Nanotecnologia en la industria aeroespacial
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍATEXTIL
“NANOTECNOLOGÍA APLICADA EN LA AERONÁUTICA”
INTEGRANTES:MELO PEÑALOZA DANIELA A.
NICANOR DE LA CRUZ DANIELJIMÉNEZ RUIZ SERGIO DAVIDPASTEN MÁRQUEZ MIGUEL
ARAIZA LEÓN OSCAR EDUARDO
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NANOTECNOLOGÍA
Es el estudio, diseño, creación, síntesis,manipulación y aplicación de materiales,aparatos y sistemas funcionales a través delcontrol de la materia a nano escala. Y la
explotación de fenómenos y propiedades de lamateria a nano escala.
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NANOTECNOLOGÍA EN AERONÁUTICA
En la aeronáutica y en la astronáutica existenposibilidades de aplicación de la nanotecnología a
medio y a largo plazo.Busca nuevos materiales que combinen laresistencia a la corrosión de los agentesatmosféricos sin que pierdan las capacidades
físicas, un trabajo que busca incrementar laseguridad aérea.
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Uno de los puntos esenciales de aplicación son losmateriales de estructura. Por ejemplo, con el uso
de materiales ligeros, basados en nanotecnologíahay un ahorro de peso y un ahorro energético.
La tecnología aeronáutica y astronáutica
austriaca juega un papel importante en elsuministro de productos nicho a grandesfabricantes de aviones y a empresas espacio-siderales.
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En el diseño aeronáutico es primordial
maximizar la relación resistencia/peso, significaque, se buscan materiales con propiedades quecumplan simultáneamente alta resistenciamecánica y bajo peso.
Entre los materiales nanotecnológicos, uno de losde mayor popularidad son los nanotubos decarbono.
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FORMACIÓN DE HIELO
Existe el riesgo de formación de hielo en losmotores de los aviones. Este aviso nos demuestrael grave problema que puede provocar el agua sipasa a estado sólido.
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En el año 2010 se registraron 388 accidentesaéreos en todo el mundo relacionados con la
formación de hielo en los aviones, y aunqueexisten algunos sistemas para retirarlo de laestructura metálica, el problema persiste y lasconsecuencias pueden ser fatales.
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¿CÓMO AFECTA EL HIELO A LA AERONAVE?
La congelación no es muy frecuente debido a quelos pilotos cuentan con datos meteorológicos,conocimientos y experiencia suficiente para saberactuar en consecuencia. Sin embargo, el problema
se agrava cuando hay cambios meteorológicosrepentinos que limitan el margen para evitar volaren zonas peligrosas.
Se han llegado a presentar muchos casos de
formación de 50 o 75 mm de hielo en la superficiede un avión en dos o tres minutos.
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El peso adicional no es muy importante sino que es lareducción de la capacidad aerodinámica del avión quepuede ocurrir de tres formas:
1) Disminución de la eficacia de las hélices.
2) Disminución de la altura al reducirse la aerodinámica.
3) Aumento de la resistencia durante el avance del avión.
También pueden aparecer problemas en el manejo ycontrol de la aeronave por posibles fallos en losinstrumentos, disminución de la capacidad propulsoradel avión o la congelación del carburador.
¿DÓNDE ESTÁ EL PELIGRO?
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NANOTUBOS DE CARBONO
Los nanomateriales se hacen a partir decompuestos, como la acetona o el metano, es decir,líquidos o gases que tengan carbono. Por ejemplo, siel plástico aguantaba un nivel de resistencia de 10,
con los nanomateriales se puede lograr 50; si antestenía un grado 15, ahora puede alcanzar 100. Se lesdenomina ultrarresistentes y multifuncionales.
Estos materiales nuevos son ligeros, resistentes,
flexibles, buenos conductores de electricidad y conpropiedades térmicas que los hacen estables a bajaso altas temperaturas. Se ha logrado incrementos enmódulos mecánicos de 11 y 13 veces el valor delpolímero, con solo 1% del material nanométrico.
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Sus dos principales propiedades son presentaruna rigidez muy superior a la de otros
materiales, así como una gran tenacidad, lo quelos hace ideales para la ingeniería aeronáutica.Los científicos del Battelle Memorial Institute deOhio, E.E.U.U., ha desarrollado un nuevo método
que consiste en aplicar una capa de Nanotubos deCarbono a las superficies más importantes de laaeronave y, a continuación, dar energía a esacapa usando el sistema eléctrico a bordo del aviónhaciendo que los nanotubos se calienten y así
eviten la formación de hielo.
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Esos nanotubos son cilindros diminutos de una omás paredes cuyos extremos pueden estarabiertos o cerrados.
Los nanotubos de carbono no solo pueden generarmateriales más resistentes, sino que ademáspueden ser miles de veces más conductores deelectricidad. De este modo, los aviones que
integren este tipo de materiales tendrían unamayor protección frente a los daños causados porrayos.
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NANOTECNOLOGÍA Y DISEÑO INTELIGENTEPARA REDUCIR LOS COSTES DEEXPLOTACIÓN AERONÁUTICOS
Con la integración de materiales distintos paracomponentes como las alas, sus responsablesdemostraron que es posible reducir un 6% laresistencia aerodinámica y cargar menos
combustible para completar una ruta. Losdiseños aerodinámicos nuevos son, además, másligeros y generan menos ruido. De este modo sereduce el impacto de los vuelos bajos sobre los
barrios que rodean los aeropuertos.
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Otra ventaja de utilizar nanotubos de carbono enestas resinas estriba en la posibilidad de reducir
aún más el peso. En este caso se pueden lograrreducciones de hasta el 3% en comparación conlos sistemas fijos tradicionales. Su combinacióncon una amplia gama de tecnologías distintasconduciría a un ahorro del 15% en el coste deinstalación del sistema eléctrico.
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NANOTECNOLOGÍA EN LA AVIACIÓN
En la investigación de compuestos para el uso enla aviación son los siguientesNano compuesto:Desarrolló una aleación con el aluminio y este a
la vez contiene núcleos de cuasicristalesicosaédricos nanométricos (es decir, de milmillonésimas de metro) que le confieren alaluminio una resistencia mecánica superior a laque poseen el titanio y algunos aceros sometidosa altas temperaturas.
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Nano material:Gracias a este compuesto, un material puedellegar a ser más resistente que el acero, deelevada rigidez, con gran resistencia a lacorrosión y sobre todo de bajo peso. Este materialtambién resiste al impacto de pájaro y a fatiga,dos de las pruebas más comunes en el sector
aeronáutico y aviación.
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Nano partículas:Mejora de la resistencia a la corrosión y aldesgaste:
Cobalto-fósforo nanocristalinoUtilización en: Motores, Tren de aterrizaje
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Nano fibras:Las anofibras de Carbono contribuyen a la fabricación de laaviación con los siguientes materiales: Adhesivos Tintas Pinturas y recubrimientos Materiales compuestos multifuncionales Buckypapers Contribuyendo principalmente a: Impartir propiedades eléctricas y térmicas Permitir una sensorización estructural Sistemas de calentamiento anti-hielo Sistemas de protección frente al rayo Disipación electroestática y protección electromagnética Mejora de las propiedades mecánicas
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DESARROLLO DE NUEVOSMATERIALES A través de plásticos sintéticos reforzados connanomateriales, investigadores mexicanosdesarrollan nuevos componentes (polímeros) parala industria aeronáutica y automotriz. El trabajode investigación lo llevan a cabo en el Instituto
Tecnológico de Querétaro.9 de julio de 2014 (Agencia Informativa CONACYT)
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Estos compuestos tienen aplicaciones en el sectoraeronáutico. El material puede ser utilizado enlas alas de los aviones, donde se busca pueda
moldear su forma en respuesta a las condicionesexternas, en este caso, del viento.
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Los investigadores del ITQ toman como baseesas mismas resinas epóxicas, pero, en lugar defibras, incluyen nanotubos de carbono o grafeno.
“Estos materiales se trabajan a nivel delnanómetro, que es la millonésima parte delmilímetro, y a ese tamaño funciona conpropiedades sobresalientes”
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POTENCIALES APLICACIONES DELAS NANOFIBRAS DE CARBONO
AdhesivosConductoresMicroelectrónica
SensoresDisipación de calor Apantallamiento electromagnéticoRocket ablative nanocompositeRecubrimientos y pinturas conductoras Absorción de microondas
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USOS NANOFIBRAS DE CARBONOEN LA INDUSTRIA AERONÁUTICA
Las Nanofibras de Carbono pueden utilizarse endiferentes materiales en la industria aeronáutica: AdhesivosTintasPinturas y recubrimientosMateriales compuestos multifuncionalesBuckypapers
CONTRIBUYE PRINCIPALMENTE
Impartir propiedades eléctricas y térmicas
Permitir una sensorización estructuralSistemas de calentamiento anti-hieloSistemas de protección frente al rayoDisipación electroestática y protección electromagnética
Mejora de las propiedades mecánicas
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ELÉCTRICA
La modificación de adhesivos estructurales
con nanofibras de carbono permite alcanzaruna elevada altas conductividades eléctricasmanteniendo o mejorando las propiedadesmecánicas del adhesivo.
Adhesivos con capacidad de disipación decargas electrostáticas, que permitan el diseñode estructuras con protección frente al rayo.
Se pueden hacer formulaciones de adhesivos base epoxi con nanofibras decarbono con conductividades eléctricas que permiten su utilización en antenas
o sistemas de apantallamiento electromagnético.
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PINTURAS Y RECUBRIMIENTOS CONCONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA Y ABSORCIÓN DE
RADAR
Recubrimientos para sistemas dedisipación de cargas electrostáticas yprotección frente al rayo
Recubrimientos para apantallamientoelectromagnético o de radio frecuenciapara evitar interferencias
Materiales absorbentes de radar(RAM, Radar Absorption Materials) enfase de investigación
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MATERIALES COMPUESTOS MULTIFUNCIONALES.SENSORIZACIÓN ESTRUCTURAL
Las nanofibras de carbono contribuyen también mejorando laspropiedades mecánicas en la dirección transversal del laminado
Las nanofibras de carbono interconectadas dentro de la matrizpolimérica actuarían como una red sensorial similar a las
neuronas en el cuerpo humano.
Las propiedadessensoriales de las nanofibrasde carbono permitirían una“sensorización estructural”de la estructura a través dela monitorización de losposibles cambios en laresistencia eléctrica entrepuntos críticos
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MATERIALES COMPUESTOS PARASISTEMAS DE FRENADO
Las nanofibras de carbono GANF pueden serusadas en materiales compuestos para sistema defrenado de aviones debido a sus propiedadestribológicas
ESPEJOSPARAAPLICACIONES
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ESPEJOS PARA APLICACIONESESPACIALES
Nanofibras de Carbono GANF como segundas fases(Li2O-Al2O3-SiO2), mejoran la estabilidad dimensionaly las propiedades térmicas y eléctricas en estosmateriales compuestos
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