Sara Palacios García, técnica financiera de SOFITEC: "Con el impulso del CDTI Innovación, PROTECT-AIR desarrolla materiales más ligeros y sostenibles para proteger las aeronaves frente al impacto de los rayos"
El uso de materiales compuestos en la construcción de las aeronaves permite reducir su peso, pero sustituir los materiales metálicos también supone prescindir de algunas propiedades esenciales para proteger la estructura. Entre ellas está la conductividad eléctrica, necesaria para evitar que el impacto de un rayo cause daños. La empresa sevillana SOFITEC aborda este reto a través de PROTECT-AIR, un proyecto que desarrolla nuevos composites con función conductora integrada y estudia también cómo recuperarlos al final de su vida útil. La iniciativa cuenta con el apoyo del CDTI Innovación a través de la línea Misiones Ciencia e Innovación
SOFITEC nació en 1999 con la misión de acompañar al cliente durante todo el ciclo de vida de una pieza aeronáutica, desde las primeras fases de diseño y desarrollo hasta su fabricación, montaje y entrega. Esta visión integral ha permitido a la compañía consolidarse como proveedor TIER 1 de Airbus y TIER 2 de Boeing y participar en programas aeronáuticos de referencia como el A320, el A350 o el C295, además de colaborar con fabricantes e integradores internacionales.
A lo largo de estos años, la empresa sevillana ha hecho una apuesta decidida por la innovación, desarrollando sus propias capacidades de ingeniería y fabricación para cubrir las necesidades del sector. "Desde nuestros inicios, la I+D+i ha sido uno de los motores de crecimiento de SOFITEC, permitiéndonos desarrollar nuevas capacidades industriales, generar tecnología propia y responder a los retos de una industria aeronáutica en constante evolución", explica Sara Palacios García, técnica financiera de la compañía.
Proteger sin añadir peso
Los composites permiten aligerar las aeronaves, sin embargo, a diferencia de los metales, no permiten el paso de la electricidad de forma natural, una propiedad necesaria para proteger la estructura frente a fenómenos eléctricos. "Cuanto más avanzamos en el uso de materiales compuestos para reducir el peso de las aeronaves, más difícil resulta mantener una propiedad que los metales aportaban de forma inherente: la conductividad eléctrica", explica la técnica.
Miembros del consorcio del proyecto PROTECT-AIR
La solución habitual consiste en colocar una malla metálica sobre la superficie para conducir la corriente en caso de impacto de un rayo. Esta alternativa añade peso, requiere operaciones adicionales para integrarla en la estructura y dificulta la recuperación del componente al final de su vida útil.
PROTECT-AIR parte de una idea diferente, ya que, en lugar de añadir un elemento metálico externo, busca integrar la función conductora en el propio compuesto. Para ello, el consorcio ha desarrollado una solución en la que la matriz incorpora grafeno mediante una lámina ultrafina de nanotubos de carbono.
Este enfoque combina la ligereza y las prestaciones mecánicas con la capacidad de conducción necesaria para preservar la estructura. También elimina el adhesivo utilizado para fijar la malla metálica y reduce los riesgos de corrosión galvánica asociados a la combinación de metales y compuestos.
Además, aporta ventajas en el proceso de producción, ya que este composite puede procesarse mediante moldeo por compresión de alta cadencia, integrando en una única operación la fabricación de la pieza, su mecanizado y la función de protección eléctrica.
De la investigación a la aplicación aeronáutica
Uno de los principales retos de PROTECT-AIR es comprobar que el compuesto mantiene sus características al pasar del laboratorio a un componente real y que su fabricación permite obtener resultados reproducibles. Como explica Sara Palacios, en este punto resulta clave la cantidad de partículas conductoras incorporadas a la resina, ya que una concentración insuficiente puede impedir alcanzar las propiedades eléctricas requeridas, mientras que un exceso puede dificultar el procesado.
Para validarlo, el consorcio ha realizado una serie de ensayos de impacto de rayo que permiten estudiar cómo responde el material ante pequeñas variaciones en el proceso. Como resultado, se ha validado un demostrador tecnológico "All-in-one": una tapa de mantenimiento del carenado del POD de reabastecimiento en vuelo, instalado en el ala de determinados Airbus A330 MRTT. Se trata de una pieza que integra las distintas soluciones desarrolladas y combina los ensayos físicos con modelos numéricos para analizar su comportamiento.
Los resultados obtenidos han sido prometedores, aunque también han permitido detectar aspectos que todavía deben optimizarse, especialmente para alcanzar un comportamiento comparable al del aluminio en determinadas condiciones. "El siguiente paso es parametrizar las variables de proceso y establecer una ventana de fabricación suficientemente robusta que permita escalar la tecnología para asegurar que las prestaciones alcanzadas en laboratorio se mantienen en una producción industrial", apunta.
Pensar también en el final de vida
La investigación aborda también el reto del futuro uso de estos composites cuando la pieza deja de ser útil para la aeronave. "PROTECT-AIR estudia la reciclabilidad del nuevo material y abre nuevas posibilidades para avanzar hacia una aeronáutica más circular, en la que los materiales puedan tener una segunda vida y se reduzca la generación de residuos", explica la representante de SOFITEC.
Para conseguirlo, el proyecto ha estudiado dos vías. La primera emplea solvólisis, un proceso químico que permite recuperar la lámina de nanotubos en un estado prácticamente intacto. La segunda utiliza una alternativa mecánica más sencilla y económica para obtener un compuesto reciclado que pueda emplearse en otras aplicaciones industriales.
El objetivo es que la mejora de las prestaciones durante la vida útil de la pieza no genere una nueva dificultad cuando esta llegue al final de su recorrido. La recuperación y reutilización de estos recursos se relaciona con el ODS 12, Producción y consumo responsables, y el ODS 13, Acción por el clima, al plantear alternativas para reducir los residuos y prolongar su aprovechamiento.
Un consorcio que cubre toda la cadena
Este tipo de desarrollo requiere combinar conocimientos que van desde la formulación hasta la fabricación y validación de las piezas. Por ello, PROTECT-AIR reúne a empresas y centros especializados con SOFITEC al frente de la iniciativa, como responsable de llevar las soluciones a una aplicación aeronáutica real.
Forman parte del proyecto las siguientes empresas: CT Ingenieros, que contribuye con su experiencia en diseño, ingeniería y simulación, Menzolit, que trabaja en el desarrollo y fabricación de compuestos tipo SMC (Sheet Moulding Compound), Avanzare aportando su especialización en química, nanotecnología y materiales avanzados para desarrollar los sistemas conductores y Ensatec, que participa en la validación experimental. Los organismos AIMPLAS, IMDEA e INTA completan el consorcio con su experiencia en caracterización y validación y en el estudio de cuestiones como la respuesta frente al impacto de rayo, el apantallamiento electromagnético y las alternativas de reciclado y valorización.
Esta combinación permite conectar el desarrollo de esta innovación hasta su integración en una aeronave. "El principal valor del consorcio reside, por tanto, en que esta multidisciplinariedad permite cubrir toda la cadena de desarrollo tecnológico", destaca.
El impulso del CDTI Innovación
El apoyo del CDTI Innovación a través de la línea Misiones Ciencia e Innovación ha permitido a SOFITEC afrontar un proyecto con un elevado riesgo tecnológico y trabajar de forma coordinada con empresas y centros especializados.
Equipo de SOFITEC en sus instalaciones en Sevilla
Para Sara Palacios, esta ayuda también ha llevado a la compañía a explorar soluciones diferentes y ampliar su experiencia en este ámbito. "La línea Misiones Ciencia e Innovación nos ha permitido avanzar en tecnologías que van más allá de nuestra actividad industrial habitual, ampliar nuestras capacidades internas de I+D+i y trabajar junto a entidades especializadas en materiales avanzados, nanotecnología, ingeniería y validación", destaca.
Hacia la aeronáutica del futuro
La siguiente etapa pasa por elevar el nivel de madurez de las soluciones, optimizar su fabricación y trasladar los resultados a futuros programas aeronáuticos. Para SOFITEC, el proyecto también abre la puerta a nuevas aplicaciones capaces de reducir peso sin comprometer las prestaciones exigidas por el sector e incorporar criterios de circularidad desde el diseño.
La evolución hacia aeronaves más ligeras y eficientes dependerá también de procesos de fabricación capaces de responder a estos nuevos requisitos. El trabajo desarrollado en PROTECT-AIR proporciona una base para seguir investigando en componentes con funciones integradas y alternativas para recuperar sus composites al final de su vida útil. "La innovación en materiales y procesos será un elemento clave para avanzar hacia los objetivos de descarbonización y la aviación del horizonte 2050", concluye.
CDTI Innovación
El Centro para el Desarrollo Tecnológico y la Innovación, CDTI E.P.E. es la agencia de innovación del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, cuyo objetivo es la promoción de la innovación tecnológica en el ámbito empresarial. La misión del CDTI es conseguir que el tejido empresarial español genere y transforme el conocimiento científico-técnico en crecimiento globalmente competitivo, sostenible e inclusivo.
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