La espuma metálica compuesta promete un transporte más seguro de materiales peligrosos

Un reciente estudio demostró que la espuma metálica compuesta (CMF) tiene la capacidad de soportar fuerzas tremendas, suficientes para perforar un vagón cisterna de ferrocarril, y todo esto con un peso significativamente menor que el acero sólido. Este hallazgo sugiere la posibilidad de crear una generación más segura de vagones cisterna para el transporte de materiales peligrosos.

Los investigadores también desarrollaron un modelo computacional que permite determinar el grosor necesario de la CMF para proporcionar el nivel de protección deseado en diversas aplicaciones. El artículo titulado "Modelo numérico y validación experimental de la espuma metálica compuesta en la protección del acero al carbono contra perforaciones" fue publicado en Advanced Engineering Materials.

La profesora Afsaneh Rabiei, autora principal del estudio y profesora de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Universidad Estatal de Carolina del Norte, comentó: "Los vagones cisterna de ferrocarril son responsables del transporte de una amplia gama de materiales peligrosos, desde ácidos y productos químicos hasta petróleo y gas natural licuado. La seguridad de estos vagones es crucial, y el Departamento de Transporte de EE. UU. tiene requisitos de prueba muy rigurosos para cualquier material que pueda utilizarse en la fabricación de estos vagones".

Rabiei agregó: "En estudios anteriores, la CMF ha superado estas pruebas con excelentes resultados, y el siguiente paso fue evaluar cómo se comportaba el material en pruebas de perforación. Los resultados fueron sobresalientes".

Las CMF son espumas que consisten en esferas huecas, fabricadas con materiales como acero inoxidable, níquel u otros metales y aleaciones, incrustadas en una matriz metálica. El material resultante es ligero y sorprendentemente fuerte en la absorción de fuerzas compresivas, con aplicaciones potenciales que van desde alas de aeronaves hasta blindaje de vehículos y chalecos antibalas.

Además, la CMF es mejor para aislar contra altas temperaturas y es más fuerte cuando se expone a altas temperaturas en comparación con metales y aleaciones convencionales, como el acero. La combinación de ligereza, resistencia y aislamiento térmico sugiere que la CMF también podría ser útil para el almacenamiento y transporte de materiales nucleares, materiales peligrosos, explosivos y otros materiales sensibles al calor.

Para las pruebas de perforación, los investigadores utilizaron un carro de embestida de 300,000 libras que corre sobre rieles. Este carro estaba equipado con un indente, que es esencialmente una columna de acero con una punta de seis pulgadas cuadradas. El carro fue acelerado a 5.2 millas por hora, momento en el cual el indente colisionaría con el tipo de placa de acero de alta calidad utilizada en los vagones cisterna. La velocidad y el peso del carro generan 368 kilojulios de fuerza, distribuidos a través del extremo de seis por seis pulgadas del indente.

En la prueba de referencia, el indente rasgó un gran agujero en la placa de acero. En la prueba experimental, los investigadores colocaron un trozo de CMF de 30.48 milímetros de grosor en el extremo del indente. Al colisionar con una placa de acero, la CMF absorbió la mayor parte de la fuerza, haciendo que el indente y el carro rebotaran de la placa de acero, dejando solo una pequeña abolladura.

Rabiei concluyó: "La conclusión obvia aquí es que la ligera CMF puede absorber energías de perforación e impacto de manera más eficiente que el acero sólido. Y tenemos un modelo que puede usarse para determinar cuánto CMF es necesario, lo que maximiza la eficiencia de su uso, ya que creemos que un grosor menor de CMF podría haber funcionado incluso mejor".