miércoles, octubre 16, 2019
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Imdea Materiales, creando estructuras para el futuro

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Imdea Materiales nació en el año 2008 con el fin de realizar investigación en Ciencia e Ingeniería de Materiales. Se trata de uno de los siete Institutos Madrileños de Estudios Avanzados (Imdea), entidades públicas independientes promovidas por la Comunidad de Madrid para la investigación de excelencia y la transferencia de tecnología al tejido industrial en diferentes áreas estratégicas. En él trabajan 68 investigadores de 15 nacionalidades diferentes, en estrecha colaboración con empresas del sector, entidades educativas y diversos organismos tanto públicos como privados.

El director de Tecnología del centro, Miguel Ángel Rodiel, explica que la filosofía del centro es “hacer ciencia de excelencia, eso quiere decir que no somos un centro tecnológico al uso, el personal que se trae aquí es científico y compite a nivel mundial”. En el centro getafense trabajan en la actualidad 68 investigadores de 15 nacionalidades diferentes, con el inglés como idioma de trabajo, pero está previsto que en un futuro próximo, “probablemente dos o tres años”, se llegue a los 125 investigadores. Además, Rodiel explica que han desarrollado un funcional modelo de transferencia tecnológica para hacer ciencia que sea útil a las empresas mediante alianzas estratégicas. Una de sus grandes colaboraciones es con Airbus Operations, con quien han establecido una relación a largo plazo para desarrollar toda una serie de proyectos. “Con Imdea lo que busca una empresa como Airbus es lanzar diversas líneas de investigación para desarrollar nuevos materiales avanzados que le siga dando el liderazgo tecnológico”, explica Rodiel. Por ejemplo, en la actualidad ambas entidades están colaborando en el desarrollo de los escudos de protección de un potencial diseño para el nuevo concepto de aviones NSA (New Single Aisle).

Centro independiente

Imdea Materiales, como cada uno de los siete institutos Imdea, es independiente, no tiene ánimo de lucro y está constituido legalmente como fundación. Los otros seis Imdeas se dedican a diferentes áreas específicas, en concreto agua, alimentación, energía, nanociencia, redes y software. Además, Imdea Materiales está dirigido por un patronato “en el que tanto las empresas como los científicos tienen mucha fuerza, algo muy importante para garantizar que el instituto se centre en hacer buena ciencia en la frontera del conocimiento, pero que a su vez sea útil para el sector industrial”. Entre las compañías representadas en dicho patronato se encuentran Airbus Operations, Aciturri, ITP, Gamesa y el Grupo Antolín, y por parte de la comunidad científica hay cinco expertos de reputación internacional en campo de los materiales, independientes al instituto. El patronato lo completan cuatro representantes de universidades y centros de investigación, un patrono experto y cuatro más de la administración regional, además del presidente de la fundación –el consultor independiente Pedro Muñoz-Esquer– y la vicepresidenta de la misma –la consejera de Educación y Empleo de la Comunidad de Madrid, Lucía Figar–. Además, un consejo científico, formado por quince investigadores internacionales de prestigio, asiste al patronato y al director de Imdea Materiales, que es nombrado por el patronato.

Líneas de investigación

Las líneas de investigación del centro se enmarcan dentro de cuatro ejes principales: Nanomateriales y nanomecánica; la nueva generación de materiales compuestos; el diseño, procesado y desarrollo de aleaciones, y la ingeniería de materiales computacional. Todas ellas son de gran interés para la industria aeronáutica. Por ejemplo, con ITP (Industria de Turbo Propulsores, dedicada a la fabricación y desarrollo de turbinas y motores, principalmente para el sector aeronáutico) Imdea Materiales está desarrollando nuevas aleaciones avanzadas para mejorar el rendimiento a alta temperatura de las turbinas. Otra línea de investigación, con la que el instituto está trabajando con la empresa Airbus Operations a largo plazo, es dotar de nuevas funcionalidades a los materiales compuestos de base polimérica, con la idea de que además de tener una función estructural, tengan también otras capacidades como emitir señales, producir y almacenar energía, conducir la electricidad, etcétera. “En resumen, lo que intentamos es mantener un equilibrio entre la investigación fundamental orientada hacia las necesidades que habrá en un futuro  y la investigación más aplicada a necesidades industriales que se dan en la actualidad”, explica el director de Tecnología.

La lista de empresas y entidades con las que colabora Imdea Materiales es amplia. Una de ellas es FIDAMC, Fundación para la Investigación, Desarrollo y Aplicación de Materiales Compuestos, que también se encuentra en el parque tecnológico Tecnogetafe. Rodiel explica que ambas entidades son complementarias: “Nosotros trabajamos a nivel de material, nos interesa desarrollar, fabricar y entender cómo se comportan nuevos materiales y como mucho fabricamos pequeños paneles para llevar a cabo algún tipo de caracterización especial o en ocasiones estudiar su fabricabilidad. FIDAMC trabaja en TRL más altos y aunque evidentemente también trabaja a nivel de material cuentan con excelentes equipamientos para fabricar piezas más granes, componentes de geometrías complejas e incluso grandes estructuras, ya más en el plano semi industrial. Sin duda nos complementamos muy bien y mantenemos una buena colaboración.

Materiales emergentes

Los programas de investigación del centro buscan desarrollar materiales avanzados y la exploración de materiales emergentes, especialmente para los sectores del transporte, energía, tecnologías de la información y manufactura. También exploran procesos para un desarrollo sostenible en éstas áreas. Sin embargo es en la aeronáutica el área a la que se destinan la mayoría de sus investigaciones.

El edificio de Imdea Materiales fue inaugurado oficialmente en el año 2012 y en él hay espacio de oficinas para el personal de gestión y los investigadores; laboratorios de procesado de nanomateriales and nanocompuestos, fabricación de materiales estructurales avanzados, caracterización química y microestructural, caracterización mecánica y térmica, nanomecánica e ingeniería de materiales computacional, y un área común para la celebración congresos y reuniones científicas. Este último espacio es el lugar que acoge los numerosos eventos que organiza Imdea Materiales, como por ejemplo el Workshop internacional sobre el grafeno y materiales 2D que tuvo lugar a mediados de julio.

Grandes proyectos para el sector aeronáutico

Impact Shields, escudos de protección para impactos a alta velocidad

Airbus ya está planificando la nueva generación de aviones. La empresa fabricante de aeronaves ha estado evaluando nuevas configuraciones en el marco del proyecto Nacre (New Aircraft Concepts Research), financiado por la Unión Europea, incluyendo alas con diferente geometría, motores turbofan y de rotor abierto montados en la cola, y nuevas configuraciones para los timones de dirección traseros. En particular, los motores de rotor abierto no pueden montarse debajo de las alas como motores turbofan tradicionales, y deben colocarse sobre el empenaje. La viabilidad de esta nueva configuración necesita evaluar previamente el efecto del impacto a alta velocidad tanto de lajas de hielo que se puedan desprender de las hélices, de fragmentos metálicos así como como de la propia pala sobre los paneles de material compuesto del fuselaje.

Airbus Operations ha confiado esta tarea al Instituto IMDEA Materiales, quien ha seleccionado a un equipo multidisciplinar, liderado por el Dr. C. González, responsable del grupo de Materiales Compuestos Estructurales, para diseñar, fabricar, y validar los escudos avanzadas de protección frente al impacto de hielo a alta velocidad. Este grupo de investigadores está desarrollando nuevos diseños basados en soluciones híbridas de materiales y fabricando paneles a escala de demostrador. El equipo de IMDEA Materiales utiliza técnicas de simulación avanzada para optimizar el comportamiento de los diferentes diseños frente a impacto, teniendo en cuenta las especificaciones de diseño en cuanto a peso y espesor. El comportamiento de los diseños optimizados es posteriormente validado experimentalmente mediante ensayos de impacto a alta velocidad en las instalaciones de la Universidad Carlos III. El daño producido por el impacto es evaluado mediante técnicas de análisis no destructivas (ultrasonidos y microtomografía por rayos X). Además, los resultados experimentales en términos de comportamiento mecánico y daño son usados para mejorar la capacidad predictiva de las herramientas de simulación.

Micromech, modelo mecánico de material basado en la microestructura para superaleaciones

Micromech es un proyecto europeo financiado por la Unión Europea a través del programa FP7-JTI-Clean Sky, que se enmarca dentro del demostrador SAGE 3. Este ambicioso proyecto, de dos años de duración y que arrancará en Octubre de 2103, tiene como principal objetivo el desarrollo un modelo multiescala basado en la microestructura para simular el comportamiento mecánico de superaleaciones de base Ni teniendo en cuenta la defectología y las condiciones de la superficie y poder establecer con mayor precisión los “permisibles” de diseño de distintos componentes de motores aeronáuticos. Cabe destacar que este modelo aborda el efecto de la temperatura (hasta 700ºC) en las propiedades mecánicas de este tipo de superaleaciones. Los resultados de este proyecto aportarán mejoras sustanciales en la fabricación de componentes de superaleaciones base Ni, con el consecuente impacto en distintos aspectos como son el diseño, el coste, el liderazgo tecnológico y la sostenibilidad medioambiental.

El Instituto IMDEA Materiales, como único socio del proyecto, ha formado un grupo multidisciplinar de ocho investigadores postdoctorales, de las áreas de simulación, fabricación  y caracterización avanzada, para llevar a cabo las tareas del proyecto. Todas las actividades de investigación se llevarán a cabo en estrecha colaboración con Industria de Turbopropulsores (ITP), empresa que actúa como responsable técnico en representación de la JTI-Clean Sky.

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