Nuevos materiales para construir aviones más ‘verdes’ y eficientes

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Los materiales utilizados en la fabricación de aeronaves han cambiado significativamente desde la construcción del primer artilugio volador. Ahora se trata de dar ligereza y resistencia a los aviones y hacerlos mas “verdes” y menos contaminantes.

Con el objetivo de que haya menos resistencia a las fuerzas gravitacionales, los materiales utilizados para la construcción de aeronaves deben ser muy livianos, pero también tienen que cumplir con otros requisitos: tener una alta resistencia específica y soportar cambios de temperaturas (frío y calor), corrosión y agrietamiento.

En sus primeros días, los aviones se construyeron utilizando madera y tejidos, pero estos materiales estaban sujetos a un rápido deterioro y a un alto costo de alto mantenimiento. Allí comenzó la búsqueda de mejores materiales. En la actualidad estos enormes aparatos se fabrican con metales ligeros como el aluminio, el acero y el titanio.

¿Qué se emplea en la actualidad?

El aluminio se utiliza debido a su baja densidad (2,7 g / cm3), a sus propiedades de alta resistencia, a que posee una buena conductividad térmica y eléctrica, eficacia tecnológica y alta resistencia a la corrosión. Pero debido a que puede disminuir su resistencia a altas temperaturas, no se emplea en la superficie externa de un avión.

El acero es una aleación de hierro y carbono y puede ser tres veces más fuerte, pero más pesado, que el aluminio. Por lo general se emplea en la construcción de los trenes de aterrizaje debido a su resistencia y dureza y en la capa más externa de las aeronaves por su alta resistencia al calor.

El titanio y sus aleaciones se utilizan comúnmente en las aeronaves debido a que sus propiedades de resistencia a la deformación, a las temperaturas y a la corrosión son superiores a las del acero y el aluminio, a pesar de ser más caro y se emplea en conjuntos de paneles, turbinas, alas giratorias, en los sistemas hidráulicos, etc.

Otro tipo de materiales que también se eligen son los llamados “compuestos” (con base de diferentes tipos de resinas) gracias a su alta resistencia a la tracción y a la compresión, su bajo peso y su calidad de no corrosivos.

Estos mejoran la eficiencia del combustible y el rendimiento de la aeronave y disminuyen los costos directos, tanto en la construcción como en el mantenimiento. El más común es la fibra de vidrio sobre una matriz de resina.

Las desventajas del uso de este tipo de materiales es que si hay una avería, la reparación debe ser inmediata y los costos de las mismas suelen ser muy altos y que en caso de incendio, las resinas despiden gases altamente tóxicos. 

Futuros materiales

El magnesio ha ido ganando popularidad debido a los nuevos desarrollos con respecto a sus propiedades, ya que es un metal ligero y de gran maleabilidad, pero de baja resistencia a la corrosión y alta inflamabilidad.

Varios estudios de investigación han avanzado en el desarrollo de aleaciones de magnesio que pueden cumplir con los requisitos de inflamabilidad, de corrosión y de normativa aeroespacial y lograron levantar la prohibición del uso de magnesio; gracias a su bajo peso, alta resistencia y ductilidad, las aleaciones de magnesio mejoran la eficiencia de las aeronaves.

Los laminados de fibra de metal (FML) tienen alta resistencia, baja densidad y alto módulo de elasticidad con tenacidad mejorada, resistencia a la corrosión y al fuego y soporte contra la fatiga de los materiales, además de pesar mucho menos que otras estructuras metálicas.

Para construir un componente con FML la cantidad de material siempre es menor que si se lo hiciera con los elementos “convencionales”, con lo cual se logra que el costo en la construcción y mantenimiento de aeronaves se reduzca drásticamente.

Otros materiales que pueden mejorar el rendimiento y reducir el coste de fabricación de aviones son el aluminio reforzado y los compuestos de matriz cerámica (CMC).

El primero tiene un 25% más de resistencia a la tracción que las aleaciones de aluminio de alta resistencia, soporta mejor la fatiga, es más duro  y como su peso especifico es menor disminuirá el peso de la aeronave y reducirá el consumo de combustible.

Los CMC tienen una resistencia a temperaturas superior a la de otros materiales. Su utilización en CFM LEAP (motor turboventilador de alta derivación) ha reducido el consumo de combustibles hasta en un 16%.

Nanomateriales al poder

Boeing tiene intenciones de emplear un nuevo producto llamado Microlattice que se inspiró en la estructura de los huesos humanos y está compuesto por tubos huecos interconectados, cada uno de los cuales tiene una pared que resulta 1000 veces más fina que un cabello humano.

Sostienen que es tan resistente, que si se envolviera un huevo crudo en dicho material, resistiría una caída desde 25 pisos envuelto en el material, al tiempo que aseguran que es la estructura de metal más ligera del mundo por que es hueca en un 99,99%.

Las láminas del tipo “Nanohíbrido adaptativo” (NAHF-X) tienen buenas propiedades estructurales, eléctricas y térmicas y se incorporan fácilmente a una base de resina, por lo que pueden producirse como hojas continuas y adaptar los tamaños a las necesidades constructivas.

Estas láminas ya están siendo utilizadas en pequeños vehículos aéreos no tripulados (UAV) ya que se reduce drásticamente el peso y la NAHF-X sirve para fabricar los sistemas de energía, los de comunicaciones y los sensores de la aeronave.

Una reflexión final

Tanto en el campo de la nanotecnología como en los demás materiales se está trabajando en firme para conseguir elementos constructivos que sean cada vez más resistentes y a la vez eleven los índices de seguridad de las naves.

La idea es tener en el futuro aeronaves más baratas, con un menor costo de mantenimiento y que consuman poco combustible (que es un alto emisor de gases tóxicos y de efecto invernadero) y por tanto sean más ecológicas.

(Fuente: Ecoticias)