En las entrañas de la University College London, de Reino Unido, se encuentra un taller en el que se corta metal y se tornean y moldean los instrumentos y el equipo para varios departamentos de ciencias.
El profesor de química Andrea Sella está frente a mí, sujetando un grueso tubo de dos metros hecho de monel, una aleación de níquel y cobre. Y de repente lo deja caer, provocando, al estrellarse contra el suelo, un ruido ensordecedor. "Esto realmente habla de la dureza y la rigidez de este metal", explica, recogiendo el tubo, en perfecto estado.
Tras estrellarse contra el suelo, el tubo de metal seguía en perfecto estado.
Pero otra de las razones por las que el monel es "una aleación fantástica", dice, es que es resistente a la corrosión.
Los químicos deben manejar materiales altamente reactivos- poderosos ácidos o gases como el flúor o el cloro-, así que necesitan algo que no haga reacción al estar en contacto con estos.
El oro, la plata o el platino son una opción, pero imagínense el precio de un tubo de dos metros hecho de oro.
El níquel, en cambio, es barato y abundante. Así que se emplea allá donde la corrosión resulta una preocupación: desde en espátulas de farmacia hasta como cobertura protectora de los piñones de las bicicletas.
Aleaciones "peculiares"
Pero el níquel puede producir aleaciones mucho más peculiares que el monel, señala Sella, ansioso de explayarse.
Un ejemplo es el invar, también llamado FeNi36 o nivarox, una aleación de níquel y hierro. Éste difícilmente se expande o contrae con los cambios de temperatura, una propiedad muy útil en instrumentos de alta precisión y relojes.
También está el nitinol.
Sella saca un alambre en forma de clip para papel. Es muy fácil deformarlo y lo hace. Pero en cuanto lo sumerge en una taza de agua hirviendo, inmediatamente recupera su forma y vuelve a ser un clip perfecto para sujetar papeles.
Está hecho de nitinol, una aleación de níquel y titanio que "recuerda" la primera forma que tomó. Además, su composición se puede ajustar, de forma que siempre recupere su forma a una temperatura concreta.
Esto último significa que, por ejemplo, se podría insertar una cánula enrollada en un vaso sanguíneo. Así, al aumentar la temperatura corporal se expandería, abriendo la vena que había sido previamente tapada u obstruida y permitiendo a la sangre fluir a través de ella.
Pero la importancia de estos materiales se quedan en nada al compararlos con las llamadas "superaleaciones". Y es que éstas son las que hicieron posible la era de la aviación.
Motores de turbinas de avión
Los primeros motores fueron diseñados en las décadas de 1930 y 1940 por Frank Whittle en Reino Unido y por Hans von Ohain en Alemania, enfrentados ambos en la carrera por el desarrollo de armamento.
Estos motores, hechos de acero, tenían graves deficiencias.
Rolls-Royce mezcló níquel con un poco de cromo y encontró la receta perfecta para las turbinas de los aviones.
"No tenían la capacidad de soportar temperaturas superiores a los 500 grados centígrados", explica Mike Hicks, director de materiales de Rolls-Royce, el principal fabricante de turbinas para avión de Reino Unido.
"Perdían fuerza rápidamente y no eran resistentes a la corrosión", añade.
Como respuesta, el equipo de Rolls-Royce volvió a poner el trabajo que Whittle hizo en la década del 1940 sobre la mesa, en la que también colocaron una tabla periódica.
El tugsteno era demasiado pesado. El cobre se fundía a temperaturas demasiado bajas. Pero el níquel, mezclado con un poco de cromo, era la receta perfecta: toleraba altas temperaturas, era fuerte, resistente a la corrosión, barato y ligero.
Y aún hoy, con los descendientes de aquellas primeras superaleaciones, se produce la mayor parte de las partes traseras de las turbinas, tanto de las que se usan en aviones como con las que se genera energía.
"Las palas de las turbinas tienen que girar en la zona más caliente del motor y a una velocidad muy alta", dice un colega de Hicks, Neil Glover, el director de investigación de la tecnología de los materiales de la compañía.
Y agrega: "Cada una de estas palas produce la misma potencia que el motor de un auto de Fórmula 1 y hay 68 de estos en el corazón de las turbinas de gas modernas".
La temperatura a la que se enfrentan estas palas es de 1.700 grados celcius, unos 200 grados más que su propia temperatura de fusión.
Esta hazaña se consigue gracias a un revestimiento de cerámica resistente al calor, así como al "enfriamiento" del aire, a unos 650 grados.
La capacidad de las superaleaciones de funcionar a tan extremas temperaturas el lo que hace posible nuestro viaje al Algarve, el la costa sur de Portugal, o a Florida, en Estados Unidos.
"Cuanto más se caliente la turbina, más eficiente es el motor en general y menos combustible utiliza", explica Neil.
Solución ante la deformación
Sin embargo, las palas de la turbina tienen que lidiar con algo más que temperaturas extremas. Giran a tanta velocidad que su carga centrífuga es equivalente a varias toneladas.
Esto, combinado con un calentamiento y una refrigeración constante, puede desembocar en un problema conocido como "arrastre": la pala se alarga lentamente hasta que empieza a golpear la carcasa de la turbina.
La mayoría de los metales se componen de una miríada de diminutos cristales fusionados, llamados granos.
Pero sus límites son una fuente de debilidad, ya que los cristales se pueden deslizar y el material deformarse.
Así que Rolls-Royce hizo frente a este problema creando una pala con un solo cristal, de la misma manera que se generaban cristales a partir del sulfato de cobre en los experimentos de química del colegio.
Además, las aleaciones se mejoraron añadiéndoles otros elementos, diez o más en total. Esto permitió a los diseñadores de las turbinas ajustar los materiales de cada componente del motor.
Y es por estos ingredientes adicionales por los que la historia del motor de avión se convirtió también en la historia de otro elemento químico, uno aún más enigmático que el níquel.
Se trata del renio. Y añadiéndolo a la superaleación ayuda al deslizamiento.
Sin embargo, el renio es también una de las sustancias más escasas de la tierra y se obtiene principalmente a partir de minerales de molibdeno. La producción anual de renio del mundo son unas escasas 40 toneladas y más de tres tercios de esa cantidad se destinan a los superaliados.
Así que la próxima vez que vayan en la carretera agradézcanselo al níquel, pero acuérdense un poco también de su misterioso primo, el renio.
¿Y la margarina?
Pero al principio de este artículo se hacía mención a la margarina y a estas alturas seguro que se están preguntando qué tiene ésta que ver con las superaleaciones y los motores de avión.
La respuesta es que no mucho.
Las margarinas están hechas principalmente con aceites vegetales y grasas. Y el problema es que la mayoría de estos son demasiado líquidos para untarlos sobre una tostada.
Y ahí entra el níquel: el elemento puede ser usado para hacer las margarinas más viscosas, más parecidas a la mantequilla.
Esto se consigue con una reacción química llamada hidrogenación. Se bombea hidrógeno sobre los aceites, con algo de níquel, que actúa como catalizador.
El níquel no reacciona al ponerse en contacto con los aceites, sino que actúa como una máquina molecular, permitiendo que estos hagan reacción con el hidrógeno.
Las grasas resultantes, hidrogenadas, son más espesas y fáciles de untar.
Así que, ¿deberíamos dar las gracias al níquel por la margarina?
Quizá.
Pero tal vez no.
El proceso de hidrogenación puede producir ácidos transgrasos, también conocidos como grasas "trans". Este tipo de grasas no suelen producirse comúnmente en la naturaleza y se asocian a niveles altos de colesterol y, por consiguiente, a ataques cardíacos asociados e infartos.
Esto dio lugar al uso de los aceites de palma como sustitutos, mucho más espesos y más fáciles de untar por naturaleza, especialmente cuando están combinados con emulsionantes.
Aunque esta alternativa también tiene sus inconvenientes: la destrucción de las selvas tropicales para dar paso a las plantaciones de palma aceitera. BBC
Entradas
No hay comentarios:
Publicar un comentario