domingo, 17 de enero de 2010

El triángulo mágico

Cuando doy cursos introductorios sobre polímeros y hago un poco de historia sobre los mismos, siempre hay alguna transparencia dedicada a los cauchos. El hecho de que, durante años, sólo se usaran cauchos extraídos de los árboles y que éstos sean capaces de proporcionar materiales radicalmente distintos en cuanto a sus propiedades dependiendo del árbol en cuestión, es algo que siempre atrapa la curiosidad de mis escuchantes. Pero hay otra razón por la que nunca dejo de leer cosas que tengan que ver con los cauchos. Mi pasión (hoy ya muy temperada, como otras) por los coches de competición, ya sean en su versión rallye o Fórmula-1.

El mundo de los neumáticos de competición es una aplicación fascinante de los polímeros que llamamos cauchos en la que desde siempre se ha empleado mucho tiempo, personas y dinero para mejorar sus prestaciones. En los últimos tiempos, los potentes coches de los eventos deportivos han caído dentro del conjunto de "cosas mal vistas" por imperativos ecológicos y ello ha supuesto un considerable revulsivo para las organizaciones y empresas implicadas en los mismos.

El término triángulo mágico que encabeza esta entrada es una forma común de hablar entre los fabricantes de neumáticos de competición. Hace referencia a la necesidad de optimizar las prestaciones de los mismos en términos de resistencia a la rodadura, el agarre en seco o húmedo y la durabilidad o resistencia a la abrasión del mismo. En general se trata de tres variables mutuamente enfrentadas. Por ejemplo, uno puede hacer que el agarre sea mayor pero a costa de un deterioro más rápido por abrasión. Así que en ese baile o balance entre estas variables las casas se juegan mucho dinero.

El negro de carbono juega un papel importante en conseguir ese delicado equilibrio. Producido por una combustión incompleta de diferentes productos derivados del petróleo, el negro de carbono es una forma de carbón amorfo cuya peculiaridad principal es la de estar compuesto por partículas muy pequeñas de carbono, con tamaños entre unas pocas decenas y unas pocas centenas de nanometros (el diámetro de un pelo humano es del orden de 50.000 nanometros). En este sentido, se trata de uno de los primeros nanomateriales empleados de forma extensiva por una industria tan importante como la de los neumáticos. Cuanto más pequeñas son las partículas, la superficie que un cierto peso constante de negro de carbono exhibe al exterior es más grande y, por tanto, hay más sitio para que negro de carbon y caucho puedan interaccionar y formar mezclas estables.

El efecto sobre las propiedades del caucho base es excepcional. No sólo hace que todos los neumáticos sean negros, sino que repercute en otras más significativas que el mero color. Mientras que un caucho puro vulcanizado casi no tiene resistencia a la abrasión y sus propiedades mecánicas son relativamente pobres, la inclusión de cantidades del orden del 40-50% de negro de carbono puede hacer que la capacidad de abrasión y las propiedades mecánicas se disparen en varios múltiplos (no es cuestión de entrar aquí en detalles técnicos).

El que ahora podamos ver con nuevas herramientas esas partículas ha hecho que la investigación en los últimos años se haya también disparado. Fruto del mejor conocimiento que tenemos de ellas es que los fabricantes hayan introducido nuevas tecnologías que, por ejemplo, eviten que las partículas se aglomeren entre sí. O que hayan modificado con reacciones químicas su superficie para que no sea solamente carbón y resulten por ello más "apetecibles" para el caucho, lo que redundará en la adhesión entre caucho y partículas y, por ende, en las propiedades de las que estamos hablando.

Pero, como decía al principio, la oleada de lo "verde" también ha hecho mella en esta boyante industria. El negro de carbono se deriva del petróleo, su producción implica emisiones que hay que controlar y además puede contener cantidades importantes de potentes cancerígenos como los hidrocarburos aromáticos policíclicos. Y además, la industria dispone de nuevos tipos de partículas, las de sílice (arena), de origen mucho más limpio y que pueden "atarse" al caucho mediante agentes de acoplamiento como el tetrasulfuro de bis (trietoxi silil propilo). Ello hace que, sin perder propiedades en los otros dos vértices del triángulo mágico, se rebaje mucho la resistencia a la rodadura, lo que hace que el coche necesite mucho menos combustible para hacer los mismos kilómetros al suavizar el roce entre el neumático y la carretera. Los científicos de Michelín estiman que pueden reducir en hasta un 30% la resistencia a la rodadura
típica de un caucho que sólo contenga negro de carbono.

Así que un nuevo tipo de neumático se está abriendo paso en el mercado, el neumático "verde". Quizás por eso, y en una estrategia de marketing, los japoneses de la Bridgestone, decoran de verde sus neumáticos, como se ve en la foto de la entrada, en la que "calzan" nada menos que un Ferrari. A mi me recuerda el primer Fiat con el que mi familia se estrenó en aquello tan chic de tener coche. De vez en cuando, un mecánico amigo pintaba como adorno unas franjas blancas concéntricas en la parte frontal de cada neumático. Y ni poco chulos que íbamos dentro..

2 comentarios:

q74 dijo...

Gracias por tu información. A mí como soy ecologista y profesor de máquinas y motores térmicos, me parece muy bien que se investigue en los temas de rodadura. Menos energía de rozamiento consumida y menos neumático degradado por kilómetro. Esto último es muy importante, porque te has olvidado del Zinc. Para mejorar la rodadura se utiliza como aditivo el Zn y si uno multiplica por los millones de neumáticos en el mundo, puede deducirse el enorme consumo de Zn debido al desgaste. Las generaciones venideras quizás pudieran darle mayor utilidad al Zn que nosotros habremos dispersado para siempre sin posibilidad de reciclado.

El Búho dijo...

Touché por haberme olvidado de la importancia del zinc en lo que he contado. Pero no por lo de dispersar el Zn para siempre. Vivir es dispersar, como bien sabes. En caso contrario es la nada.

A diferencia de Boltzmann no pienso suicidarme por las consecuencias de la multiplicidad de procesos naturales o forzados que nunca podré controlar. Porque me parece más solidario morirme antes de muerte natural como la mayoría de mis congéneres no agobiados por estas cosas.

Me pasa lo mismo en mi pelea contra la Quimifobia. Sé que es un reto imposible pero, mientras tanto, no me aburro.

Datos personales

Boredom is the highest mental state, según Einstein. Pero, a veces, aburrirse cansa. Y por eso ando en esto, persiguiendo quimiofóbicos.