Fabricantes de coches y sus trucos

En los últimos meses me ha tocado hablar bastante con mecánicos de coche, y en esta entrada recojo una de las muchas y curiosas historias que cuentan. Concretamente, una avería habitual que afecta a los BMW X3 y X5 principalmente.

Estos modelos tienen una tracción 4x4, a la que llamaron X-Drive y que explican en este vídeo promocional. Esta tracción comenzó en 2003 con el X3. No es una tracción integral, sino que por defecto el coche tiene tracción delantera trasera, pero en cuanto detecta que las ruedas delanteras patinan o no transmiten toda la fuerza al suelo, el sistema envía fuerza al eje trasero delantero. Esto se hace principalmente mediante una caja de transferencia. En este artículo usaré la palabra transfer, que parece que es el término habitual entre los profesionales.

El sistema completo está bastante bien explicado en el siguiente vídeo:

Una serie de anillos bloquean el sistema para que el eje trasero se ponga en funcionamiento, pero el problema no está ahí. El transfer básicamente es un sistema de engranajes que tras ese bloqueo transmite parte del par al eje trasero, pero en una pareja de engranajes uno es de nylon mientras que otro es metálico (acero probablemente).

Esto en mecánica de materiales es malísimo, ya que en un sistema de contacto cuando tenemos materiales de distintas propiedades uno siempre se va a desgastar. Imaginaos que las vías fueran de madera y que las ruedas del tren siguieran siendo como las conocéis. La disciplina que se encarga de esto es la tribología.

El fallo de BMW está recogido en muchísimas páginas web y foros, y en la mayoría de los casos se recomienda la sustitución de la pieza de plástico por otra metálica. Eso puede costar unos 100€, mientras que el transfer completo que vende BMW cuesta unos 800 según parece.

La rotura de este pequeño engranaje no es crítico y permite que el coche siga circulando, pero la tracción a las 4 ruedas ya no funciona y el ordenador de abordo muestra mensajes de fallo que harían llevar al taller a cualquier usuario.

Tan habitual es el fallo, que la página DIY por antonomasía también se ha hecho eco de cómo arreglarlo y especifica qué modelos de coche están afectados. Los de BMW no son tontos a la hora de sacar rentabilidad a sus ventas, pero no son los únicos y hay muchos ejemplos de este tipo de averías. El plástico es un material ligero, pero todavía su uso intensivo en automoción está lejos de ser una realidad.

Por cierto, no confundir a la caja de transferencia con el diferencial, del cual quizás os hable en otro post.

Actualización (7 de enero 2016)

El responsable de la web Pistonudos, @GuilleAlfonsin, me ha ayudado a ampliar información al respecto a esta curiosa pieza. Concretamente, explica que la pieza de plástico es una pieza mártir. Está diseñada a propósito para que se desgaste justo esa pieza, ya que si todo fuera metálico el desgaste sería mayor en todo el mecanismo y probablemente la avería sería mayor.

Y por último, también me ha respondido a una pregunta que nos podemos hacer muchos curiosos: ¿Por qué BMW no vende solo esa pieza de nylon en lugar de todo el conjunto? Ahí va su respuesta:

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Tungsteno y errores sobre la historia

A menudo empleamos como sinónimos el material y elemento químico tungsteno de la misma manera que wolframio. Siendo estrictos y tal y como cuentan en este blog, el nombre actual científico otorgado por la IUPAC es tungsteno, así que emplearé este término en este artículo.

Durante la Segunda Guerra Mundial, uno de los muchos vericuetos de su desarrollo que inclinó la balanza a un lado y a otro en distintos momentos, fue que los nazis vieron al tungsteno como un material estratégico, mientras que los Aliados lo veían como una sustancia que impedía obtener hierro más puro. Resulta paradójico que a través de empresas con dueños alemanes, los nazis se hicieran a principios de 1900 con varias minas que estaban en el sur de Inglaterra.

El tungsteno es un recurso escaso. Algunas de las minas principales estaban en la Península Ibérica, en China y Japón. Es un material muy interesante, ya que tiene el punto de fusión y ebullición más alto de la naturaleza, además de ser un material muy duro.

Y aquí es donde viene el pequeño error histórico, ya que según un importante medio español (e incluso la BBC lo deja un poco ambiguo) los nazis usaban el tungsteno para blindar sus tanques. El medio español ha metido la pata varias veces (1, 2 y 3), pero hay otros sitios que también lo han hecho.

No es cierto, ya que la aplicación real del tungsteno era el de fabricación de metal-duro y el refuerzo de las balas. El metal-duro es una sustancia que gracias a sus buenas propiedades térmicas, de dureza y desgaste, permite mecanizar piezas metálicas mucho más rápido que los aceros tradicionales. Gracias al metal-duro, los nazis producían tanques muy rápido.

Y la otra razón es para reforzar las balas y obuses, que sí que eran capaces de atravesar tanques.

El hard metal (metal duro en castellano) es esencialmente granos de carburo de tungsteno embebidos en una matriz de una aleación de Fe-Co. Por otro lado, el refuerzo de munición se obtiene por su elevada densidad. El tungsteno sí que se mezcla con el acero, pero en muy pequeñas cantidades. De lo contrario, lo puede volver muy frágil.

Cuando los Aliados cortaron el suministro de este material desde Inglaterra, los nazis se centraron en extraerlo y transportarlo desde Galicia, y precisamente estos días se ha anunciado una película que conmemora esos hechos. También ocurrieron anécdotas curiosas, como que los alemanes se confundían y compraban piedras.  

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Nazis y su clave de productividad

En 1893 el químico y Nobel francés, Henri Moissan, sinterizó por primera vez el carburo de tungsteno, que se conoció como una de las sustancias más duras hasta entonces. Su dureza era muy parecida a la del diamante. Un tiempo después, corrían los años 20 cuando la empresa Osram (famosa por la fabricación de bombillas) descubrió que este carburo de tungsteno al sinterizarlo con un poco de cobalto, se volvía más tenaz. Sin embargo, no tenía capacidad para industrializarlo, por lo que en 1925 cedió la idea a otra empresa alemana, Krupp. Estos, un año más tarde consiguieron la industrialización de este material para herramientas de corte bajo el nombre de WIDIA (Wie Diamant, expresión alemana para decir como el diamante). ¿Por qué tanta prisa y qué tenía de especial este material, que permitió la superproducción de los nazis durante la Segunda Guerra Mundial?

Continua leyendo aquí (blog de la Escuela Politécnica de la Universidad del País Vasco)

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Los materiales y un tipo de lesión

Hace unas semanas en este blog apareció el siguiente vídeo, y su versión original en YouTube es ésta:

A primera vista, es posible que lo primero que nos venga a la cabeza sea la imagen de una cadena de ADN. Sin embargo, esto nada tiene que ver. Se trata de dislocaciones según la ciencia de materiales, y son propios de las estructuras cristalinas. 

Su definición más simple (y parcialmente errónea) es que son defectos del material. Pero también son responsables del comportamiento durante el endurecimiento y deformación de los materiales. La disposición perfecta de una estructura cristalina es la siguiente:

Sin embargo, debido a las impurezas de los materiales o un incorrecto llenado de esa red, esa estructura puede tener distintos tipos de fallos puntuales:

Ninguno de estos casos se refiere a una dislocación, el cual es un fallo lineal. Éstas ocurren en la deformación plástica o solidificación de materiales con estructuras cristalinas. Durante esos procesos, el material cambia y su estructura interna tiene que adaptarse a esos cambios. Los planos de los átomos se tienen que reorientar hasta conseguir la siguiente situación estable, y las dislocaciones consisten en planos extra que se introducen entre los ordinarios. Estos planos no son de átomos procedentes de las impurezas, sino del mismo material.

Debido a ello, las dislocaciones perjudican a sus planos adyacentes mediante el distanciamiento o acercamiento de sus átomos. Debido a principios de la energía, se sabe que esos planos extra se moverán por planos de mínima energía.

¿Cómo vemos esto reflejado en las deformaciones plásticas de los metales? Un metal podrá deformarse plásticamente en función de la energía que tenga para absorber la movilidad de las dislocaciones. Es decir, llega un momento en que para el material requiere menos energía romperse que seguir deformando, ya que las dislocaciones requieren mucha energía. Para una cerámica, la ruptura normalmente le requiere menos energía que deformarse. Curiosamente, las dislocaciones también tienen relación con la concentración de tensiones. Si tenemos un material de geometría con muchas esquinas, al deformarse el material las dislocaciones tenderán a acumularse en dicha esquina, y como cada una de ellas es un fallo, llega un momento en el que el material no puede aguantar más fallos y rompe por ahí. ¿No os habéis fijado en las ventanas de los aviones?

¿Y qué tiene que ver con el endurecimiento? Para explicarlo, pensemos en el proceso de fabricación de una espada, que más bien es proceso de tratamiento térmico. El herrero calienta mucho el material para después golpearlo. Al calentarlo, el material se vuelve muy maleable y deformable, y es ahí donde las dislocaciones desaparecen. Según va el herrero golpeando y dando forma aparecen algunas, pero el momento clave es del enfriamiento:

Mientras el material está caliente, tiene una microestructura denominada austenita. Al enfriarse rápidamente en agua, el material tiende a encogerse (deformarse) y se crean un montón de dislocaciones. Sin embargo, el trozo de acero se enfría tan rápido, que no da tiempo a las deformaciones a llegar a una posición estable. Esa estructura final, se denomina martensita, y se caracteriza por ser muy dura, pero quebradiza. Si la austenita se enfriase a temperatura ambiente, la microestructura que adquiriría sería otra: la cementita, con otras propiedades distintas. Durante la época medieval, los herreros no tenían ni idea de microscopios, pero a base de tradición y acierto-error consiguieron mejorar la técnica de fabricación de espadas.

Este artículo participa en el II Festival de la Cristalografía que organiza @edocet en su recomendable blog www.edocet.naukas.com. Los pasos para participar en su blog hasta el 31 de enero los podéis encontrar aquí.

Fuente del artículo y algunas imágenes: http://www.uca.edu.sv/facultad/clases/ing/m210031/Tema%2003.pdf

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En Naukas: el acero y su competencia

Os dejo mi última colaboración en Naukas. Ésta vez hubo algún pequeño fallo que corrijo en esta versión respecto a la original, y también se corregirá en Naukas.

En los últimos años, yo por lo menos me he acostumbrado a escuchar la expresión “x veces más rápido que la velocidad de la luz” (películas de ciencia ficción), o “x veces la potencia de la bomba de Hiroshima” o “x veces más duro/fuerte que el acero”. En este artículo me voy a centrar en explicar bien qué significa ser más duro que el acero.

Cuando leemos un titular así, lo que todos pensamos es en el esfuerzo de tracción. Es decir, si estiro de ambos extremos, un nuevo material aguanta x veces más que lo que aguanta el acero antes de romperse. Eso es seguramente lo que piensa la mayoría. A esa característica del material se le denomina resistencia, y no dureza, y se mide en fuerza por unidad de área (tensión). Es decir, MPa, kg/cm2 u otra unidad que cumpla esa relación.

Cómo de duro es un material se refiere a la oposición que ofrece a ser rayado, perforado o abrasado. Hablamos de la capa superficial del material.

En un ensayo de resistencia, los materiales primero tienen una zona elástica. Es decir, si dejamos de hacer fuerza, el material vuelve a su estado original. Aquí hay que mencionar el módulo de Young, el cual es la relación (en esa zona elástica) entre la tensión y la deformación en la dirección en que se aplica la fuerza. Es decir, hasta una tensión límite, esa relación permanece constante. Esto ocurre hasta el límite elástico, el cual marca la tensión máxima que admite ese material sin entrar en la zona de deformación plástica. A partir de ahí, el acero o lo que sea, no vuelve a su estado original.

Sin embargo, para algunas aplicaciones interesa tener el módulo específico alto, y esto no es más que el módulo de Young dividido entre la densidad del material. Queremos tener una alta resistencia con el mínimo peso. Esto se consigue sobre todo reduciendo la densidad del material, que es una de las bazas fuertes de los materiales compuestos, o composites como se les llama frecuentemente. La siguiente gráfica muestra cómo ha evolucionado el módulo específico en la historia de la tecnología de materiales. Como vemos, los composites han supuesto un cambio exponencial. En el eje de las ordenadas está la fuerza específica, la cual es tensión entre densidad.

De hecho, la siguiente tabla es muy clara respecto a la diferencia entre módulo de Young y módulo específico.

En un sentido amplio, los materiales compuestos o composites son los constituidos por dos o más materiales. Generalmente, las propiedades mecánicas del conjunto son mejores que las propiedades mecánicas específicas de cada uno de los materiales constituyentes. Una de los compuestos suele ser discontinuo, más rígido y resistente y se le denomina refuerzo. El compuesto más débil y flexible se denomina matriz, y puede ser de epoxy. Propongo al lector que compare su módulo de Young y el módulo específico al acero. Nadie dijo que todos los materiales compuestos fueran mejores que el acero. Lo que el lector tiene que extraer de este artículo es que cuando se anuncia que un nuevo material es x veces más resistente que el acero, está referido al módulo específico. No obstante, en este caso concreto nos estamos refiriendo al esfuerzo a tracción. Los composites no se comportan por lo general bien a torsión o a cortadura.
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Fuente de las gráficas: Autar K. Kaw (2006). Mechanics of Composite Materials (2nd Edition). Taylor & Francis

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Pegan el estirón y engordan

Intuitivamente, cualquiera podra imaginar que al estirar de dos extremos un material cualquiera, éste se estrecha. Técnicamente dicho, se reduce la dimensión transversal a la dirección de la fuerza. El análisis de este comportamiento se denomina ensayo de tracción y es una prueba básica en el conocimiento de los materiales, como por ejemplo, con qué tensión empieza a deformar el material, y con qué tensión entra en plasticidad. Otro ensayo muy simple, es el test Charpy.

Así se realiza habitualmente un ensayo de estas características, donde las muestras de material que se emplean suelen estar normalizadas en unas dimensiones (no se puede medir un mazacote de una pieza, para que se me entienda).

La curva resultante típica es esta:

Se puede aplicar la tensión correspondiente hasta el punto B sin que el material tenga cambios permanentes en su forma. Es decir, se estira, pero las conexiones no se han roto todavía mucho, por lo que el material vuelve a su ser. Sin embargo, del punto C al punto E, el material entra en deformación plástica. Es decir, se aplica fuerza, pero al dejar de aplicarla, ya no vuelve a su estado original, sino que se queda deformado.

Está explicado de manera muy muy simplista, pero tiene mucha más ciencia por detrás.

Sin embargo, los materiales auxéticos no cumplen esta propiedad, tal y como os demuestra el siguiente vídeo:

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Taladro para agujeros cuadrados

El título parece incoherente, ¿verdad? ¿Cómo conseguimos hacer un agujero cuadrado con una broca para taladros? Que nadie piense que la solución es hacer una broca cuadrada, ya que un cuadrado girando terminaría haciendo un círculo cuyo diámetro fuese la diagonal del cuadrado.

La solución son estas brocas:

Extraída de beorgris.wordpress.com

Y el movimiento que tienen que conseguir para hacer un cuadrado se muestra en el siguiente .gif.

Como se puede ver, se trata de un dispositivo con una excéntrica (es decir, no tiene un punto fijo para realizar el giro), gracias al cual se consigue una forma cuadrada en el metal. No es una geometría nueva para la ciencia, ya que una de las aplicaciones más famosas con este mismo movimiento es el motor Wankel.

En un vídeo, se puede ver la herramienta en acción en el siguiente vídeo:

¿Por qué esto se ha hecho hace poco y no antes? En mi opinión, no había una demanda excesiva, y había otros sistemas para conseguir agujeros cuadrados. Me parece una herramienta útil, pero no parece que ni la geometría ni los materiales de la broca requieran de una grandísima investigación básica tras la aparición de la broca para agujeros circulares.


Todo esto lo vi aquí, y tenéis un poco de matemática sobre esto aquí

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En Amazings: con esto sí se abren las aguas

Os dejo mi último artículo en Amazings. Recordad que todavía estáis a tiempo de adquirir la revista correspondiente a este blog. Ya se ha alcanzado el 122%, con lo cual, la revista es seguro que se imprimirá y enviará a los que la hayan pedido. No llevará publicidad, y serán 100 páginas a todo color en el que otros blogueros Amazings escribirán sobre temas científicos. Por si no visteis la noticia, aquí os dejo el link. Y sin más dilación, este fue mi último artículo sobre el efecto Moisés, el cual ha llevado a la creación de una nueva entrada en la Wikipedia. Muchas gracias a todos por los comentarios!

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Se llama el efecto Moisés (en inglés Moses effect). La revista New Scientist informó que dos físicos japoneses, Masakazu Iwasaka y Shogo Ueno, lograron dividir el agua en un laboratorio, valiéndose de bobinas eléctricas de alta potencia. Gracias a ellas crearon un poderoso campo magnético alrededor de un tubo horizontal de vidrio parcialmente lleno de agua. El campo magnético, de unos 50 Tesla, obligó al agua a desplazarse con rapidez hasta los extremos del cilindro, dejando un espacio seco en el medio. Los científicos descubrieron este fenómeno en 1994, y lo han reproducido físicos de Europa y Estados Unidos. Este efecto se denominó el efecto Moisés. Esta es una patente en la línea de investigación.

No existe gran cantidad de información sobre este fenómeno. De hecho, tampoco tiene entrada en la Wikipedia (efecto Moisés).                    *Ahora sí que la tiene, se puede ver aquí. Gracias Alberto!


Se trata de un efecto diamagnético. El diamagnetismo es la capacidad de algunos materiales para ser repelidos por imanes. Ejemplos líquidos son el agua y el amoníaco; y además, en otros estados, el cloruro de sodio, el oro, bismuto, cobre, gases nobles y algunos otros. Una forma sencilla de explicar el diamagnetismo es decir que se trata de una propiedad de la materia resultado de aplicar la ley de Lenz a escala atómica. Según la teoría electromagnética, siempre que varía el flujo magnético se genera una corriente inducida y según la ley de Lenz "el sentido de las correintes inducidas es tal que con sus acciones electromagnéticas tienden a oponerse a la causa que las produce".

Aplicar un fuerte campo magnético equivale a obtener unos cuantos Tesla. 1 Tesla = 10.000 gauss, y el campo magnético de la Tierra oscila entre 3 y 6 gauss.

El diamagnetismo no es una cosa nueva, ya que se conoce desde el siglo XIX, y es la base científica para la levitación magnética.

Esta técnica también funciona con animales vivos, ys e ha hecho la prueba con una rana (se puede ver aquí, en la Wikipedia) que levitó en un campo magnético de 16 Teslas. Este experimento con la rana valió un premio IgNobel en el año 2000. Diez años más tarde, un investigador de este equipo, Andre Geim, recibió un Nobel de físicas por trabajos en otra área (grafeno) convirtiéndose en la primera persona en ganar los dos premios.

Como es de esperar, el famoso tren Maglev usa materiales diamagnéticos para levitar sobre los raíles.

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Paz interior y el efecto loto

En la película estrenada este año, Kung Fu Panda II, aparece la siguiente escena. A lo que hace el maestro, le llaman hallar la paz interior.

A esto se le llama el efecto loto. Se trata del siguiente efecto:

También recibe el nombre de efecto hidrofóbico. Consiste en que ningún líquido es absorbido por la hoja, y las gotas parece que corren sobre ella. Deslizan incluso la miel y el pegamento. La hoja permanece seca. Se trata de materiales super hidrofóbicos, y como ya se habrá podido adivinar, es una propiedad característica de esta planta: la especie loto. Viendo este fenómeno, no es de extrañar que en algunas culturas orientales, esta planta sea un símbolo de pureza. Las raíces del loto están en el agua y es una planta poco corriente, y existe solo en algunos lugares. No obstante, otra planta más corriente que también tiene esta propiedad es el geranio, muy típico en los balcones de nuestras casas.

El efecto loto ocurre gracias a unos nanocristales de cera que hay en la hoja.

¿Pero esto no era una entrada sobre Tecnología? Sí, ahí vamos.

La planta de loto no tiene grandes aplicaciones tecnológicas, ya que su pequeña estructura es fácilmente alterable, lo cual la hace inestable. Sin embargo, se han comercializado algunas aplicaciones, y Lotus Effect es una marca registrada. Algunas aplicaciones son las siguientes:

- Pintura de fachadas Lotusan, cuya principal ventaja es la resistencia al agua, y para las tejas (Erlus).
- Sensores de tráfico en Alemania, cuyas lentes eran autolimpiables (lo realizó Ferro GmbH).
- Evonik AG desarrolló una spray anti grafittis.
- Se usa también como apoyo para muestras de laboratorio de bioanálisis.

- Y como no podía faltar, un gran cuna técnica como es la NASA también se fijó en este material y lo investigó en 2009 para la protección exterior de sus naves. De hecho, intentó combinarlo con otros compuestos de manera que además de proteger frente a líquidos y suciedad, también lo hiciera frente a bacterias. 

A pesar de que en la naturaleza este efecto se conoce desde hace milenios, no fue hasta la década de los 70 cuando se investigó técnicamente gracias a los avances de los microscopios.

Aquí tenéis también una aplicación curiosa de este efecto.

Este artículo participa en el I edición Carnaval de Tecnología, alojado por la Vaca Esférica.

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Aerogel, un material increíble

Parece que tras la fibra de carbono ya no se pueda avanzar más en los materiales, y que lo que se busca es la resistencia y el poco peso de ellos. Sin embargo, hoy os presento un material que se distingue por otras propiedades, y que ya está siendo usado por la NASA. Os presento el aerogel:

Como se puede ver, las características más importantes de este material son las siguientes:

- Es el material sólido más ligero y de menor densidad del planeta.

- La superficie específica de un gramo de este material es la superficie de un campo de fútbol!!

- El índice de refracción de este material es el más parecido posible al aire, es decir, a través de él vemos las cosas prácticamente sin distorsionar. No ocurre lo mismo si intentamos leer a través de un vaso, o del agua.

- A compresión, soporta 4000 veces su peso.

- Es un aislamiento térmico fantástico debido a su estructura porosa.

Samuel S. Kistler, en 1931, hizo una apuesta con su colega Charles Learned, sobre si era posible o no reemplazar el líquido de un tarro de mermelada por un gas sin que el volumen del mismo disminuyera. Como ocurre a veces, el resultado de un experimento que solo tenía como fin el desafío entre dos científicos dio como resultado una sustancia maravillosa: el aerogel.

Aquí tenemos por ejemplo una empresa que explota industrialmente el producto como aislante térmico.

No todos son ventajas, ya que dicen que este material es el más caro del mundo!

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Lo veo negro

Esta semana hará tres años desde que unos investigadores descubrieron el material más intensamente negro conocido hasta ahora.

Una de las cosas más chocantes es descubrir que hay distintos tipos de negros. Además del negro oscuro, o negro claro que nos viene a la cabeza, se pueden distinguir las propiedades de los colores por las propiedades ópticas. Concretamente, el color negro puro idealmente no refleja la luz que incide sobre él. Y en el caso de este material, se acerca bastante, ya que devuelve sólo un 0,045% de la luz. El porcentaje reflejante de la pintura negra, por ejemplo es del 5% al 10%.

Se ha conseguido mediante una fina capa sobre el material de los famosos nanotubos de carbono.

¿Y esto para qué sirve? Pues tiene propiedades y aplicaciones. Por ejemplo, podría mejorar sensores infrarrojos, y aumentar la eficiencia de convertidores de energía solar.

Obviamente, una muestra del material protagonista, en la siguiente foto aparece en el...

centro :D

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Ley de la cerveza

Digo cerveza, porque el la ley se llama ley de Beer. También toma otros nombres, como ley de Beer-Lambert, o ley de Beer-Lambert-Bouguer y es una ley de la óptica.

La ley de Beer relaciona la intensidad de luz entrante en un medio con la intensidad saliente después de que en dicho medio se produzca absorción. Es decir, cuánta luz se queda un material.

 

La ley fue descubierta entre varios investigadores de manera más o menos simultánea. El protagonista de la entrada, August Beer, lo hizo en 1852.

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Superfluido de helio, capaz de atravesar paredes

Los superfluidos son un tipo de líquidos con unas propiedades asombrosas. Tanto es así, que en 1996 se concedió el Nobel de Física a tres investigadores que trabajaron sobre él. Los premiados fueron David M. Lee, Douglas D. Osheroff y Robert C. Richardson. Como aperitivo de qué se trata este descubrimiento, incluyo este vídeo realizado por la BBC.

El superfluido de helio es una forma del helio que se consigue a -271ºC aproximadamente, y lo increíble a esa temperatura es que el helio pierde su viscosidad. Normalmente la viscosidad de un líquido es cercana a 0, pero no exactamente 0. En el caso del helio sí. La viscosidad es una magnitud muy empleada en la Mecánica de Fluidos, y a un fluido que no la tenga se le llama fluido ideal.

El que no tenga viscosidad, permite al helio traspasar cualquier material, poroso o no, como ocurre en el vídeo en el 1:04. Además, permite trepar por las paredes de los recipientes que lo contienen y derramarse al exterior. Esa propiedad es la misma que permite que la gota de helio del vídeo no se caiga.

En el helio líquido común y corriente, el helio-4, la superfluidez se descubrió hacia los años 30, por el físico ruso Peter Kapitza (que fue galardonado con el Nobel en 1978). La superfluidez del helio-4 se ha convertido en una herramienta común de la ciencia y será usado como el líquido refrigerador en el Large Hadron Collider, el acelerador de partículas entre Francia y Suiza.

En cambio, el premio Nobel de 1996 fue sobre el helio-3, sustancia que ha demostrado ser más difícil de pasar a estado líquido.

Este descubrimiento representa uno de los mayores avances de la Física en los últimos tiempos, y su conocimiento es aplicable a la Mecánica Cuántica.

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Avión de Buckypaper

Una de las propiedades de materiales que más éxito ha tenido en los últimos años ha sido el descubrimiento que las propiedades macroscópicas y microscópicas de los materiales pueden diferir. Es el caso del grafeno, merecedor del último Nobel de Física. El grafeno es una propiedad nanotecnológica del carbono.

Otro material que cumple esta propiedad es el llamado Buckypaper, un material que se basa en los nanotubos de carbono (50.000 veces más delgados que un pelo humano). Esta sustancia recibe el título de papel más fuerte del mundo, ya que es tan delgado (o más) como las hojas sobre las que escribimos, pero hasta 500 veces más resistente que el acero. Sin embargo, el Buckypaper no se queda sólo en el récord anecdótico, sino que su ligereza y manejabilidad (se puede doblar) puede ser clave en el futuro de la industria de automoción y aeronáutica. Por si fuera poco, en el siguiente vídeo se puede ver que también tiene buena resistencia eléctrica.

El material fue descubierto en 1985. Al principio se le conocía como buckyball, o formalmente Buckministerfullerine, y le debe su nombre a su creador Richard Buckminster ("Bucky") Fuller (norteamericano). Posteriormente, los científicos Harold Kroto (Univ. de Sussex), Robert Curl Jr y Richard Smalley (Universidad Rice) compartieron en 1996 el premio Nobel de Química a partir de la investigación de este material. 

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Audi A7 de papel

En el blog siempre se intentan hacer entradas que hablen de tecnología o ciencia. En este caso, la entrada de hoy casi es de arte. Para promocionar el Audi A7, la división americana de Audi realizó un coche a escala en papel. Y el realismo logrado es espectacular. No sólo es difícil conseguir ver una maqueta de papel y que te recuerde a un Audi, sino también el artista se encargó de hacer los detalles interiores.

Por cierto, el artista es Taras Lesko e invirtió 245 horas de trabajo, en las que fueron impresos 285 folios para dar forma a las 750 partes del coche. El resultado, en el siguiente vídeo (lo vi en alpoma):

Otro anuncio espectacular de Audi, en este caso promocionado en UK, es el que se ve en el próximo vídeo, donde gimnastas imitan a un motor.

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Qué bien se lo pasan con Zenek

Zenek es el nuevo juguete del Laboratorio Politécnico de Nadprzewodiników de Polonia. Parece un pequeño ratón al que hacen correr. Para ello, los investigadores emplean nitrógeno líquido a temperaturas muy bajas y lo hacen flotar sobre unos raíles imantados aprovechando las leyes de la superconductividad.

La superconductividad es la capacidad intrínseca que poseen ciertos materiales para conducir corriente eléctrica con resistencia y pérdidas de energía cercanas a cero en ciertas condiciones. Una de estas condiciones son las bajas temperaturas, cercanas a -273ºC. Esta propiedad se conoce desde principios del siglo pasado.

Otra de las características que define a un superconductor es que el campo magnético inducido por un campo magnético externo débil es cero en su interior cuando éste es enfriado lo suficiente. Este efecto se denomina Meissner-Ochsenfel y es el que permite que los imanes leviten sobre un superconductor. Como se habrá podido adivinar, el imán es el pequeño ratón y el superconductor son los raíles sobre los que desliza.

En la levitación magnética se utiliza nitrógeno líquido en ebullición, que mantiene al superconductor en un estado de resistencia nula al aproximar su temperatura al cero absoluto. Cuando el imán desciende hacia el superconductor, induce una corriente eléctrica que a su vez crea un campo magnético opuesto al imán. Como el superconductor no tiene resistencia eléctrica, la corriente inducida sigue fluyendo y mantiene el imán suspendido indefinidamente.

Lo vi en tec.nología

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No sabemos si vino del espacio, pero seguro que llegó a él

Los ferrofluidos son una mezcla sintética coloidal entre dos sustancias: una es líquida y no está magnetizada (normalmente es agua o aceite) y la otra está permanentemente magnetizada y son partículas de magnetita. Dependiendo del tamaño de las partículas, se consiguen fluidos magnetorreológicos (partículas de micrómetros) o ferrofluidos (orden nanométrico). En esta entrada se explicarán los fluidos magnéticos sin hacer distinción.

La estructura de estos fluidos se explica en la siguiente gráfica. Como se puede observar, entre las partículas existe una película (por ejemplo de ácido oleico) que evita su aglomeración, y el movimiento Browniano evita que se hundan en el fondo del ferrofluido. La composición típica es de un 5% de partículas, un 10% de fluido en la capa límite y un 85% de película.

Como se puede intuir, la característica que les hace únicos a los ferrofluidos es el cambio de sus propiedades reológicas ante un campo magnético. Es decir, la manera de fluir y de deformarse que tienen, ya que se orientan según el origen del campo. Estos fluidos siguen la ley de Curie, por lo que a altas temperaturas pierden estas capacidades magnéticas.

Los primeros en emplear los ferrofluidos fueron los científicos de la NASA en la década de los 60. Consistía en partículas de magnetita suspendidas en queroseno para guiar el flujo del  combustible en un entorno de gravedad cero. El líder de este equipo fue Stephen Papell. A partir de esa investigación, surgió en 1968 la que ahora es empresa referencia en esta tecnología, llamada Ferrotec Corporation.

A pesar de que parezca una sustancia extraña, seguramente todos tenemos algo de ferrofluido en casa ya que los discos duros de los ordenadores están parcialmente cubiertos de ella, la cual actúa como un protector evitando que nada entre dentro del disco.

Los ferrofluidos suelen utilizarse en altavoces de gran potencia, como los fabricados en neodimio.

Sirven para disipar el calor entre la bobina y el imán, así como amortiguar pasivamente el movimiento del cono. Residen en lo que normalmente sería el hueco alrededor de la bobina, siendo mantenidos en posición por el imán del altavoz.

El ferrofluido también se usa en las suspensiones activas de los vehículos, entre los cuales el pionero fue Delphi con su novedoso sistema Magnetic Ride. Básicamente, las partículas magnéticas presentes en el líquido de los amortiguadores cambian la rigidez de la suspensión mediante un campo magnético. La ventaja de este sistema es que se consigue en una fracción de segundo.

Además, muchos aviones militares usan pintura con una proporción de ferrofluido de manera que absorben parte de las ondas electromagnéticas que les llegan desde tierra, evitando que los radares las detecten.

Hasta ahora hemos descrito las aplicaciones existentes y comerciales, sin embargo, este campo aún tiene capacidad de innovarse. Ahora sobre todo está encontrando aplicaciones en la bioingeniería, en los siguientes campos:

-     Aplicación localizada de técnicas para combatir el cáncer localmente, sin tantos daños colaterales. Una quimioterapia mejorada.

-     Como contraste en las pruebas de resonancia magnética.

Y ahora que está de moda el Robonaut2, también ha salido a la luz la idea de que en un futuro los nervios encargados de mover partes y articulaciones de los robots estén llenos de ferrofluido.

Todas las aplicaciones comerciales y reales son muy interesantes. Sin embargo, la inmensa mayoría del público habrá conocido los ferrofluidos por vídeos artísticos como éste, en el que se crean “esculturas” a partir de campos magnéticos.

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Liquidmetal

Esta tecnología debe de tener algo, ya que ha sido adquirida en exclusiva por Apple. Se trata de un material formado mediante distintas aleaciones y que tiene una estructura microscópica amorfa. Algunos de los elementos que intervienen en las mezclas son el titanio el el zirconio. Ha sido desarrollado por el Instituto Tecnológico de California, liderado por el Atakan Peker. El nombre comercial de esta sustancia es Vitreloy o Liquidmetal, pero no se trata de un líquido, ya que a temperatura ambiente está en fase sólida. Para ver la novedad de este material se incluye el siguiente vídeo:

Apple ha adquirido esta tecnología mediante una patente que revela que este metal será utilizado como el componente central de pequeñas células de combustible. En AppleWeBlog realizaron las siguientes declaraciones: El metal líquido será el componente principal de unas pequeñas células de combustible. La nueva patente describe un plato contenedor de aleaciones amorfas para células de combustible, una batería electroquímica que use hidrógeno para general electricidad. Las células de combustible en miniatura para teléfonos móviles podrían proporcionarles más de 30 días de uso sin necesidad de recargas, y en el caso de portátiles 20 horas o más.

Liquidmetal también se usó en la NASA, ya que se enfriaba rápidamente y era dos veces más fuerte que el titanio. Sin embargo, uno de los primeros usos comerciales fue en algunos campos de golf: las pelotas tenían una porción de este material. También se han usado en la fabricación de esquíes, bates de béisbol y raquetas de tenis. Por último, el fabricante de relojes OMEGA ha lanzado una edición limitada de relojes que contienen Liquidmetal (ver).

Las propiedades principales de este material son la gran resistencia a las tensiones, a la corrosión, al desgaste y que posee unas propiedades acústicas únicas.

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Lexan para la vida

Lexan es uno de los materiales que se puede sacar del gran saco de lo que llamamos "plásticos". Concretamente, Lexan es uno de los más comunes y sí, se escribe con mayúscula ya que está registrado. El Lexan concretamente es una resina de policarbonato que fue creada por el antiguo General Electric Plastics, hoy en día SABIC Innovative Plastics. Tal ha sido la repercusión del invento que el Lexan es el producto estrella de esta empresa.

Esta resina se caracteriza por sus buenas características ópticas, eléctricas, mecánicas y térmicas, y de hecho se suele emplear en elementos a la intemperie o propensos a sufrir ambientes adversos. Lo que más se valora, de hecho, es como elemento protector, pero al mismo tiempo transparente: esta resina se emplea en CDs, lentes, cristales anti-bala, techos de invernadero, teléfonos móviles, ordenadores e incluso Ipods. De hecho, este material ha tenido presencia en la Luna, ¡ya que las viseras de escafandras de los astronautas eran de este material! También es conocido por ser el material de los coches de la NASCAR y el de las ventanillas de los aviones. Aquí se pueden ver las innovaciones en las que se ha usado el Lexan.

Este revolucionario invento fue descubierto, como otras grandes ideas, fruto de la casualidad. La patente del producto está a nombre de Daniel Fox, quién intentaba hallar un recubrimiento de cables y terminó hallando una sustancia pegajosa que se endurecía si se metía en un vaso de precipitados. Justo una semana más tarde, otro equipo de investigadores de Bayer halló la misma sustancia. Al final, General Electric Plastics lo comercializó como Lexan, y Bayer como Makrolon, Makrofol, Apec y Bayfol.

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