La química de los viajes en avión

Cuando pensamos en la maravilla moderna de volar, la física tiende a acaparar toda la atención. Sin embargo, buena parte de la tecnología que subyace al fuselaje de material compuesto del avión o los circuitos digitales que llevan las últimas películas a los asientos de cada pasajero es posible gracias a la química.

Un vuelo químico

Unas vacaciones divertidas no serían posibles sin la química. Productos como los lubricantes Krytox™, por ejemplo, permiten a los tanques de buceo resistir las difíciles condiciones de las profundidades, engrasan las bicicletas de competición y ayudan a impulsar las máquinas que generan olas artificiales, entre muchas otras aplicaciones.

Sin embargo, los turistas jamás podrían llegar hasta toda esta diversión si no fuera por las magníficas máquinas que los transportan miles de kilómetros sobre todo tipo de accidentes geográficos: los aviones. Las maravillas de la química funcionan a toda máquina en las alturas.

Con la industria aeroespacial, la ciencia ya ha convertido en cotidiano algo que en algún momento fue inimaginable: que millones de pasajeros recorran grandes distancias con seguridad y comodidad a kilómetros de altura, en las condiciones más extremas. En la actualidad, la química mejora aún más la eficiencia, seguridad y comodidad del transporte aéreo.

Algo mágico en el aire

El aligeramiento (reducir el peso para mejorar el rendimiento y la eficiencia en el uso del combustible) es una práctica relativamente reciente en la industria automotriz, pero el aligeramiento de los aviones se remonta hasta las experiencias de los hermanos Wright. Ahora, la ciencia ayuda a los fabricantes de aviones a llevar el concepto un paso más allá. El Boeing 787 Dreamliner, que comenzó a operar en 2011, se diseñó para ahorrar entre 20 % y 25 % más combustible¹ que su antecesor, el Boeing 767. Eso se traduce en un ahorro de casi 18 mil millones de toneladas de combustible hasta 2018.² Entonces, ¿cómo puede una aeronave de tamaño similar ser tan eficiente?

Uno de los principales factores es el uso de nuevos materiales en el fuselaje. El 50 % de la estructura del 787 está hecha de materiales compuestos, cerámicas y extensos refuerzos con fibra de carbono, lo que hace al Dreamliner más liviano y duradero que los aviones comparables de aluminio³, así como menos propenso a la corrosión⁴.

“El diseño permite a las aerolíneas usar su dinero de forma más eficiente”, explica Steve Johnston, ingeniero de servicio técnico del Grupo de desarrollo de aplicaciones de Chemours. “Se puede lograr un rendimiento similar con máquinas más pequeñas y livianas. Además, los nuevos materiales requieren menos mantenimiento. Así, el avión pasa más tiempo en servicio generando ingresos para la aerolínea, lo que mejora la rentabilidad general. Ese beneficio se traslada directamente al pasajero”.

Los paneles de material compuesto del fuselaje que hacen que todo esto sea posible tienen química integrada, por supuesto. “Estos materiales compuestos se fabrican a temperaturas bastante elevadas”, observa Bob Moffett, asesor tecnológico sénior de Chemours. “El equipo de moldeado que se usa para producir estas piezas puede emplear Krytox™, que resiste el calor y ofrece la lubricación necesaria para separar las piezas del molde”.

Johnston prevé que, en el futuro, los productos de la línea Krytox™ lubricants podrían ayudar a mejorar aún más la eficiencia de las aeronaves. “Imagino un cambio en el diseño de los motores que los haga más pequeños pero potentes”, dice. “Sé que ha habido un esfuerzo por reemplazar el aceite para motores convencional con aceite Krytox™ tipo PFPE para que los motores puedan funcionar a mayor temperatura”.

Un vuelo seguro

Antes de un vuelo, los auxiliares de vuelo señalan las salidas de emergencia y muestran a los pasajeros cómo usar sus asientos como flotadores. Mientras tanto, tras bambalinas, la química trabaja contrarreloj para asegurarse de que nadie deba tomar realmente estas medidas de emergencia.

Además de las redes de seguridad que advierten sobre todo tipo de riesgos, desde las ráfagas de viento hasta la presencia de montañas, la química trabaja silenciosamente en los sistemas menos conocidos de un avión. En lo profundo de los propios motores, por ejemplo, se emplean sellos y juntas tóricas hechos con fluoroelastómeros Viton™. “Gracias a su resistencia al calor extremo y los combustibles agresivos, Viton™ ayuda a evitar todo tipo de problemas, desde fugas de combustible hasta fallas en los motores”, explica Anton Soudakov, gerente de productos en América del Norte de Chemours.

Incluso el oxígeno de emergencia que fluye cuando caen las máscaras tiene Krytox™ como componente, gracias a que es seguro para usar con oxígeno. Al entrar en contacto directo con oxígeno líquido y gaseoso, los lubricantes convencionales pueden incendiarse, pero el Krytox™ no. Moffett opina: “Sin dudas la química ha mejorado la seguridad de los vuelos”.

Vacaciones incluso antes de llegar a destino

La emoción y la perplejidad de atravesar el cielo en un cilindro artificial pronto se desvanecen. Una vez que el avión alcanza la altitud de crucero, los pasajeros se enfocan en la comodidad. ¿El ruido del motor es molesto? ¿El aire se siente viciado? ¿Hay una buena selección de películas? En efecto, es el confort el que hace que los cielos sean más amigables.

“En los automóviles, los lubricantes Krytox™ se usan para abordar los problemas del ruido, la vibración y la aspereza (noise, vibration, and harshness, NVH por sus siglas en inglés)”, explica Johnston. Este es uno de los resultados imprevistos del avance tecnológico. Los coches son mucho más silenciosos que antes. Los avances en insonorización y aerodinámica silencian el rugido del motor y el zumbido del aire. Los coches ahora son tan silenciosos que incluso pequeños chirridos o traqueteo en los detalles exteriores o los accesorios interiores pueden resultar molestos. “En el caso de los aviones, dice Johnston, hay un deseo similar”.

Los ingenieros también se enfocan en la calidad del aire. “Las nuevas generaciones de aviones evitan tomar aire de los motores”, explica Johnston. Los aviones antiguos bombeaban aire comprimido de los motores, pero los más modernos usan otra solución. En la actualidad, los aviones usan compresores independientes para mejorar la calidad del aire. Además, el fuselaje de material compuesto mencionado anteriormente permite introducir más humedad en el aire, lo que evita que el vuelo sea tan seco.

Por último, tenemos el entretenimiento a bordo. La química probablemente no sea lo primero que viene a la mente de un pasajero cuando busca algo para pasar el tiempo en un vuelo entre Los Ángeles y Sídney. Sin embargo, detrás de cada película que se reproduce en las pantallas LCD de un avión, hay un sistema digital. Y ese sistema digital solo es posible gracias a los semiconductores que se fabrican con la ayuda de Teflon™ (un producto fluorado que ayuda a los fabricantes de chips a mejorar el rendimiento al reducir la contaminación durante la fabricación).

El hecho de que los pasajeros puedan disfrutar de una película en la comodidad de un vuelo que es excepcionalmente seguro demuestra cuánto ha avanzado la aviación desde que los hermanos Wright comenzaron a probar los vuelos tripulados en sus rudimentarios aviones en 1900.

Siga leyendo Chemical & Engineering News para aprender más acerca de la química y la ciencia de los materiales que hacen realidad la diversión.