Palas eólicas más ligeras

El Laboratorio de Materiales Celulares (CellMat) del Departamento de Física de la Materia Condensada de la Universidad de Valladolid trabaja desde hace años (fue creado en 1999) en el desarrollo de nuevos materiales y de nuevos procesos de fabricación de piezas de plástico. Se trata de un grupo con gran proyección internacional que en estos momentos tiene en marcha quince proyectos, nacionales e internaciones; y seis patentes registradas, cuatro de ellas transferidas ya a empresas. Está especializado en materiales celulares, fundamentalmente plásticos, cuya principal característica es que son porosos, lo que les hace más ligeros, permiten ahorrar en materia prima y, por tanto, reducir costes. Además, tienen ventajas adicionales, como ser productos aislantes térmicos, absorbentes acústicos, excelentes absorbentes de energía en situaciones de impacto y pueden usarse en aplicaciones estructurales debido a su relación rigidez-peso.

Es precisamente este aspecto el que desarrollan en el proyecto europeo del séptimo programa Marco 'Nancore', liderado por la multinacional danesa LM Glasfiber, dedicada a la fabricación y comercialización de palas para generadores eólicos, que persigue el desarrollo de nuevos materiales celulares para el aligeramiento de estructuras en la industria eólica y en las del transporte marítimo.

La pala, hueca por dentro, está compuesta por tres capas, la externa e interna, fabricadas con resina de poliéster y fibra de vidrio; y la central, donde se introduce el relleno, que, en el caso de la multinacional danesa, es madera de balsa.

Ahora, el objetivo de este grupo de investigación es desarrollar un nuevo material, que sea diez veces más ligero que uno convencional (con celdas que incorporen gas en su interior) y a la vez rígido (incluyendo nanoaditivos). Es decir, que copie las características de materiales naturales con elevada rigidez y bajo peso como la propia madera o los huesos de muchos seres vivos.

«En este proyecto desarrollamos materiales celulares con base polpropileno o poliuretano, y para alcanzar los niveles de rigidez incorporamos nanopartículas, mientras que la fabricación se realiza con una de las nuevas tecnologías de fabricación de espumas que hemos desarrollado denominada 'Moldeo a compresión mejorado'», explica el catedrático de Física de la Materia Condensada Miguel Ángel Rodríguez Pérez, responsable del grupo de investigadores, junto con el también catedrático José Antonio de Saja.

A su juicio, el principal objetivo es que las empresas que fabrican estas palas usen una serie de nuevos materiales que permitan aligerar la palas, sean capaces de soportar tensiones mecánicas elevadas, permitan reducir los costes y sean más sostenibles desde el punto de vista medioambiental. Las pruebas de la primera pala que usa los nuevos materiales están a punto de realizarse para testar su funcionamiento. Además, esta nueva tecnología sustituiría también a otros materiales utilizados actualmente para la fabricación de los trolleys (carritos para llevar peso o carga) en el sector ferroviario o los cascos de los de yates. En este último caso, el relleno actual es un material celular en base de PVC que solo fabrican dos empresas en todo el mundo, lo que encarece el producto.

'Stages Moulding'

Este laboratorio colabora desde hace algunos años con el fabricante de tuberías Grupo ABN Pipe, una empresa gallega que cuenta con una planta de producción en Medina del Campo, con el objetivo de desarrollar e implantar una línea de fabricación de piezas ligeras basada en otra tecnología pionera creada conjuntamente por estos científicos y la empresa. Se denomina 'Stages Moulding' o moldeado por etapas. «Nosotros fabricamos piezas de plástico ligeras de gran tamaño y con un coste significativamente menor que las que se fabrican mediante el moldeo por inyección tradicional, que tiene claros límites a la hora de hacer piezas grandes y series cortas», subraya Rodríguez.

En el caso de la empresa ABN Pipe Systems, esto supone además una ventaja medioambiental, ya que pueden gastar menos plástico para fabricar sus tuberías y accesorios para conducciones hidráulicas.

El 'Stages Moulding' es una tecnología que funciona en varias etapas. «Primero hay que fabricar un material precursor que, al dar una temperatura, se expande», según señala el investigador. En la actualidad se han instalado prototipos en la sede de esta firma en la localidad de Medina del Campo y se espera que a finales del 2011 esté operativa la línea de fabricación de piezas con esta tecnología.

Miguel Ángel Rodríguez asegura que, aunque suene pretencioso, el poder fabricar piezas de gran tamaño a un coste bajo abre enormes posibilidades, como por ejemplo la fabricación de elementos tan complejos como la carrocería de un coche eléctrico usando muy pocas piezas, y que además son ligeras. «Que seamos capaces o no, aún no lo sé, porque cada pieza requiere de un desarrollo específico», subraya.

Bandejas para alimentación

Las bolsas de plástico de los supermercados están a punto de desaparecer definitivamente y algunas cadenas comerciales, conscientes del impacto económico y ambiental que suponen, ofrecen ya bolsas biodegradables que logran descomponerse en su mayor parte en cuatro meses. En estas alternativas también está inmerso este grupo de investigación del Departamento de Física de la Materia Condensada de la Universidad de Valladolid.

Trabajan en la creación de materiales bioplásticos utilizando derivados del almidón (maíz, trigo, patatas...), que en un muy corto periodo de tiempo, inferior a un mes (en presencia de microorganismos y humedad) se degradan y se convierten en abono. Uno de los trabajos más significativos es el de la fabricación de bandejas biodegradables para los supermercados, que sustituirían a las de poliestireno (poliespan), aunque el objetivo final es que no solo se descompongan de forma natural, sino que incluso puedan servir de alimento para animales. El almidón se puede comer, de hecho se encuentra en muchos alimentos que ingerimos cada día, pero hasta la fecha para transformar el almidón a espuma se le han añadido aditivos que no está tan claro que se puedan ingerir. De ahí que uno de los objetivos a corto plazo del grupo sea eliminarlos y utilizar básicamente almidón, agua y temperatura.

En los procesos de fabricación de estos materiales celulares hay mucha ciencia detrás, difícil de desentrañar, aunque entenderlo, dice el experto, es el primer paso para mejorarlo. Hay muchos condicionantes en juego a la hora de valorar un resultado, y se necesitarían años de investigación para dar respuesta a tantos interrogantes. La única manera de acortar esos tiempos es comprender la física, en este caso, y es aquí precisamente donde entra en juego la Agencia Espacial Europea (ESA), que ofrece programas a grupos de investigación para ayudar a comprender fenómenos físicos complejos.

En este sentido, CellMat colaboran con la ESA en un proyecto que tiene el fin de analizar cómo espuman los materiales, es decir, el proceso por el cual «se introduce un compuesto químico que genera un gas y que hace que crezca su volumen», algo similar a «hacer pan», pero, en este caso, a partir de plástico. Según Miguel Ángel Rodríguez, en el proceso de espumación influyen muchos fenómenos físicos, entre ellos la gravedad, lo que hace que el crecimiento del material «sea impedido o dificultado» y se produzcan situaciones en las cuales no resulta homogéneo.

La Agencia Espacial Europea proporciona los medios para realizar experimentos en ausencia de gravedad que puede lograrse mediante vuelos parabólicos en avión, una maniobra que consiste en descender de forma controlada para que en su interior se consiga un estado similar al que se tiene cuando se está en una nave espacial.

Un vuelo, seis parábolas

Para ello, en la aeronave se introduce la tecnología de espumación y durante los 20 segundos que dura la fase del vuelo en parábola hay gravedad prácticamente cero, y en este tiempo se hace el experimento de espumación, lo que permite entender mejor el proceso al anular los mecanismos que influyen en el proceso y depende de dicha gravedad. En cada vuelo se realizan seis parábolas, y el científico se encuentra dentro de la aeronave, realizando el ensayo, una tareaque resulta muy complicada, pero a la vez todo un reto. Uno de los integrantes del grupo de la UVA ya ha hecho un vuelo de estas características -se les prepara previamente para que puedan soportar la situación-, y en estos momentos está en marcha otro experimento similar.

En este grupo de investigación, el desarrollo de los proyectos previos se combina con una importante actividad académica, en el que se imparten clases, se forman doctores (en la actualidad hay diez estudiantes de doctorado en el grupo), se publican artículos en revistas científicas y también se asesora a empresas para resolver problemas técnicos.