Los tornillos que fijan la pantalla al casco del Titán podrían provocar que la carcasa de fibra de carbono se debilite gradualmente y se aplaste bajo el mar cuando alcance un umbral, dicen los expertos.
La tragedia del sumergible Titán, aplastado en el fondo del océano Atlántico el 23 de junio, ha atraído la atención de medios de comunicación y expertos. Además de los comentarios sobre errores de diseño, errores estructurales o la inmersión excesiva del Titán, los expertos también han planteado la hipótesis de un fallo de los materiales.
Se informa que el fabricante OceanGate ha convertido arbitrariamente el Titán de un buque científico de teledetección a un crucero de pasajeros. Las imágenes de la construcción del barco, publicadas por OceanGate, muestran que la compañía ha atornillado dos pantallas directamente al casco, que está recubierto de fibra de carbono en el exterior, como anunció en una ocasión su director ejecutivo, Stockton Rush.
En el video de presentación del sumergible Titan se muestran dos pantallas atornilladas al casco y ensambladas a mano (arriba). Foto: OceanGate
Esto es un tabú, ya que la fibra de carbono es cinco veces más resistente que el acero, pero muy frágil. A menudo se mezcla con pegamento de resina para adherirse a la superficie del material a recubrir. Este proceso de recubrimiento se crea mediante capas superpuestas, similar a pegar capas de papel con pegamento.
Por lo tanto, la estructura de fibra de carbono no sería una lámina monolítica pura, sino un compuesto de fibra de carbono y resina. OceanGate utilizó el nombre "compuesto de fibra de carbono" para este material en una patente otorgada en 2021.
Al ser un compuesto, existen microhuecos en la estructura de la fibra de carbono que la resina no puede rellenar. OceanGate indica que la tasa de huecos es inferior al 1 %, pero no especifica esta cifra. La diferencia entre una tasa de huecos del 0,99 % y el 0,0000000000001 % puede tener un gran impacto en la estructura general, así como en la tasa de fractura del material.
El método de perforación y atornillado de la pantalla al casco habría creado pequeñas grietas en la superficie compuesta interior. Tras numerosas inmersiones para visitar los restos del Titanic a 3800 m de profundidad, el casco del Titán estuvo sometido a una gran presión continua durante un largo periodo, lo que provocó que las grietas se propagaran con la misma rapidez que el cristal roto.
Este fenómeno puede compararse con la imagen de un glaciar con un agujero en la superficie. La grieta es inicialmente pequeña, pero gradualmente, tras cada martilleo prolongado y con la fuerza suficiente, provocará la ruptura de un bloque de cientos de metros, dando lugar a la fisura de un gran bloque de hielo.
La fibra de carbono es conocida por su resistencia, pero no es la resistencia a la compresión la clave para soportar la presión en el fondo del océano, sino la resistencia a la tracción que evita que el marco se estire y se rompa.
Las fibras de carbono compuestas se agrietan más lentamente que las fibras de carbono puro, lo que provoca que el proceso de agrietamiento se produzca gradualmente. Las grietas estructurales son demasiado pequeñas para ser detectadas desde el exterior. La velocidad de agrietamiento dentro de la misma capa de fibra de carbono será mayor de una capa a otra, por lo que las grietas crecerán gradualmente hasta que la estructura más interna se debilite extremadamente.
Cuando se dan todas las condiciones, basta una ligera colisión, un empujón deslizante con cualquier objeto en el fondo del océano, para provocar un terrible colapso del sumergible Titán, cobrándose la vida de 5 personas a bordo.
En ese caso, la estructura compuesta de fibra de carbono colapsaría repentinamente, a pesar de que los viajes anteriores habían sido normales. Esto explica por qué los viajes anteriores de Titán fueron normales, pero el viaje final, el 18 de junio, fue cuando la nave espacial alcanzó su punto de ruptura.
Incluso si hay un cierto espacio entre el casco de titanio y la cubierta exterior compuesta de fibra de carbono para que los orificios de los tornillos no provoquen grietas, perforar el casco de titanio del barco también crea una oportunidad para que se produzca óxido más rápidamente en el metal.
El titanio es menos susceptible a la oxidación que el hierro y el cobre, pero el color del casco no es de titanio puro, sino más bien de una aleación de titanio como anuncia OceanGate, o un material de acero duro similar al que utiliza la Marina de los EE. UU. para los submarinos.
El proceso de envolver el casco del Titán con fibra de carbono. Fuente: OceanGate
OceanGate podría usar una aleación en lugar de titanio puro para fabricar el casco, lo que reduciría los costos de fabricación, pero también lo haría más susceptible a la oxidación. En ese caso, las ubicaciones de los pernos siempre serían las primeras en oxidarse, lo que conllevaría el riesgo de propagación y debilitamiento de la estructura circundante.
Es probable que al OceanGate se le añadieran tornillos adicionales al casco, ya que se estaba convirtiendo para transportar turistas y requería un amplio equipo de monitoreo. Además, las soldaduras del marco de las puertas eran bastante toscas, sin ningún recubrimiento antioxidante ni anticorrosivo adicional, similar al diseño de las ventanas de los balcones de las casas.
En tecnología de materiales, la parte inferior de la soldadura es la más susceptible a la oxidación y al deterioro estructural debido al contacto de al menos dos materiales diferentes.
El riesgo con este método es incluso mayor que con el método de atornillado. La soldadura puede presentar una unión metálica que provoca una rápida propagación del óxido debido a la corrosión electroquímica al exponerse a alta humedad. Para limitar el riesgo, el fabricante puede cubrir estas soldaduras con una fina película antiabrasión y anticorrosión para proteger el material y la estructura en condiciones ambientales, pero no hay evidencia de que OceanGate haya implementado esta medida de seguridad.
El diseño del sumergible Titan, de la patente original de OceanGate, demuestra que la embarcación se basa en el sumergible de aguas profundas Alvin DSV de primera generación, que aún se utiliza. En lugar de usar la forma esférica tradicional para optimizar la capacidad de soportar la presión desde todas las direcciones, el Sr. Rush transformó el Titan en un tubo para acomodar a más pasajeros.
Los extremos del depósito, a ambos lados, están hechos de titanio, mientras que el marco cilíndrico central está recubierto con múltiples capas de fibra de carbono de unos 13 cm de espesor. El bloque de cilindros central, según este diseño, se convierte en la principal zona de carga, siendo esta la zona intervenida con atornillado y soldadura.
El diseño del sumergible OceanGate presenta dos extremos y un anillo de titanio que refuerza el punto de conexión. Gráfico: Oceanliner Designs
El recubrimiento de carbono de 13 cm de espesor puede ayudar al barco a aumentar su resistencia a la presión externa, pero también aumenta inadvertidamente su fragilidad y hace que sea más difícil observar grietas muy pequeñas dentro de la estructura de capas.
Las uniones entre el cuerpo y la cabeza y la cola de titanio no se imprimen en 3D a partir de un solo lote, sino que se sueldan mediante un mecanismo de sellado, lo que conlleva el riesgo de debilitar el armazón mecánico. La estructura general es muy frágil debido al uso de diferentes materiales, como fibra de carbono, titanio y vidrio acrílico. Cada material presenta diferentes niveles de resistencia, expansión y fragilidad en el mismo entorno.
Esta es también la razón por la que se prefiere la tecnología de impresión 3D para la fabricación de cascos de naves espaciales, aunque es mucho más costosa que el método de ensamblaje. Con esta tecnología, los fabricantes solo necesitan imprimir en 3D una vez para obtener un producto completo, sin importar la complejidad del diseño, sin necesidad de soldaduras ni pernos, lo que ayuda a reducir el riesgo para la estructura general.
En su patente, OceanGate menciona haber probado el sumergible Titan de forma segura a presiones de 5000 a 6000 psi (400 veces la presión atmosférica). Esta presión de prueba equivale a la presión que el sumergible soportaría a una profundidad de 4000 metros.
Sin embargo, en términos del proceso de evaluación de seguridad, este es un error extremadamente grave. El fabricante es responsable de garantizar que el producto pueda soportar condiciones mucho más severas que las de uso habitual. OceanGate debería haber garantizado que el Titan pudiera soportar al menos entre 8000 y 10 000 psi de presión antes de permitirle operar regularmente a 6000 psi, en lugar de permitirle transportar turistas al nivel máximo según los resultados de las pruebas.
Las tácticas de marketing de OceanGate para el Titán y sus paquetes de cruceros de expedición también han planteado dudas sobre si se han llevado a cabo inspecciones de seguridad según los estándares internacionales.
Los restos del sumergible Titán llegan al puerto de Saint John, Canadá, el 28 de junio. Foto: AP
OceanGate ha afirmado que su sumergible es tan nuevo que supera las normas de seguridad convencionales y no puede ser inspeccionado por ninguna agencia. Por otro lado, OceanGate utiliza el término no comprobado "aleación de titanio-fibra de carbono" en su patente, en lugar de definir claramente el material como "aleación de titanio" y no como compuesto de titanio puro y fibra de carbono, en lugar de fibra de carbono pura.
De hecho, los fabricantes pueden usar nuevos materiales más resistentes, duraderos y resistentes, pero siempre deben garantizar estándares de seguridad superiores a los mínimos. La autosuperación y el establecimiento de estándares de seguridad propios siempre conllevan el riesgo de provocar accidentes.
El artículo representa las opiniones del autor Dang Nhat Minh, actualmente candidato a doctorado en el Centro de Ingeniería de Superficies Avanzadas de Materiales del Consejo de Investigación Australiano (ARC SEAM), con sede en la Universidad Tecnológica de Swinburne en Melbourne.
Dang Nhat Minh
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