Los requerimientos industriales por obtener mejores productos y procesos de fabricación más eficientes han impulsado la investigación de nuevos materiales enfocados a altas exigencias.  A ese objetivo responde el trabajo del Laboratorio de Materiales Compuestos del departamento de Ingeniería Mecánica, donde se estudia el ciclo completo desde el diseño hasta la puesta a punto de dispositivos en operación.

“Aquí fabricamos y seleccionamos materiales, realizamos ensayos, calculamos su comportamiento en operación y diseñamos productos”, explica el jefe del Laboratorio, el académico Paulo Flores.

En esta línea de investigación se inserta un proyecto Fondef , que lidera el doctor Flores, destinado al desarrollo de un material que promete resolver las dificultades que se presentan en los procesos de manufactura por efecto de la fricción entre elementos de máquina, que se manifiestan en un desgaste acelerado de piezas.

Para evitar este desgaste –que se traduce en fallas que pueden dañar tanto la máquina como el producto- normalmente se utilizan lubricantes líquidos.  Pero éstos, en general, acarrean efectos colaterales, como la polución, la contaminación del producto y falta de eficiencia en los procesos de manufactura.

La investigación propone la creación de un compuesto autolubricante y de alta resistencia mecánica, para reemplazar elementos (piezas) de máquina.

Luego de evaluar distintas alternativas de materiales, a través de pruebas de caracterización, el equipo de investigadores decidió enfocarse en un compuesto en base a resina epóxica, reforzada con fibra de carbono y cargada de nanotubos de carbono, que en los ensayos –que se realizaron en la Universidad de Lieja- mostró buena resistencia al desgaste y mejor desempeño mecánico que el acero.

El doctor Flores explica que en estos ensayos se observó que la tasa inicial de desgaste de la pieza en operación disminuye logrando una estabilidad al cumplirse un determinado ciclo de operación.

“Después de un tiempo la tasa de desgaste se reduce, porque las partículas que salieron en el momento inicial, incluidos los nanotubos de carbono, contribuyen a la lubricación”, señala el académico. Esas propiedades lubricantes se deben al nanotubo de carbono que se carga en la matriz de resina.

Rodillos para perfiles metálicos

Con estos resultados, el estudio se abocó a la siguiente etapa, que consiste en realizar ensayos del material bajo condiciones de trabajo en un producto industrial. Para la investigación se eligió trabajar con los rodillos de conformado de perfiles metálicos, que en la actualidad se fabrican en acero y que normalmente presentan problemas de desgaste.

En el laboratorio se fabricaron rodillos de acero, cuya superficie ha sido recubierta con el nuevo material. Esto, en primer término porque –como señala Flores- se está evaluando la factibilidad de fabricar el rodillo completo en base al nuevo compuesto, con el fin de lograr un rodillo autolubricante de bajo peso y alta resistencia mecánica.

De acuerdo a los cálculos de los investigadores, con el nuevo material se reducirían notoriamente los costos de confección de estos rodillos, porque no se necesitarán tratamientos térmicos.

“Lo que proponemos es crear un rodillo más barato, con mejor resistencia al desgaste, que dura más y que es más liviano, lo que se traduce en un ahorro energético (en la operación de los motores que los mueven)”, afirma el director del proyecto.

El siguiente paso es completar las pruebas definitivas con los rodillos recubiertos con el material desarrollado, con el fin de comparar su desempeño y durabilidad en relación a las piezas tradicionales.

El equipo del proyecto lo integran profesionales de la UDT, del departamento de Ingeniería Mecánica y de la Vicerrectoría de Investigación y Desarrollo; además de dos ingenieros civiles mecánicos, un diseñador industrial y alumnos tesistas de pre y posgrado de distintas disciplinas.

El proyecto, que se extiende hasta enero de 2013, cuenta con un financiamiento global de 297 millones de pesos y en él participan Empresa de Servicios Tecnológicos (EST), Indama, Cadetech y Sociedad de Inversiones Valle Claro como instituciones asociadas.