domingo, 24 de junio de 2012

Nuevos materiales inteligentes reducen las vibraciones y extraen energía


Los elastómeros proactivos resultan mucho más eficaces en el control de las vibraciones y pueden producir energía. Imagen: Fraunhofer-Gesellschaft.


Se trata de elastómeros con actividad eléctrica, que pueden tener múltiples aplicaciones

Ingenieros del Fraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability (LBF), en Alemania, han logrado avanzar en el desarrollo de materiales inteligentes que pueden disminuir las vibraciones y extraer energía del medio ambiente. Los nuevos elastómeros son capaces de amortiguar las vibraciones molestas en un coche, por ejemplo, o de suministrar energía en forma inalámbrica para sensores que deben trabajar en lugares inaccesibles. Por Pablo Javier Piacente.

Los elastómeros proactivos resultan mucho más eficaces en el control de las vibraciones y pueden producir energía. Imagen: Fraunhofer-Gesellschaft.
En reiteradas ocasiones, las vibraciones pueden condicionar de forma negativa diferentes procesos o sistemas, y en esos casos la presencia de materiales que puedan eliminarlas o reducirlas resulta muy útil. Si, además, estos dispositivos pueden capturar energía de las vibraciones, la solución resulta aún mucho más efectiva.

Es el caso de un nuevo desarrollo de ingenieros del Fraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability (LBF), de Alemania,, que promete tener un fuerte impacto en el campo del diseño automotor o de los sensores utilizados en áreas de difícil acceso, entre otras aplicaciones.

Un problema cotidiano, como andar en bicicleta en una calle cubierta con adoquines, nos pone frente a la necesidad de contar con materiales capaces de amortiguar y contrarrestar las molestas vibraciones y golpes. Algo similar sucede al conducir un automóvil en terrenos muy irregulares.

Muchas motos, bicicletas o automóviles incluyen en sus asientos repletos de silicona estos elastómeros, materiales elásticos y maleables que pueden hacer frente a las vibraciones. Sin embargo, los ingenieros del LBF en Darmstadt, Alemania están decididos a ir un poco más allá, trabajando en una próxima generación de elastómeros.

Estos nuevos materiales inteligentes son capaces de responder activamente a las vibraciones no deseadas, amortiguándolas de una manera mucho más eficaz e incluso obteniendo energía de las mismas.

Los resultados de esta investigación han sido difundidos a través de una nota de prensa de Fraunhofer-Gesellschaft, y además se desarrollaron en un artículo publicado en el medio especializado Phys.org.


Los elastómeros han sido utilizados en el campo de la ingeniería durante décadas, por ejemplo en los cojinetes para motores de vehículos. Hasta ahora, han tenido un efecto puramente pasivo con relación a las vibraciones o el impacto en choques. Serían mucho más eficaces si fueran capaces de responder de manera proactiva y contrarrestar las vibraciones. 

De la misma manera que un jugador de tenis ralentiza la pelota tirando hacia atrás la raqueta en el golpe denominado drop shot, un elastómero activo puede extraer la energía de la vibración de forma selectiva ante los movimientos de balanceo. Teóricamente, esto haría que la vibración se disipe totalmente.

Según explica William Kaal, uno de los especialistas del LBF que participaron de la investigación, ya existen materiales que son adecuados para este propósito. Se los denomina elastómeros electroactivos, y son sustancias elásticas que cambian de forma cuando se exponen a un campo eléctrico.

El secreto es aplicar una corriente alterna para que el material comience a vibrar. Si existen dispositivos electrónicos inteligentes capaces de controlar a los elastómeros, haciéndolos vibrar precisamente ante determinadas circunstancias, entonces las vibraciones no deseadas en un equipo, superficie o motor se disiparán en su mayor parte.

Un modelo con aplicaciones concretas 

Para demostrar que este principio funciona, los ingenieros e investigadores de Fraunhofer-Gesellschaft han creado un modelo. Más pequeño que un paquete de cigarrillos, se compone de 40 capas ultradelgadas de material elastómero, en el marco de un campo eléctrico que lo estimula.

El reto fue el diseño de los electrodos que componen el campo eléctrico que actúa junto a las capas de elastómero, ya que habitualmente los electrodos están confeccionados con metal. Sin embargo, la rigidez de los metales impediría la deformación del elastómero. Los expertos hallaron una solución ingeniosa para este problema, que consistió en la apertura de agujeros de tamaño microscópico en los electrodos.

De esta forma, cuando el voltaje eléctrico deforma al elastómero el mismo logra dispersarse y se expande a través de los diminutos orificios. El enfoque ha demostrado ser muy eficaz en términos generales en las pruebas realizadas, y una de las aplicaciones imaginadas por los ingenieros de LBF tiene que ver con la construcción de vehículos.

Como las vibraciones del motor pueden ser muy perjudiciales, siendo canalizadas a través del chasis en el interior del coche, los nuevos elastómeros activos pueden ayudar a reducir estas vibraciones en los automóviles. Además, los dispositivos también pueden absorber las vibraciones de su entorno para producir energía, por lo que podrían facilitar la alimentación energética independiente de los sensores que necesitan trabajar en sitios de difícil acceso, como por ejemplo aquellos que monitorean los puentes en forma permanente.

FUENTE: www,tendencias21.net

domingo, 17 de junio de 2012

Crean plásticos biodegradables con la durabilidad y resistencia de los metales



Son una excelente alternativa, y presentan la ventaja de no generar contaminación

Un trabajo desarrollado en la Universidad de Tel Aviv ha dado lugar a la creación de una nueva tipología de plásticos biodegradables, que serían capaces de sustituir al acero y otros materiales empleados en productos de uso diario, con la ventaja de no generar contaminación. Esto podría tener un gran impacto a largo plazo en muchas industrias, incluyendo la fabricación de automóviles, ya que las piezas metálicas empleadas en los rodados podrían reemplazarse por piezas de plástico. Por Pablo Javier Piacente.

Los plásticos biodegradables podrían revolucionar la industria, al alcanzar condiciones similares a los metales y reunir importantes ventajas ecológicas.
Nuevos plásticos biodegradables alcanzarían similares condiciones a las que presentan los metales en términos de resistencia y durabilidad, con el importante beneficio de ser amigables con el medio ambiente. Estos plásticos, con amplia aplicación en distintos sectores de la industria, han sido desarrollados por un investigador de la Escuela de Química de la Universidad de Tel Aviv.

Ante el desbordamiento de los vertederos frente a la gran cantidad de plásticos desechados, ingenieros y científicos han estado trabajando para producir una alternativa biodegradable que reduzca la contaminación. Ahora, el profesor Moshe Kol de la Universidad de Tel Aviv parece haber hallado una dimensión completamente nueva en el campo de los plásticos amigables con el medio ambiente.

Kol está desarrollando una nueva clase de polipropileno ecológico, uno de los plásticos más utilizados en el mundo, que tiene el potencial para sustituir al acero y otros materiales utilizados en productos de uso masivo. Además, este tipo de plásticos consumen menos energía durante el proceso de producción.

Al mismo tiempo, tendrían múltiples beneficios adicionales. Por ejemplo, las piezas de polipropileno para coches reemplazarían a las tradicionales de acero, logrando que los automóviles sean más livianos y consuman menos combustible. Por otro lado, como el material es económico, el plástico ecológico podría ofrecer una alternativa de fabricación mucho más accesible y sostenible.

La investigación ha sido publicada en la revista especializada Angewandte Chemie, en un artículo titulado “Salalen Titanium Complexes in the Highly Isospecific Polymerization of 1-Hexene and Propylene”, y además se ha difundido mediante una nota de prensa de la American Friends of Tel Aviv University.

Aunque se trata de un prometedor campo de investigación, los plásticos biodegradables aún no han sido capaces de imitar la durabilidad y la resistencia de los plásticos comunes, como por ejemplo el polipropileno. Kol cree que la respuesta podría estar en los catalizadores, claves en el proceso de producción.

Los plásticos se estructuran en cadenas químicas muy largas llamadas polímeros, que se presentan en bloques. Los catalizadores son responsables de conectar estos bloques y de crear cadenas de polímeros. Si se optimiza la calidad del catalizador, estas cadenas estarán más ordenadas y bien definidas.

Como consecuencia, se logrará un plástico con un punto de fusión más alto y una mayor resistencia y durabilidad. Por ello, el catalizador es una parte crucial del proceso de producción del plástico. Kol y su equipo han logrado desarrollar un nuevo catalizador para el proceso de producción de polipropileno, mucho más eficiente que los empleados actualmente.

Amplias e importantes aplicaciones 

Según los especialistas de la Universidad de Tel Aviv, se ha logrado producir la versión más potente de este tipo de plástico que se ha creado hasta la fecha, gracias al uso del nuevo catalizador. De esta forma, se abriría un nuevo campo para la producción de polipropileno no tóxico, más económico y eficiente en términos de consumo de energía.

Se estima que, en 2020, el consumo de plásticos a nivel mundial alcanzará los 200 millones de toneladas al año. Como los plásticos tradicionales son contaminantes, resulta urgente desarrollar nuevas opciones en torno a este material, que se ha convertido en un elemento básico de la vida cotidiana, implicando la menor cantidad de daños al medio ambiente.

El polipropileno producido por Kol y su equipo es sin dudas una buena noticia para los impulsores de nuevos procesos de fabricación sostenible, y podría realmente revolucionar la industria. Su aplicación desembocaría en productos de mayor durabilidad y con la necesidad de un menor mantenimiento.

Además de las piezas de automóviles, Kol prevé que uno de los usos más importantes de los nuevos plásticos ecológicos serán las tuberías de agua, ya que permitirían el desarrollo de un sistema más económico y respetuoso del medio ambiente con respecto a las tradicionales tuberías de acero empleadas en los hogares.

Fuente: www.tendencias21.net

viernes, 8 de junio de 2012

Pavimentos de carretera más rígidos reducen el consumo de combustible



Un estudio del MIT demuestra que con ellos se ahorraría un 3% en gasolina

Un nuevo estudio basado en modelos matemáticos, realizado por un grupo de ingenieros civiles del Massachusetts Institute of Technology (MIT) de Estados Unidos, ha demostrado que el uso de pavimentos más rígidos en las carreteras norteamericanas podría reducir el consumo de combustible hasta en un 3%. Los ahorros serían equivalentes a 273 millones de barriles de petróleo al año, únicamente considerando a Estados Unidos. Por Pablo Javier Piacente.

Las desviaciones y otras imperfecciones presentes en las carreteras desembocan en un importante gasto extra de combustible. Imagen: Mehdi Akbarian - Creative Commons.
La utilización de pavimentos más rígidos en las carreteras de Estados Unidos permitiría una disminución en el consumo de combustible de los vehículos de alrededor del 3%, según un estudio desarrollado por ingenieros civiles del MIT. La reducción en el consumo se traduciría en una cifra de 15,6 mil millones de dólares (12,4 mil millones de euros), de acuerdo a los precios actuales del petróleo. 

El estudio es el primero en utilizar modelos matemáticos en lugar de experimentos viales para observar el efecto de la desviación del pavimento en el consumo de combustible de los vehículos en las carreteras estadounidenses. En cuanto a emisiones de CO2, la investigación concluye que la reducción podría llegar a los 46,5 millones de toneladas métricas. 

Los resultados y detalles del estudio se han difundido a través de una nota de prensa del MIT, y también mediante un artículo publicado en el medio especializado Science Daily. Asimismo, un artículo sobre este tema ya ha sido aceptado para su publicación a finales de este año en la revista especializada Transportation Research Record. 

El trabajo fue liderado por los especialistas del MIT Franz-Josef Ulm y Mehdi Akbarian, y concluye que cuando un neumático se desplaza sobre el pavimento y sufre desviaciones debido a distintas imperfecciones, la energía se disipa y el vehículo debe efectuar un mayor esfuerzo para avanzar, generando un aumento en el consumo de combustible.

La desviación en los neumáticos puede compararse con el efecto que se produce al caminar sobre la arena en la playa. Con cada paso, los pies se hunden en la arena y requieren que el peatón gaste más energía que cuando se camina sobre una superficie dura. 

En las carreteras, hasta un aumento del 1% en el consumo de combustible deja una huella ambiental importante. 

Pavimentos más rígidos, que pueden ser obtenidos mediante la optimización de las propiedades del material o el aumento del espesor de las capas de asfalto, lograrían disminuir las desviaciones y reducir la huella ambiental, traduciéndose además en un importante ahorro de dinero y en cuanto a recursos energéticos. 

Considerando que resulta imposible hallar tramos de carreteras con idénticas condiciones que permitan generalizar el impacto del pavimento sobre el consumo de combustible mediante pruebas empíricas y experimentos viales, los ingenieros civiles del MIT emplearon modelos matemáticos y análisis estadísticos para obtener una mayor precisión en los datos obtenidos. 

El nuevo estudio define los parámetros básicos que influyen en el análisis del pavimento, como el grosor y la rigidez, a partir de datos provenientes de 5.643 secciones representativas de las carreteras norteamericanas, originados por la Federal Highway Administration (Administración Federal de Carreteras).

Un nuevo enfoque 

La información también incluye detalles sobre los materiales utilizados en los pavimentos, además de la cantidad, tipo y peso de los vehículos que usan las carreteras. Los investigadores han calculado y estudiado asimismo las características del área de contacto de los neumáticos del vehículo con el pavimento. 

Según Ulm y Akbarian, los efectos de las imperfecciones en el pavimento de las carreteras son responsables de un consumo extra promedio de combustible de alrededor de 7.000 a 9.000 galones por milla a nivel anual. De esta forma, este exceso en el consumo de combustible podría reducirse a través de distintas mejoras en las propiedades básicas del asfalto, del concreto y de otros materiales utilizados para construir las carreteras. 

Los expertos creen que se está malgastando el combustible, ya que el diseño del pavimento se ha basado únicamente en la minimización de los costes iniciales más que en el rendimiento de las carreteras. Tampoco se consideró en su momento el impacto ambiental de los pavimentos sobre la base de las variaciones en las condiciones externas. 

En resumen, los ingenieros civiles del MIT concluyeron que ahora es posible incluir los impactos ambientales, optimizar el comportamiento del pavimento y, finalmente, desarrollar un modelo de costes para mejorar el diseño del pavimento de la forma más económica posible, reduciendo el impacto ambiental y obteniendo un mejor desempeño estructural, lo cual significará una disminución en el consumo de combustible.
Fuente: www.tendencias21.net