Todo lo que siempre quiso saber sobre el aluminio (tubo cuadrado de acero dulce)

El aluminio está presente en todos los lugares donde se requiere una estructura liviana o una alta conductividad térmica y eléctrica. La moto deportiva típica tiene un bloque de cilindros, culata y cárteres de aluminio, además de un chasis y basculante de aluminio soldado. Dentro del motor, la aplicación crucial del aluminio son sus pistones, que al conducir tan bien el calor son capaces de sobrevivir a la exposición a temperaturas de combustión muy por encima de su punto de fusión. Las ruedas, los radiadores de aceite y refrigerante, las palancas manuales y sus soportes, las coronas de la horquilla superior y (a menudo) inferior, los tubos superiores de la horquilla (en horquillas USD), las pinzas de freno y los cilindros maestros también son de aluminio.

Todos hemos contemplado con admiración un chasis de aluminio cuyas soldaduras se asemejan a la legendaria pila de fichas de póquer caída. Algunos de estos chasis y basculantes, como los de las 250 carreras de dos tiempos de Aprilia, son elegantes obras de arte.

El aluminio se puede alear y tratar térmicamente hasta obtener resistencias superiores a las del acero dulce (60.000 psi de tracción), pero la mayoría de las aleaciones se mecanizan rápida y fácilmente. El aluminio también se puede fundir, forjar o extruir (que es como se fabrican algunas vigas laterales del chasis). La alta conductividad térmica del aluminio hace que su soldadura requiera mucho amperaje, y el metal caliente debe protegerse del oxígeno atmosférico mediante una protección de gas inerte (TIG o heli-arc).

Aunque el aluminio requiere grandes cantidades de electricidad para aprovechar su mineral de bauxita, una vez que existe en forma metálica, su reciclaje cuesta poco y no se oxida, como puede ocurrir con el acero.

Los primeros fabricantes de motores de motocicletas adoptaron rápidamente el entonces nuevo metal para los cárteres, que de otro modo habrían tenido que ser de hierro fundido y pesaban casi tres veces más. El aluminio puro es muy blando. Recuerdo el enfado de mi madre por el uso que hizo mi padre de su baño maría de aleación 1.100 como trampa de balines improvisada: su fondo se convirtió en una masa de hoyuelos.

Pronto se descubrió la mayor resistencia de una aleación simple con cobre, y fue esa aleación la que el pionero del automóvil WO Bentley utilizó en sus pistones de aluminio experimentales antes de la Primera Guerra Mundial. En pruebas consecutivas contra los pistones de hierro fundido que entonces dominaban, los pistones de aluminio del primer intento de Bentley aumentaron inmediatamente la potencia. Funcionaron a menor temperatura, calentaron menos la mezcla de aire y combustible entrante y conservaron más su densidad. Hoy en día, los pistones de aluminio se utilizan universalmente en motores de automóviles y motocicletas.

Hasta la llegada del avión de pasajeros 787 de plástico reforzado con fibra de carbono de Boeing, era un hecho básico de la aviación que casi todos los aviones pesaban en vacío un 60 por ciento de aluminio. Al observar los pesos y resistencias relativos del aluminio y el acero, esto al principio parece extraño. Sí, el aluminio pesa sólo el 35 por ciento más que el acero, volumen por volumen, pero los aceros de alta resistencia son al menos tres veces más fuertes que los aluminios de alta resistencia. ¿Por qué no construir aviones con acero fino?

Se trataba de la resistencia al pandeo de estructuras equivalentes de aluminio y acero. Si comenzamos con tubos de aluminio y acero del mismo peso por pie y reducimos el espesor de la pared, el tubo de acero se pandeará primero porque su material, al tener sólo un tercio del espesor del aluminio, tiene mucha menos capacidad de auto-reforzamiento.

Durante la década de 1970 trabajé con el constructor de estructuras Frank Camillieri. Cuando le pregunté por qué no utilizamos tubos de acero de mayor diámetro y paredes más delgadas para hacer marcos más livianos y rígidos, dijo: "Cuando haces eso, descubres que tienes que agregar un montón de material a cosas como soportes de motor para evitar que se agrieten, por lo que el ahorro de peso desaparece”.

Kawasaki adoptó por primera vez basculantes de aluminio en sus motos MX de fábrica a principios de la década de 1970; los demás hicieron lo mismo. Luego, en 1980, Yamaha puso a Kenny Roberts en una bicicleta GP 500 de dos tiempos cuyo cuadro estaba fabricado con un tubo de aluminio extruido de sección cuadrada. Fue necesaria mucha experimentación en el diseño, pero finalmente, utilizando las ideas del ingeniero español Antonio Cobas, los cuadros de competición en carretera de GP de Yamaha evolucionaron hasta convertirse en las familiares grandes vigas gemelas de aluminio de la actualidad.

Ciertamente, hay chasis exitosos de otros tipos: el “enrejado” de tubos de acero de Ducati, por ejemplo, y el chasis de fibra de carbono “piel y huesos” de John Britten de principios de los años noventa. Pero los chasis con dos vigas de aluminio se han vuelto dominantes hoy en día. Estoy seguro de que se podría hacer un chasis viable con madera contrachapada moldeada, siempre que tuviera puntos de pernos duraderos y la geometría probada habitual.

Otra diferencia significativa entre el acero y el aluminio es que el acero tiene lo que se llama un límite de fatiga: un nivel de tensión de trabajo por debajo del cual la vida útil de la pieza es esencialmente infinita. La mayoría de las aleaciones de aluminio carecen de un límite de fatiga, razón por la cual los fuselajes de aluminio tienen una “vida útil” para un número planificado de horas de uso. Por debajo de este límite, el acero nos perdona nuestras ofensas, pero el aluminio recuerda todos los insultos en forma de daños invisibles por fatiga interna.

El hermoso chasis GP de los años 90 nunca podría haber sido la base para una producción en masa. Esos chasis estaban formados por piezas soldadas entre sí a partir de elementos mecanizados, prensados ​​y de aluminio fundido. Esto no sólo es complejo, sino que requiere que las tres aleaciones sean mutuamente soldables. La soldadura cuesta dinero y tiempo, incluso si la realizan robots de producción.

La tecnología que ha hecho posibles los motores ligeros de cuatro tiempos y los chasis fundidos de hoy son los métodos de llenado de moldes de baja turbulencia que no arrastran las películas de óxido de aluminio que se forman instantáneamente sobre el aluminio fundido. Estas películas forman zonas de debilidad en el metal que, en el pasado, requerían que las piezas fundidas fueran mucho más gruesas para lograr la resistencia adecuada. Las piezas fundidas de estos nuevos procesos pueden ser bastante complejas, pero el chasis de aluminio actual se puede ensamblar con soldaduras que se pueden contar con una mano. Se estima que los nuevos métodos de fundición ahorran 30 libras o más de peso en las motocicletas de producción.

Junto con la amplia variedad de aceros, el aluminio es un caballo de batalla básico de la civilización humana, pero es más que eso para las motocicletas modernas. Es la esencia de una bicicleta, tan omnipresente que apenas la vemos o reconocemos cuánto del rendimiento de la máquina le debemos.


Hora de publicación: 20-jun-2019