Un recipiente a presión con revestimiento compuesto (COPV) es un recipiente que consiste en un revestimiento delgado, no estructural, envuelto con un compuesto de fibra estructural , diseñado para contener un fluido bajo presión. El revestimiento proporciona una barrera entre el fluido y el compuesto, evitando fugas (que pueden ocurrir a través de microfisuras de la matriz que no causan falla estructural) y la degradación química de la estructura. En general, se aplica una cubierta protectora para proteger contra daños por impacto. [1] [2] Los compuestos más utilizados son polímeros reforzados con fibra (FRP), [3] utilizando fibras de carbono y kevlar . La principal ventaja de un COPV en comparación con un recipiente a presión metálico de tamaño similar es su menor peso; sin embargo, los COPV conllevan un mayor costo de fabricación y certificación.
Un recipiente a presión con envoltura compuesta (COPV) es un recipiente que contiene presión, generalmente compuesto por un revestimiento metálico, una envoltura compuesta y uno o más salientes . [4] Se utilizan en vuelos espaciales debido a su alta resistencia y bajo peso. [5]
Durante el funcionamiento, los COPV se expanden desde su estado no presurizado. [6]
Los COPV se fabrican habitualmente enrollando una cinta de fibra de alta resistencia a la tracción impregnada con resina directamente sobre un revestimiento metálico cilíndrico o esférico. Un robot coloca la cinta de forma que las fibras queden rectas y no se crucen ni se enrosquen, lo que crearía una concentración de tensión en la fibra, y también garantiza que haya espacios o huecos mínimos entre las cintas. A continuación, todo el recipiente se calienta en un horno de temperatura controlada para endurecer la resina compuesta.
Durante la fabricación, los COPV se someten a un proceso denominado autofrettage . La unidad se presuriza y el revestimiento se expande y se deforma plásticamente (de forma permanente), lo que da como resultado un aumento de volumen permanente. Luego se alivia la presión y el revestimiento se contrae un poco, quedando sometido a una carga de compresión por la envoltura cerca de su punto de fluencia de compresión. Esta deformación residual mejora la vida útil del ciclo. Otra razón para autofrettagear un recipiente es verificar que el aumento de volumen en los recipientes a presión de una línea de productos se mantenga dentro de un rango esperado. Un crecimiento de volumen mayor de lo habitual podría indicar defectos de fabricación, como huecos en la envoltura, un gradiente de tensión alto a través de las capas de envoltura u otros daños. [5] [7]
Se realizan diversas pruebas e inspecciones en los COPV, incluidas pruebas hidrostáticas , pruebas de vida útil por ruptura por tensión y evaluación no destructiva . [8] [9]
Tres componentes principales afectan la resistencia de un COPV debido al envejecimiento: fatiga cíclica, vida útil de la envoltura y vida útil por ruptura por tensión. [4]
Los COPV pueden estar sujetos a modos complejos de falla. En 2016, un cohete Falcon 9 de SpaceX explotó en la plataforma debido a la falla de un COPV dentro del tanque de oxígeno líquido: [10] la falla fue resultado de la acumulación de oxígeno sólido congelado entre el revestimiento de aluminio del COPV y la envoltura compuesta en un vacío o pandeo. El oxígeno atrapado puede romper las fibras de la envoltura o causar fricción entre las fibras a medida que se hincha, encendiendo las fibras en el oxígeno puro y haciendo que el COPV falle. Una falla similar ocurrió en 2015 en CRS-7 cuando el COPV estalló, lo que provocó que el tanque de oxígeno se sobrepresurizara y explotara a los 139 segundos de vuelo.