MéTODO DE PROTECCIóN DE DEPóSITOS DE COMBUSTIBLE FABRICADOS CON MATERIALES COMPUESTOS CONTRA DESCARGAS ELéCTRICAS

CAMPO DE LA INVENCIóN

La invención se refiere a un método de protección frente a descargas eléctricas provocadas por impacto de rayo en depósitos de combustible fabricados en materiales de baja conductividad eléctrica y en particular a un método para Ia protección de dispositivos tales como tuberías, válvulas ó bombas presentes en su interior.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIóN

Los materiales compuestos ofrecen una alta resistencia eléctrica en comparación con los materiales metálicos. Estos últimos han sido tradicional- mente empleados en el contexto aeronáutico para Ia fabricación de estructuras destinadas al almacenamiento de combustible, dadas sus características mecánicas en relación al peso que presentan estos materiales. La alta resistencia eléctrica inherente en los materiales compuestos provoca un efecto de inducción de gran relevancia en los sistemas internos del tanque de combustible. Dicho efecto induce corrientes eléctricas internas que puede originar fallos o fenómenos catastróficos para Ia integridad estructural global. Los fenómenos relacionados con las descargas eléctricas moderadas o severas producidas en el caso de impacto de rayo y que deben prevenirse en una estructura fabricada en material de baja conductividad eléctrica para asegurar su integridad estructural / malfuncionamiento de alguno de los equipos críticos eléctricos / arcos eléctricos en el interior de tanque son: Puntos Calientes ("Hot Spots"): Ia alta densidad de corriente en ciertas local izaciones puntuales de Ia estructura como uniones o elementos de

intersección puede originar puntos de elevada temperatura. Si esta temperatura excede los 200 ⁰ C (punto de auto ignición del combustible considerado por autoridades F AA/ J AA), el combustible puede alcanzar su punto de inflamación en caso de que esté presente las concentraciones estequiométricas adecua- das en el interior del depósito.

Arcos Eléctricos ("sparking"): el flujo de corriente a través de materiales con distintas resistividades y en ubicaciones geométricamente separadas puede producir diferencias de potencial entre ellos, liberando descargas en forma de arco eléctrico y provocando Ia ignición de combustible / liquido inflamable contenido en Ia estructura.

Malfuncionamiento de equipos eléctricos: las descargas eléctricas producidas por el impacto de rayo dan lugar a grandes niveles de corriente circulando por Ia estructura externa y en consecuencia pueden introducir corriente eléctrica por los sistemas internos bien por derivación o por induc- ción. Estos efectos son capaces de provocar malfuncionamiento en equipos críticos originando un fallo catastrófico.

SUMARIO DE LA INVENCIóN

El objetivo de Ia presente invención está orientado a Ia protección de los depósitos de combustible de aeronaves situados en sus alas y/o estabilizadores fabricados con materiales compuestos y provistos de diversos equipos eléctricos frente a descargas eléctricas pero resulta aplicable a cualquier estructura construida en un material de baja conductividad eléctrica y que posea fluidos inflamables en su interior así como sistemas eléctricos y/o fluido- dinámicos en su interior.

La nueva generación de materiales, y en particular los materiales compuestos de baja continuidad eléctrica, ha propiciado Ia aparición de estructuras en depósitos de combustible con distinto comportamiento mecánico y eléctrico dadas las propiedades inherentes de los materiales empleados en su fabricación. Mientras que el depósito está realizado con materiales no metáli-

eos de pobre conductividad eléctrica, los dispositivos situados en su interior están realizados en materiales altamente conductores, como sucede por ejemplo en un sistema de combustible formado por tuberías de aluminio y equipos de carcasa metálica. Anteriormente ya nos hemos referido a Ia problemática inherente a los potenciales fallos catastróficos derivados de una descarga eléctrica en un deposito de combustible de una aeronave producida en múltiples ocasiones por un impacto de rayo. Cuando las estructuras empleadas se encuentran fabricadas en materiales poco conductores existe un alto riesgo de que Ia corriente circule por los sistemas internos tradicionalmente fabricados en materiales metálicos. Esta situación puede provocar arcos eléctricos, partículas incandescentes internas, puntos calientes o malfuncionamiento de equipos considerados como críticos, originando una potencial fuente de ignición que podría dar lugar a Ia explosión y posterior colapso estructural. La presente invención propone un método para proteger el conjunto de dispositivos metálicos dispuestos en el interior de un depósito de combustible, fabricado total o parcialmente con materiales compuestos, contra descargas eléctricas, mediante el cual: a) se incluye un elemento aislante en los puntos de fijación / sujeción de los dispositivos metálicos al depósito de combustible, para asegurar el aislamiento eléctrico de dichos dispositivos metálicos respecto al depósito de combustible; b) se incluyen insertos aislantes en los dispositivos metálicos lineales de manera que queden subdivididos en partes aisladas entre ellas; c) en cada una de las partes aisladas entre sí del conjunto de dispositivos metálicos se proporciona una conexión con unas subestructuras metálicas de muy baja resistencia.

Otras características y ventajas de Ia presente invención se desprenderán de Ia descripción detallada que sigue de una realización ilustrativa de su objeto en relación con las figuras que se acompañan.

BREVE DESCRIPCIóN DE LOS DIBUJOS

La Figura 1 muestra esquemáticamente Ia aplicación del método según Ia invención a un depósito de combustible provisto de varios dispositivos. La Figura 2 muestra una tubería ubicada en el interior de un depósito de combustible protegida según el método de Ia presente invención.

La Figura 3 muestra un soporte ubicado en Ia pared de un depósito de combustible protegido según el método de Ia presente invención.

DESCRIPCIóN DETALLADA DE LA INVENCIóN

Siguiendo Ia Figura 1 se observa un depósito de combustible 11 fabricado con un material de baja conductividad eléctrica, un dispositivo 13 consistente en una tubería de combustible y un dispositivo 15 consistente en un equipo con una carcasa metálica. El conjunto de dispositivos 13, 15 representa las instalaciones metálicas situadas en el interior del depósito 11 que son necesarias para el manejo del combustible.

De acuerdo con el método objeto de Ia presente invención se incluyen elementos aislantes 21 , que pueden estar realizados con un material plástico, en los puntos de fijación / sujeción de los dispositivos 13 y 15 al depósito 11 para aislar dichos dispositivos 13 y 15 del depósito 11.

En Ia Figura 3 se muestra un ejemplo concreto de elemento aislante 21 en un punto de sujeción de un equipo al depósito 11.

Por su parte, en Ia tubería 13 se incluyen varios insertos aislantes 23 de material no conductor, por ejemplo plástico, delimitando en ella partes 31 , 33 y 35 aisladas entre sí.

En Ia Figura 2 se muestra un ejemplo de inserto aislante 23 en Ia tubería 13 situado entre dos conexiones con una subestructura 25 de potencial de referencia. Finalmente, se proporcionan conexiones de las partes 31 , 33, 35 de Ia tubería 13 y del dispositivo 15, que puede considerarse como una parte

aislada del resto de dispositivos, con una subestructura 25 de potencial de referencia ("0 voltios"). Los dispositivos 13 y 15, que pueden estar sumergidos en el combustible, pueden cargarse hasta ciertos niveles como consecuencia de Ia generación de carga estática tras recibir una descarga eléctrica el depósito 11 , pero dichas conexiones previenen Ia aparición de arcos eléctricos y evitan el incremento de dicha carga hasta niveles de energía admisibles (200 micro-Julios), al drenar Ia carga estática e impedir su acumulación en los componentes del sistema.

El fundamento del método objeto de Ia presente invención reside en evi- tar que Ia corriente Ce que circula por las paredes externas del depósito de combustible 11 como consecuencia de una descarga eléctrica producida, por ejemplo, por el impacto de un rayo, pueda derivarse hacia las zonas internas en las que se encuentran los dispositivos 13 y 15.

Al estar toda Ia instalación interna, formada por los dispositivos 13 y 15, aislada de Ia estructura principal del depósito 11 , el único camino para Ia corriente exterior Ce es el que proporcionan los puntos de conexión a Ia subestructura 25 de potencial de referencia (metálica).

La inductancia y baja sección asociada a dichos puntos de conexión eléctrica y Ia presencia de los insertos aislantes 23 en Ia tubería 13 de com- bustible hace que Ia corriente externa Ce circule hacia el interior a través de derivaciones Cd en niveles muy bajos. De esta forma, Ia única corriente a Ia que se someten a los elementos metálicos del sistema interno al tanque es Ia correspondiente al efecto de inducción Ci.

Por otro lado, los insertos aislantes 23 en las tuberías 13 de combusti- ble ó cualquier otro dispositivo lineal evitan Ia posibilidad de que Ia corriente Ci forme circuitos cerrados en los que circulación de altas densidades de corriente se produzca de forma recurrente.

Los insertos aislantes 23 deben mantener ciertas dimensiones en longitud para prevenir arcos eléctricos. En particular, en los tanques de combustible de aeronaves diseñadas y fabricadas por Airbus el rango de distancias

aplicables que han sido ensayadas y aplicadas se encuentra comprendido entre 25 - 80 mm.

Con el fin de soportar las posibles diferencias de potencial que pueden aparecer ante una descarga eléctrica severa, los insertos aislantes 23 deben estar fabricados en material aislante, capaz de proporcionar una resistencia eléctrica superior a 100 mega-ohmios.

La determinación de los puntos en los que deben ubicarse los insertos aislantes 23 requiere de un estudio pormenorizado de las resistencias existentes en el sistema así como el estudio de los niveles de corriente inducidos en cada región del sistema en el caso mas critico de descarga externa eléctrica. No obstante, se considera como regla general que entre cualquier sección metálica de Ia subestructura 25 (potencial de referencia) y cada parte 31 , 33, 35 de Ia tubería 13 o cualquier otro dispositivo lineal situado en el interior del depósito de combustible 11 dispuesta entre dos insertos aislantes 23 debe existir una resistencia eléctrica inferior a 10 mili-ohmios.

Cabe destacar que en estos insertos aislantes 23 reside gran parte de Ia esencia de Ia técnica que se propone en Ia presente solicitud, dado que evitan que haya altas corrientes eléctricas circulando a través de las partes metálicas pertenecientes a los sistemas internos del tanque de combustible de. En ciertas ocasiones, estos componentes aislantes deben presentar un diseño / material / geometría muy novedoso(a) dado que deben ubicarse en lugares muy reducidos o en tramos de tuberías muy cortas.

La eficiencia de Ia solución solicitada está avalada por diversos ensayos realizados por Ia empresa solicitante en relación con el sistema de combustible ubicado en el estabilizador horizontal de diversos modelos de aviones.

En Ia realización preferente que acabamos de describir pueden introducirse aquellas modificaciones comprendidas dentro del alcance definido por las siguientes reivindicaciones.