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Nuevos materiales para la aviación. Hablamos con Uriel Santoro.

Nuevos materiales CMC - Hablando con Científicos podcast - CienciaEs.com

La primera vez que subí a un avión a reacción no pude evitar asombrarme al imaginar las terribles condiciones que deben soportar los materiales de los motores que lo impulsan. En el interior de los turborreactores se generan enormes presiones y temperaturas elevadas que deben mantenerse durante muchas horas, sin fallo, para seguridad de los pasajeros. Para soportar esas condiciones se utilizan materiales muy especiales por su resistencia y fiabilidad, unos materiales cuya mejora es objeto continuo de investigación.

Los materiales compuestos de matriz cerámica (CMC), figuran entre los mejores para sustituir a los utilizados actualmente en ciertas partes de los turborreactores que se emplean en la aviación. Nos habla de ellos Uriel Santoro, nuestro invitado hoy en Hablando con Científicos, ingeniero de materiales CMC (Ceramic Matrix Composite) en la compañía americana General Electric Aviation.

Los motores a reacción utilizados en aviación funcionan a partir de un principio muy simple, basado en la tercera ley de Newton o principio de acción y reacción. El aire exterior, que se encuentra a una baja presión y temperatura, penetra por el frente del motor donde es comprimido y calentado. Una parte del aire se deriva rodeando a la cámara de combustión y otra penetra en ella. Cuando el aire comprimido llega a la combustión se inyecta el combustible vaporizado y se inflama la mezcla. La temperatura se eleva hasta alcanzar más de 1700ºC, los gases se expanden bruscamente. Los gases se unen al flujo de aire que había sido derivado por el exterior de la cámara y baja su temperatura. Por último, los gases son despedidos por la tobera a gran velocidad y la reacción en sentido opuesto impulsa al avión hacia adelante.

La temperatura que se produce durante la combustión podría fundir las piezas de la turbina del reactor, actualmente fabricadas de aleaciones de hierro y níquel, si no estuvieran refrigeradas gracias a un mecanismo que combina el flujo de gases interno y el aire externo que rodea al reactor. Este mecanismo permite dar una larga vida a las piezas del motor pero tiene el inconveniente de que, al enfriar la mezcla de gases, se pierde eficiencia y aumenta el gasto de combustible. Si las piezas fueran construidas con materiales más resistentes a las altas temperaturas, la pérdida de energía sería menor y aumentaría la eficiencia de los motores. Ésto es lo que se consigue gracias al desarrollo de materiales compuestos de matriz cerámica (CMC).

Uriel Montoro explica qué son los CMCs y las propiedades que le han abierto ya un camino para su uso en motores a reacción, algunos de los cuales están siendo probados en aviones comerciales. Los CMCs superan a las las aleaciones metálicas que se han empleado hasta ahora en varios aspectos. Al ser más resistentes a las altas temperaturas, los CMCs permiten que los motores a reacción puedan funcionar a mayor temperatura, aprovechan mejor la energía y son más eficientes, esto posibilita, además, una reducción en el consumo de combustible. Otra ventaja de los materiales compuestos de matriz cerámica se debe a su baja densidad, al ser más livianos permiten aligerar el peso de los componentes de la turbina en más de un 50 por ciento. Por último, los materiales son inertes a la radiación lo que posibilita su uso en ambientes extremos como son los reactores nucleares y en aplicaciones espaciales.

Uriel Montoro, además de las explicaciones sobre su trabajo actual, cuenta cómo es el camino del investigador que pasa a la industria, un camino ampliamente utilizado por muchos científicos. Estudió nanotecnología en Tijuana, México, y desde allí pasó a investigar en el Laboratorio de Materiales Extremos en la Universidad de California en San Diego. Actualmente es ingeniero de materiales CMC (Ceramic Matrix Composite) en la compañía General Electric Aviation. Os invito a escucharle.


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