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Comprender todo el potencial de la espuma metálica

El proyecto financiado con fondos europeos METFOAM trató de comprender mejor el comportamiento mecánico de las espumas metálicas y cómo estos comportamientos podrían aprovecharse para aplicaciones del mundo real.
Comprender todo el potencial de la espuma metálica
Aunque el metal y la espuma pueden parecer materiales completamente opuestos, cuando la estructura celular de un metal sólido está compuesta de poros llenos de gas, se obtiene lo que se llama espuma metálica. A pesar de que la espuma metálica es ultraligera, también es fuerte, lo que la convierte en un material perfecto para muchas aplicaciones dentro del sector automovilístico, aeroespacial y sanitario.

El proyecto financiado con fondos europeos METFOAM se propuso comprender mejor el comportamiento mecánico de estas espumas metálicas. Según explica Stefan Szyniszewski, coordinador del proyecto: «Lo que hace que las espumas metálicas sean únicas es su capacidad para transferir calor de forma eficiente, lo que es útil para el enfriamiento a través del flujo del aire dentro de la espuma. Lo que queríamos saber era cómo podíamos aprovechar mejor estos comportamientos mecánicos en beneficio de aplicaciones del mundo real».

Espuma metálica y paneles sándwich

Por ejemplo, un ámbito en el que se centraron fueron los paneles sándwich con núcleos de espuma metálica. Un panel sándwich es una estructura formada por tres capas y que se utiliza en aplicaciones en las que se requiere un compuesto con elevada rigidez estructural y bajo peso.

El objetivo de esta investigación era encontrar aplicaciones en las que estos paneles pudieran lograr mejores resultados que las secciones de acero convencionales. «Básicamente, intentamos entender un material novedoso y encontrar su nicho dentro de las aplicaciones mecánicas y de infraestructuras», señala Szyniszewski. «Lo que descubrimos fue que los paneles sándwich pueden soportar cargar diez veces mayores que las placas de acero delgadas».

Según Szyniszewski, esos paneles sándwich podrían permitir una nueva generación de vigas de puentes ferroviarios o torres de turbinas eólicas al eliminar la necesidad de placas de refuerzo soldadas, que evitan que las placas se abollen. Estos rigidizadores producen concentraciones de tensión y requieren un mantenimiento periódico porque son las raíces de las grietas por fatiga.

Desafíos superados

Durante el transcurso del proyecto, Szyniszewski y su equipo tuvieron que superar varios desafíos. Por ejemplo, debido a que los paneles sándwich no son fiables con chapas de menos de 2 mm de espesor, los investigadores tuvieron que probar un panel con una rigidez y resistencia equivalentes a las chapas de acero de 5 mm. Desafortunadamente, esto significaba probar placas del tamaño de un hueco de ascensor; algo simplemente imposible con la plataforma de capacidad máxima de cien toneladas del proyecto.

Para superar este desafío, los investigadores probaron placas individuales. «Esto nos obligó a diseñar dispositivos especiales capaces de proporcionar libertad de movimiento de rotación, al tiempo que nos permitía transferir cargas axiales importantes», afirma Szyniszewski.

Nuevos potenciales para las espumas metálicas

Gracias a estos esfuerzos, los investigadores descubrieron que la adición de esferas cerámicas a las espumas metálicas producía una resistencia al corte sobresaliente, que no tiene comparación con los materiales a granel convencionales. «Por último, el proyecto METFOAM demostró que las espumas metálicas pueden utilizarse para producir nuevos metamateriales con propiedades novedosas que no son alcanzables para los metales a granel o la cerámica», añade Szyniszewski.

Los investigadores también descubrieron que la introducción de superficies porosas en los cuerpos romos puede reducir la resistencia aerodinámica. «Por ejemplo, una superficie porosa orientada hacia el flujo desencadena turbulencias, un poco como los hoyuelos de una pelota de golf», explica Szyniszewski. «Tener un medio poroso en el lecho del cuerpo reduce la presión de la base y la intensidad de la turbulencia». Añade que tales características podrían permitir el uso de espumas en superficies externas.

Aunque el proyecto ya ha finalizado, actualmente, los investigadores están explorando aplicaciones de ingeniería civil, como vigas de transferencia con extrema resistencia a las abolladuras, que podrían beneficiarse del uso de componentes de placas de espuma metálica.

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Palabras clave

METFOAM, espuma metálica, paneles sándwich
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