Relación De La QuÍmica Con La IngenierÍa Mecánica
En primer lugar, la química es la ciencia que estudia la composición y las propiedades de la materia, sabiendo que la materia es todo aquello que tiene masa y ocupa un espacio determinado. En cuanto a su relación con la ingeniería mecánica, la química está presente en todo, es la base de cualquier proyecto. Siempre que vayamos a desarrollar cualquier objeto, necesitamos saber que materiales son más eficientes, ahí es donde entra la química.
Un ejemplo en el que podemos verlo es en las motos de competición. A la hora de fabricar una moto se deben tener muchísimos factores en cuenta, por ejemplo, el peso, ya que cada kilogramo que conseguimos aligerar en la moto, más velocidad y aceleración conseguimos, por eso la moto está compuesta en su mayoría por aluminio y fibra de carbono, que son materiales ligeros. Si nos centramos en los frenos, debemos utilizar un material que tenga una gran resistencia al calor ya que, al estar constantemente en fricción con la pastilla, el disco alcanza una gran temperatura.
En cuanto al motor todos los componentes están estudiados para que sean ligeros y resistentes, es decir que aguanten el paso del uso y que tengan una larga vida útil. También se estudian tratamientos para su mantenimiento, por eso se lavan con agua, aceite o aire, dependiendo de la pieza.
Otro punto son los neumáticos, en concreto en el compuesto de los neumáticos, siendo duros o blandos dependiendo de la temperatura del asfalto, de la velocidad en carrera y del desgaste que produce la pista, hay neumáticos que incluso dependiendo del perfil tienen una composición u otra, por ejemplo dependiendo del número de curvas a derechas o a izquierdas que tenga un circuito, si tiene más curvas a izquierdas, el compuesto del perfil izquierdo de la rueda será más duro que el compuesto del otro perfil, ya que los compuestos duros tardan más en gastarse y aguantan mayor temperatura, el inconveniente es que agarran menos. En cambio, los blandos se gastan antes, pero tardan menos en alcanzar la temperatura optima y tienen más adherencia por lo que en ese mismo circuito, el cual tenga más curvas a izquierda que a derecha el compuesto en el perfil izquierdo será más duro y el compuesto en el lado derecho será más blando.
Y hay muchísimos más campos en los que podemos aplicar la química, y muchos más ejemplos. Otro ejemplo podrían ser los aviones, el primer paso es saber las características que necesitan los materiales que vamos a emplear dependiendo de los esfuerzos y la exposición a los que vaya a estar sometido el avión, que en este caso son resistencia, durabilidad, elasticidad y anticorrosión.
El principal material con el que se construyen los aviones, desde la primera guerra mundial, es el aluminio, ya que ofrece ligereza, resistencia y alta conductibilidad eléctrica y térmica. La fabricación de los aviones requiere de varias aleaciones; por ejemplo, en las zonas del aparato que trabajan a tracción, como en el recubrimiento de las alas, se utiliza una aleación de Aluminio y Cobre.
El titanio es otro material importante en el avión. Las hélices de los motores son construidas con una aleación de este material, aluminio y vanadio; de igual forma, la caja negra es producida con titanio.
Los materiales ferrosos, como el acero y sus aleaciones, son indispensables para la creación de barras, varillas y piezas forjadas. Las aleaciones con cromo y níquel proveen dureza y evitan la corrosión de piezas que necesitan tratamiento térmico.
Al necesitar ligereza, los aviones también cuentan con Magnesio, el metal más ligero del mundo, en aleaciones con zinc y aluminio. Los paneles de las alas son fabricados con aleaciones de magnesio. En la siguiente figura podemos analizar la distribución de los materiales utilizados para la construcción de un avión.
Sabiendo todo esto podemos deducir que la química está implicada en cualquier trabajo de un ingeniero mecánico, desde una moto has un avión, ya que tiene que ser capaz de analizar cuál es el compuesto o material adecuado para cada componente de cada pieza de cada proyecto, y debe tener la habilidad para analizar los esfuerzos y las energías a las que estará expuesto dicho proyecto y poder así escoger el material que más le conviene.
En cuanto al futuro de la química respecto a la ingeniería mecánica, hay investigadores que están constantemente trabajando analizando compuestos y buscando nuevas aleaciones y nuevas mezclas que den lugar a materiales nuevos en innovadores que sean capaces de alargar la vida de los objetos y sean capaces de aprovechar nuevas capacidades que sean necesarias para futuros inventos, ya sean compuestos capaces de resistir temperaturas más elevadas o materiales más ligeros para optimizar vehículos, otro tema muy importante es el coste, es decir hallar compuestos cuya elaboración sea más económica para así conseguir reducir el coste de los productos, como por ejemplo supongamos que los investigadores descubren un nuevo compuesto el cual ofrece un material que sea más ligero, más resistente y más barato que la fibra de carbono, entonces se empezará a utilizar ese material sustituyendo a la fibra de carbono. Unos de los últimos descubrimientos ha sido el grafeno un material que es ligero, más fuerte que el acero y más duro que el diamante, flexible, transparente y abundante en la naturaleza. Con este material ya existen colchones, chalecos antibalas, auriculares, baterías, etc., y se espera que tenga valiosas aplicaciones en la automoción, la construcción y la aeronáutica, entre otros ámbitos. Se usa, incluso, para desalinizar agua.
Hoy en día el problema de los nuevos materiales es que cada vez se buscan que sean más sostenibles y requieran poco coste de producción, cosa que es muy complicada al ser un material innovador. Pero aun así hay muchos centros que se dedican a manipular el tamaño de las partículas para modificar sus propiedades lo que permite producir materiales con innumerables aplicaciones.
En cuanto a su relación con la ingeniería mecánica es un proceso fundamental hallar nuevos componentes para evolucionar y poder avanzar en la tecnología de, por ejemplo, los vehículos consiguiendo mayor seguridad o eficiencia. Aunque no solo es aplicable a lo relacionado con el transporte, puede influir en la mayoría de los productos, otro ejemplo pueden ser los nuevos teléfonos y tablets que son capaces de ser enrollados, o compuestos que les proporcione mayor protección a los dispositivos respecto a las caídas y un largo etcétera.
Respecto a mi opinión, es necesario el continuo estudio de los materiales para poder desarrollar nuevas tecnologías, ya que las innovaciones de la química respecto a la ingeniería mecánica parten del descubrimiento de nuevos materiales como ya he mencionado anteriormente que permitan la evolución de las tecnologías, otro ejemplo puede ser las nuevas baterías de aluminio que han conseguido desarrollar unos investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers de Suecia, y el Instituto Nacional de Química de Eslovenia. Baterías las cuales cuentan con el doble de densidad de energía que los diseños anteriores. Estos nuevos diseños, además de contar con el doble de densidad de energía respecto a sus predecesores, son más ecológicos. Las baterías son más ecológicas gracias a que usa materiales más sostenibles. El truco de estas nuevas baterías de aluminio radica en el reemplazo del cátodo de grafito habitual (el electrodo positivo) con antraquinona, una molécula orgánica a base de carbono que aumenta la densidad almacenando portadores de carga positiva provenientes del electrolito.
En conclusión, la química está conectada constantemente con la ingeniería mecánica para ser capaz de producir el producto más eficiente a menor precio, y las innovaciones de la química repercutirán proporcionalmente a la ingeniería mecánica ya que los nuevos avances que se realicen en la química serán aplicados en la ingeniería mecánica, por lo que si avanza la química avanzaran los proyectos desarrollados por los ingenieros mecánicos.
