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¿Por qué los aviones son de aluminio?
La tecnología de los materiales y el procesamiento de las aleaciones para aviones ha ido avanzando constantemente con cada nuevo modelo de avión. Las aleaciones más importantes en las aplicaciones de transporte comercial son las aleaciones de aluminio de alto rendimiento, los aceros de alta resistencia y las aleaciones de titanio. Se están logrando avances significativos en el desarrollo de aleaciones con mayor resistencia, dureza, resistencia a la corrosión y producibilidad. Los avances se han logrado principalmente a través de mejoras incrementales en aleaciones ya desarrolladas. El desarrollo de los procesos de fabricación se ha centrado en enfoques de bajo coste, como el procesamiento de formas netas (fundición y forja), la mejora de los métodos de conformación y el mecanizado de alta velocidad. En este capítulo se describen los desarrollos y las tendencias de los materiales y procesos de las aleaciones metálicas.
El uso principal de las aleaciones de aluminio de alta resistencia es la construcción de aviones; el fuselaje de los aviones modernos tiene aproximadamente un 80% de aluminio en peso (Marceau, 1994). Tradicionalmente, las aleaciones estructurales de aluminio en las aeronaves han sido la 2024 en las zonas críticas para los daños y la 7075 en las zonas críticas para la resistencia (Starke y Staley, 1996).
De qué están hechos los aviones
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Puede que la madera y la tela unidas con cordel fueran adecuadas para el primer vuelo a motor del mundo, pero para cuando Chuck Yeager atravesó la barrera del sonido en un avión de pruebas con motor de cohete, los ingenieros tuvieron que superar los retos de la fuerza extrema y la resistencia térmica con el uso de materiales cada vez más sofisticados.
Al pasajero moderno, sentado cómodamente en un Boeing 737, le parece increíble pensar que hace 116 años los hermanos Wright completaron el primer vuelo sostenido y controlado más pesado que el aire utilizando únicamente:
Incluso en 1903, el control de calidad se consideraba primordial para garantizar que los materiales no se rompieran con la tensión. El abeto, por ejemplo, debía ser de grano recto, sin nudos y con al menos 14 anillos anulares por pulgada. A pesar de ello, las estructuras de madera y tela se deterioraban rápidamente a la intemperie y eran difíciles de mantener.
De qué metal están hechos los aviones
Sin embargo, un hombre sabía lo contrario. El pionero alemán Hugo Junkers vio el futuro de la aviación no sólo en las batallas aéreas y las competiciones de vuelo, sino en el transporte a gran escala de mercancías y pasajeros. Para ello era necesario un cambio importante en la forma de fabricar los aviones. Su revolucionario J 1 de acero fue el primer avión totalmente metálico del mundo, así como el primero en utilizar una sola ala monoplana.
El J 1, un demostrador tecnológico, nunca llegó a producirse en serie. Pero la audaz visión de Junkers había puesto a la industria de la aviación en el camino de la evolución de los materiales para hacer aviones más fuertes, más ligeros, más rápidos y más eficientes.
Década de 1920-1930: la transición al metalJunkers descubrió que el acero hacía que el J 1 fuera resistente y duradero, pero pesado y lento de manejar. Por ello, se decantó por el aluminio, que había surgido a principios del siglo XX como material de fabricación viable. Ligero y resistente, pesa un tercio que el acero, por lo que es ideal para los aviones.
Lo utilizó para desarrollar los primeros aviones civiles del mundo, como el F 13 y el G 24. El trabajo de Junkers llamó la atención de Henry Ford, que se inspiró en él (demasiado, dijo Junkers, y le demandó) para fabricar el Ford Trimotor en 1925. Estos aviones dieron la bienvenida a la era de la aviación de pasajeros de larga distancia, aunque no fue hasta principios de los años 30 cuando se pudieron fabricar aviones de metal de forma rentable.
¿De qué está hecho el motor de un avión?
El aluminio tiene tres propiedades excelentes que lo hacen tan útil en la industria de la aviación: una elevada relación resistencia/peso, ductilidad y resistencia a la corrosión. Además, es amagnético. Existe una amplia gama de variaciones en las composiciones de las aleaciones de aluminio para funciones específicas en un avión.
La historia del aluminio en las aeronaves se remonta a los inicios del vuelo. El 17 de diciembre de 1903, los hermanos Wright se convirtieron en las primeras personas en volar en un avión. Para lograr esta hazaña, tuvieron que crear un motor especial hecho de aluminio en lugar de acero, como era habitual en la época. La razón era hacer que el motor fuera lo suficientemente ligero como para emprender el vuelo. Este fue el comienzo del uso del aluminio en la aviación.
En la Primera Guerra Mundial, el aluminio empezó a constituir también el cuerpo de los aviones, sustituyendo a materiales como la madera y la lona. El primer avión totalmente metálico, el Junkers J 1, fue diseñado por el diseñador de aviones alemán Hugo Junkers en 1915, con tubos de aleación de aluminio en su estructura interna [2]. La época comprendida entre la Primera y la Segunda Guerra Mundial se conoce como la era dorada de la aviación, durante la cual el uso de aleaciones de aluminio se hizo más sofisticado, ya que los diseños surgían a un ritmo más rápido [3]. Esta nueva aplicación del aluminio hizo que se disparara la demanda y, en consecuencia, aumentara la producción de aluminio.
