Ni Michelin ni Goodyear sabían esto: científicos tardaron 100 años en descubrir este secreto de las llantas que podría cambiar la industria

Las llantas forman parte de la vida diaria, pero detrás de su resistencia había una pregunta que la ciencia no lograba responder por completo. Ahora, un equipo de la Universidad del Sur de Florida afirma haber resuelto ese misterio con simulaciones por computadora.

Durante casi un siglo se sabía que el caucho reforzado era más fuerte, aunque faltaba entender qué ocurría dentro del material que cambia así su resistencia. Pero este hallazgo podría contribuir a fabricar llantas más duraderas, seguras y eficientes en los próximos años.

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¿Qué descubrieron los científicos sobre las llantas?

De acuerdo con ScienceDaily, investigadores encabezados por el profesor David Simmons de la Universidad del Sur de Florida, estudiaron por qué el caucho se vuelve mucho más resistente cuando se mezcla con partículas diminutas de negro de humo, un material usado desde hace décadas en la fabricación de llantas.

El equipo realizó mil 500 simulaciones de dinámica molecular, equivalentes a unos 15 años de tiempo de cómputo, para observar cómo se comportan cientos de miles de átomos dentro del caucho reforzado. Con este trabajo identificaron el mecanismo que ayuda a explicar por qué este material puede soportar cargas muy elevadas.

El negro de humo (o negro de carbono) es un polvo fino de carbono amorfo, producido por la combustión incompleta de hidrocarburos (gas o petróleo). Se usa principalmente como agente de refuerzo en la industria del caucho y neumáticos, además, como pigmento negro intenso, protector UV y conductor eléctrico en plásticos, pinturas y tintas.

¿Por qué el negro de humo vuelve más fuertes las llantas?

La clave está en que las partículas de negro de humo modifican la forma en que el caucho responde cuando se estira. En una liga común, el material se adelgaza al jalarlo y mantiene casi el mismo volumen. En el caucho reforzado, las partículas internas reducen ese adelgazamiento y obligan al material a expandirse de una manera que naturalmente resiste.

Según ScienceDaily, ese efecto provoca que el caucho “luche contra sí mismo”, lo que incrementa su rigidez y su fuerza. La explicación se relaciona con una propiedad conocida como relación de Poisson, usada para describir cómo cambia la forma de un material cuando se somete a tensión para estirarlo o comprimirlo.

¿Por qué este secreto de las llantas tardó tanto en resolverse?

El reto para descubrir el mecanismo estaba en la escala. Las interacciones entre el caucho y las partículas ocurren a nivel nanométrico, donde resulta difícil observar directamente qué pasa. Por eso, el equipo recurrió a modelos computacionales más precisos para representar la forma y distribución del negro de humo dentro del material.

Durante años existieron varias teorías. Algunas apuntaban a que las partículas formaban redes internas; otras sugerían que endurecían el caucho a su alrededor, mientras una explicación más proponía que ocupaban espacio y obligaban al material a deformarse de otra manera. El nuevo estudio integra esas ideas en una explicación más completa.

¿Cómo podría cambiar este hallazgo la industria de las llantas?

El avance puede tener efectos importantes en el diseño de llantas. ScienceDaily explica que los fabricantes suelen enfrentar un equilibrio complicado entre durabilidad, agarre y eficiencia de combustible. Mejorar una característica suele afectar a otra, por lo que el desarrollo de llantas eficientes depende en buena parte de pruebas costosas que se replican hasta encontrar el balance deseado para cada tipo de neumático.

Con una comprensión más clara de la física del caucho reforzado, los ingenieros podrían diseñar materiales con mayor precisión. Esto abriría la puerta a llantas que duren más, respondan mejor en pavimento mojado y ayuden a mejorar el rendimiento de combustible. Una de las líneas de este descubrimiento pretende lograr que se puedan ajustar las tres características deseadas sin afectarse una a la otra.

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El impacto va más allá de los neumáticos para autos. El caucho reforzado también se usa en aviones, plantas de energía, sistemas industriales, dispositivos médicos y otras áreas donde una falla puede causar problemas graves.

De acuerdo con ScienceDaily, la investigación fue publicada en “Proceedings of the National Academy of Sciences” y contó con apoyo de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de Estados Unidos. Si deseas conocer más del tema, puedes consultar el enlace compartido.