Alfredo Güemes, catedrático en la ETSI Aeronáutica y del Espacio de la UPM, dirige uno de los cursos que se celebran en La Granja. En una entrevista desgrana las peculiaridades de los materiales compuestos y apunta a hacia dónde se dirigen con el objetivo de conseguir materiales aún más «inteligentes» con una eficiencia estructural sólo limitada por nuevos hallazgos tecnológicos.
Hace unos años la irrupción de los materiales compuestos suponía una revolución en la industria, pero ya estamos hablando de materiales inteligentes, ¿cómo ha sido la evolución de los unos hacia otros?
Los materiales compuestos son materiales construidos ‘a medida’ para la aplicación en la que van a ser utilizados, con mejores propiedades en las direcciones que más se necesita. La inteligencia es una propiedad única del ser humano. La madera tiene propiedades direccionales, y además, cuando está en el árbol, es autoreparable, y sensible a las acciones exteriores, y sin embargo, nadie lo definiría como material inteligente. Cuando se habla de materiales inteligentes se refieren a estructuras o materiales con capacidad sensorial y activa, es decir, que a diferencia de las estructuras convencionales, pueden reconocer la solicitación a la que están sometidos, e informar si está próximo a la carga máxima que soportan.
¿El uso de materiales inteligentes da la vuelta al sistema productivo, es decir, se fabrica el material una vez ya se ha definido cuál es el diseño más eficiente de un producto concreto?
Efectivamente, esto ya ocurría con los materiales compuestos, que se construyen a medida con la estructura, dando la orientación necesaria a las fibras. E igualmente ocurre con los materiales sensoriales, donde la posición y número de sensores va a depender de la geometría de la estructura.
Los materiales compuestos están sustituyendo a los convencionales en la industria aeroespacial, ¿qué porcentaje de una aeronave comercial está hecha de material compuesto? ¿Qué materiales predominan y en qué elementos del avión?
En los diseños más recientes, Airbus A350 y Boeing 787, el porcentaje en peso de la estructura de CFRP (Carbon Fibre Reinforced Plastics) es ligeramente superior al 50%. En los aviones del futuro van a participar todos los tipos de materiales, ya que los requerimientos van cambiando según la función estructural, por ejemplo, alta tenacidad en el tren de aterrizaje, alta rigidez en las superficies móviles…
¿Qué son los materiales con control de forma?
Son principalmente aleaciones níquel-titanio, materiales que se pueden deformar plásticamente, pero que al calentarse recuperan la forma original. Tienen además otras propiedades, como comportamiento superelástico. Se conocen desde hace más de 30 años, pero no han encontrado muchas aplicaciones industriales.
¿Cómo funcionan los materiales autorreparables?
El mejor ejemplo es el caucho en los neumáticos sin cámara (tireless), capaces de cerrar un pinchazo para evitar la pérdida de presión. En esta aplicación, el flujo de aire arrastra material, cerrando temporalmente la salida. La autoreparación de propiedades estructurales está todavía en una etapa muy básica.
¿Podríamos ver en un futuro un avión que se repare en pleno vuelo si sufre un fallo estructural?
Siendo muy futurista, podemos imaginar que el computador de a bordo sea capaz de informar al piloto de daños estructurales, de las maniobras que puede realizar y de la posibilidad de superviviencia. Pero ni siquiera en ‘La guerra de las galaxias’ se planteaba una autoreparación en pleno vuelo.
El sector aeroespacial siempre va a la cabeza en el uso de este tipo de materiales, pero ¿en qué otros elementos de la vida cotidiana se pueden encontrar?
Posiblemente sean otros sectores los que inicien las aplicaciones industriales a gran escala. Por ejemplo, el mantenimiento de aerogeneradores, sobre todo los off-shore, es extraordinariamente costoso, y disponer de un sistema de alerta, que tome decisiones en caso de inicio de daño estructural, será una gran ventaja. En la actualidad, estos sistemas se emplean ya en plataformas petrolíferas.
El curso se titula ‘El primer paso hacia el internet de las estructuras’, ¿qué supone que los materiales informen de su estado durante la vida útil de un producto?
En la actualidad, las estructuras son inertes, solo cuando se ha producido el fallo catastrófico se hace evidente la sobrecarga a la que estaba sometida. Eso obliga a hacer diseños muy conservativos, de manera que las cargas máximas estén muy por debajo de su capacidad estructural (en aeronáutica se emplea un factor de seguridad 1,5 sobre la peor condición imaginable de vuelo, pero en otras estructuras, como edificación, factores de 10 no son extraños). En una estructura que mida la carga a la que está sometida, y que además lo compare no con sus capacidades iniciales, sino con su resistencia real, va a cambiar significativamente tanto el diseño como el mantenimiento de las estructuras.
El curso se cierra con una mesa redonda de expertos del ámbito académico y del ámbito industrial, ¿cómo pueden colaborar entre sí?
El leitmotiv de la Universidad es la búsqueda de conocimiento, pero en las ingenierías este conocimiento debe estar orientado a solución de problemas prácticos. Y estas soluciones, cuando ofrecen beneficios económicos, es lo que hace objeto de la actividad industrial. Para impulsar la colaboración se necesita el conocimiento mutuo de lo que se hace en ambos ámbitos, el académico y el industrial.
