincoln Navigator. Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 35 Fig. B.9. Ford Mustang 2008. Fig. B.10. Asiento e interiores del nuevo Ford Escape 2009. Ford en 2007 a continuado sus investigaciones junto con Intier Automotive Seating y The Woodbridge Group, llegando a valores de reemplazo del 40 por ciento del polyol, material derivado del petróleo, por el derivado biológico de aceite de semillas BioFoam el cual provoca solamente un cuarto del total del daño ambiental. Su aplicación comercial se encuentra en los nuevos modelos de Ford Escape y Escape Hybrid 2009, al mismo tiempo que otras marcas, como Fiat, Toyota e IVECO, apuestan también por él cara al futuro [33] [34] [35]. B.3 Ferroviario Hoy en día, a la hora de crear una nueva unidad en el sector del transporte los aspectos puramente mecánicos han pasado a un segundo plano debido a que la tecnología existente ya es suficiente para cumplir con las necesidades actuales y sin embargo se valoriza más otros aspectos sobretodo relacionados con la sostenibilidad del medio ambiente y el confort de los pasajeros. Por ejemplo, y tratando el sector del ferrocarril, existen modelos de tren de alta velocidad que pueden alcanzar cerca de 600km/h, como es el caso del TGV de multinacional francesa Alstom que obtuvo en el año 2007 su récord de velocidad en 574,8km/h o bien el monorraíl de suspensión magnética Manglev fruto de la unión de tecnología alemana con la iniciativa japonesa que tiene el actual récord mundial en 581km/h. Sin embargo, sus explotaciones comerciales no son factibles debido al Pág. 36 Anexo B alto coste de mantenimiento que conlleva (estado de las vías, consumo de combustible) [36]. Por tanto, actualmente en el proceso de desarrollo de una nueva unidad se rige principalmente por tres cláusulas: reducción de peso, reducción de costes y aumento de confort. Las dos primeras van unidas directamente entre si y en los medios de transporte son un punto crucial, debido a que una reducción de peso conlleva a una disminución del consumo energético para mover la unidad y por tanto un beneficio tanto en la reducción de costes como medioambientalmente. Factor muy importante para poner de manifiesto las bondades del transporte ferroviario respecto a otros modos más contaminantes. La tercera también es un aspecto muy importante y en continua expansión, cada vez más en el diseño de producto se valoran otro tipo de características a parte de su belleza, modernidad, etc., estas otras características van relacionadas con la ergonomía y el confort que el producto ofrece al usuario. Estos requisitos aún son más importantes cuando se trata de un asiento en el cual el pasajero va a permanecer durante un período largo de tiempo. Por ello en los últimos años se ha incrementado la búsqueda de nuevos materiales ligeros y con altas prestaciones para poder mejorar los productos actuales y aportar beneficios en los sectores anteriormente mencionados. Como es evidente, se deberán establecer nuevos sistemas de testeo para garantizar el correcto comportamiento de los materiales y cumplimiento de las restrictivas normativas ferroviarias, sobretodo las correspondientes a fuego y humo, claves para garantizar la seguridad del tren . B.3.1 Asientos del sector del ferrocarril Existe una veintena de empresas a nivel mundial representativas de asientos del sector ferrocarril, su minoría respecto a otros sectores rige en el también inferior número de empresas dedicadas a la explotación de dicho sector, que junto a las restrictivas normativas, poca evolución del sector y la longevidad de los productos, hacen que la explotación de asientos de ferrocarril no sea actualmente un negocio de gran competitividad. Tratándose de asientos para trenes de alta velocidad, el abanico de proveedores aún se reduce más, la mayoría de ellos provienen del resto de sectores de transporte, que adaptan sus diseños a las exigencias y normativas ferroviarias. Para la realización del diseño y selección de materiales se debe tener muy en cuenta el impacto de los parámetros, ya que las exigencias de confort, número de accesorios, calidad percibida, etc., se incrementan cuando se trata de asientos destinados para trenes de alta velocidad, sobretodo en las gamas más altas, lo que conlleva a presupuestos mayores respecto el resto de gamas de producto (tranvía, metro, regional), que permiten diseños y uso de materiales más técnicos. A continuación se muestran los últimos modelos de asientos utilizados para trenes de alta y muy alta velocidad. En primer lugar se haya el fabricante español Grupo Antolin, proveedor global de componentes de interior del automóvil, que adapta sus diseños a otros sectores tales como el de la Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 37 Fig. B.11. Asientos Antolin Gamas Alcea y Apremia. Fig. B.12. Asientos Grammer IC 3000 1st Class y AVE Club. aviación, el autobús o el ferrocarril. Los asientos de ferrocarril se configuran en tres gamas (Gama Asiano, Gama Alcea, y Gama Apremia), con todas las variantes posibles en cada configuración. En este sector, Grupo Antolin apuesta por la consolidación de las gamas actuales, ampliándolas, completándolas y evolucionándolas en cuanto a diseño, modularidad, aplicación de nuevos materiales (magnesio, tejidos, etc.), reducciones de peso y estudios de ergonomía que permiten ofrecer al cliente final un mayor confort y disfrute [37]. Otro gran proveedor multisectorial de asientos, tanto de pasajeros como conductores es Grammer AG. Entre la variedad de gammas de producto se hayan los asientos de pasajeros destinados a trenes de alta velocidad. Los modelos más clásicos, como por ejemplo el IC 3000, se basan en una estructura de perfiles de aluminio con alta modularidad y que permiten un diseño espacioso para favorecer el confort del pasajero. Este último concepto toma gran importancia en elementos como el respaldo, con la tecnología ergomechanics de grammer que permite adoptar una posición de la columna vertebral adecuada, así como otros accesorios como la mesita diseñada teniendo en cuenta el trabajo con ordenador portátil, los apoyacabezas con sujeción lateral o las dimensiones de los cojines [38]. Otras gammas apuestan por la reducción de peso realizando la estructura en aceros ligeros y optimizando la seguridad al choque. Pág. 38 Anexo B Fig. B.13. Asientos Grammer 3000. Fig. B.14. Izquierda: Asiento Sirius. Derecha: Asiento Calypso. Como proveedor especialista en asientos para el sector del ferrocarril se haya el francés Compin Group. Las señas principales de su filosofía de trabajo se basan en el confort y el ambiente. Compin se refiere al confort como el echo de que el pasajero esté cómodo durante su trayecto, especialmente en largos recorridos. Para ello se involucra en aportar unas dimensiones adecuadas a sus asientos, teniendo muy en cuentas los tejidos y acabados de sus piezas, así como un número elevado de accesorios. La combinación y personalización de estos elementos colaboran en la creación de los ambientes únicos que Compin quiere otorgar a sus productos. La filosofía de la compañía en ocasiones no es compatible con el parámetro de ligereza y reducción de peso, por lo que la mayoría de sus productos tienen pesos elevados. Dentro de la gama para alta y muy alta velocidad, el modelo más ligero es Sirius que ronda los 40kg por asiento doble, según accesorios, utilizado en los trenes Connex, Ater, Desiro Uk. Otros diseños pueden alcanzar pesos superiores hasta los 80kg por asiento doble equipado, Calypso es un ejemplo de ellos, creado para los TGV 3 Generation y SBB Lotschberg [39]. Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 39 Fig. B.15. Estructura en acero de alta resistencia. Fig. B.16. Asiento de Multina Inc. B.4 Autobús y autocar B.4.1 Asientos del sector del autobús y autocar El fabricante de asientos español Fainsa, redujo el peso de los asientos un 30 %, al utilizar acero de alta resistencia. Particularmente utilizó Docol 800 DP - acero de fase dual laminado en frío – en las partes críticas de la estructura del asiento. Este acero es utilizado en la fabricación de tubos, así como en las partes de chapa sometidas a un proceso de estampación [40]. Otro ejemplo es la canadiense Multina Inc. que ha desarrollado un nuevo asiento para autobús, fabricado con aceros avanzados de alta resistencia, con el fin de alcanzar las estrictas demandas existentes en materia de seguridad, resistencia y economía. Comparado con el aluminio, el asiento en acero de alta resistencia es similar en peso, pero sus costes de fabricación son menores. Este asiento para autobús ha sido nominado para el Premio Swedish Steel 2006 otorgado a la excelencia en el diseño. Pág. 40 Anexo B Los nuevos asientos proporcionan una agradable sensación de confort y lujo. Los cojines están forrados con piel, los apoyabrazos, abatibles, van montados en resistentes abrazaderas y el respaldo del asiento es más alto que el de otros asientos comparables. Pero, a pesar de todo esto, el asiento resulta entre 10 y 15 kg más ligero. Tal y como explica Eric Belval, jefe de proyectos y desarrollo de ingeniería en Multina Inc. en Drummondville, “El retorno elástico del acero de alta resistencia puede aprovecharse para aumentar la comodidad del asiento. Ello nos permite utilizar aceros de menor espesor para la estructura del asiento, lo que incrementa la elasticidad del asiento y contribuye a mejorar la comodidad del mismo” [41]. Multina ha utilizado en su proyecto dos grados diferentes de acero avanzado de alta resistencia. Los refuerzos y elementos sujetos a los mayores esfuerzos han sido realizados con acero laminado en caliente con un límite elástico mínimo de 700 N/mm2. Los elementos mayores, como el respaldo, los apoya cabezas y los perfiles del chasis del asiento, se han construido con acero laminado en caliente con un límite elástico mínimo de 1300N/mm2. Ambos materiales están entre los más avanzados aceros de alta resistencia existentes en el mercado. Los proyectistas también redujeron el peso de los asientos diseñando agujeros en los diferentes perfiles con el fin de eliminar el material innecesario. El trabajo de tapizado del asiento también se beneficia del marco del apoyo de la espalda, que consiste en un único perfil continuo de acero. En lugar de un panel plástico moldeado por compresión, el perfil de acero de la parte posterior del respaldo está cubierto por una fina capa de espuma y, sobre ella, el mismo tapizado que el resto del asiento. El resultado es un asiento mucho más atractivo, sobresaliendo el proyecto del asiento de Multina muy por encima del resto. Eric Belval considera que todavía se pueden reducir 5kg en el peso del asiento el cual está ligeramente por encima de los 30kg. El peso puede reducirse modificando el proyecto y reduciendo el número de soldaduras, pero sin comprometer la seguridad, el coste y la comodidad. Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 41 Fig. C.1. Estructura de la Matriz QFD. C Posibles vías de solución C.1 Despliegue de la Función Calidad El enfoque central del Despliegue Función Calidad (QFD) es involucrar las características técnicas del producto y las necesidades del cliente desde el proceso de desarrollo del producto lo antes posible. El proceso es diseñado en respuesta a ello, priorizando las alternativas, encontrando respuestas innovadoras y mejorando la efectividad del producto. El QFD es una práctica que conduce a mejoras del proceso y que permite a una organización sobrepasar las expectativas propias y del cliente [7]. La analogía más usada para explicar como está estructurado el QFD es una casa, denominada la Casa de la Calidad (House of quality), compuesta por nueve matrices relacionadas entre sí. Su metodología de elaboración sigue un orden lógico, ver figura C.1, y resulta de gran utilidad el uso de herramientas adicionales para detectar y obtener con más eficacia los datos necesarios. Pág. 48 Anexo C Tabla. C.9. Matriz 9: Puntuación final. Las tecnologías se reordenan según la puntuación relativa obtenida. Esta ordenación indica el grado de prioridad en caso de que sea preciso optar entre ellos. Prioridad Peso relativo Tecnología aplicada 1 8,3 Materiales de calidad 2 7,2 Número de accesorios 3 6,4 Complejidad de las formas 4 6,2 Formas ergonómicas 5 6,2 Dimensiones antropométricas 6 6,1 Ubicación de los elementos 7 6 Coste Materiales 8 5,7 Materiales con grado de dureza adecuada 9 5,5 Número componentes 10 4,8 Reducir volumen del asiento 11 4,7 Materiales resistentes 12 4,4 Disminuir espacio ocupado por componentes 13 4,4 Ciclo de vida 14 4,2 Estética 15 3,9 Extracción de elementos sencilla y segura 16 3,1 Limpieza 17 2,9 Coste moldes 18 2,8 Ligereza Materiales 19 2,7 Tirada de gran volumen 20 2,3 Diseño modular 21 2,3 Colores Cabe destacar que aún obtener una posición no prioritaria, la ligereza de los materiales será considerada primordial, ya que la relación existente con el objetivo de reducir peso es extremadamente fuerte. Las otras tecnologías con relación directa con el objetivo también serán valorizadas por encima de sus pesos relativos, tales como la reducción del volumen del asiento, número de accesorios, coste de materiales y número de componentes. Finalmente y tras relacionar las tecnologías con similitudes entre sí, se obtendrán las principales soluciones a aplicar con la finalidad de cumplir con el objetivo principal y las expectativas del cliente. Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 49 Tabla. C.10. Soluciones a aplicar. Prioridad Soluciones a aplicar 1 Selección de Materiales: ligereza, dureza, resistencia, precio. 2 Reducción volumen: número de componentes, accesorios, etc. 3 Estética: formas sencillas (reducción coste de moldes) e imagen. 4 Formas y dimensiones ergonómicas (antropometría). 5 Ciclo de vida (limpieza, mantenimiento...). Pág. 50 Anexo C Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 51 Tabla. D.1. Características de los componentes que forman la estructura. D Soluciones a aplicar D.1 Selección de materiales A continuación, se muestra una tabla con la relación de componentes que forman el conjunto estructura así como sus principales características relacionadas con la selección de materiales (en el anexo A, apartado A.3.1, se ha realizado una descripción general de cada uno de ellos). Conjunto Componente Material Proceso de fabricación Peso Funciones principales Características deseadas Mg Embutición Cubículo Soporte peso pasajero Armazón Al Extrusión 9,5Kg Base horizontal Soporte peso pasajero Flanco lateral Mg Moldeo 0,70Kg/un Base vertical Protección pasajero Pies Mg Moldeo 0,40Kg/un Soporte peso estructura Apoyabrazos lateral Mg Moldeo 0,40Kg/un Estructura Apoyabrazos central Mg Moldeo 0,50Kg/un Soporte brazos Movimiento repetido vertical Limite elástico vs. Peso Alto Módulo de Young Tenacidad Dureza Resistencia Fatiga Resistencia Desgaste Resistencia Corrosión Inflamable Baja Conductividad Térmica Aislante eléctrico Bajo Coste Fácil Fabricación De igual modo, a continuación se muestra una tabla con la relación de componentes que forman el marco interno así como sus principales características relacionadas con la selección de materiales (en el anexo A, apartado A.3.2 se ha realizado una descripción general de cada uno de ellos). Conjunto Componente Material Proceso de fabricación Peso Funciones principales Características deseadas Marco Interno Apoyacabezas Al Extrusión 0,40Kg/un Dar rigidez apoyacabezas Limite elástico vs. Peso Alto Módulo de Young Tenacidad Pág. 52 Anexo D Tabla. D.2. Características de los componentes que forman el marco interno. Tabla. D.3. Características de los accesorios. Respaldo Al Extrusión Dar rigidez respaldo Permitir movimiento pos. Relax Asiento Al Extrusión 2,50Kg/un Dar rigidez asiento Permitir movimiento pos. relax Dureza Resistencia Fatiga Resistencia Desgaste Resistencia Corrosión Inflamable Baja Conductividad Térmica Aislante eléctrico Bajo Coste Fácil Fabricación Por último, se muestra una tabla con la relación de accesorios así como sus principales características relacionadas con la selección de materiales (en el anexo A, apartado A.3.6 e ha realizado una descripción general de cada uno de ellos). Conjunto Componente Material Proceso de fabricación Peso Funciones principales Características deseadas Reposapiés Mg Moldeo 0,80Kg/un Soportar peso piés Aportar confort Mesita plegable Mg Moldeo 1,20Kg/un Soportar peso utensilios varios Movimiento plegado Revistero Textil Tejido 0,05Kg/un Contener objetos Accesorios Revistero Textil Elastómero Tejido Dar rigidez asiento Permitir movimiento pos. relax Limite elástico vs. Peso Alto Módulo de Young Tenacidad Dureza Resistencia Fatiga Resistencia Desgaste Resistencia Corrosión Inflamable Baja Conductividad Térmica Aislante eléctrico Bajo Coste Fácil Fabricación Resistencia Fatiga Resistencia Desgaste Resistencia Corrosión Inflamable Baja Conductividad Térmica Aislante eléctrico Bajo Coste Fácil Fabricación Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 53 Se puede observar como las características deseadas son comunes a todos los elementos, debido a que satisfacen los requerimientos necesarios para formar parte del sector ferroviario. A la hora de seleccionar un material concreto para cada elemento se priorizará las características deseadas, debido a que según la función a realizar estas toman o pierden importancia. D.1.1 Materiales actuales D.1.1.1 Aluminio En la actual butaca, el aluminio es el material escogido para un componente del armazón denominado base horizontal y que realiza la función estructural de soportar el peso del pasajero, además de una pieza que realiza una función de refuerzo y los marcos internos del asiento. El aluminio es uno de los metales más abundantes de la corteza terrestre, de la que forma parte en una proporción del 8% aproximadamente. No se encuentra puro en la naturaleza, sino formando parte de los minerales de los cuales los más importantes son las bauxitas Posee una combinación de propiedades que le convierten en un material extremadamente útil en la industria. El aluminio es un meta blanco brillante y muy ligero, con un peso específico 2.700Kg/m3 aproximadamente un tercio del peso del acero. Su conductividad eléctrica es aproximadamente un 60% la del cobre y unas 3,5 veces superior a la del hierro. Además posee un punto de fusión relativamente bajo lo que unido a su punto de ebullición bastante alto, facilita su fusión y moldeo. La propiedad química más destacada del aluminio es su gran resistencia a la corrosión debido a la formación de una capa de alúmina sobre la superficie del metal que impide la difusión del oxígeno hacia el metal base propiedad que resulta especialmente útil en aquellos productos que requieren protección o conservación. Si en algunas aplicaciones industriales fuera necesaria una mayor resistencia a la corrosión, esta se puede conseguir mediante anodinado, que es un tratamiento superficial que consiste en aumentar artificialmente el espesor de la capa de alúmina. Las propiedades mecánicas más destacables del aluminio son su baja resistencia mecánica y su gran ductilidad y maleabilidad, propiedades que facilitan el conformado de productos a través de laminación, forjado o extrusionado. Sus amplias posibilidades de tratamiento con máquinas a altas velocidades proporcionan una elevada productividad, lo que lleva a un abaratamiento de los costes y a un ahorro energético. Pág. 54 Anexo D Tabla. D.4. Composición química aleación de Aluminio 6013-T6. Debido a la baja resistencia mecánica del aluminio, este se alea con diferentes metales como el cobre, magnesio, silicio, manganeso y zinc con lo que se obtienen diferentes aleaciones con una mejor resistencia mecánica. La aleación seleccionada para la actual butaca es la 6013-T6. Esta aleación es del tipo aluminio-magnesio-silicio con parte de cobre (ver Tabla D.4.), que proporciona una elevada conformabilidad al mismo tiempo que resistencia mecánica, sobretodo a compresión. Además se caracteriza por una muy buena resistencia a la corrosión así como al desgaste. Su densidad (2.710Kg/m3) prácticamente no varia del aluminio puro, con lo que proporciona una propiedades específicas idóneas para aplicaciones estructurales, sobretodo en el campo del transporte. ELEMENTOS % en peso Aluminio 97.0 % Magnesio 0.80 – 1.20 % Cobre 0.60 – 1.10 % Silicio 0.60 – 1.0 % Manganeso 0.20 – 0.80 % Hierro <= 0.50 % Zinc <= 0.25 % Cromo <= 0.10 % Titanio <= 0.10 % D.1.1.2 Magnesio A excepción de los refuerzos del armazón y el marco interno, todo el resto de componentes de la actual butaca están realizados en magnesio. El magnesio es el cuarto metal más abundante de la naturaleza, después del Si, Al y Fe, y se considera el octavo en importancia. De forma natural se encuentra en la forma de carbonato, silicato, sulfato o cloruro, de los que se extrae por electrolisis o por tostaciónreducción. Su baja densidad (1.740Kg/m3) incluso menor a la del aluminio (2.700Kg/m3), le proporciona importantes ventajas en el campo de las aleaciones ligeras. Pero, de forma general las propiedades mecánicas de las aleaciones de magnesio son inferiores a las del aluminio. No se considera un buen material estructural, ya que funde a 650ºC y tiene baja rigidez (40-45 GPa de Módulo de Young). Además, su estructura cristalina, hexagonal compacta, perjudica su comportamiento mecánico pues se produce agrietamiento por trabajado en frío Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 55 Tabla. D.5. Composición química aleación Mg AZ91D. si se reduce su espesor en más de un 10% mediante laminación. Su resistencia a la tracción está en torno a 18MPa y presenta un 5% de alargamiento. Por todo ello, si se quiere trabajar es necesario aplicar previamente un tratamiento de recocido o trabajarlo en caliente entre 200-350ºC mediante embutición. Para evitar estos inconvenientes, se puede conformar por moldeo, principalmente por inyección o por colada (lo que favorece la obtención de secciones gruesas que minimicen su falta de rigidez), favorecido por su estabilidad dimensional. También se debe considerar que en estado fundido arde en el aire, haciéndose preciso el uso de fuertes sistemas de seguridad, tales como utilización de cubiertas para los fundentes durante la fundición. Su baja ductilidad debe tenerse en cuenta en el diseño de las piezas para evitar fragilidad bajo la acción de cargas durante la vida en servicio. Tampoco puede considerarse que tenga una buena fluencia y resistencia a la fatiga, aunque presenta poco desgaste. Dadas estas características, es más habitual utilizar industrialmente el magnesio como aleación, en vez de como metal puro. Gracias a la formación de aleaciones se pueden mejorar las propiedades mecánicas (refinando el grano o endureciendo por precipitación) y la resistencia a la corrosión (sobre todo mediante la precipitación de las impurezas en forma de compuestos intermetálicos). El tipo de aleación de magnesio de las actuales piezas es conocida como AZ91D, ampliamente utilizada para piezas fundidas en coquilla. Esta aleación de alta pureza tiene una excelente combinación de propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión y colabilidad. La resistencia a la corrosión se logra mediante el cumplimiento de límites muy estrictos con relación a tres impurezas metálicas: hierro, cobre y níquel., ver Tabla. D.5. ELEMENTOS % en peso Aluminio 8.30 - 9.70 % Manganeso1 >0,15 Zinc 0,7 Silicio 0.1 Máx. Cobre <= 0.030 % Níquel 0.001 Máx. Hierro1 <= 0.0050 % Magnesio 90.0 % [1] Si no se consigue el límite mínimo de manganeso o el límite máximo de hierro, entonces el ratio hierro/manganeso no deberá exceder 0.032. Fuente: Adaptado de W.F.Smith. Structure and Properties of Engineering Alloys. 2ed. Mc. Graw Hill, 1993. Pág. 56 Anexo D Los aleantes en mayor proporción, el aluminio (Al) con un nueve por ciento y el cinc (Zn) con un uno por ciento, se introducen para elevar la resistencia mecánica mediante reforzamiento en solución sólida. Otras impurezas como el hierro (Fe), cobre (Cu) o níquel (Ni) hacen decrecer la resistencia a la corrosión, por lo que se debe restringir los niveles en 0,005%, 0,005% y 0,002% en peso respectivamente. La introducción de manganeso (Mn) contrarresta y eleva la resistencia a la corrosión, además de afinar el tamaño de grano. Se debe también controlar el contenido de silicio (Si), ya que un porcentaje superior al 0.5% disminuye la elongación. La aleación Mg AZ91D, proporciona uno de los metales estructurales más ligeros y con buena rigidez, característica que fue clave a la hora de ejercer su selección ya que frente al resto de materiales competidores, por ejemplo aluminio, se obtenía una reducción de hasta 6Kg por asiento doble equipado. Además, posee alta conductividad, tanto eléctrica como térmica y buena resistencia altas temperaturas de trabajo. Buena resistencia a la corrosión y a la fatiga. Debido a su bajo módulo de elasticidad, las aleaciones de magnesio pueden absorber energía elásticamente. Combinado con tensiones moderadas, esto provee excelente resistencia al rayado y alta capacidad de amortiguamiento, propiedad de gran importancia para el sector del transporte y en especial el ferroviario. Además posee buena resistencia a la fatiga y se comporta particularmente bien en aplicaciones que involucran un gran número de ciclos de tensiones relativamente bajas (apoyabrazos, mesita plegable, etc.). A la hora de mecanizar la aleación proporciona facilidad de transformación, con velocidades de proceso elevadas (mayores que la del aluminio) y costes de energía más bajos. Además tiene buenas características de acabado debido a su alta precisión dimensional y poca deformación residual. Sin embargo, hay que tomar precauciones especiales al realizar el mecanizado debido a las limitaciones de fluencia de las aleaciones de magnesio. Es importante tener en consideración los efectos causados por el medio ambiente y conocer que con el transcurso del tiempo y/o a temperaturas elevadas se produce un cambio en la estructura metalúrgica de la aleación que afecta a sus propiedades mecánicas. Además a la hora de diseñar las piezas se tiene que considerar que la aleación es sensible a la concentración de tensiones, por lo que se deben evitar muescas, aristas agudas y cambios abruptos de sección, así como adoptar algunas precauciones especiales cuando está en estado polvo debido a sus propiedades pirotécnicas. El remachado es el método más frecuentemente usado para unir piezas hechas con láminas o por extrusión. Sin embargo, los remaches no se hacen con aleaciones de magnesio, porque éstas se endurecen rápidamente por el trabajo mecánico y al endurecerse se hacen quebradizas. Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 57 Económicamente, el magnesio era hace unos años mucho más caro que el aluminio, pero actualmente su precio ha disminuido considerablemente y puede competir con el aluminio a nivel unitario específico. Además considerando el coste de todo el ciclo de vida, el magnesio aporta una reducción de consumo energético respecto al aluminio tanto en la extracción, como fundición y reciclaje, debido a que tiene un menor calor especifico y de fusión. D.1.2 Posibles materiales D.1.2.1 Metales D.1.2.1.1 Magnesio Como se ha comentado en el anterior apartado, la extremadamente baja densidad (1.740Kg/m3) del magnesio le otorga importantes ventajas en el campo de las aleaciones ligeras donde generalmente, y debido a que en estado puro sus propiedades mecánicas son limitadas, se encuentra aleado con aluminio, manganeso, cobre, litio, cinc, circonio y elementos lantánidos. En general las propiedades mecánicas de estas aleaciones son inferiores a las de aluminio, sin embargo, al considerar su gravedad específica se tornan altamente atractivas. Uno de los principales problemas con las aleaciones base magnesio es su baja ductilidad, originada en la estructura cristalina del Mg, hexagonal compacta, la que dificulta el conformado a temperatura ambiente y por consiguiente, el conformado de estas aleaciones suele realizarse en caliente. Su alta reactividad en estado líquido es también un problema para la fabricación de estas aleaciones vía fusión. Como ya se ha comentado anteriormente, la butaca actual utiliza la aleación de magnesio AZ91D para realizar las piezas mediante fundición en coquilla. Esta aleación se caracteriza por una excelente densidad y buenas propiedades mecánicas. Partiendo de la extensa base de datos de la página web Matweb [9], con más de 74.000 materiales, se ha procedido a la búsqueda y selección de aleaciones de magnesio alternativas a la utilizada actualmente con la finalidad de verificar si existe una mejor opción. Recordando que el actual modelo tiene quince años de antigüedad y es posible que en este tiempo fruto de la evolución tecnológica y científica hayan aparecido nuevas aleaciones. Los parámetros que han filtrado la selección han sido una densidad inferior a 1.800Kg/m3 y un módulo de elasticidad superior a 45Gpa, tendiendo en cuenta que la actual aleación tienen unos valores de 1.810Kg/m3 y 44,8Gpa respectivamente, y el objetivo es mejorar la actual situación. Pág. 64 Anexo D Tabla. D.8. Principales características de las aleaciones de titanio seleccionadas.. Vanadio 1.0 % 4.0 % 0.60 - 1.40 % Zirconio 0.60 - 1.40 % La aleación de titanio que más se usa es la T-6 Al-4 V (fase alfa y beta), que consta de 6% de aluminio y 4% de vanadio, ya que combina alta resistencia con buena procesabilidad y baja densidad. Estas aleaciones se utilizan, por ejemplo, para aspas de hélices y discos en motores y turbinas de aviación, así como en equipamiento de procesos químicos. Pero como se puede observar en la figura superior, aún existe una aleación con mejores propiedades, la aleación Ti-8Al-1Mo-1V, con aplicaciones similares dentro del sector de la aeronáutica debido a sus propiedades de resistencia a la fluencia. Aunque no se una propiedad primordial en la presente selección es interesante conocer que puede alcanzar hasta los 430ºC. Las propiedades de las aleaciones de titanio las hacen excelentes para aplicaciones estructurales, sin embargo su precio es también muy elevado, por lo que normalmente las aplicaciones se limitan a piezas o productos de alta calidad donde el precio no es un inconveniente. También se debe considerar su dificultad de procesado y reactividad a altas temperaturas, limitándose normalmente a un proceso especial para piezas de fundición, ya que por ejemplo en la pulvimetalurgia tiende a oxidarse, y a una unión mediante soldadura por arco utilizando únicamente gas inerte o al vacío. Además, de que el titanio requiere de elevada energía de producción. D.1.2.1.4 Zinc El zinc es resistente a la corrosión, y se utiliza para proteger contra la oxidación de los aceros de galvanización. Por ejemplo, la hoja ondulada, la carrocería de automóviles, barreras de protección autopista. Las aleaciones de zinc son de baja densidad, aleaciones de bajo punto de fusión utilizados para piezas de fundición simple de baja resistencia. Raramente se utiliza para forjado, laminación o extrusión, tampoco en pulvimetalurgia ya que al igual que el magnesio tienen riesgo de ignición. Y al igual que muchos metales, su extracción requiere de elevada cantidad de energía. Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 65 Realizando la búsqueda en la base de datos Matweb, se obtiene que todas las aleaciones de zinc para fundición tienen valores de densidad superiores a los 5.000Kg/m3: Cabe destacar la similitud de los elementos que componen las aleaciones candidatas, siendo la variación de éstos los que producen efectos sobre el zinc, otorgando propiedades y cualidades especiales a las piezas: el aluminio es adicionado en mayor proporción y aumenta la dureza y resistencia de la aleación, así como su fluidez, además de disminuir los efectos corrosivos del zinc sobre el acero de las máquinas y las herramientas de inyección. El magnesio se encuentra en porcentajes relativamente pequeños pero todo y así tiene gran influencia en las propiedades del zinc para colar bajo presión y ayuda a inhibir la corrosión intergranular de la aleación. Por último, el cobre también aumenta la resistencia a la corrosión, además de la resistencia mecánica y la dureza de la aleación. Entre las aleaciones candidatas cabe destacar la aleación compuesta principalmente por zinc y aluminio, conocida comercialmente como zamak. El uso de este material ha ido aumentando durante las últimas décadas gracias a sus propiedades físicas, mecánicas y de fundido. Su capacidad para ser revestido, le permite diferentes tipos de acabados, sus bajos puntos de fusión (aproximadamente 385ºC) le dan al molde una larga vida y permiten la producción de grandes series de productos fundidos, y su gran fluidez hace más fácil el obtener piezas de formas complejas y paredes finas. Actualmente, las piezas hechas de Zamak son utilizadas en diferentes industrias como construcción, electrónica, automotriz, eléctrica, juguetería, joyería, decoración, artículos deportivos y telefonía, entre otras. También tiene aplicaciones en maquinarias y herramientas en general, plomería, aparatos de calefacción, equipos de oficina y productos ópticos, entre muchos otros. El Zamak tiene una densidad de 6.600Kg/m3, pero el resto de propiedades varían según las distintas variedades. Por ejemplo la más común y de mayor uso es Zamak 5, que contiene alrededor del 1% de cobre lo que mejora sus propiedades de resistencia, dureza y anticorrosión, además con más facilidad de inyectar. Zamak 2, es utilizado principalmente en la fabricación de moldes para zapatos y defensas para automóviles; Zamak 3 es la aleación más estable, ya que prácticamente no contiene cobre y es la más recomendada para elaborar piezas con alto grado de dificultad, detalles complicados y contornos agudos; la Zamak 7 se diferencia del resto ya que presenta un bajo contenido de magnesio y la adición de 0.005% / 0.020% de níquel, lo que le da una baja tensión superficial y aumenta su facilidad para fundirla. Con ella se producen enseres electrodomésticos como extractores y exprimidores. En el caso de la Zamak 10, es la más económica y se usa en piezas que no requieren de un excelente acabado como en el caso de los trofeos o las medallas. Por último está la Zamak AZC, que es especial para máquinas centrífugas y se usa para crear piezas de ornamento. Por tanto, dentro de este tipo de aleación de zinc, se ha escogido la aleación Zamak 3 como la más apropiado para la aplicación en la butaca de pasajeros. Pág. 66 Anexo D Tabla. D.9. Principales características de las aleaciones de zinc seleccionadas.. PROPIEDADES ZA-27 ZA-12 AG40A (Zamak 3) Densidad 5.020 Kg/cm3 6.040 Kg/cm3 6.600 Kg/cm3 Módulo de Elasticidad 77,9 GPa 83,0 GPa 85,5 GPa Relación Módulo de Elasticidad / Densidad 15,52 13,74 12,95 Elongación a la rotura 2,00 % 2,20 % 10,00 % COMPONENTES Aluminio 27,0 % 11,00 % 14,10 % Cobre 2,20 % 1,00 % Magnesio 0,015 % 0,025 % 0,040 % Zinc 71,0 % 88,00 % 96,00 % Finalmente se ha optado por seleccionar como mejor aleación de zinc la aleación que posee una mejor relación densidad – módulo de elasticidad, siendo esta la aleación ZA-27. Esta aleación se caracteriza por ser la más liviana de las aleaciones de zinc y tener excelente resistencia al desgaste junto con buenas propiedades mecánicas. Sin embargo requiere especial atención durante la fusión y el colado para poder asegurar estructuras internas sanas, particularmente en secciones de paredes gruesas. También requiere una estabilización por tratamiento térmico si se requieren tolerancias dimensionales estrictas. D.1.2.1.5 Acero de alta resistencia Los aceros son los materiales de ingeniería más importantes y abarcan una amplia gama de aleaciones de base hierro y carbono. El acero es en su mayoría es bastante económico y su precio varia según la amplia gama de contenidos de carbono (0,1-1,0%) cubre. LOS aceros de alto contenido de carbono responden bien al tratamiento de calor (como "temple y revenido») obteniendo muy alta resistencia y buena tenacidad, se usa en aplicaciones tales como engranajes, ejes de transmisión, recipientes a presión o herramientas. Otro tipo de división de loa aceros es según el número de elementos que contiene, pudiendo ser de baja o alta aleación, si se tiene pocos o muchos elementos aleantes, respectivamente. Siendo los aceros de alta aleación los que tienen mejores propiedades pero también los más caros. En general, todos los aceros son fáciles de moldear y soldar, en cambio tienen densidades muy elevadas y pobre conductividad eléctrica y térmica. La resistencia y dureza Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 67 sin embargo no se puede generalizar, ya que varia enormemente según el tipo de aleación, de trabajo y tratamiento térmico. En términos de procesado normalmente se emplea forjado, aunque los aceros de alta aleación se conforman mediante pulvimetalurgia, ya que su mecanizado es más costoso, en cambio, las aleaciones de baja aleación suelen acabar en laminación, extrusión y conformado de chapa. Al igual que la mayoría de metales su producción consume mucha energía, aunque menos que la mayoría de los metales, y se recicla fácilmente. Dentro de los aceros están los aceros de alta resistencia, que reciben el nombre de AHSS (Advanced High Strenght Steels). Los aceros AHSS se caracterizan por su alta rigidez, la absorción de grandes energías y su alta capacidad para no deformarse. Los usos más comunes son aquellos en los que se requiere una elevada capacidad de absorber energía sin que se deforme la pieza. Dentro de la familia de los aceros AHSS encontramos cinco distintos grupos de aceros de alta resistencia: Aceros de Fase Doble (DP), Aceros con Plasticidad Inducida por Transformación (TRIP), Aceros de Fase Compleja (CP), Aceros Martensíticos (MS) y Aceros Boron. A su vez, los aceros anteriormente nombrados se agrupan en dos grupos en función de su límite elástico. El primer grupo incluirían los aceros con un límite elástico comprendido entre 450 N/mm2 y 800 N/mm2, en donde se incluyen los aceros de fase doble, los aceros con plasticidad inducida por transformación y los aceros de fase compleja. El otro grupo que distinguen los fabricantes son los aceros de ultra alta resistencia, con un límite elástico superior a 800 N/mm2. Fig. D.10. Gráfica comparativa de aceros AHSS entre alargamiento y limite de rotura. Fuente: www.centro-zaragoza.com, Revista Julio-Septiembre 2009. Pág. 68 Anexo D Tabla. D.11. Principales características de las aleaciones de aceros seleccionados. Los aceros de alta resistencia se han desarrollo de una forma espectacular en los últimos años, hoy en día permiten que la cantidad de acero necesitada para una determinada tarea sea menor, ya que con menores espesores tiene la misma resistencia. Por tanto, se reduce la cantidad de material, que se traduce en una reducción de peso. Además, debido a la estabilidad de los aceros de alta resistencia, la dispersión del límite elástico y retorno elástico es más baja que en aceros ordinarios, mejorando la fiabilidad de producción. Finalmente, al utilizar menor cantidad de material se consume menos materia prima y menos cantidad de energía para la producción, contribuyendo a un ahorro tanto a nivel económico como medioambiental. Como en los casos anteriores, la base de datos utilizada ha sido Matweb. En este caso, la selección de candidatos ha sido compleja ya que existe una gran variedad de aceros de alta resistencia, normalmente productos propios de diferentes proveedores y por tanto, con características específicas y no siempre aportadas en totalidad. Por ello, se ha optado en seguir la tendencia utilizada en aplicaciones similares y analizadas en el proceso de estudio de mercado, anexo B, teniendo en cuenta el uso de diferentes grados de acero y seleccionando así los siguientes candidatos: PROPIEDADES DOMEX 600 MC DOCOL 600DP DOCOL 1200M Densidad 7.870 Kg/cm3 7.870 Kg/cm3 7.870 Kg/cm3 Límite elástico <=60 MPa 350 - 440 MPa 950 - 1250 MPa Límite de rotura 650 - 820 MPa 600 - 700 MPa 1200-1400 MPa Elongación a la rotura 13,0 – 16,0 % > 20,0 % >=4,0 % COMPONENTES Aluminio 0,015 % 0,040 % 0,040 % Boro <=0,050 % - - Carbono <=0,12 % 0,10 % 0,17 % Fósforo <=0,025 % 0,010 % 0,015 % Hierro 97,0 % 98,0 % 98,0 % Manganeso <=1,90 % 1,50 % 1,60 % Molibdeno <=0,50 % - - Niobio - - 0,015 % Azufre <=0,010 % 0,002 % 0,002 % Silicio <=0,30 % 0,40 % 0,50 % Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 69 Los aceros de la figura superior son productos de SSAB Swedish Steel, fabricante europeo líder en la fabricación de aceros avanzados de extra y ultra alta resistencia. Como se ha comentado anteriormente, existe una amplia gama de grados de acero, particularmente, los seleccionados pertenecen a un acero laminado en caliente de grado HSLA de extra alta resistencia, a un acero laminado en frío de extra alta resistencia y fase dual, y por último, a un acero laminado en frío pero de ultra alta resistencia y martensítico. El acero laminado en caliente de grado HSLA de extra alta resistencia, Domex 600MC, hereda las siglas de su nombre debido a que está microaleado. Elementos tales como el niobio y el titanio son adicionados en muy pequeñas cantidades aumentando sus propiedades mecánicas. Estos grados de acero se denominan de acuerdo a su mínimo límite elástico garantizado. La diferencia entre su resistencia máxima y su límite elástico es pequeña. Entre sus propiedades destaca una excelente plegabilidad, conformabilidad y capacidad de expansionado de agujeros en relación con su límite elástico, además de una excelente soldabilidad. Los aceros DP, como el Docol 600DP, son aceros de fase dual para conformación en frío con una microestructura que contiene ferrita, la cual es blanda y contribuye a una buena conformabilidad, y martensita, la cual es dura y contribuye a la resistencia del material. Estos aceros se designan de acuerdo a su mínima resistencia. La diferencia entre la resistencia y el límite elástico es normalmente alta en condiciones de suministro, pero decrece rápidamente al acumular trabajo en frío. Debido a la gran diferencia entre límite elástico y resistencia, los aceros DP tienen menos retorno elástico después de ser conformados en frío, comparados con los aceros MC con la misma resistencia en el tramo final. Los aceros DP son fáciles de conformar en frío y son excelentes para la embutición. Pueden también soldarse por métodos convencionales. El grado M, Docal 1000M, pertenece aun acero martensítico, fabricado mediante un tratamiento térmico especial de recocido, que le provee de ultra alta resistencia. Este grado de acero se caracteriza por una buena conformabilidad en niveles de muy alta resistencia y soldabilidad. Todos los procesos de soldadura son aceptados debido a su composición química. Los dos primeros candidatos, Docol 600MC y Docol 600DP, son aceros del grado de aplicación más común para aplicaciones de estructuras de asiento. El tercer candidato, Docol 1200M, consiste en un acero con oportunidades tecnológicas para dicha aplicación, aunque aún está en fase exploratoria. Por ello, se ha seleccionado como grado de acero más adecuado el 600DP, ya que combinan una resistencia elevada junto con una gran capacidad de deformación, además, de como ya se ha mencionado anteriormente, el bajo carbono y su cuidada composición química aseguran una buena soldabilidad. Pág. 70 Anexo D Tabla. D.12. Principales características de las aleaciones seleccionadas. D.1.2.1.6 Selección del metal más adecuado PROPIEDADES Magnesio AM50A-F Aluminio 6061-T6 Titanio Ti8Al-1Mo-1V Zinc ZA-27 Acero 600DP FISICAS Densidad Muy baja 1.770Kg/cm3 Baja 2.700Kg/cm3 Media 4.360Kg/cm3 Media 5.020Kg/cm3 Elevada 7.870Kg/cm3 MECÁNICAS Módulo de Elasticidad Pequeño (45,0 Gpa) Medio (68,9 Gpa) Elevado (125,0 Gpa) Medio (77,9 Gpa) Muy elevado (210,0 Gpa) Módulo específico 25,42 25,52 28,67 15,52 26,68 Límite elástico 124 MPa 386 MPa 910MPa 365 MPa 350 - 440 MPa Tenacidad a la fractura 228 MPa 607 MPa 1020 MPa 424 MPa 600 - 700 MPa Temperatura de servicio Media Baja Muy Elevada Media Elevada Ductilidad Elevada Media Media Muy elevada Muy elevada Dureza Media Baja Elevada Media Muy elevada Resistencia a la fatiga Elevada Media Elevada Baja Muy elevada TÉRMICAS Conductividad térmica Media Muy elevada Media Elevada Baja ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS Conductividad eléctrica Media Muy elevada Baja Elevada Baja INTERACCIÓN CON EL ENTORNO Resistencia a la Corrosión Muy elevada Elevada Muy elevada Media Elevada Resistencia al Desgaste Muy elevada Media Elevada Muy elevada Muy elevada Resistencia a la flamabilidad Muy baja Media Muy alta Media Muy alta PRODUCCIÓN TECNOLÓGICAS Facilidad de fabricación - conformabilidad Muy difícil Muy Fácil Difícil Fácil Muy fácil Unión - Soldabilidad Elevada Elevada Media Elevada Muy elevada Acabado Medio Bueno Muy bueno Medio Bueno ESTÉTICAS Aspecto, Color, textura Malo Bueno Muy bueno Bueno Bueno ECONÓMICAS Coste Medio Barato Muy caro Barato Caro MEDIO AMBIENTALES Reciclabilidad Media Elevada Muy baja Media Muy elevada Energía Extracción Media Muy elevada Muy elevada Media Baja Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 71 Tabla. D.13. Ponderación de características. PROPIEDADES PRIORIDAD Magnesio AM50A-F Aluminio 6061-T6 Titanio Ti-8Al-1Mo-1V Zinc ZA-27 Acero 600DP FISICAS Densidad - - - - - - MECÁNICAS Módulo de Elasticidad - - - - - - Módulo específico 1 600 600 1000 200 600 Límite elástico 2 50 100 250 100 200 Tenacidad a la fractura 2 50 150 250 100 150 Temperatura de servicio 3 50 25 125 50 75 Ductilidad 3 75 50 50 125 125 Dureza 2 100 50 150 100 250 Resistencia a la fatiga 2 150 100 150 50 250 TÉRMICAS Conductividad térmica 3 75 25 75 50 125 ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS Conductividad eléctrica 3 75 25 125 50 125 INTERACCIÓN CON EL ENTORNO Resistencia a la Corrosión 3 125 75 125 50 75 Resistencia al Desgaste 2 250 100 150 250 250 Resistencia a la flamabilidad 3 25 50 125 50 125 PRODUCCIÓN TECNOLÓGICAS Facilidad de fabricación - conformabilidad 2 50 150 100 100 250 Unión - Soldabilidad 3 75 75 50 75 125 Acabado 4 20 30 50 20 30 ESTÉTICAS Aspecto, Color, textura 4 20 30 50 30 30 ECONÓMICAS Coste 2 150 250 50 250 100 MEDIO AMBIENTALES Reciclabilidad 4 20 30 10 20 50 Energía Extracción 4 20 10 10 20 50 PUNTUACIÓN TOTAL 2150 2205 2995 1970 3115 Pág. 72 Anexo D D.1.2.2 Materiales compuestos D.1.2.2.1 Láminas externas de cara o Alas Los materiales de las láminas externas de cara o alas, suelen ser de aleaciones de aluminio, titanio, acero, plásticos reforzados con fibras y madera contrachapada. Pero si se analiza el módulo específico correspondiente a dichos materiales, se obtiene que los materiales compuestos con fibras son los más adecuados, concretamente los que contienen fibra de carbono y aramida (comercialmente conocida como kevlar). D.1.2.2.1.1 Fibras Como ya se ha comentado anteriormente, la fibra es el componente de refuerzo del material compuesto. Aporta resistencia mecánica, rigidez y dureza y va a ser determinante para obtener las principales propiedades mecánicas. Se pueden clasificar según su origen y se presentan en forma continua o como fibra cortada. Los tipos de fibras más comunes la fibra de vidrio, aramida, carbono y boro. Pero tal y como se observa en la Figura D.14., las fibras de vidrio y boro tienen una densidad elevada, en comparación con el resto de fibras, por lo que sus valores de prestaciones mecánicas específicas se sitúan en un rango inferior. Además las fibras de boro tienen el inconveniente de un elevado coste debido al substrato de tungsteno del cual se obtiene y aunque existen otros mecanismos de producción más económicos, estos son bastante complicados. Fig. D.14. Materias primas que componen un material compuesto. Fuente: University of Cambridge. DoITPoMS, Departamento de Metalurgia y Ciencia de Materiales. Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 73 D.1.2.2.1.1.1 Carbono La densidad de la fibra de carbono es baja (1.600kg/m3), lo cual implica que sus propiedades mecánicas específicas sean excepcionalmente elevadas. Es un material excepcional para aplicaciones de estructuras sometidas a cargas repetitivas o fatiga ya que es el único material conocido cuyas propiedades mecánicas apenas son sensibles a la aplicación de una carga cíclica. También en lo que se refiere a su compartimiento en condiciones estáticas. También tienen un coeficiente de dilatación muy bajo, lo que permite una gran estabilidad dimensional a las estructuras y una conductividad térmica elevadas. Y no presenta plasticidad, por lo que el límite de rotura coincide con el límite elástico. Su resistencia al roce es muy baja, lo que condiciona su manipulación, además de los inconvenientes de baja resistencia al impacto de baja energía y las diferencias de potencial que engendran al contacto con los metales, que pueden favorecer corrosiones de tipo galvánico. Aunque en la actual aplicación no implique una gran problemática. El coste de la fibra de carbono, aunque elevado, está bajando drásticamente debido al aumento de la demanda, tanto en el sector del transporte como el de los deportes. Se debe tener en cuenta que dichas propiedades oscilarán dependiendo del tipo de fibra de carbono empleada, clasificadas en tres tipos: de alto módulo (HM), de alta resistencia (HM) y (III); según el orden descendente de temperatura de tratamiento de calentamiento que requieren en su fabricación. Para la aplicación de la butaca de pasajeros se ha considerado que una fibra de carbono del último tipo (III) es la más conveniente debido a que su combinación de propiedades específicas, aún siendo inferior al resto de tipos, es suficientemente buena además de poseer un coste inferior. Entre las fibras de carbono de bajo coste de uso actual se pueden citar las siguientes: PROPIEDADES ZOLTEK PANEX 33-48K SIGRAFIL C30 T050 EPY 50K TORAYCA T700sc 24k Densidad 1.810 Kg/cm3 1.800 Kg/cm3 1.800 Kg/cm3 Módulo de Elasticidad 228 GPa 240 GPa 230 GPa Relación Módulo de Elasticidad / Densidad 125,97 133,33 127,78 Límite de rotura 3800 MPa - 4900 MPa Pág. 80 Anexo D Tabla. D.20. Principales características de los adhesivos estructurales candidatos. El primer tipo de clasificación es general y se basa en la utilidad final del adhesivo. De este modo la selección se centra en la familia de adhesivos estructurales, siendo aquellos los cuales usados en combinación con un material estructural trabaja de modo que la junta o línea de encolado no falle cuando el material trabaje a tensiones de hasta su limite elástico y permita que la estructura trabaje según requerimientos mecánicos y físicos. La familia de los adhesivos estructurales también puede venir clasificada según sus propiedades mecánicas, ya que aunque resulte difícil encontrar la frontera entre adhesivo estructural y no estructural, se define como estructural aquel que supere a temperatura ambiente los 10 MPa de resistencia a tracción. Consecuentemente, el rango de adhesivos candidatos se ve disminuido a los adhesivos estructurales más utilizados, siendo estos los de base epoxídica, derivados de las resinas de poliéster, neopreno fenólico, nitrilo-fenólico, epoxi-fenólico, nylonepoxi y caucho-fenólico. Para acotar aún más el número de candidatos, se ha considerado las recomendaciones generadas por los fabricantes y usuarios de dichos adhesivos, fruto de años de experiencia, para la unión de una estructura nido de abeja. Obteniendo que para aplicación ferroviaria, donde el peso es una factor fundamental, además de otros factores tales como la resistencia a las vibraciones y fatiga, cumplimiento de las normativas de fuego y humo, etc. Los adhesivos candidatos son los siguientes: PROPIEDADES Redux 609 Redux 610 Redux 641 Presentación física lámina lámina lámina Base química epoxi epoxi epoxi Peso en área 200g/m2 150g/m2 360g/m2 Temperatura máxima de servicio 80ºC 100ºC 150ºC Temperatura de curado 120ºC/1h 120ºC/1h 175ºC/1h Resistencia a la cortadura 31MPa 30MPa 44MPa Aplicación Unión nido de abeja Unión nido de abeja Unión nido de abeja Como se puede observar en la tabla superior, los adhesivos candidatos tienen propiedades muy similares entre si, sin embargo el adhesivo seleccionado ha sido el comercialmente conocido como Redux 610. Dicha selección se basa en las mejores propiedades específicas que aporta respecto al resto de formulaciones. Además, su temperatura máxima de servicio es suficientemente elevada para garantizar la estabilidad de la estructura, su contenido de partículas volátiles es muy bajo y aporta una llama retardante, factor decisivo para su aplicación en el sector del ferrocarril. Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 81 D.2 Estética D.2.1 Avaluación del diseño actual En primer lugar se ha procedido ha analizar el actual diseño de la butaca con la finalidad de obtener las percepciones que dicha butaca proporciona al pasajero. Las siete características analizadas son: simple/convencional, discreta/no extravagante, duradera/de calidad, innovador/original, atractiva/elegante, confortable y funcional. Como se ha comentado anteriormente, la calificación como positivo o negativo de estas características depende del objetivo del proyecto concreto. Para el actual diseño se obtiene que la butaca es percibida como principal característica discreta, confortable y durable/de calidad. Es bueno que la butaca sea percibida con dichas características, ya que normalmente las características opuestas, extravagante, inconfortable y de baja calidad, son consideradas como negativas. Por tanto, son factores a conservar en el nuevo diseño. Otra característica que identifican bien a la butaca según la percepción del pasajero es funcional y simple/convencional. Esta característica es más difícil de identificar como aspecto positivo o negativo, ya que por una parte es bueno que cualquier objeto, en este caso la butaca, sea identificado con facilidad por el usuario, así como sus elementos, para poder ser empleado con facilidad. Sin embargo, una excesiva simplicidad o ser tratado como algo convencional puede menospreciar el valor creativo de la butaca y pasar desapercibida. La solución dependerá del factor que se quiera potenciar en el nuevo diseño de butaca. Los resultados muestran que las características de innovador/original y atractivo/elegante son levemente percibidas por el usuario en la actual butaca. En la nueva butaca se debe procurar mejorar estos aspectos, sobretodo el de atractivo y elegante, ya que son influyentes para una percepción positiva por parte del usuario ( según estudios complementarios realizados). D.2.2 Recomendaciones generadas Una vez definidas las características que se desea que el pasajero perciba y analizado como deben evolucionar respecto a la actual butaca para el nuevo diseño, se ha procedido a determinar los elementos de diseño que son significativos para cada una de las características deseadas. D.2.2.1 Discreta/no extravagante Los elementos de diseño recomendados para mejorar la percepción del pasajero respecto a la actual butaca como discreta/no extravagante son, una combinación de colores y tejidos claros y unas espumas de espesor medio o fino. Pág. 82 Anexo D Fi g . D.21. Elementos de diseño recomendados p ara una butaca discreta/no. Fig. D.22. Elementos de diseño recomendados para una butaca confortable. D.2.2.2 Confortable Los elementos de diseño recomendados para mejorar la percepción del pasajero respecto a la actual butaca como confortable son, un flanco lateral del tipo envolvente y la existencia de un agarrador longitudinal en los asientos situados junto al pasillo. Colores claros Colores oscuros Flanco estrecho Flanco lt Sin agarrador Agarrador pequeño Agarrador litdil Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 83 Fig. D.23. Elementos de diseño recomendados para una butaca durable/de calidad. Sin agarrador Agarrador pequeño Agarrador longitudinal Apoyabrazos simple Marco cuadrado Sin apoyabrazos Fig. D.24. Elementos de diseño recomendados para una butaca funcional. D.2.2.3 Duradera/de calidad Los elementos de diseño recomendados para mejorar la percepción del pasajero respecto a la actual butaca como duradera/de calidad son, la ausencia de apoyabrazos y la existencia de un agarrador longitudinal en los asientos situados junto al pasillo. D.2.2.4 Funcional Los elementos de diseño recomendados para mejorar la percepción del pasajero respecto a la actual butaca como funcional son, una fijación al suelo del tipo cantilever o con un único pedestal y unida al muro, además de la existencia de un agarrador longitudinal en los asientos situados junto al pasillo. Cantilever Pedestal único y muro Dos pedestales Sin agarrador Agarrador pequeño Agarrador longitudinal Pág. 84 Anexo D Fig. D.25. Elementos de diseño recomendados para una butaca simple/convencional. Fig. D.26. Elementos de diseño recomendados para una butaca innovadora/funcional. D.2.2.5 Simple/convencional No existen elemento de diseño recomendados para mejorar la percepción del pasajero respecto a la actual butaca como simple/convencional, pero sin embargo, debido al estudio realizado para crear el programa, existen recomendaciones generadas para otros tipos de butacas, que pueden ser de gran utilidad y como guía para posibles soluciones. Se ha considerado como campo semántico para las poblaciones analizadas, que los adjetivos estándar, sencillo, discreto, convencional y clásico son los más adecuados para expresar la sensación de simplicidad en una butaca de pasajeros. Obteniendo así que según los elementos de diseño, las espumas de la butaca deben ser delgadas y evitando las formas redondeadas. D.2.2.6 Innovador/original El elemento de diseño recomendados para mejorar la percepción del pasajero respecto a la actual butaca como innovador/original es la existencia de un agarrador longitudinal en los asientos situados junto al pasillo. Espesor fino Espesor medio Espesor grueso Flanco estrecho Flanco envolvente Sin agarrador Agarrador pequeño Agarrador longitudinal Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 85 Colores claros Colores oscuros Fig. D.27. Elementos de diseño recomendados para una butaca atractiva/elegante. D.2.2.7 Atractivo/elegante Los elementos de diseño recomendados para mejorar la percepción del pasajero respecto a la actual butaca como atractivo/elegante son, una combinación de colores y tejidos claros y la existencia de un agarrador longitudinal en los asientos situados junto al pasillo. Fig. D.28. Avaluación subjetiva de la actual butaca. Sin agarrador Agarrador pequeño Agarrador longitudinal Pág. 86 Anexo D Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 87 D.3 Ergonomía D.3.1 Nociones de biomecánica básicas aplicadas a la posición sentada Al considerar el cuerpo humano como un sistema pluri-segmentario, siendo considerado cada segmento como indeformable, es posible aplicar el Principio Fundamental de la Dinámica (PFD o Ley de Newton). Dicho sistema estará sometido a dos fuerzas: su peso, a través del centro de gravedad del sistema (baricentro de todos los segmentos afectados por su masa, situado aproximadamente a la altura de la primera vértebra sacra, ligeramente por detrás y por debajo del ombligo) y una fuerza de reacción del suelo, fuerza de contacto del suelo sobre el pie, correspondiendo a la suma vectorial de fuerzas elementales al nivel de cada punto de contacto. Esta acción mecánica puede ser representada por una fuerza equivalente situada en el centro de presiones (Cp) llamada polígono de sustentación. Según el PFD, este estado se define como estado de equilibrio. La posición de pie corresponde a un estado de equilibrio inestable que necesita la participación de procesos de “equilibración”. Este control permanente del equilibrio consiste en colocar verticalmente el centro de gravedad del cuerpo dentro del polígono de sustentación (marcado en azul en la Figura D.30). Fig. D.29. Avaluación subjetiva de la actual butaca. Pág. 88 Anexo D El paso de la posición de pie a la posición sentado corresponde a un cambio de postura. La posición sentado corresponde a un nuevo estado de equilibrio más estable. Esta estabilidad será en función de las zonas de contacto entre el cuerpo y la butaca (asiento únicamente, Figura D.31 o asiento + respaldo). Por tanto, para estudiar la posición sentado se debe analizar la relación entre la butaca y los distintos segmentos del cuerpo. Fig. D.30. Equilibrio en posición de pie. Fuente: Cogitobio Fig. D.31. Equilibrio en posición sentado. Fuente: Cogitobio Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 89 Se tendrá en cuenta el punto de vista cinemático, con el objetivo de prevenir toda la movilidad relativa al la butaca y el pasajero. Así como el punto de vista estático, teniendo en cuenta las fuerzas exteriores y gravedad, tratando de disminuir los esfuerzos de contacto para controlar y evitar presiones excesivas, además de reorientar los segmentos necesarios para alcanzar el estado estable y evitar daños tanto a nivel pasivo (huesos, articulaciones, etc.) como activo (articulaciones, músculos, etc.). D.3.2 Análisis específico de parámetros La lista de parámetros del asiento que permiten definir el confort o el menor disconfort de un asiento puede ser exhaustiva. Las interacciones entre estos parámetros son múltiples y complejas, tal y como muestra la figura D.31, por tanto, es importante organizar y jerarquizar estos criterios en funciones y subfunciones, evitando las redundancias y situando cada criterio dentro de la función o subfunción principal con mayor impacto en relación con el resto. Fig. D.32. Interacciones entre parámetros del asiento. Fuente: Cogitobio Pág. 96 Anexo D Fig. D.44. Distribución de presiones. D.3.2.2.7 Ausencia de puntos duros Aunque los puntos anteriores de comodidad postural se cumplan, si existe un punto duro, el malestar generado puede ser perjudicial. D.3.2.2.8 Inclinación del asiento La inclinación del asiento es un parámetro funcional cuyo propósito es garantizar, en condiciones de uso del asiento, el manteniendo del pasajero en el asiento (evitar el deslizamiento hacia adelante). A medida que el ángulo de inclinación aumenta, la posibilidad de deslizamiento se reduce. Pero un ángulo excesivo puede perjudicar a otras funciones tales como acceso y salida del asiento o una posición postural perjudicial. D.3.2.3 Sostener al espalda del pasajero La función del respaldo va unida a la del asiento, ya que de él depende la superficie de contacto, los puntos de apoyo y la estabilidad de una postura dada. Sin embargo, para obtener un equilibrio tanto psicológico y mecánico, el respaldo, soporte de articulaciones vertebrales, debe respectar la morfología del tronco y la organización interna de curvaturas. El principal parámetro a considerar será la distribución de las presiones en la zona de contacto, ya que el soporte lumbar sirve principalmente para asegurar una buena repartición de los esfuerzos en la unión de la columna vertebral, por ello se debe garantizar que la presiones mayores tienen lugar en la zona lumbar destinada a dicho fin (L3) evitando otras zonas. Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 97 Fig. D.45. Punto de referencia en la sujeción de la cabeza del pasajero. Otros parámetros que deben ser considerados son el ángulo que tiene lugar entre los miembros inferiores y superiores del cuerpo, o bien la ausencia de puntos duros. D.3.2.4 Sostener la cabeza del pasajero Durante el trayecto en tren la cabeza es propensa a realizar desequilibrios, tanto laterales como anteriores. Si este desequilibrio se acentúa, este fenómeno puede conllevar a daños en los músculos de la nuca, pudiendo ser el origen de dolores cervicales. Por ello, se analizara la altura del apoyacabezas, así como los ángulos de inclinación y la existencia o ausencia de puntos duros. D.3.2.5 Sostener los brazos del pasajero Los apoyabrazos proponen soluciones de apoyo adicional. Por tanto, juegan un papel sobre el confort permitiendo la repartición del peso de los miembros superiores sobre otros elementos del asiento. Por el contrario, una inadecuada disposición de los apoyabrazos puede desencadenar movimientos forzados de torsión o inclinación lateral del tronco, que a largo plazo puede ser doloroso. Los parámetros a tener en cuenta en relación a los apoyabrazos serán la altura respecto al asiento, el ancho y largo del apoyabrazos, la inclinación de éstos, así como la existencia o ausencia de puntos duros. D.3.2.6 Accesibilidad a la butaca D.3.2.6.1 Espacio entre butacas El espacio entre butacas es el reflejo de la accesibilidad a la butaca, sobretodo para las butacas interiores situadas junto a la ventana. Pág. 98 Anexo D Fig. D.46. Espacio entre asientos. Fig. D.47. Altura del extremo del asiento. Fig. D.48. Altura del punto H. D.3.2.6.2 Altura del extremo del asiento La altura del extremo del asiento va a ser determinante para determinar si los pasajeros de menor talla pueden fácilmente acceder y salir de sus plazas. D.3.2.6.3 Altura del punto H El punto que define la altura del asiento es llamado punto H. A diferencia que el caso anterior, un valor inadecuado de esta dimensión, perjudicará mayoritariamente al percentil superior, normalmente al ser un valor muy bajo. Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 99 E Materiales seleccionados: Fichas técnicas E.1 Aluminio 6061-T6 Pág. 100 Anexo E Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 101 E.2 Resina Epoxi D.E.R. 331 Pág. 102 Anexo E Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 103 Pág. 104 Anexo E Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 105 Pág. 112 Anexo E Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 113 Pág. 114 Anexo E Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 115 Pág. 116 Anexo E E.5 Adhesivo Epoxi Redux 610 Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 117 Pág. 118 Anexo E Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 119 Pág. 120 Anexo E Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 121 Fig. F.1. Construcción de un panel sándwich comparado con una viga en . F Caracterización del panel sándwich En el presente apartado se procede a la caracterización del panel sándwich diseñado a partir de los materiales seleccionados en apartados anteriores. Existen algunos método teóricos disponibles para estimar las propiedades mecánicas de los materiales compuestos, sin embargo estos métodos no son confiables para determinar las propiedades de compuestos que incluyan varias capas de laminados con diversas orientaciones de las fibras. La situación es aún más compleja en laminados sándwich donde debe considerarse el comportamiento mecánico del material núcleo actuando en conjunto con las capas laminadas. Por ello habitualmente los métodos teóricos asumen restricciones [44]. La metodología empleada en el presente análisis se basa en la combinación de distintas teorías de la micromecánica y análisis de placas multicapas para materiales ortotrópicos. Por tanto, la exactitud de los valores obtenidos en el presente análisis se ve limitada por la complejidad de caracterización del material tratado y por la falta de teorías especificas para éste. [45] [46] [47] [48]. Para cálculos más exactos, y complejos, se requieren de técnicas experimentales o en su defecto las basada en el cálculo por elementos finitos, permitiendo la obtención de un comportamiento casi-real del material en servicio. Sin embargo, la complejidad, coste y tiempo requerido, hacen esta solución inviable para el presente proyecto. F.1 Conceptos preliminares En primer lugar se debe considerar que la estructura de panel sándwich de nido de abeja puede ser comparada con una viga en I, Figura. F.1. Pág. 128 Anexo F Fig. F.5. Módulo de Elasticidad en dirección Longitudinal según orientación de las fibras. Fig. F.6. Módulo de Elasticidad en dirección Transversal según orientación de las fibras. Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 129 F.2.4 Coeficiente de Poisson Para determinar el módulo de Poisson aparente, se analiza la deformación en la dirección 2 producida por una tensión en la dirección 1. Considerando que 1212 /     (Ec. F.21) y que el elemento de compuesto es cuadrado W = L, entonces de igual manera que en los casos anteriores las deformaciones son proporcionales a los volúmenes de los componentes. 122112 )(   mmfm c m f c fffL V V L V V W (Ec. F.22) De esta última ecuación, podemos despejar el módulo de Poisson, la cual como se observa es similar a la del módulo E1. 1 12 mmff ff     (Ec. F.23) Donde considerando los valores de la Tabla. F.3. Se obtiene un valor de coeficiente de Poisson 12  de 0,29, tal como se muestra en la Ec. F.24. 29,033,065,022,035,0 12      (Ec. F.24) F.2.5 Módulo de Corte Para determinar el módulo elástico de corte del compuesto se siguen pasos similares a los mostrados anteriormente. Se considera un elemento de compuesto cuadrado (W = L) sometido a un estado tensional de corte. La deformación se puede expresar como 12 /G   , donde la deformación del compuesto es proporcional a la deformación de sus componentes.         m m f f m c m f c f mf G f G f GL L V V L V V L12 1 (Ec. F.25) Y podemos observar que G12 es similar en su forma de obtención a E2. Pág. 130 Anexo F Fig. F.7. Módulo de Poisson según orientación de las fibras. mmff mf fGfG GG G  12 (Ec. F.26) Obteniendo un valor de Módulo Cortante 12 G de 3,84Gpa, tal y como se muestra en la Ec. F.14. GPa GPaGPa GPaGPa G84,3 65,05,135,024 5,124 12     (Ec. F.27) El Módulo de Corte también puede ser representado gráficamente en función a la orientación de las fibras, Figura. F.7. F.3 Caracterización del núcleo En primer lugar se debe concretar el tamaño de la celda del nido de abeja. Un tamaño de celda grande es más económico de producción pero sin embargo aporta una superficie de unión inferior en comparación de un tamaño de celda mayor, además de una peor calidad superficial debido a que si las caras son finas se puede telegrafiar la geometría de las celdas. También es muy importante definir la forma de las celdas. Para la aramida existen dos tipos principales, las celdas hexagonales y las rectangulares denominadas OX. Las celdas hexagonales son las más utilizadas debido a que aportan una mínima densidad para una misma cantidad de material. Por otra parte, las celdas rectangulares son más fáciles de Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 131 Tabla. F.9. Propiedades del Nido de Abeja HRH-10. Fig. F.8. Parámetros geométricos de una estructura nido de abeja. conformar y aportan una mayor resistencia en dirección transversal, sin embargo pierden resistencia longitudinal. Por tanto, se ha considerado más conveniente para el presente proyecto seleccionar una estructura nido de abeja con celdas hexagonales de tamaño 6mm/celda. Considerando que los materiales seleccionados para el núcleo de abeja HRH-10 es la fibra de Aramida y una resina fenólica, las propiedades mecánicas que le corresponden para un espesor estandarizado de 12,7mm son las mostradas en la Tabla F.9, también se puede consultar en el apartado E.2, y obtenidas siguiendo la normativa correspondiente, MIL-STD401 y ASTM C366 [18]. Propiedad Valor Tamaño de celda 6 mm Densidad 24Kg/m3 Resistencia Compresiva 0,55 MPa Resistencia Compresiva Estabilizada 0,62 MPa Módulo de Resistencia Compresiva Estabilizada 41,37 MPa Resistencia en dirección Longitudinal 0,48 MPa Modulo en dirección Longitudinal 20,68 MPa Resistencia en dirección Transversal 0,24 MPa Modulo en dirección Transversal 8,96 MPa Definiendo como Resistencia Compresiva como el limite de resistencia compresiva del nido de abeja cuando está sometido a una carga en dirección transversal. Y donde la denominación “Estabilizada” define el echo de que las caras estén unidas al núcleo. Pág. 132 Anexo F Fig. F.10. Curva esfuerzo-deformación para distintos materiales de núcleo. Fig. F.11. Curva carga-desplazamiento típica de un núcleo nido de abeja. El Módulo de Resistencia Compresiva Estabilizada viene determinado por la inclinación-curvatura de la porción inicial de la línea de deformación de la curva de tensióndeformación. La relación lineal entre esfuerzo-deformación viene determinada por el tipo de material utilizado, observando en la Figura F.10 como el Nomex se caracteriza por una curvatura muy marcada y por tanto posee elevada plasticidad. Después de que el nido de abeja halla excedido su limite de Resistencia a compresión, continuará deformando plásticamente y aplastándose uniformemente. La Figura F.11 muestra la respuesta típica de un núcleo nido de abeja mediante la curva cargadesplazamiento. La resistencia a un esfuerzo cortante se representa mediante la Resistencia en dirección Longitudinal y la Resistencia en dirección Transversal . F.4 Caracterización del panel sándwich Para entender la forma de trabajo del panel tipo sándwich es necesario diferenciar las formas de trabajo de las pieles y el núcleo. Garantizando la integridad física del panel en servicio, se ha considerando una viga en voladizo, representando el caso más desfavorable. Es decir, el componente el cual según las especificaciones técnicas de la butaca, descritas en el Anexo A, debe cumplir con Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 133 Fig. F.12. Representación del panel analizado. Viga en voladizo con carga puntual en el extremo. Fig. F.13. Tensiones y deformaciones en las pieles de una estructura sándwich. solicitaciones mecánicas mayores. Dicho componente es el respaldo, el cual debe soportar sin daño una carga puntual y perpendicular al plano ( P ) de N500.1 como se observa en la Figura F.12. Los esfuerzos de cizalla están aplicados a lo largo de toda la viga, provocando que las caras trabajen sometidas a distintos esfuerzos. La cara situada en el lado de la carga es sometida a esfuerzos de tracción y la cara opuesta a compresión. La tensión σ se considera constante a través del espesor de la cara y no se producen estados de cizalla fuera del plano de la misma (Figura F.13). El núcleo separa las caras y transfiere los esfuerzos de cizalla entre las caras para hacer que el panel trabaje de una manera homogénea. Por tanto, no sufre ninguna deformación por flexión, aunque la tensión tangencial  es constante a través del espesor del núcleo. Pág. 134 Anexo F Fig. F.14. Esfuerzos en la viga en voladizo. Fig. F.15. Variación de las propiedades de rigidez de un panel sándwich con el espesor del núcleo. Para verificar dichos trabajos se debe proceder a calcular los posibles modos de fallo de la viga al estar en servicio, no obstante, en primer lugar se verificará que la configuración de panel diseñado es la más optima para la función a realizar. F.4.1 Optimización del diseño Las dimensiones consideradas hasta ahora de los elementos del panel sándwich han sido definidas a partir de los requisitos solicitados por la butaca, como el caso de la longitud L=0,750m y el ancho b=0,440m del panel, o bien por los estándares existentes en el mercado como los espesores de la cara y el núcleo, c e=0,9mm y n e=12,7mm respectivamente. Sin embargo, se debe garantizar que los valores tomados son los adecuados, contribuyendo así al uso de la cantidad de material óptima y por tanto, ajustando la contribución de peso. Para ello se debe tener en cuenta que en un panel sándwich la relación entre el espesor del núcleo y las propiedades mecánicas es exponencial, es decir, una pequeña variación del espesor del núcleo conlleva a cambios bruscos en las propiedades del panel, tal y como muestra la Figura. F.15. Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 135 Por tanto, se ha procedido a calcular los espesores óptimos para las caras y núcleo a partir de los objetivos marcados en el proyecto. En primer lugar, y considerando las propiedades mecánicas obtenidas tras la caracterización de las caras y núcleo en apartados anteriores, se ha procedido a definir la rigidez a flexión equivalente eq EI)( y la rigidez a cortadura equivalente, eq AG)( del panel. Observando la Ec. F.28 correspondiente a la rigidez a flexión del panel, el primero y segundo términos describen la rigidez de las caras y del núcleo del panel, respectivamente, mientras el tercer termino añade la rigidez de las caras respecto el núcleo del panel.     21212 2),( 233 cnc c n n c ccneq eeeb E eb E eb EeeEI       (Ec. F.28) Para un buen diseño del panel, se debe considerar la aproximación de que el espesor del núcleo es muy superior al espesor de la cara, cn ee  , por tanto, los dos primeros términos son menospreciables y al considerar que hen  la rigidez a flexión equivalente queda tal y como se muestra en la Ec. F.29.   2 ),( 2 nc ccneq eeb EeeEI   (Ec. F.29) El valor de la rigidez a cortadura equivalente viene definida por la Ec. F.30. n n cneq e hbG eeAG 2 ),(   (Ec. F.30) Donde teniendo en cuenta la siguiente relación, nc eeh  2 (Ec. F.31) y considerando nuevamente la aproximación de los espesores, se obtiene la Ec. F.32. nncneq GebeeAG ),( (Ec. F.32) La rigidez de la viga, ),( cn eeP  , viene definida por la Ec. F. 33, Pág. 136 Anexo F Tabla. F.16. Restricciones de vigas. 1 21 3 ),(),( ),(          cneqcneq cn eeAGB L eeEIB L eeP  (Ec. F.33) donde B1 y B2 son constantes dependientes de la geometría del panel, con un valor de 3 y 1, respectivamente, para una viga en voladizo con carga puntual según muestra la Tabla. F.16. Tipo de viga/Modo de carga B1 B2 B3 B4 En voladizo, carga puntual en el extremo (P) 3 1 1 1 En voladizo, carga uniformemente distribuida (P/L) 8 2 2 1 Apoyada en Tres puntos, carga central (P) 48 4 4 2 Apoyada en Tres puntos, carga uniformemente distribuida (P/L) 384/5 8 8 2 Empotrada, carga central (P) 192 4 8 2 Empotrada, carga uniformemente distribuida (P/L) 384 8 12 2 Para el diseño del panel sándwich con la optima combinación de espesor de cara y núcleo, también es necesario definir la rigidez de diseño del panel, Ec. F. 34, donde se ha fijado el valor correspondiente a la carga puntual en una unidad de medida. mNxP /500.1  (Ec. F.34) La ecuación de la rigidez de la viga es compleja de resolver desconociendo el valor apropiado de los espesores, por tanto se ha procedido a adoptar la ecuación raíz.            c cn neL xP eeP rootey , ),( )(   (Ec. F.35) Sustituyendo los valores correspondientes a la rigidez a flexión y a la cortadura, la función es invertida dando el valor del espesor de la cara directamente en términos del espesor del núcleo y la rigidez de diseño. Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 137 Fig. F.17. Relación de espesores en el panel sándwich para un núcleo mínimo. 1 2 2 1 21 1 2 )(          L e xP GbBL eE G B B ey n n nc n n  (Ec. F.36) Representando gráficamente, Fig. F.17, la curva correspondiente a la restricción de rigidez, según la Ec. F. 36 y considerando el valor de espesor mínimo para el núcleo, Ec. F. 38, se obtiene que el valor mínimo de espesor del núcleo a partir del cual el espesor de la cara es positivo, tiene un valor de 0,0618mm, Ec. F.39. cmcmcmen5,5,0,1,0 (Ec. F.37) bGB LxP e n n   2 min  (Ec. F.38) m mmN mmN en5 26 min 1018,6 44,0/1037,411 75,0/500.1      (Ec. F.39) 01234 0 1 2 Núcleo Cara 3 0.048 yc() mm 4.90c cm Siguiendo el objetivo primordial del estudio de minimizar el peso, la formula utilizada para optimizar el diseño y denominada “función objetivo”, es la mostrada en la Ec. F.40., donde g es la aceleración de la gravedad. Pág. 144 Anexo F El valor más pequeño de P será la carga crítica de pandeo y vendrá dado por el valor más pequeño de  . Para el caso particular de una viga en voladizo, las condiciones de contorno son 0)( 1LM (Ec. F.66) 0)( 1LV (Ec. F.67) 0)0(  dx d  (Ec. F.68) 0)0(   (Ec. F.69) 0)0( 0 dx d  (Ec. F.70) 0)0(º   (Ec. F.71) lo que implica que 0)()( 2 3 3        L dx d L dx d    (Ec. F.72) 0)( 2 2L dx d  (Ec. F.73) aplicando estas condiciones a la ecuación F.65 se puede llegar a obtener el valor de la carga crítica que viene dado por IE L Pf l 2 2        (Ec. F.74) Para poder resolver la Ec. F.7.4 se debe calcular previamente el valor de la rigidez a flexión del panel ( IE f l), determinado por las propiedades de la caras, según la siguiente ecuación: 2 2bheE IE cc f l (Ec. F.75) Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 145 Fig. F.23. Fallo por cortadura en el núcleo. Por tanto, se obtiene un valor aproximado de rigidez a flexión del panel de 359,50N·m2. 2 229 50,359 2 440,0)0156,0(0008,0/1037,8 mN mmmmN IE f l   (Ec. F.76) Calculando finalmente la carga crítica de la viga en voladizo, al sustituir los valores correspondientes en la Ec. F.48 NmN m P575.11059,3 750,02 22 2           (Ec. F.77) Considerando el valor de carga crítica de pandeo obtenida, 1.575N, y la carga máxima ejercida sobre la butaca, 1.500N, se obtiene que el panel sándwich diseñado no sufrirá pandeo ya que aporta un 5% de coeficiente de seguridad. F.4.2.3 Fallo por Cortadura en el núcleo El fallo típico de una configuración de viga en voladizo es el causado por cortadura en el núcleo. El núcleo debe tener suficiente resistencia para resistir los esfuerzos de cortadura. Además el adhesivo debe tener una resistencia suficiente para transmitir los esfuerzos de cortadura al núcleo. El cálculo del esfuerzo cortante que soporta el núcleo nido de abeja de aramida se realiza mediante la Ec. F.78. hb F n  (Ec. F.78) Donde F es el coeficiente del esfuerzo cortante máximo del núcleo, definido por el tipo de viga, siendo el valor equivalente a la carga P ejercida. Siendo el valor de los esfuerzos cortantes del núcleo de 0,219Mpa. Pág. 146 Anexo F Fig. F.24. Fallo por pandeo local tipo dimpling. 25 /1019,2 440,00156,0 500.1 mN mm N n    (Ec. F.79) Por tanto, tomando como referencia el límite de resistencia del núcleo, 0,24Mpa, se obtiene que los valores de esfuerzos cortantes se sitúan por debajo de él, y con un factor de seguridad próximo a un 9%, por consiguiente, la configuración de panel diseñada no fallará por cortadura en el núcleo. F.4.2.4 Fallo por dimpling Cuando el núcleo está hecho de nido de abeja, la unión entre caras y núcleo se realiza solamente en los bordes externos de las celdas. Por lo tanto cuando las caras están sometidas fuertemente a compresión el fenómeno de pandeo se produce en los tramos de cara libres entre las celdas. A este fenómeno se le conoce como “dimpling” y depende fuertemente del módulo elástico en dirección longitudinal y espesor de la cara y del tamaño de la celda del núcleo. Una formula empírica para determinar la tensión critica por “dimpling” es 2 2)1( 2          celda c c c crd S eE   (Ec. F.80) donde celda S da cuenta del tamaño de celda del nido de abeja dado por el diámetro del círculo inscrito y con un valor de 6 mm. Obteniendo que el esfuerzo de compresión mínimo a partir del cual las caras se verán sometidas al efecto de dimpling, corresponde a 3.200MPa, tal y como muestra la Ec. F.81. 29 2 2 29 /1020,3 006,0 0008,0 )29,01( /1045,82 2mN m mmN crd            (Ec. F.81) Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 147 El valor obtenido de tensión crítica garantiza la estabilidad estructural y dimensional del laminado, y por tanto del panel sándwich, ya que en un principio, la carga máxima a la cual estará sometida la butaca en condiciones normales es de 1.757Mpa. F.4.2.5 Fallo por flecha excesiva La máxima flecha calcula el desplazamiento máximo que el panel puede tener al ser sometido a esfuerzos máximos, tanto a flexión como tensión. Para su valor corresponde a la suma de las flechas de ambos esfuerzos (Ec. F.82): nc fff   max (Ec. F.82) Siendo la flecha debida a la flexión: IE PLk ff l f c 3  (Ec. F.83) Y la flecha debida a la deformación: n cn c nbehG PLk f)(   (Ec. F.84) Por tanto, behG PLk IE PLk f cn c f l f )( 3 max   (Ec. F.85) Considerando que los coeficientes de flexión y ,cortadura, f ky c k, son dependientes del tipo de viga, correspondiente a un valor de 1/3 y 1, respectivamente, para una viga en voladizo con carga puntual en el extremo, Tabla. F.25. La ecuación queda de la siguiente manera: behG PL IE PL f cn f l)( 1 3 3 max    (Ec. F.86) Finalmente, al sustituir los datos correspondientes, se obtiene un valor de flecha máxima de 6,30cm. Pág. 148 Anexo F mmmmN mN mN mN f440,0)0008,00156,0(/1037,41 750,01500 50,3593 )750,0(1500 262 3 max       (Ec. F.87) mmmf 063,01018,4059,0 3 max   (Ec. F.88) Dicho valor parece excesivo, pero se debe recordar que los esfuerzos máximos considerados proceden de una situación crítica donde la viga en voladizo, que simula el respaldo de la butaca, recibe una carga concentrada en su extremo. En un escenario más usual, la carga es distribuida triangularmente a lo largo de toda la longitud de la viga, ya que los esfuerzos vienen originados por el pasajero al apoyarse en el respaldo. Partiendo de la E. F.85 y considerando los parámetros particulares de una viga en voladizo con carga distribuida triangularmente, Tabla F.25, se ha procedido al cálculo de su correspondiente deflexión. behG PL IE PL f cn f l)(3 1 15 3 max    (Ec. F.89) Para ello, se debe tener en consideración que la fuerza máxima ejercida ya no corresponde directamente a la carga, F, sino que rige la Ec. F.90. 2 bF P  (Ec. F.90) Por tanto, con un valor de 330Nm. Nm mN P330 2 440,0500.1    (Ec. F.91) Obteniendo que la deflexión es de 2,6cm. behG PL IE PL f cn f l)(3 1 15 3 max    (Ec. F.92) mmmmN mN mN mN f440,0)0008,00156,0(/1037,413 750,0330 50,35915 )750,0(330 262 3 max       (Ec. F.93) mmmf 026,01006,3026,0 4 max   (Ec. F.94) Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 149 Tabla. F.25. Parámetros dependientes del tipo de viga. Pág. 150 Anexo F Fig. F.26. Configuración de panel sándwich diseñado. F.4.3 Densidad Por último, se ha calculado la densidad correspondiente a la configuración de panel sándwich diseñada, Figura F.26. Para ello se ha vuelto a utilizar la ecuación de la Ley de las Mezclas empleada anteriormente, Ec. F.16, con las variantes correspondientes nncc ff     (Ec. F.95) donde los subíndices c y nindican propiedades correspondientes a las caras y al núcleo respectivamente, y considerando la densidad del adhesivo negligible. Obteniendo que el panel sándwich tiene una densidad de 931Kg/m3. 333 g/m931g/m24 3 1 g/m384.1 3 2KKK   (Ec. F.96) La baja densidad proporciona altos valores de módulos específicos y resistencia especifica. NÚCLEO Nido de Abe j a HRH-10 ADHESIVO Redux 610 CARA Fibra de Carbono Torayca 7000SC 24K Resina E p oxi DGEBA D.E.R.TM331TM Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 151 G Reducción de masa Tras las medidas adoptadas en el rediseño de los componentes, la masa de dichos elementos ha sido reducida considerablemente. A continuación en la Tabla. G.1 se muestran los masas de los componentes correspondientes a la butaca existente y al nuevo diseño de butaca ligera. Componentes Cantidad (un.) Masa (Kg) Butaca existente Butaca Ligera Butaca existente Butaca Ligera Butaca existente Butaca Ligera Armazón - 2 - 8,80 - Pies - 2 - 0,80 - - Base horizontal - 1 - 3,20 Flancos Laterales - 2 - 1,40 - Flanco Central - 1 - 0,70 - - Marco Superior - 2 - 3,65 - Marco Inferior - 2 - 3,28 - Base Asiento - 2 - 1,59 Marco Interno Apoyacabezas - 2 - 0,80 - Marco Interno Respaldo-Asiento - 2 - 5,00 - Apoyabrazos Lateral 2 4 0,80 2,40 Apoyabrazos Central - 1 - 0,50 - Reposapiés 2 2 1,60 1,20 Mesa 2 2 2,40 1,41 Revistero 2 2 0,10 0,10 Cojín Apoyacabezas - 2 - 0,40 - Cojín Respaldo - 2 - 1,20 - - Cojín Respaldo-Apoyacabezas - 2 - 1,40 Cojín Asiento 2 2 1,60 1,60 Pág. 152 Anexo G Tabla. G.1. Masa relativa a las Butacas. Tapizado Apoyacabezas - 2 - 0,40 - Tapizado Respaldo - 2 - 1,00 - - Tapizado Respaldo-Apoyacabezas - 2 - 1,20 Tapizado Asiento 2 2 0,80 0,80 Tapizado Apoyabrazos Lateral 2 4 0,80 1,60 Tapizado Apoyabrazos Central - 1 - 0,60 - Mecanismo de Declinación 2 2 0,40 0,40 Elementos de Fijación 2 2 1,50 0,40 Masa Total por Butaca (Kg) 31,60 24,24 Reducción de masa 7,36 Kg Estudio de viabilidad en la reducción de peso en butacas de pasajeros para HST Pág. 153 Tabla. H.1. Consumo total energía primaria *pasajero-km en el recorrido Paris-Marsella para distintos medios de transporte H Análisis Ambiental H.1 Eficiencia energética La aparición de trenes de alta velocidad ha provocado un debate en la sociedad respeto el uso de este medio en ciertos trayectos anteriormente realizados con otros medios tales como el coche o el avión. Existen diferentes tipos de variables que fomentan la opinión de los usuarios, comodidad, coste, duración del viaje, etc. Siguiendo en la línea de los factores anteriormente mencionados para el cálculo de consumo energía primaria y con la finalidad de situar en contexto al tren de alta velocidad entre los medios de transporte más comunes, se ha realizado un análisis comparativo entre los trenes de alta velocidad TGV y futuro AGV con el resto de medios de transporte. Para ello, se tendrá en cuenta un quinto factor extrínseco que influye en el consumo de energía y que va muy estrechamente unido a la velocidad, se trata de la geografía del trayecto. Este factor repercute sobretodo en medios de transporte terrestres, tales como el automóvil, donde se debe seguir un trayecto establecido con intersecciones y obstáculos que conllevan a variar la velocidad bruscamente y por tanto, a consumos superiores de energía. Por ello, es muy importante a la hora de comparar medios de transporte el realizar un análisis objetivo, teniendo en cuenta la realidad, con la finalidad de obtener consumos reales para todo los medios. Partiendo de datos obtenidos en estudios de ADEME (Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie), [49], se ha procedido a calcular para un recorrido existente, ParisMarsella, los consumos de energía asociados a los medios de transporte más común: automóvil, avión y tren de alta velocidad. Modelo Distancia Ocupación media Kwh/km Neto Kwh/km Total Kwh/pas-km Total Automóvil [1] 769 km 1,7 0,73 0,94 0,56 Avión [2] 634 km 104 48,87 63,53 0,61 Tren Alta Velocidad 3] 790 km 445 19,24 57,73 0,13 [1] [2] Resultados calculados a partir de los datos obtenidos en el existente recorrido París-Marsella, fuente: ADEME. [3] Cálculos medios basados en trenes de alta velocidad TGV-AGV para el existente recorrido París-Marsella. Fuente datos técnicos : Alstom Transport.