cáscara sándwich

Un panel sándwich es un panel compuesto en capas construido uniendo un material de núcleo grueso y de baja densidad entre dos capas exteriores delgadas y de alta resistencia. El núcleo soporta las cargas verticales y resiste el cizallamiento, mientras que las capas exteriores resisten la flexión y las tensiones de tracción. Esta geometría logra altas relaciones rigidez-peso imposibles con paneles sólidos de igual espesor, lo que hace que los paneles sándwich sean valiosos en aplicaciones aeroespaciales, marinas y civiles donde la eficiencia estructural es importante.

Los materiales del núcleo varían según la aplicación y las necesidades de rendimiento. El poliestireno expandido (EPS) y la espuma de poliuretano son baratos y ligeros, pero de baja resistencia. La espuma fenólica ofrece una mejor resistencia al fuego. El poliisocianurato rígido añade aislamiento térmico. Los núcleos de nido de abeja, típicamente de aluminio o papel de fibra de aramida, proporcionan una rigidez superior y pueden soportar temperaturas de trabajo más altas. Los núcleos de madera de balsa aparecen en embarcaciones marinas y palas de turbinas eólicas donde la resistencia a la humedad y la vida a la fatiga son críticas. Los núcleos de celosía y corrugados son menos comunes, pero reducen aún más el peso en estructuras de ingeniería.

Los materiales de las capas exteriores deben unirse eficazmente al núcleo y soportar las cargas superficiales. La chapa de aluminio, típicamente de 0,063 a 0,25 pulgadas de espesor dependiendo del vano y la carga, domina las aplicaciones industriales. Las capas de polímero reforzado con fibra de vidrio (GFRP) son adecuadas para entornos corrosivos. Los compuestos de fibra de carbono aparecen en la industria aeroespacial, donde las penalizaciones por peso son costosas. La unión entre la capa exterior y el núcleo es típicamente adhesivo epoxi o de poliuretano; la delaminación, la separación de la capa exterior del núcleo, es el principal modo de falla en servicio y la razón por la cual el control de calidad durante la fabricación es crítico.

Por qué y dónde funcionan los paneles sándwich

Los paneles sándwich sobresalen en aplicaciones que requieren grandes vanos sin soporte con un peso mínimo. Los fuselajes de aviones, las palas de rotor de helicópteros y las estructuras de satélites los utilizan rutinariamente. En la construcción civil, los paneles sándwich forman sistemas de paredes y techos aislados, especialmente en sistemas de construcción modular o prefabricados. Las embarcaciones marinas los utilizan para reducir el peso y mejorar la economía de combustible. La penalización es un mayor costo inicial de material y mano de obra en comparación con los paneles sólidos, por lo que la tecnología tiene sentido económico solo cuando el ahorro de peso justifica el gasto o cuando el valor de aislamiento del núcleo agrega valor funcional.

El espesor y la densidad del núcleo se eligen para evitar el aplastamiento del núcleo y el arrugamiento de la cara bajo compresión, y para asegurar que la unión adhesiva pueda manejar las tensiones transmitidas de la capa exterior al núcleo. Los paneles sándwich típicos en la construcción varían de 4 a 12 pulgadas de espesor total; las estructuras aeroespaciales a menudo son más delgadas con núcleos más rígidos y costosos. El daño local, como un impacto o una perforación, puede atrapar humedad en el núcleo, promoviendo la pudrición (en núcleos de madera) o la corrosión (en núcleos de metal), por lo que se diseñan selladores de bordes protectores y vías de drenaje en instalaciones a largo plazo.