Debajo de las ciudades, invisibles para quienes caminan sobre ellas, prosperan criaturas colosales. Son tuneladoras, máquinas gigantes que perforan la tierra con una mezcla de paciencia y potencia. No corren: se arrastran lentamente, propulsados por motores hidráulicos y coronados por una rueda de dientes metálicos que gira incansablemente contra la roca virgen.
Su misión es unir mundos que antes estaban separados: asentamientos divididos por ríos o montañas, costas de bahías, extremos de ciudades congestionadas... Donde la superficie no ofrece espacio, las tuneladoras construyen el subsuelo del futuro: metros, tuberías, autopistas subterráneas que conectan lo que parecía desconectado.
Vista frontal del cabezal de la tuneladora en funcionamiento. Robbins. Salida con obstáculos
Pero su camino no es fácil. Cada pieza libra una batalla microscópica contra lo imposible: cortar sin agrietarse, resistir el calentamiento por fricción y durar más que la propia piedra.
Las rocas (granito, cuarcita, basalto) no ceden fácilmente: la fricción entre los dientes excavadores y la roca crea una temperatura de varios cientos de grados. Es un infierno contenido bajo tierra. Y, como siempre que dos cuerpos rozan fuertemente, aparece el calor.
A escala microscópica, ni la herramienta ni la roca son lisas: son paisajes de montañas y valles que chocan, muerden y deforman. Cada contacto libera energía en forma de calor. Se debe dispersar rápidamente, de lo contrario el borde se sobrecalentará, se ablandará y perderá su resistencia. Nuestro héroe se está derrumbando.
El material perfecto debe ser duro para que no se desgaste, resistente para que no se rompa y un buen conductor del calor para mantener la cabeza fresca. Pero lograr estas tres virtudes al mismo tiempo es extremadamente difícil: cualquier mejora en una cualidad suele empeorar la otra. Maximizar la dureza, la tenacidad, la baja fricción, la conductividad y la baja oxidación al mismo tiempo, especialmente a altas temperaturas, es un verdadero oxímoron. La ciencia, como la vida, es contradictoria en su trágica impotencia: la suma de propiedades debe mantener el sistema en equilibrio.
Animación que muestra el avance de la tuneladora. EXPERIENCIA Acciona Fricciones, calor y microfisuras: el triángulo del desastre
Cuando una tuneladora avanza, sus discos de corte no sólo muerden la roca: soportan presiones y vibraciones titánicas que darían dolor de cabeza a cualquier ingeniero. Con cada giro del cabezal, los contactos entre los materiales crean pequeñas fracturas, microfisuras que crecen con el uso, como arrugas con la edad, en la superficie metálica de los discos de ataque.
Estas grietas, si no se controlan, se propagan sutilmente a través del material y destruyen la herramienta. El calor agrava el problema: la expansión térmica abre grietas, la fricción acelera el desgaste y el ciclo se retroalimenta. Más fricción, más calor; más calor, más desgaste.
Este fenómeno no es exclusivo de las tuneladoras. Está presente en todas las actividades donde se realiza corte o taladrado: desde el mecanizado con cuchilla hasta el fresado de dentaduras postizas. O simplemente masticando. Cada vez que dos materiales chocan, se produce una batalla entre energía y materia. Y cada derrota se convierte en decadencia, pérdida de energía y tiempo y toneladas de CO₂ arrojadas a la atmósfera.
Usos del corte...muchos
El corte de materiales duros es uno de los procesos industriales que más energía consume. Si la herramienta no es eficiente, el sistema necesita más potencia para mantener el rendimiento. En términos medioambientales, esto significa más combustible, más materiales, más electricidad, más emisiones.
A esto se suman restos de refrigerantes, y mezclas de agua, aceite y aditivos que enfrían y lubrican durante el procesamiento. Reducen la fricción y refrigeran el sistema, sí, pero generan residuos difíciles de reciclar y perjudiciales para la salud. Por eso, la industria busca procesos más limpios –secos o con mínima lubricación– que requieran materiales que puedan soportar el calor sin perder la compostura.
Pero, ¿cómo se consiguen materiales que resistan temperaturas extremas, disipen el calor y mantengan la dureza necesaria para penetrar la Tierra sin ser devorados?
Dimensiones de referencia de la tuneladora. EXPERIMENTA Acciona. En busca del material perfecto
Esa pregunta inspiró la investigación de una tesis doctoral en la Universidad Politécnica de Madrid que investigó el corazón mismo de la combustión. En él, tres candidatos lucharon a 800 °C:
VC-12Co, el veterano carburo de tungsteno y cobalto: curtido, duro y resistente a la oxidación a altas temperaturas. El problema es que el cobalto es escaso y contaminante.
VC-FeNi, carburo de tungsteno rejuvenecido con hierro y níquel, respetuoso con el medio ambiente, baja fricción, alta tenacidad y alta conductividad térmica.
Ti(C,N)-FeNi, el maestro zen de la moderación, compuesto por cinco elementos: titanio, carbono, nitrógeno, hierro y níquel. Es el único que se mantiene estable y sin degradación estructural.
El experimento fue tan literal como despiadado: una bola de alúmina se frotó contra tres materiales (junto con pruebas de resistencia mecánica, tenacidad a la fractura y conductividad térmica) en condiciones extremas. Hasta temperaturas moderadas, VC-FeNi destacaba por su elegancia y eficiencia: menos fricción, menos calor, menos consumo energético. Pero superando la temperatura de 400 °C, el veterano VC-12Co demostró intacta su astucia: nadie se resiste a una oxidación así. Mientras tanto, el sereno Ti(C,N)-FeNi, sin alardes, se mantuvo sin cambios incluso por encima de los 600 °C.
Revisión comparativa del comportamiento de tres materiales en procesos de corte y desgaste bajo diferentes condiciones térmicas. Sandra Tarancón et al.
La conclusión no es definitiva: no existe un héroe único. Cada material tiene su papel dependiendo del contexto térmico. La respuesta no está en encontrar "el mejor", sino en saber elegir "el adecuado": aquel que mantenga un equilibrio entre dureza, tenacidad, fricción y conductividad térmica. Esta tétrada es una brújula hacia herramientas más duraderas, procesos más eficientes y menos contaminantes.
Gusanos de progreso
Debajo de nuestros pies, gusanos mecánicos seguirán excavando en la Tierra, uniendo ciudades, países y continentes a través de túneles. Gracias a investigaciones como esta, en las que se desarrollan y caracterizan nuevos e innovadores materiales, lo harán con dientes más sabios: materiales que puedan cortar sin agotar el planeta.
Quizás algún día, cuando la tuneladora funcione rápido y sin contaminación, recordemos que todo empezó con una bola de alúmina frotando un trozo de carburo bajo la atenta mirada de un microscopio. Porque en la ciencia y la ingeniería de materiales, como en la vida, las pequeñas cosas abren grandes caminos.
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