Un grupo de nuevos materiales inteligentes descubiertos por investigadores de la Universidad de Texas A&M y sus colegas tiene el potencial de mejorar significativamente la eficiencia del consumo de combustible en los motores a reacción, reduciendo el costo de volar. Los materiales, que también podrían reducir el ruido de los aviones en comparación con los residencialesáreas, tienen aplicaciones adicionales en una variedad de otras industrias.
"Lo que me emociona es que acabamos de rascar la superficie de algo nuevo que no solo podría abrir un campo completamente nuevo de investigación científica, sino que también permitiría nuevas tecnologías", dijo el Dr. Ibrahim Karaman, Profesor Chevron I y jefe delDepartamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la universidad.
El trabajo fue publicado en Scripta Materialia . Los coautores de Karaman son Demircan Canadinc, William Trehern y Ji Ma de Texas A&M, y Fanping Sun y Zaffir Chaudhry, miembro técnico del United Technologies Research Center UTRC.
El descubrimiento se basa en reunir dos áreas relativamente nuevas de la ciencia de los materiales que involucran aleaciones metálicas, o metales compuestos de dos o más elementos. La primera área involucra aleaciones con memoria de forma, materiales "inteligentes" que pueden cambiar de una forma a otra.con disparadores específicos, en este caso temperatura. Imagine una varilla metálica recta que se dobla en un sacacorchos. Al cambiar la temperatura, el sacacorchos se convierte nuevamente en una varilla y viceversa.
muchas aplicaciones
Muchas aplicaciones potenciales para aleaciones con memoria de forma involucran ambientes extremadamente calientes como un motor a reacción en funcionamiento. Hasta ahora, sin embargo, las aleaciones económicas con memoria de forma a alta temperatura HTSMA solo han funcionado a temperaturas de hasta aproximadamente 400 grados Celsius.elementos como el oro o el platino pueden aumentar significativamente esa temperatura, pero los materiales resultantes son demasiado caros, entre otras limitaciones.
Karaman, mientras trabajaba en un proyecto de la NASA con UTRC y sus colegas, comenzó esta investigación para abordar un problema específico: controlar el espacio libre o espacio entre las palas de la turbina y la carcasa de la turbina en un motor a reacción.eficiente cuando se minimiza el espacio entre los álabes de la turbina y la caja. Sin embargo, este espacio libre debe tener un margen justo para lidiar con condiciones de operación peculiares. Los HTSMA incorporados en la caja de la turbina podrían permitir el mantenimiento de la distancia mínima en todos los regímenes de vuelo,mejorando así el consumo de combustible específico de empuje.
Otra aplicación potencial importante de los HTSMA es la reducción del ruido de los aviones cuando llegan a un aeropuerto. Los aviones con boquillas de escape más grandes son más silenciosos, pero menos eficientes en el aire. Los HTSMA podrían cambiar automáticamente el tamaño de la boquilla de escape del núcleo dependiendosobre si el avión está en vuelo o aterrizando. Tal cambio, desencadenado por las temperaturas asociadas con estos modos de operación, podría permitir una operación más eficiente en el aire y condiciones más tranquilas en el aterrizaje.
Karaman y sus colegas decidieron intentar aumentar las temperaturas de funcionamiento de HTSMA mediante la aplicación de principios de otra nueva clase de materiales, aleaciones de alta entropía, que están compuestas de cuatro o más elementos mezclados en cantidades aproximadamente iguales. El equipo creó materiales compuestosde cuatro o más elementos que se sabe que forman aleaciones con memoria de forma níquel, titanio, hafnio, circonio y paladio, pero omitieron deliberadamente el oro o el platino.
"Cuando mezclamos estos elementos en proporciones iguales descubrimos que los materiales resultantes podían funcionar a temperaturas superiores a los 500 grados C, uno funcionaba a 700 grados C, sin oro ni platino. Eso es un descubrimiento", dijo Karaman ".También fue inesperado porque la literatura sugiere lo contrario ".
¿Cómo funcionan los nuevos materiales? Karaman dijo que tienen ideas sobre cómo operan a temperaturas tan altas, pero que aún no tienen teorías sólidas. Con ese fin, el trabajo futuro incluye tratar de comprender lo que está sucediendo a escala atómica mediante la realización desimulaciones por computadora. Los investigadores también tienen como objetivo explorar formas de mejorar aún más las propiedades de los materiales. Karaman señala, sin embargo, que quedan muchas otras preguntas.
"Por eso creo que esto podría abrir un área de investigación completamente nueva", dijo. "Si bien continuaremos nuestros propios esfuerzos, estamos entusiasmados de que otros ahora se unan a nosotros para que juntos podamos empujar los límites de la ciencia"."
Este proyecto conjunto entre UTRC y Texas A&M fue financiado por la iniciativa de Investigación Aeronáutica Leading Edge de la NASA.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Texas A&M . Original escrito por Elizabeth Thomson. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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