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Científicos rusos descubren un método para prevenir fallos en aviones

Los investigadores de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Rusia MISIS (NUST MISIS) presentaron un nuevo método de control sin contacto de tensiones internas en materiales poliméricos y compuestos con el que no solo se pueden diagnosticar fallos, sino también predecirlos.

Este método ayudará a detectar de manera más fácil y barata varios defectos en estructuras fabricadas con materiales compuestos, por ejemplo, los componentes de aviones o cascos de buques. Los resultados de la investigación se publicaron en la revista Journal of Alloys and Compounds.

Los materiales compuestos se usan hoy con frecuencia en el sector del transporte. Para evaluar la calidad y la vida útil de un material es necesario analizar las tensiones internas de toda la estructura —tanto en su etapa de fabricación como durante su uso—. Existen materiales compuestos en los que el nivel de tensiones internas alcanza un 95% del límite de su resistencia, es decir, en caso de que la tensión aumente un poco más, el material se agrieta.

Los polímeros reforzados con fibra de carbono o de vidrio y los materiales compuestos híbridos no tienen un nivel tan alto de tensión interna, pero la tensión suele aumentar debido a las cargas en el proceso de explotación bajo la influencia de factores ambientales y atmosféricos. Esto produce daños en el material y reduce su capacidad de resistencia.

“Los métodos de control del nivel de tensión en las estructuras de materiales compuestos son habitualmente incómodos”, explica el empleado del Centro de Materiales Compuestos de la NUST MISIS, Andréi Stepashkin. “Por ejemplo, varios métodos de control sin contacto —la detección de defectos se hace por ultrasonido, por resonancia acústica— solo permiten detectar los daños que ya se han manifestado y no dan ninguna información sobre el nivel de tensión en el material ni sobre su distribución en el cuerpo de la estructura. Mientras tanto, en caso de aplicar los métodos tradicionales de medición de tensiones mediante contacto, es necesario conectarse con el material con un sensor. Los métodos sin contacto no son eficaces para prevenir la aparición de un defecto. Por eso tuvimos que desarrollar un nuevo método”, agrega el científico.

La idea de los investigadores de la NUST MISIS consiste en que es posible medir el nivel de tensión con el uso de microhilos amorfos con suaves propiedades magnéticas, que en la etapa de fabricación se ponen entre las capas de polímeros reforzados con fibra de carbono formando una red sensible a las tensiones.

La tensión del material alrededor del microhilo influye en la reacción de su material ante el campo magnético externo. Así, es posible realizar las mediciones sin conectar un sensor y este no debe pegarse porque se instala durante la fabricación dentro del material a una profundidad adecuada.

Según los autores, es posible también usar solo un sensor, a diferencia de los métodos tradicionales de detección de defectos, que requieren que los respectivos equipos se coloquen por ambos lados del elemento a analizar. Es decir, esta tecnología facilita, acelera y hace más barato el proceso de evaluación del estado del material compuesto, permitiendo no solo detectar defectos, sino también predecir su aparición sin necesidad de estar en contacto con él.

Hasta el momento los investigadores ensayaron varios tipos de medición y métodos de instalación de los hilos en el material compuesto dado que este procedimiento no empeoraría las propiedades del material.

Varios representantes del sector espacial y de la aeronáutica, así como diseñadores de materiales compuestos, valoraron positivamente el método desarrollado por la NUST MISIS. Según Andréi Stepashkin, ahora el grupo de investigadores tendrá que “salir del laboratorio” y diseñar un prototipo de sensor y de sistema de medición.

“Hemos hecho el primer paso, pero ya vemos una aplicación concreta de nuestra invención”, destacó el científico. “Este método tiene aplicaciones diversas: la red de microhilos que se instala puede eliminar la electricidad estática en las estructuras de polímeros reforzados con fibra de vidrio. Es decir, nuestros hilos bien pueden sustituir las redes metálicas que se insertan en estos materiales actualmente”, agregó.

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