La Industria

Evolución de nuevos materiales para aviación.

El desarrollo aeronáutico siempre se ha distinguido por estar a la vanguardia del diseño y una de sus puntas de lanza ha sido el uso de nuevos materiales.

La historia de la aviación, en la búsqueda de disminución de peso y facilidad de diseño, comenzó con la fabricación de aviones y perfiles de ala complejos, con armazón de madera y recubrimientos de telas fabricadas de fibras orgánicas como algodón o fibra de celulosa, plastificados con laca o dope y, más recientemente, con telas de fibras sintéticas como dacrón y poliéster modificado, como el muy conocido oratex.

Sin ir muy lejos, aviones como algunos Pipers, Aeroncas, Stinsons, así como también Maules and Huskys, y acrobáticos como el Pitts Special, ganador de muchas competencias acrobáticas en los años 60 y 70, eran y son de planos entelados.

Pero en los últimos 40 años, debido a los problemas de las telas sometidas a factores ambientales como el sol y la nieve, sobre todo en la aviación comercial que permanece constantemente a la intemperie, el aluminio de alta pureza como las aleaciones aeroespaciales más conocidas y designadas 6061, 7050 y 7075, fue el material más usado por excelencia. Un material resistente, fácilmente maleable, muy liviano y relativamente económico. Pero ese aluminio de alta pureza, usado anteriormente hasta en aproximadamente 70% de todos los componentes de los aviones, incluso parte de los motores, hoy en día ha bajado hasta en casi 20%, siendo remplazado por súper aleaciones de titanio-aluminio (Ti-Al) y aluminio-litio (Al-Li).

En las aleaciones de aluminio que han sido diseñadas para mejorar las características de las aplicaciones de las aleaciones 7050 y 7075 en las que ha sido añadido la resistencia del litio (Al-Li) como el caso de las aleaciones 2090 y 2099 para extrusiones (Ver Alcoa o Arconic), se ha logrado bajar densidad, ganar resistencia al desgaste, alta tolerancia a los daños operacionales y mayor resistencia a la corrosión.

En aquellas partes sometidas a ciclos repetitivos como los trenes de aterrizaje y actuadores lineales, que requieren sufrir constantemente de grandes esfuerzos y a su vez requiriendo disminución de peso, se está usando el ferrium S53, que provee propiedades mecánicas iguales o mejores que los tradicionales aceros de alta resistencia como el SAE-4340 o 300M, pero con la ventaja de mejores propiedades anticorrosivas.

En el caso de la parte más compleja de las aeronaves, como son los motores, en los que los muy eficientes diseños de compresores y turbinas logran que la combustión llegue alcanzar temperaturas por encima de los 2.000° C, y dado que las aleaciones de acero se derriten a casi 1.850° C, han tenido que recurrir a las aleaciones de súper resistencia a temperaturas o por sus siglas en inglés HRSAs, como son las aleaciones de titanio, y de materiales no metálicos como las cerámicas. Igualmente, el uso de las súper aleaciones de aluminio como la de titanio-aluminio (Ti-Al) en los alabes de los compresores y turbinas han logrado mejorar la relación peso potencia, pues estas pesan la mitad de lo que pesan aleaciones de acero-níquel anteriormente usadas en los alabes de motores de jet comerciales, como es el caso de los motores de General Electric del Boeing 787 Dreamliner.

A su vez, la mayoría de los paneles no estructurales y molduras, anteriormente fabricados de plásticos o fibras de vidrio, están siendo elaborados de polímeros reforzados con fibras de carbono o CRFP y paneles de honey comb un símil de panal de abeja por su estructura reticular, pero de materiales como el nomex basado en aramida de DuPont, mucho más livianos y resistentes.

Igualmente se están substituyendo piezas metálicas complejas de difícil maquinado con curvas compuestas o de gran dificultad que requieren luego ensamblaje con uniones adicionales, por piezas de fibras de carbono o CRFP mucho más fácil de elaborar sobre moldes preformados, usando resinas de alta resistencia y fabricadas en cámaras de vacío, integrando piezas unitarias, reduciendo el número de juntas o piezas de fijación, evitando potenciales puntos de fallas.

Emergiendo detrás de las fibras de carbono está apareciendo una nueva generación de materiales como los compuestos de cerámicas (CMCs) con fibra refractaria como el carburo de silicon (SIC) que ofrecen una relación de baja densidad y peso con alta resistencia, pudiendo ser igualmente moldeada en piezas finales terminadas sin posterior maquinado, pero con algo más importante, una gran estabilidad y resistencia térmica y química, substituyendo partes en zonas muy caliente de los motores, como las zonas de cámaras de combustión y escapes.

Toda esta revolución de nuevos materiales también ha requerido de maquinarias más precisa y eficiente para el torneado y fresado con la precisión requerida en la industria aeroespacial, sobre materiales de difícil maleabilidad y alta dureza, lo cual ha sido asumido por la aparición de nuevas herramientas de corte, en maquinaria de tornos y fresadoras de control numérico con medición con rayos láser, con nuevos líquidos y sistemas de enfriamiento, así como el corte por chorro de agua de altísima presión y corte por láser. Todo esto con la asistencia de nuevas tecnologías de diseño y maquinado CAD-CAM asistido por Computadoras. Toda una verdadera revolución industrial en países de primer mundo.

Por Enrique Vélez – El Nacional