La importancia del grafeno en la revolución de la aviación y del sector aeroespacial


Desde los importantes avances realizados por los investigadores de la Universidad de Manchester Andre Geim y Konstantin Novoselov, ganadores del Premio Nobel de Física de 2010, el grafeno ha sido elogiado como un material de gran utilidad para su implementación en la ingeniería moderna, prometiendo revolucionar los campos como la electrónica y la fabricación de aviones.

Desde entonces, se ha ido avanzando lentamente en su utilización con la ayuda financiera de multitud de gobiernos. De hecho, el Reino Unido, reconociendo el potencial de este material, se comprometió con 25 millones de euros en diciembre de 2012 para ayudar a su comercialización. Posteriormente se estableció el Graphene Flagship, integrando 74 organizaciones de 17 países europeos, con la promesa de una inversión de 100 mil millones de euros en diez años para facilitar la comprensión del material y sus usos.

Ligero, más fuerte que el acero y maleable, este material basado en carbono ha sido propuesto para su uso en varios campos, pero quizás entre los propuestos, los mayores avances se encaminan al sector aeronáutico.

Compuesto de carbono puro, los átomos del grafeno están dispuestos en patrones regulares hexagonales de una manera similar al grafito. Los átomos están densamente empaquetados en una red cristalina en forma de panal, aumentando la resistencia del material sin dejar de ser muy ligero. Para que puedas hacerte una idea, un metro cuadrado de grafeno pesaría tan solo 0,77 miligramos. Aunque el ligero peso del grafeno no debería engañar a nadie, ya que tiene una resistencia a la rotura 100 veces mayor que una capa de acero del mismo espesor, ¿sorprendido?.

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El director de investigación de la Universidad de Tecnología de Sydney, Ali Reza Ranjbartoreh, supervisó el desarrollo del papel de grafeno, demostrando su capacidad de ser remodelado y reformado desde su estado original de materia prima. Anunciando el material como “más ligero, más fuerte, más duro y más flexible que el acero”, Ranjbartoreh afirmó que el grafeno podría ser un material ideal para el desarrollo de aviones más resistentes y ligeros.

Este hecho no ha pasado desapercibido para la industria aeroespacial. De hecho, Airbus es uno de los patrocinadores del Graphene Flagship, lo que atestigua el enorme interés que el sector aeronáutico está demostrando, sin olvidarnos de que Boeing también está invirtiendo en el uso de materiales compuestos en la fabricación de aviones, un tipo de material que comprende ya hasta el 50% de la estructura primaria del 787 Dreamliner diseñado por la compañía.

Desde una perspectiva puramente empresarial, el grafeno podría allanar el camino para una industria aeroespacial mucho más firme a pesar de la recesión económica actual. La premisa de materiales más ligeros pero lo suficientemente fuertes como para ser utilizados en la fabricación de aeronaves, significa que no sólo los aviones podrían ser diseñados para ser más grandes y con mayor capacidad para pasajeros, sino que también podrían funcionar con mucho menos combustible.graf006

Además, las propiedades casi únicas de grafeno hacen que sea ideal para su uso en electrónica. Su enorme flexibilidad proporcionaría la creación de pantallas electrónicas flexibles y ligeras, haciendo que todo el equipamiento que integra el avión en multimedia, sistemas audiovisuales y entretenimiento sea más delgado y ligero resultando en una reducción de peso adicional.

 

Por otro lado, el grafeno podría utilizarse para reemplazar la maraña típica de cables que se instala dentro de un avión debido a su conductividad eléctrica. Un avión comercial convencional puede usar hasta 100 Km de cableado de cobre para transmitir energía y comunicaciones; una carga sustancial para cualquier avión. El potencial de reemplazar con relativa sencillez las típicas instalaciones con cableado nano-reforzado, podría resultar demasiado difícil de resistir, a pesar de ser necesario una mayor comprensión tecnológica de este material.

 

Así mismo, los ingenieros de SAAB han propuesto una forma significativamente más novedosa en la que el grafeno puede ser utilizado dentro de la industria aeroespacial. El hielo ha sido durante mucho tiempo un verdadero problema para los aviones comerciales, en particular los obligados a moverse por aeropuertos con gélidas temperaturas, causando retrasos y cancelaciones de vuelos. Las actuales técnicas de deshielo añaden un peso innecesario a la aeronave, en forma de cables de calefacción fijos dentro de la estructura del avión, o perjudicando al criterio ecológico empleando métodos de deshielo químico, notoriamente perjudicial para el medio ambiente.graf003

 

Aprovechando la utilización de las propiedades conductoras del grafeno enfocadas para su utilización en zonas externas, los ingenieros de SAAB presentaron una solicitud de patente en febrero de 2013 que detalla un proceso de deshielo con grafeno. Las nanoplaquetas de grafeno se mezclan en una resina de polímero, aplicándose al cuerpo de la aeronave y sus componentes para formar un recubrimiento alrededor de ella. Como resultado, una corriente eléctrica podría pasar a través de este revestimiento conductor (ya sea a través de todo el cuerpo de la aeronave o de componentes específicos, tales como las alas), proporcionando calor, que a su vez derrite el hielo.

 

Teniendo en cuenta las propiedades físicas de la resina de grafeno adherido, no produce ningún efecto perjudicial sobre la aerodinámica manteniendo un peso ligero. La alta conductividad de la resina también requiere poca electricidad para ser eficaz, resultando en un consumo de energía extremadamente bajo para toda su capacidad.graf004

No obstante el revestimiento de grafeno también se presta a usos distintos de la protección contra el hielo en aviones, aprovechando el espectro completo de las propiedades que el material posee. La fuerza de cualquier componente recubierto en esta resina se incrementa, una propuesta valiosa dado el coste por el tiempo de inactividad asociado con la reparación de roturas, sin olvidarnos que la naturaleza estratificada de la resina significa que también actúa como un aislante para el calor producido.

 

La superficie exterior también podría proporcionar protección contra rayos, protegiendo además a la aeronave de otros acontecimientos meteorológicos, como lluvias torrenciales, granizo y tormentas de arena. En esencia, la resina podría ser adaptada en capas separadas diseñadas para proporcionar características diferentes, proporcionando como resultado funciones polivalentes de seguridad.graf005

 

La emoción que rodea el grafeno y su potencial para revolucionar los diversos elementos de la industria de la aviación es palpable, pero la expectativa de su utilización en la práctica a corto plazo puede que tenga que esperar. Es necesario otros avances tecnológicos antes de que el grafeno pueda ser separado del grafito de origen natural de forma económicamente viable como para ser utilizado en procesos industriales.

 

Por lo tanto, la inversión en investigación y desarrollo del grafeno en la ingeniería sigue siendo fundamental para producir la tan ansiada revolución en este sector.

 

 

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