Solar Impulse, la materia hace la esencia
Mientras el equipo del Solar Impulse realiza una serie de vuelos de prueba a lo largo del territorio estadounidense, una brigada de ingenieros en Suiza desarrolla materiales de última generación que se utilizarán para la nueva versión de este avión solar.
Como estaba previsto, el ligero avión solar despegó de San Francisco el pasado viernes y aterrizó el sábado en Phoenix, sin contratiempo alguno, tras 18 horas y 18 minutos de vuelo. Con ello, el Solar Impulse concluyó el primer tramo del reto de recorrer Estados Unidos de costa a costa.
Sin embargo, la misión de Bertrand Piccard y André Borschberg, creadores del Solar Impulse, no es solo establecer récords, sino también promover el uso de tecnologías energéticas a partir de fuentes renovables. Un grupo de 80 socios –entre ellos muchas empresas suizas– ayudó a concebir, construir, probar y hacer volar un prototipo. Y la riqueza que obtuvieron a nivel investigativo superó largamente sus aspiraciones originales.
En la Suiza francófona, lejos de los aplausos y las cámaras, está en marcha la construcción del que será el nuevo Solar Impulse HB-SIB. Para los socios del avión solar y su asesor científico, la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), esta aeronave es un compendio de retos tecnológicos –uno de ellos, encontrar los materiales idóneos para su construcción.
A diferencia de los aviones tradicionales, el Solar Impulse no posee ningún remache. Todas sus partes están pegadas entre sí. Por ello, en la búsqueda de un material ultraligero pero de alta durabilidad, los ingenieros involucrados en el proyecto han tenido que rebasar los límites de los materiales existentes para desarrollar el nuevo tipo de composite –resina compuesta- que necesitan.
Un reto que asumieron Décision SA y North TPT, dos compañías de Lausana que trabajan en estrecha colaboración con la EPFL. Curiosamente, ambas tienen antecedentes en la industria náutica.
Los vuelos para atravesar de oeste a este el territorio de Estados Unidos iniciaron el 3 de mayo.
El despegue tuvo lugar en San Francisco (California) y contempla cuatro escalas antes de llegar a Nueva York, su destino final: Phoenix (Arizona), Dallas (Texas), Saint Louis (Missouri) o Atlanta (Georgia) y Washington DC.
El primer Solar Impulse HB-SIA fue presentado el 26 de junio de 2009. Su primer vuelo de prueba se realizó el año siguiente, y el primer vuelo solar nocturno en la historia de la aviación tuvo lugar el 7 de julio de 2010, con una duración de 26 horas.
En septiembre de 2010, el Solar Impulse atravesó Suiza aterrizando en los aeropuertos de Ginebra y de Zúrich.
En 2011, realizó sus primeros vuelos fuera de Suiza. Uno de ellos, a Bruselas; otro, a París.
Posteriormente, el Solar Impulse voló de Payerne (cantón Vaud) a Rabat (Marruecos) con siete escalas intermedias, una de ellas en Madrid.
En 2013 está en marcha la construcción del nuevo Solar Impulse HB-SIB. Su principal desafío en la agenda es dar una vuelta al mundo en 2015.
Ultraligero
Las ultraligeras estructuras del fuselaje, la cabina y las alas del HB-SIA –el prototipo del Solar Impulse que sobrevuela actualmente Estados Unidos–, fueron producidas por Décision y la EPFL. Tardaron un año en obtener el diseño óptimo de la estructura de fibras de carbono emparedadas como panal de abeja -confeccionadas a base de láminas de carbono con un peso de solo 93 gramos por metro cuadrado- que utilizaron para esta primera aeronave.
“Esto es alta tecnología y a la vez un trabajo muy artesanal”, dice Bertrand Cardis, director de Décision mientras recorre los talleres en los que se han fabricado diversos veleros Alinghi y también un ala para Yves Rossy, el hombre pájaro.
Actualmente, los técnicos preparan los paneles individuales del fuselaje del nuevo Solar Impulse, al tiempo que revisan la forma de cómo ensamblarlo. “Hablamos de 6.000 horas de trabajo por cada pieza”, dice Cardis.
El objetivo es conseguir que el nuevo avión sea más ligero, pero que cuente con una mayor envergadura de alas -72 metros-, lo que permitirá disponer de más espacio para instalar los paneles solares. En esta ocasión, las láminas de carbono utilizadas son tres veces más ligeras que el papel, esto es, de menos de 25 gramos por metro cuadrado.
“Cuando desarrollas proyectos extremos estás obligado a abandonar tu zona de confort”, afirma Cardis. “Tienes que asumir riesgos y a la vez reducirlos al mínimo. Esto ha supuesto una gran cantidad de investigación conjunta con la EPFL”.
La proximidad geográfica que existe entre la investigación sobre los materiales y el desarrollo de este proyecto ha sido una gran ventaja, según Pascal Vuilliomenet, de la EPFL. “Tenemos un acervo invaluable de experiencia”.
Más capas
North TPT, proveedor de Décision, está a solo unos minutos en coche de su cliente. Instalado en una fábrica de cables reconvertida, North TPT fue la firma responsable de desarrollar el material usado en las velas del Alinghi, vencedor de la Copa América en 2007. Este material fue preparado en un molde en el que se colocaban pequeñas piezas de un nuevo y revolucionario composite de carbono, que se utiliza sobre todo en la fabricación de coches, navíos y trenes.
Este composite está hecho a base del empalme de una serie de capas de finas láminas de fibra prepeg –una preparación preimpregnada que es una mezcla de fibra reforzada y resina-, a la que luego se somete a un proceso de cocción que la polimerizará dándole rigidez. Un material que, conformado por muchas pequeñas capas de fibra colocadas en distintas direcciones, ha conseguido ser más ligero, pero también más resistente que sus antecesores.
“Efectivamente, es como contar con más pixeles en una fotografía”, metaforiza el director ejecutivo de North TPT, François Mordasini.
Pero el nuevo material es tan fino que se necesita un robot operado por ordenador para colocar las distintas capas siguiendo la forma y los ángulos que se desean obtener. Esto permite producir láminas o bloques de composite de carbono a medida, útiles tanto para una caña de pescar como para la caja de cambios de un auto de la Fórmula Uno.
Dado que este composite tenía más capas que los anteriores, North TPT deberá desarrollar nuevos programas informáticos para calcular la estructura del material. Pero una vez que esté a punto, se podrá aprovechar al máximo.
“Conseguimos juntos una nueva caja de herramientas que nos permite optimizar los materiales en función de una base individual”, agrega Mordasini.
Futuras pruebas
Las propiedades del composite thin-ply –su nombre comercial- son diferentes de las de un composite estándar. Por ello Robin Amacher y un equipo de especialistas del Laboratorio de Mecánica Aplicada y Análisis de Confiabilidad de la EPFL lo están probando.
“Lo notable de este composite es que su punto de rotura es mucho más alto y la ruptura misma es más contundente. Su resistencia a la fatiga (desgaste y deterioro) también está ofreciendo resultados sorprendentes. Esto permite al diseñador utilizar al máximo las capacidades del material”, explica Amacher a swissinfo.ch.
“No solo establecemos valores de medición, sino que aprendemos cosas sobre la rotura de los materiales. Cuando la conoces puedes proponer mejoras”, añade.
La EPFL se unió al proyecto del Solar Impulse en 2003, cuando realizó el estudio de viabilidad correspondiente. Desde aquel momento se establecieron diversos ejes de investigación, uno de ellos, relacionado con los sensores de interfaz hombre-máquina que se requerían –los pilotos del Solar Impulse deben permanecer en alerta durante largos periodos. Un área en la que la EPFL trabajará en diciembre próximo, cuando se realicen pruebas de simulación de vuelo de la nueva aeronave.
“Los proyectos en fase de descubrimiento, como el Solar impulse, son muy valiosos, como vitrinas tecnológicas y también como espacios que involucran a nuestros estudiantes en investigaciones con un alto nivel de innovación donde sus contribuciones se materializan de forma inmediata. Un tipo de transferencia tecnológica que beneficia todos”, puntualiza Vuilliomenet.
(Traducción: Andrea Ornelas)
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