Materiales utilizados en la fabricación de naves espaciales

La humanidad y el uso de los materiales

 El desarrollo científico-tecnológico y la aparición de nuevas necesidades se hacen presentes en algunas disciplinas:

• AeronáÚtica: El progreso de la aviación y de los vuelos espaciales suponen un reto permanente como impedir que una nave espacial desapareciera al volver a la atmósfera, que fue solucionada gracias a los materiales cerámicos. O que un cuerpo pueda vencer la atracción gravitatoria, surgiendo así la necesidad de sustancias ligeras y a la vez resistentes como los composites.
  
• Medicina: Ofrece también retos, como implantar un tornillo que sujete huesos rotos pero que no se oxide ni se descomponga, o un polímero que hace posible que se construya un tubo con propiedades similares a las de los vasos sanguíneos, o una lente de metacrilato que puede ser implantada en una córnea.
• Electrónica: En este campo los científicos buscan materiales que permitan sustituir al silicio.
• Construcción: La necesidad de materiales muy resistentes o buenos aislantes han llevado al uso de los composites.

Los nuevos materiales

Clasificación

 Los materiales se clasifican en cinco grandes familias:

Metales

: Presentan alta conductividad térmica y eléctrica, densidad elevada y gran tenacidad y ductilidad. Algunos se comportan como superconductores y otros tienen propiedades magnéticas.

• Aluminio: Es un material dúctil y maleable, aporta dureza y resistencia en aleaciones. Se utiliza para la fabricación de envases de bebidas, papel de aluminio, menaje de cocina, láminas, cubiertas y carpintería metálica, aviones, antiácidos, aspirina con cubierta entérica, aditivos para alimentos y desodorantes.
• Zinc: Tiene resistencia a la corrosión. Se utiliza para la fabricación de pilas, el revestimientos, en aleaciones para latón y bronce, pinturas, colorantes, conservantes de madera y ungüentos.
• Níquel: Forma aleaciones con hierro, cobre, cromo o zinc. Se utiliza para la fabricación de monedas, artículos de joyería, válvulas o intercambiadores de calor y para formar acero inoxidable.
• Litio: Se utiliza para espesar grases lubricantes, en la elaboración de esmaltes para porcelana, para alargar la vida y el rendimiento de las pilas alcalinas y en soldaduras autógenas y para latón.
• Estaño: Con él se fabrica latón, bronce, materiales para soldadura, envases de bebidas o alimentos y aerosoles. Combinado con el carbono forma compuestos necesarios en la fabricación de plásticos.

Cerámicos

: Incluyen desde la sal común hasta silicatos complejos, suelen ser óxidos o carburos. Son materiales no orgánicos ni metálicos muy frágiles y con baja conductividad eléctrica y térmica por lo que se utilizan como aislantes. Se pueden distinguir cerámicas convencionales y avanzadas.

Semiconductores

: Son materiales que se pueden comportar como conductores o como aislantes y constituyen la base de la industria electrónica. El más importante es el silicio que a temperatura ambiente tiene propiedades de metal o aislante.

Polímeros

: Son el resultado de la uníón de pequeñas moléculas orgánicas denominadas monómeros. Tienen baja densidad y temperatura de fusión. Suelen obtenerse del petróleo. Los más importantes son:

Plásticos: Son ligeros, impermeables, flexibles, baratos y muy resistentes a la corrosión. Caucho o goma natural: Polímero derivado de un hidrocarburo obtenido del látex del árbol del caucho, Se utiliza en los neumáticos mediante un proceso de vulcanización.
Silicona: Se utiliza en lubricantes, impermeables, adhesivos y para fabricar lentes de contacto, válvulas cardíacas e implantes mamarios.

Composites

: Son materiales mixtos, obtenidos a partir de los de las familias anteriores. Se componen con varios tipos de refuerzo: fibras cortas, largas o partículas. La matriz le da volumen y protege a las fibras. Sus propiedades varían aunque principalmente se consiguen bajo peso, tenacidad y operatividad a altas temperaturas.

Fibra de carbono

: Es un material formado por hilos de carbono trenzado. Es muy resistente y poco pesado y no se altera por la corrosión y el fuego. Se utiliza para la fabricación de material deportivo, musical y en las industrias aeronáuticas, aeroespaciales y navales.

Centros de producción y de consumo

Los centros de producción se sitúan en los países desarrollados, que suelen carecer de recursos minerales pero cuentan con tecnologías avanzadas. Estos países se abastecen de las reservas de otros. Los problemas hoy en día se centran sobretodo en el agotamiento de los recursos. El consumo creciente de países emergentes ha provocado un consumo cada vez mayor de todo tipo de materiales que están condicionando el agotamiento de las reservas mundiales de materias primas.

La deforestación y el papel reciclado

El papel está formado de fibras de celulosa que se extraen de la madera de los árboles. El 40% de la madera cortada en el mundo se destina a pasta de papel. La pérdida de bosques primarios afecta especialmente a Europa, norte de África, Oriente Próximo, América del Norte y China. La pasta de celulosa se extrae de especies de crecimiento rápido como los eucaliptos y el pino Además de la madera importada.

 El papel reciclado se fabrica a partir de papel desechado. El proceso es el siguiente: El papel que se consume es almacenado para su recogida y transporte a la planta de recuperación donde se desintegra para formar una pasta con la que se consigue una segunda pasta añadiéndole jabón. Ésta segunda pasta se limpia, se depura y se tinta para eliminar los cuerpos extraños originando una pasta final que se seca y se prensa para originar papel reciclado.

La nanotecnología

Nanotecnología

: Estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nanoescala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nanoescala.

A esta escala, la materia presenta propiedades nuevas y desconocidas y se podrían obtener materiales con propiedades previamente buscadas.

Los nanotubos

Fulereno

: Nanoestructura compuesta por 60 átomos de carbono con una forma muy regular y próxima a la esfera.

Los nanotubos de carbono son estructuras cilíndricas ce grafito, son las fibras más resistentes que se conocen, conducen muy bien la electricidad y son muy ligeros y elásticos.

Aplicaciones de la nanotecnología

• Medicina: Creación de nuevos medicamentos, reparación de tejidos, diagnósticos muy específicos y curación de enfermedades.
• Electrónica e informática: La microelectrónica reducirá aún más los tamaños y aumentará la fiabilidad de los almacenamientos de información. Se conseguirán procesadores más rápidos, nanoteléfonos, nanomicrófonos, sistemas de comunicación más rápidos y eficaces, Internet a altísimas velocidades, etc.
• Construcción: Identificación y reparación automática de brechas en carreteras y edificios, materiales más resistentes y ligeros, fabricación de carrocerías, chasis, raquetas y pelotas de tenis, bicicletas, nanomotores y nanorrobots.
• Energía: Se pueden conseguir baterías de más larga duración y Fuentes de energía menos contaminantes y con mayor rendimiento.
• Diversas industrias: Se están haciendo ensayos de prendas que no se manchan, bombillas eternas, envolturas inteligentes para alimentos, etc.

El resultado del uso de los materiales

El uso de un recurso, siempre ha producido deshechos.
En un principio, esos deshechos eran reutilizados o reciclados. Sin embargo, la acumulación de basuras en las calles y la falta de higiene permitieron la proliferación de insectos, roedores t microorganismos que produjeron grandes epidemias.

Los residuos se convirtieron en un problema ambiental como consecuencia de la revolución científica, tecnológica e industrial. Las nuevas moléculas y materiales artificiales no tienen descomponedores específicos y no pueden degradarse biológicamente, por lo que se acumulan como algo ajeno al medio.

Las basuras y los residuos

Basura

: Todos los materiales sólidos, producto de las actividades humanas que es necesario eliminar, sea su procedencia urbana o industrial.

Residuo

: Todo material que resulta de un proceso de fabricación, transformación, utilización, consumo o limpieza, cuando su propietario o productor lo abandona.

Tipos de residuos

Residuos sólidos urbanos (RSU)

: Se generan en los domicilios particulares, debido a la actividad doméstica y los producidos en comercios, oficinas y servicios de los núcleos urbanos. Incluyen también los residuos procedentes de la limpieza, los animales domésticos muertos, muebles, enseres, vehículos abandonados y residuos y escombros.

Residuos sanitarios

: Se generan en las actividades de atención médica y de los laboratorios de investigación sanitaria. Pueden ser de riesgo y deben gestionarse de modo específico.

Residuos industriales

: Se generan en los procesos de fabricación de la industria y se clasifican en tres grupos:

Inertes: Son los escombros y materiales similares. En general, no suelen ser peligrosos para el entorno. Similares a residuos sólidos urbanos: son los restos de comedores, basuras de oficina, etc. Residuos peligrosos: Son sustancias que, por su composición química o carácterísticas son un peligro para la salud y/o el medio ambiente. Muchas de ellas se acumulan y sus efectos perduran mucho tiempo. Son los metales pesados, los compuestos de cobre solubles, los residuos procedentes de la industria del dióxido de titanio, fenol, éteres, etc.

Residuos agrarios

: Proceden de la agricultura, ganadería, perca, explotaciones forestales o la industria alimentaria. En su mayor parte son orgánicos, aunque también incluyen los envases de productos fertilizantes y fitosanitarios y los plásticos, constituyendo un problema ambiental.

Residuos ganaderos

: Pueden ser residuos sólidos o líquidosy producen una contaminación importante en las aguas. En las grandes instalaciones los utilizan como abono agrícola.

Residuos radiactivos

: Son aquellos materiales que emiten radiactividad. Son peligrosos debido a que pueden emitir dosis de radiación nocivas y por su duración. Estos residuos precisan de una gestión especial.

La gestión de los residuos

Gestión de residuos

: Conjunto de operaciones dirigidas a dar a los residuos producidos en una zona el destino global más adecuado desde el punto de vista ambiental y sanitario.

Principios para la gestión de recursos

• Principio de prevención: La producción de residuos debe evitarse, o al menos reducirse.
• Principio de quien contamina, paga: El productor de los residuos debe responsabilizarse de los costes que ocasiona su tratamiento.
• Principio de precaución: Los problemas potenciales deben de anticiparse.
• Principio de proximidad: Los residuos deben eliminarse lo más cerca posible de su origen.

Fases de la gestión de recursos

Un plan de gestión de residuos incluye las siguientes opciones: su recogida y transporte, su tratamiento y su eliminación o reciclaje.
Los tratamientos habituales de residuos son:

Depósito en vertederos Compostaje: Los restos pueden ser utilizados para la producción de abonos o compost.
Incineración Tratamiento biológico: Producen biogás que se utiliza como combustible o para producir energía.

La regla de las tres erres

Reducir: Reducir los residuos adquiriendo productos que tengan menos impacto ambiental y evitando generar basura innecesaria. Reutilizar: Emplear varias veces o de diversas formas los residuos de consumo, sin tratarlos o transformarlos, para la misma u otra función. Reciclar: Utilizar los residuos como materia prima para elaborar productos similares o diferentes.