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Contenido CAPÍTULO 1 ...................................................................................................... 2 GENERALIDADES ............................................................................................. 2 1.1. OBJETIVO GENERAL .......................................................................... 2 1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................. 2 1.3. INTRODUCCIÓN .................................................................................. 2 CAPÍTULO 2. ..................................................................................................... 3 GENERALIDADES ............................................................................................. 3 2.1. AVIÓN ......................... ............ .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ...................... ......... 3 2.2. PARTES DEL AVIÓN ............................................................................ 3 2.2.1. FUSELAJE ..................................................................................... 3 2.2.2. ALAS .................... .......................... ............. .......................... .......................... .......................... ...................... ......... 5 2.2.3. COLA .............................................................................................. 6 2.2.4. MOTOR .......................................................................................... 7 2.2.5. TREN DE ATERRIZAJE ................................................................. 8 2.3. FUNCIONAMIENTO DEL AVIÓN.......................................................... 9 2.3.1. FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE EL AVIÓN EN VUELO ............ 9 2.3.2. COMO SE CREA LA SUSTENTACIÓN ....................................... 10 2.3.3. EJES SOBRE LOS QUE SE MUEVE EL AVIÓN ......................... 14 2.3.4. SUPERFICIES FLEXIBLES DE CONTROL .......................... ............. .................... ....... 14 2.3.5. SUPERFICIES FLEXIBLES DE LAS ALAS ......................... ............ ...................... ......... 15 2.3.6. OTROS DISPOSITIOS DE CONTROL SITUADOS EN LAS ALAS 16 2.3.7. SUPERFICIES FLEXIBLES DE LA COLA......................... ............ ........................ ........... 18
1 2.4. MATERIALE EMPLEADOS EN LA FABRICACIÓN DE PARTES DE AVIONES .......................... ............ .......................... ......................... .......................... ........................... ........................... ........................ ........... 19 2.4.1. ALEACIONES FÉRREAS .......................... ............. .......................... .......................... ...................... ......... 20 2.4.2. ALEACIONES LIGERAS ........................... .............. .......................... .......................... ...................... ......... 20 2.4.3. MATERIALES COMPUESTOS........................... ............. ........................... .......................... ............. 21 2.5. SELECCIÓN DE PARTES DEL AVIÓN SEGÚN EL TIPO DE MATERIAL .................................................................................................... 22 2.5.1. MATERIALES METÁLICOS ......................................................... 22 2.5.2. MATERIALES CERÁMICOS ........................................................ 25 2.5.3. MATERIALES POLIMÉRICOS ..................................................... 26 2.5.4. MATERIALES COMPUESTOS........................... ............. ........................... .......................... ............. 28 2.6. EXPLICACIÓN DE ALGUNAS PROPIEDADES DE LOS ELEMENTOS EXPUESTOS Y SUS MATERIALES .......................... ............. .......................... .......................... .................... ....... 29 2.6.1. NEUMÁTICOS .............................................................................. 29 2.6.2. CABINA DE VUELO ..................................................................... 30 2.7. PROCESOS
DE
PRODUCCIÓN
DE
ALGUNOS
DE
LOS
MATERIALES EXPUESTOS ........................................................................ 30 2.7.1. NEUMÁTICOS .............................................................................. 30 2.7.2. CABINA DE VUELO ..................................................................... 32 2.7.3. LARGUEROS ............................................................................... 32 CAPÍTULO 3 .......................................................Error! Bookmark not defined. 3.1. CONCLUSIONES .....................................Error! Bookmark not defined. 3.2. RECOMENDACIONES RECOMENDACIONES .......................... ............ ................. ...Error! Bookmark not defined. 3.3. BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................... 35
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CAPÍTULO 1 GENERALIDADES 1.1. OBJETIVO GENERAL Realizar el estudio del proceso de fabricación de un avión de tipo comercial.
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Analizar el funcionamiento funcionamiento y las características características técnicas técnicas de un avión avión tipo comercial.
Seleccionar ciertos elementos de este tipo de avión para para explicar explicar sus propiedades, materiales y proceso de fabricación.
1.3. INTRODUCCIÓN Independientemente del fabricante, tipo, modelo y tamaño, los aviones posen elementos comunes sin los cuales no podrían volar. Todos necesitan un fuselaje, alas, cola y superficies flexibles para el control del vuelo. En general la aviación agrupa los aviones en tres categorías, según la actividad a la que se dedican: Aviación comercial. Reúne aviones de líneas aéreas regulares de pasaje, carga y vuelos “charter” (de alquiler). Aviación militar. Comprende aviones estratégicos, tácticos y logísticos. Aviación general. Abarca toda la actividad aérea no incluida en las dos
categorías anteriores, como aviones de uso personal o ejecutivo y los destinados a aprendizaje, fumigación agrícola, extinción de incendios en áreas boscosas, acrobacia aérea, actividades publicitarias y muchas f unciones más. Para rodar por la pista, antes del despegue y después de aterrizar, los aviones utilizan ruedas de goma (neumáticos), que forman parte del tren de aterrizaje, aunque los hidroaviones lo sustituyen por flotadores que le permiten acuatizar (cuando lo hace en agua dulce) o amarizar (si lo hace en el mar). Existen
3 también aviones provistos de patines que le permiten aterrizar y despegar sobre superficies nevadas.
CAPÍTULO 2. GENERALIDADES 2.1. AVIÓN Es un aerodino de ala fija, o aeronave con mayor densidad que el aire, provisto de alas y un espacio de carga capaz de volar, impulsado por uno o más motores. Los aeroplanos incluyen a los monoplanos, biplanos y triplanos. Los aeroplanos sin motor se han mantenido desde los inicios de la aviación para aviación deportiva y en la segunda guerra mundial para transporte de tropas, se denominan planeadores o veleros.
2.2. PARTES DEL AVIÓN
FIGURA 1. PA RTES DEL A VIÓN
Tal como se expuso en la introducción, independientemente de su tamaño y potencia, todos los aviones están formados por las siguientes partes principales: Fuselaje
Alas
Cola
Motor
Tren de aterrizaje
2.2.1. FUSELAJE
4 Tiene que ser, necesariamente, aerodinámico para que ofrezca la menor resistencia al aire. Esta es la parte donde se acomoda la tripulación, el pasaje y la carga. En la parte frontal del fuselaje se encuentra situada la cabina del piloto y el copiloto, con los correspondientes mandos para el vuelo y los instrumentos de navegación. 2.2.1.1.
Fuselaje reticular o tubular
Se fabrica a partir de tubos de acero o de madera, soldados, que van formando la estructura principal del avión en forma de huso. En esta estructura encontramos las cuadernas que son los elementos más importantes que conforman y dan rigidez a la estructura; los largueros que unen las cuadernas y que son largos tubos horizontales que recorren gran parte del avión; y las diagonales, que dan rigidez al conjunto largueros-cuadernas. Esa estructura de tubos se cubre más tarde con lona, o en otras ocasiones con planchas metálicas o de madera, de tal forma que el fuselaje adquiere externamente una forma aerodinámica y uniforme. Este recubrimiento no añade resistencia estructural sino que son las cuadernas, largueros y diagonales los que soportan todas las cargas en vuelo y tierra Aunque en un inicio era una forma barata, segura y sencilla de fabricar el fuselaje, las exigencias de la industria aeronáutica pronto cambiaron. Los nuevos motores que hacían que el avión pudiese ir más rápido y alto, la demanda de aeronaves para la guerra resistentes a grandes impactos, y el afán de conquistar el Atlántico Norte con hidroaviones, hizo que este tipo de construcción se quedara obsoleta, ya que no aguantaba los impactos, ni las cargas estructurales a las que le sometían los nuevos motores y gracias al desarrollo de hidroaviones a partir de cascos de barcos se empezó a utilizar un nuevo tipo de construcción: el fuselaje monocasco. Hoy en día, todavía hay aviones de fuselaje reticular en activo, tanto ligeros como pesados aunque rara vez se construye ya aviación ligera mediante esta manera.
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FIGURA 2. Fuselaje reticular o tub ular
2.2.2. ALAS Constituyen la parte estructural donde se crea fundamentalmente la sustentación que permite volar al avión. En los aviones que poseen más de un motor, estos se encuentran situados en las alas y en el caso que sean de reacción también pueden ir colocados en la cola. Además, en las alas están ubicados los tanques principales donde se deposita el combustible que consumen los motores del avión. Al diseño, estructura de la superficie y sección transversal de las alas los ingenieros que crean los aviones le prestan una gran importancia y éstas varían según el tamaño y tipo de actividad que desempeñará el avión. Para que un avión pueda realizar las funciones básicas de despegue, vuelo y aterrizaje es necesario que las alas incorporen también algunas superficies flexibles o movibles que introducen cambios en su forma durante el vuelo. Entre las funciones de algunas de esas superficies flexibles está incrementar la creación de la sustentación que mantiene al avión en el aire, mediante la introducción de
variaciones en el área de las alas u ofreciendo mayor
resistencia al aire durante las maniobras de despegue y aterrizaje. De esa forma se logra reducir al mínimo la velocidad necesaria para despegar o aterrizar, cuestión ésta que dependerá del peso y tamaño del avión, así como de las recomendaciones del fabricante.
6 Las alas de los aviones modernos pueden tener diferentes formas en su sección transversal y configuraciones variadas. Podemos encontrar aviones con alas rectas o con otras formas como, por ejemplo, en flecha o en delta.
FIGURA 3. Algunas de las d iferentes formas de alas que podemo s encontrar en los aviones
En la actualidad se está generalizando el uso de los winglets en aviones de tamaño medio para uso particular o ejecutivo y también en los comerciales para transporte de pasajeros, como los Boeing y Airbus, por ejemplo. Esos aviones incorporan en la punta de las alas una extensión doblada hacia arriba, casi de forma vertical, cuya función es disminuir la turbulencia que se forma en ese lugar durante el vuelo, con lo cual se mejora el rendimiento aerodinámico. Incluso el nuevo Airbus 380 emplea winglets doblados hacia arriba y hacia abajo. Los winglets permiten disminuir, aproximadamente, un 4% el consumo de combustible en vuelos que superen los mil 800 km , ya que permiten reducir la potencia de los motores sin que por eso disminuya la velocidad del avión. 2.2.3. COLA En la mayoría de los aviones la cola posee una estructura estándar simple, formada por un estabilizador vertical y dos estabilizadores horizontales en forma de “T” invertida, de “T” normal o en forma de cruz, aunque también se
pueden encontrar aviones con dos y con tres estabilizadores verticales, así como en forma de “V” con estabilizador vertical y sin éste.
FIGURA 4. Diferentes tipos de colas. (A) Estándar, (B) En forma de “T”,
(C) En fo rma de c ruz, (D) Cola con dos estabilizadores verticales, (E) ) Tipo “V - Mariposa”. Con tres estabilizadores verticales, (F
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2.2.4. MOTOR Excepto los planeadores, el resto de los aviones necesitan de uno o varios motores que lo impulsen para poder volar. De acuerdo con su tamaño, los aviones pueden tener la siguiente cantidad de motores:
Uno (monomotor)
Dos (bimotor)
Tres (trimotor)
Cuatro (cuatrimotor o tetramotor)
Seis (hexamotor).
Los aviones monomotores son, generalmente, de pequeño tamaño y llevan el motor colocado en el morro o nariz. Como excepción se puede encontrar algún modelo monomotor que lo lleve invertido y colocado detrás de la cabina del piloto con la hélice enfrentada al borde del estabilizador vertical de cola. Los aviones que tienen más de un motor generalmente los llevan colgados en pilones debajo de las alas, o colocados en la parte trasera del fuselaje en la zona de la cola. Los dos tipos de motores que podemos encontrar en los aviones son los siguientes:
De émbolo o pistón (explosión)
De reacción (turbina)
Los motores de reacción se dividen, a su vez, en tres categorías:
Turborreactor o turbojet
Turbofan o turboventilador
Turbohélice o turbopropela
FIGURA 5. Diferentes tip os d e mot ores d e é mb olo o pis tón utilizados en aviación: (A) Radial, (B) Lineal, (C) Opuestos , (D) En " V".
8 Los motores de émbolo o pistón pueden tener los cilindros colocados en forma radial, lineal, opuestos o también en "V" y utilizar hélices de dos, tres o cuatro aspas fijas o de paso variable. Los turborreactores y los turbofan no utilizan hélice, mientras los turbohélices, como su nombre lo indica, son motores de turbina con hélice acoplada a un reductor de velocidad.
FIGURA 6. Motor tu rborr eactor o turbo jet.
2.2.5. TREN DE ATERRIZAJE Es el mecanismo al cual se fijan las ruedas del avión. Los aviones pequeños suelen tener solamente tres ruedas, una debajo de cada ala y otra en el morro o nariz. En modelos de aviones antiguos o en los destinados a realizar acrobacia aérea, esa tercera rueda se encuentra situada en la cola. En el primer caso la configuración se denomina “triciclo” y mantiene todo el fuselaje
del avión levantado al mismo nivel sobre el suelo cuando se encuentra en tierra. En los aviones que tienen la rueda atrás, llamada también “patín de cola”, el morro o nariz se mantiene siempre más levantado que la cola cuando
el avión se encuentra en tierra. En la mayoría de los aviones pequeños que desarrollan poca velocidad, el tren de aterrizaje es fijo. Sin embargo, en los más grandes y rápidos es retráctil, es decir, que se recoge y esconde completamente después del despegue, para que no ofrezca resistencia al aire al aumentar la velocidad de desplazamiento. Dos de los trenes de aterrizaje se esconden, generalmente, debajo de las alas y el delantero dentro del morro o nariz. Es tan grande la resistencia que puede ofrecer el tren de aterrizaje cuando el avión se encuentra ya en vuelo, que si no se recoge la fuerza que adquiere el viento al aumentar la velocidad puede arrancarlo del fuselaje. Durante la maniobra de aterrizaje, una vez que el avión enfila la pista, el piloto procede a bajar el tren de aterrizaje accionando el mecanismo encargado de realizar esa función. Cada uno de los trenes de aterrizaje situados debajo de cada ala lleva generalmente entre dos y ocho ruedas, dependiendo del tamaño y peso del avión. El tren de aterrizaje situado en el morro o nariz tiene una o dos ruedas. Una excepción la constituye el AN-225 Mriá, considerado el carguero más grande del mundo, que tiene 14 ruedas en cada tren de aterrizaje bajo las alas y 4 en el tren delantero.
9 Cuando un avión rueda por la pista o se dispone a estacionarse ya en la loza del aeropuerto, el piloto cuenta con un dispositivo que sirve como timón para mover el tren de aterrizaje delantero hacia los lados y hacer los giros en tierra. Al igual que un vehículo terrestre cualquiera, el avión posee también frenos hidráulicos en los trenes de aterrizaje, que actúan sobre las ruedas y detienen el avión. Para ello, una vez que ha aterrizado y disminuido su impulso con la aplicación previa de los frenos de aire (spoilers), el piloto oprime con la punta de los pies la parte superior de dos pedales que se encuentran en el piso debajo del timón o la palanca, hasta detenerlo completamente.
2.3. FUNCIONAMIENTO DEL AVIÓN 2.3.1. FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE EL AVIÓN EN VUELO
FIGURA 7. Fuerzas qu e actúan so bre el avión
Sobre un avión en vuelo actúan cuatro fuerzas fundamentales:
Levantamiento o sustentación (L) (Lift)
Peso (W) (Weight)
Resistencia (D) (Drag)
Empuje (T) (Thrust)
2.3.1.1.
Levantamiento o sustentación (L)
Es la fuerza de ascensión que permite al avión mantenerse en el aire. El levantamiento o sustentación se crea principalmente en las alas, la cola y, en menor cuantía, en el fuselaje o estructura. Para que el avión pueda volar la fuerza de sustentación debe igualar a su peso (L=W), contrarrestando así la fuerza de gravedad. 2.3.1.2.
Peso (W)
Es el resultado de la fuerza de atracción que ejerce la gravedad sobre todos los cuerpos situados sobre la superficie de la tierra, atrayéndolos hacia su centro. La fuerza de gravedad se opone al levantamiento o sustentación en el avión, tanto en tierra como durante el vuelo.
10 2.3.1.3.
Fuerza de empuje o tracción (T)
La proporciona el motor (o motores) del avión por medio de la hélice o por reacción a chorro. La fuerza de empuje permite al avión moverse a través de la masa de aire y es opuesta a la fuerza de resistencia. Para que el avión pueda mantenerse en vuelo la fuerza de empuje debe igualar a la fuerza de resistencia que se opone a su movimiento (T=D). 2.3.1.4.
Resistencia (D)
Es la fuerza que se opone al movimiento de los objetos sumergidos en un fluido. Desde el punto de vista físico, tanto el agua como los gases se consideran fluidos. De manera que el aire, al ser un gas, se considera también un fluido. La resistencia aerodinámica, que se opone al desplazamiento de los objetos cuando se desplazan a través de los fluidos, la produce la fricción y depende, en mayor o menor grado, de la forma y rugosidad que posea la superficie del objeto, así como de la densidad que posea el propio fluido. 2.3.2. COMO SE CREA LA SUSTENTACIÓN La sustentación que mantiene al avión en el aire sólo se puede crear en presencia de un fluido, es decir, de la masa de aire que existe dentro de la atmósfera terrestre. Ni la sustentación ni la resistencia se producen en el vacío. Por esa razón las naves espaciales no necesitan alas para moverse en el espacio exterior donde no hay aire, con excepción de los transbordadores que sí la necesitan para maniobrar a partir del momento que reingresan en la atmósfera terrestre y poder después aterrizar. 2.3.2.1.
TEORÍA DE BERNOULLI
Existen dos teorías acerca de la creación de la sustentación: la de Bernoulli y la de Newton. Aunque ninguna de las dos se considera perfectas, ayudan a comprender un fenómeno que para explicarlo de otra forma requeriría de una demostración matemática compleja. Según se desprende de ese planteamiento, cuando las partículas pertenecientes a la masa de un flujo de aire chocan contra el borde de ataque de un plano aerodinámico en movimiento, cuya superficie superior es curva y la inferior plana (como es el caso del ala de un avión), estas se separan. A partir del momento en que la masa de aire choca contra el borde de ataque de la superficie aerodinámica, unas partículas se mueven por encima del plano
11 aerodinámico, mientras las otras lo hacen por debajo hasta, supuestamente, reencontrarse en el borde opuesto o de salida. Teóricamente para que las partículas de aire que se mueven por la parte curva superior se reencuentren con las que se mueven en línea recta por debajo, deberán recorrer un camino más largo debido a la curvatura, por lo que tendrán que desarrollar una velocidad mayor para lograr reencontrarse. Esa diferencia de velocidad provoca que por encima del plano aerodinámico se origine un área de baja presión, mientras que por debajo aparecerá, de forma simultánea, un área de alta presión. Como resultado, estas diferencias de presiones por encima y por debajo de las superficies del plano aerodinámico provocan que la baja presión lo succione hacia arriba, creando una fuerza de levantamiento o sustentación. En el caso del avión, esa fuerza actuando principalmente en las alas, hace que una vez vencida la oposición que ejerce la fuerza de gravedad sobre éste, permita mantenerlo en el aire.
FIGURA 8. R epres entac ión g ráfica de l a teo ría de Bern ou lli
El flujo de partículas de la masa de aire al chocar contra el borde de ataque del ala de un avión, se bifurca y toma dos caminos: (A) un camino más largo, por encima de la superficie curva del plano aerodinámico y otro camino más corto (B), por debajo. En la parte superior se crea un área de baja presión que succiona hacia arriba venciendo, en el caso del ala, la resistencia que opone la fuerza de gravedad. El teorema de Bernoulli es la explicación más comúnmente aceptada de cómo se crea la sustentación para que el avión se mantenga en el aire. Sin embargo esa teoría no es completamente cierta, pues si así fuera ningún avión pudiera volar de cabeza como lo hacen los cazas militares y los aviones de acrobacia aérea, ya que al volar de forma invertida no se crearía la fuerza de sustentación necesaria para mantenerlo en el aire al variar la forma de las alas. De hecho, las alas de esos tipos de aviones son simétricas por ambos lados.
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FIGURA 9. Seccion es transversales de tres tipo s diferentes de alas
(A) ala estándar. (B) perfil típico del ala de un avión de acrobacia aérea. (C) ala de un caza de combate. Observe que ni el ala “B” ni la “C” son planas por
debajo. De cualquier forma la teoría de Bernoulli no es desacertada por completo, pues en realidad durante el vuelo de un avión el aire siempre se mueve más rápido por la parte de arriba que por la de abajo del ala, independientemente de la forma de su sección transversal. Como postula en parte el teorema, esa diferencia de velocidad origina una baja presión encima del ala que la succiona hacia arriba y, por tanto, crea la sustentación. Sin embargo, contrariamente a esa teoría, las partículas que viajan por arriba de un plano aerodinámico nunca se llegan a reencontrar con las que viajan por debajo. 2.3.2.2.
TEORÍA DE NEWTON
Por su parte, el matemático y físico inglés Sir Isaac Newton (1642-1727) planteaba que las moléculas de aire actuaban de forma similar a como lo hacen otras partículas. De ahí se desprende que, las partículas de aire al golpear la parte inferior de una superficie aerodinámica deben producir el mismo efecto que si disparamos una carga de perdigones al fondo de un plato o disco irrompible. De es forma parte de su velocidad la transferirían al plato, éste se elevaría y los perdigones rebotarían después de hacer impacto. Newton quería demostrar con esa experiencia que las partículas de aire actuaban de forma similar a como lo harían los perdigones, pues al chocar éstas con la parte de
13 abajo de una superficie aerodinámica, le transfieren velocidad empujándola hacia arriba.
FIGURA 10. REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LA TEORIA DE NEW TON
(A) Disparo de perdigones. (B) Impacto en el fondo de un plato o disco irrompible. (C) La velocidad que transfieren los perdigones al plato o disco hace que éste se eleve. (D) Los perdigones rebotan y caen después del impacto. Esta teoría de Newton tampoco es completamente exacta, pues no tiene en cuenta la función que tiene la superficie superior del plano aerodinámico para crear la sustentación. Sin embargo, para condiciones de vuelo hipersónicas, que superen en cinco veces la velocidad del sonido y en densidades del aire muy bajas, la teoría de Newton sí se cumple, pues esas son, precisamente, las condiciones a las que se enfrentan los transbordadores en el espacio antes de reingresar en la atmósfera terrestre. En relación con el teorema de Bernoulli y la teoría de Newton lo importante es comprender que la creación de la sustentación dentro de la atmósfera terrestre depende tanto de la superficie de arriba como la de abajo del ala y de las diferentes áreas de presiones que se crean. A pesar de que ninguna de las dos teorías se puede considerar completamente perfectas ayudan, no obstante, a comprender el fenómeno de cómo se crea la sustentación que permite a los aviones mantenerse en el aire.
14 2.3.3. EJES SOBRE LOS QUE SE MUEVE EL AVIÓN
FIGURA 11. Ejes so bre los q ue se mu eve el avión
Un avión es en sí un cuerpo tridimensional, por lo que para moverse en el aire se vale de tres ejes o líneas imaginarias. 2.3.3.1.
Eje “X” o longitudinal
Comienza en el morro o nariz del avión y se extiende a través de todo el f uselaje hasta llegar a la cola. El movimiento del avión sobre el eje “X” se denomina “alabeo o balanceo” y se controla por medio de los alerones.
2.3.3.2.
Eje “Y” o lateral
Se extiende a todo lo largo de la envergadura de las alas, es decir, de una punta a la otra. El movimiento sobre el eje “Y” se denomina “cabeceo” y para controlarlo se utiliza el timón de profundidad o elevadores, situados en la cola del avión. 2.3.3.3.
Eje “Z” o vertical
Atraviesa la mitad del fuselaje. El movimiento sobre el eje vertical se denomina “guiñada” y se controla por medio del timón de cola o dirección, situado
también en la cola del avión. 2.3.4. SUPERFICIES FLEXIBLES DE CONTROL
FIGURA 12. Superficies flexibles d e contro l
15 Los aviones poseen, como mínimo, cuatro superficies flexibles o movibles exteriores que le permiten despegar y aterrizar, mantenerse en el aire y cambiar el rumbo. Dos de esas superficies son los alerones y los flaps, situados en las alas; las otras dos son, el timón de dirección (o timón de cola) y el timón de profundidad (o elevadores), ambas situadas en la cola. El movimiento o control de las superficies flexibles lo realiza el piloto desde la cabina empleando dos dispositivos:
Timón, (sustituido en algunos aviones por una palanca o bastón)
Pedales de freno
2.3.5. SUPERFICIES FLEXIBLES DE LAS ALAS En las alas del avión se encuentran situadas varias superficies flexibles, siendo las dos principales los alerones y los flaps.
FIGURA 13. Superficies flexibles princ ipales situadas en las alas de los aviones
2.3.5.1.
Alerones
Se encuentran situados en el borde trasero de ambas alas, cerca de las puntas. Su función es inclinar el avión en torno a su eje longitudinal “X”, con el
fin de levantar un ala más que la otra, sobre todo al hacer un giro para cambiar la dirección. Esta inclinación la ejecuta el piloto haciendo girar el timón o la palanca hacia la derecha o la izquierda, según se quiera inclinar las alas en un sentido o en otro. Los alerones se mueven en sentido opuesto, es decir, cuando uno sube el otro baja. 2.3.5.2.
Flaps
Forman parte del borde trasero de las alas. En los aviones pequeños los flaps suben y bajan de forma mecánica mediante una palanca que acciona manualmente el piloto. En los de mayor tamaño y velocidad resulta prácticamente imposible mover las superficies flexibles a mano. Por esa razón en esos aviones una pequeña palanca graduada, situada a la derecha del
16 piloto, junto a los aceleradores de los motores está destinada a accionar el sistema hidráulico que se encargan de moverlos.
FIGURA 14. Sección tran sversal d e un ala
(A) Flap recogido. (B) Flap parcialmente desplegado hacia abajo. La función de los flaps o “wing flaps” es modificar la forma aerodinámica del ala
proporcionando una mayor sustentación al avión cuando vuela en régimen de velocidad lento y a baja altura, tanto en el despegue como en el aterrizaje. Durante el despegue los flaps se despliegan parcialmente unos grados hacia afuera y hacia abajo. Esta variación permite un mayor desvío de aire en el ala originando un incremento en la sustentación. Una vez que el avión se encuentra en el aire, el piloto recoge poco a poco los flaps para eliminar la resistencia adicional que estos introducen al desplazamiento del avión y poder alcanzar la velocidad de crucero, es decir, la velocidad máxima que el fabricante aconseja para cada tipo avión, de acuerdo con su tamaño y potencia del motor o motores. De no recogerse los flaps, al aumentar la fuerza del aire a medida que el avión desarrolla más velocidad puede llegar a desprenderlos de las alas. Durante la maniobra de aproximación a la pista y la preparación para el aterrizaje es necesario disminuir la velocidad del avión. Cuando se encuentra ya cerca del comienzo o cabeza de la pista, el piloto despliega de nuevo los flaps para aumentar la sustentación, compensando así la que se pierde al disminuir velocidad y altura. 2.3.6. OTROS DISPOSITIOS DE CONTROL SITUADOS EN LAS ALAS Además de los alerones y los flaps, las alas pueden llevar también los siguientes dispositivos de control: Slats
Spoilers
17 Slots.
2.3.6.1.
Slats
Son superficies flexibles aerodinámicas auxiliares situadas en el borde delantero o de ataque del ala, que funcionan automáticamente en algunos aviones o controlados por el piloto en otros. La función de los slats, al igual que los flaps, es alterar momentáneamente la forma del ala durante el despegue y el aterrizaje para aumentar la sustentación, además de facilitar el control del movimiento lateral del avión.
FIGURA 15. Slat colo cado en el bo rde de ataque del ala
Cuando el ángulo de ataque de las alas se incrementa, los slats se mueven hacia fuera del borde. Ese movimiento provoca que el ángulo de ataque del flujo de aire disminuya con relación al área total de las alas. De esa forma el aire que se mueve por encima del ala se suaviza reduciendo las turbulencias de los remolinos que se forman sobre su superficie durante el vuelo. 2.3.6.2.
Spoilers
Los spoilers o frenos de aire son también superficies flexibles consistentes en dos tiras de metal colocadas sobre la superficie superior de cada ala. El piloto puede levantar cada spoiler de forma independiente durante el vuelo para controlar el movimiento lateral del avión o hacerlos funcionar de forma conjunta, para que actúen como frenos de aire, una vez que el avión aterriza.
FIGURA 16. Spoiler desp legado so bre la superficie su perior del ala
Cuando ambos spoilers se levantan, anulan la fuerza de sustentación y provocan que el avión pierda impulso una vez que ha tocado tierra. De esa forma todo el peso del avión se traslada directamente a las ruedas, facilitando su detención total después que el piloto oprime los pedales de freno que actúan sobre las ruedas.
18 2.3.6.3.
Slots
Los slots son ranuras situadas cerca del borde de las alas que dejan pasar el flujo de aire cuando ésta cambia el ángulo de ataque. Su función es reducir también las turbulencias que provocan durante el vuelo los remolinos que se generan sobre la superficie del ala. 2.3.7. SUPERFICIES FLEXIBLES DE LA COLA En la cola del avión se encuentran situadas las siguientes superficies flexibles:
Timón de profundidad (o elevadores)
Timón de dirección (o timón de cola)
FIGURA 17. Superfic ies flexibles de la co la
2.3.7.1.
Timón de profundidad o elevadores
Son superficies flexibles ubicadas en la parte trasera de los estabilizadores horizontales de la cola. La función de los elevadores es hacer rotar el avión en torno a su eje lateral “Y”, permitiendo el despegue y el aterrizaje, así como ascender y descender una vez que se encuentra en el aire. Los dos elevadores se mueven simultáneamente hacia arriba o hacia abajo cuando el piloto mueve el timón, o en su lugar la palanca o bastón, hacia atrás o hacia delante. Cuando el timón o la palanca se tiran hacia atrás, los elevadores se mueven hacia arriba y el avión despega o toma altura debido al flujo de aire que choca contra la superficie de los elevadores levantadas. Si, por el contrario, se empuja hacia delante, los elevadores bajan y el avión desciende. En los aviones con tren de aterrizaje tipo triciclo, un instante antes de posarse en la pista, el piloto tiene que mover el timón o la palanca un poco hacia atrás para que el avión levante el morro o nariz y se pose apoyándose primero sobre el tren de aterrizaje de las alas y después sobre el delantero. 2.3.7.2.
Timón de cola o de dirección
Esta superficie flexible situada detrás del estabilizador vertical de la cola sirve para mantener o variar la dirección o rumbo trazado. Su movimiento hacia los
19 lados hace girar al avión sobre su eje vertical “Z”. Ese movimiento lo realiza el
piloto oprimiendo la parte inferior de uno u otro pedal, según se desee cambiar el rumbo a la derecha o la izquierda. Simultáneamente con el accionamiento del correspondiente pedal, el piloto hace girar también el timón para inclinar las alas sobre su eje “Y” con el fin de
suavizar el efecto que provoca la fuerza centrífuga cuando el avión cambia de rumbo. Cuando el piloto oprime el pedal derecho, el timón de cola se mueve hacia la derecha y el avión gira en esa dirección. Por el contrario, cuando oprime la parte de abajo del pedal izquierdo ocurre lo contrario y el avión gira a la izquierda. Actualmente el sistema tradicional de control de movimiento de las superficies flexibles por medio de cables de acero inoxidable acoplados a mecanismos hidráulicos se está sustituyendo por el sistema fly-by-wire, que utiliza un mando eléctrico asistido por computadora para accionarlas. Este sistema es mucho más preciso y fiable que el mando por cables de acero y se está estableciendo como norma en la industria aeronáutica para su implantación en los aviones de pasajeros más modernos. El primero en utilizarlo hace años fue el avión supersónico de pasajeros, Concorde, retirado ya del servicio debido a su alto costo de operación. Después se ha continuado utilizando, de forma parcial, en los Airbus A-310, A-300-600 y los Boeing 767 y 757. En la actualidad lo utilizan, de forma generalizada, el Airbus A-320 y el Boeing 777. La aviación continúa hoy en día su imparable desarrollo gracias a las investigaciones y experimentos que realizan cientos de ingenieros y científicos, que con su trabajo cambian radicalmente las características de los aviones para hacerlos más rápidos, seguros y confortables. Gracias a ese esfuerzo y a la gran cantidad de medidas de seguridad, controles y revisiones periódicas a las que se someten constantemente los aviones, este medio de transporte se puede considerar como el más rápido y seguro que existe en nuestros días.
2.4. MATERIALE EMPLEADOS EN LA FABRICACIÓN DE PARTES DE AVIONES Para fabricar estructuras como el fuselaje, que deben soportar numerosos esfuerzos y cargas, se debe tener muy en cuenta el material a usar. Los cuatro grandes grupos de materiales de empleo aeronáutico son las aleaciones
20 férreas (con hierro), las aleaciones ligeras (de Aluminio, Titanio o Magnesio), materiales compuestos y materiales poliméricos (gomas, plásticos, lonas) 2.4.1. ALEACIONES FÉRREAS La aleación férrea más usada en aviación es el acero (con un 2% de carbono). El acero sustituyó a la madera en la construcción de fuselajes reticulares o tubulares puesto que aguantaba mucho mejor la humedad. A pesar de que el acero es más barato que las aleaciones ligeras pesa mucho más, y por ello su uso es muy limitado en la industria aeronáutica moderna, reduciéndose a partes que requieran de gran resistencia (tren de aterrizaje, herrajes de sujeción, elementos de fijación...) 2.4.2. ALEACIONES LIGERAS 2.4.2.1.
Aleación de aluminio
Las aleaciones de Aluminio son el resultado de la combinación del aluminio con otros metales como el Manganeso, cobre, cinc o magnesio. Pesan poco pero resultan altamente resistentes, dos cualidades muy apreciadas en aviación. Sin embargo presentan un problema, y es que aun siendo el aluminio anticorrosivo, sus aleaciones no. Por esta razón se usan distintos medios para prevenir su deterioro. El caso más conocido es el Alclad, una aleación de aluminio cubierta de aluminio puro. Mientras la película exterior de aluminio puro se mantenga, la resistencia a la corrosión será la misma que presenta el aluminio. Los largueros, cuadernas y demás componentes se fabrican con aleaciones de cinc ya que son las aleaciones con mayor resistencia. 2.4.2.2.
Aleación de Titanio
A medio camino entre el acero y las aleaciones de Aluminio, es relativamente ligero pero tremendamente resistente a la corrosión a temperaturas moderadas. Sin embargo es ocho veces más caro que las aleaciones de Aluminio, su mecanizado es difícil y si se desea sustituirlo suele se puede emplear o el mismo material o un acero. Se trata de una aleación muy especial, utilizada en piezas de los turborreactores y lugares donde un material más barato no serviría. 2.4.2.3.
Aleaciones de Magnesio
Es la aleación más ligera: pesa cuatro veces menos que el acero. Su relación resistencia-peso es excelente y se maneja con facilidad. Sus usos son muy
21 concretos: partes de asientos, cinturones de seguridad, en la caja del tren y de los rotores de los helicópteros. Sin embargo se ha ido reemplazando por aleaciones de Aluminio, por problemas de corrosión e inflamabilidad. 2.4.3. MATERIALES COMPUESTOS
FIGURA 18. Material comp uesto
Los materiales compuestos están constituidos por dos elementos estructurales: fibras y material aglomerante. E l material aglomerante se llama “matriz” y las fibras están entretejidas en esa matriz. Las fibras poseen una alta resistencia empleándose materiales como el boro o el carbono; la matriz suele ser plástica (resinas, poliésteres) aunque en ocasiones es metálica para soportar altas temperaturas (en turbo-reactores y naves espaciales). La estructura del material está constituida por capas. En cada capa las fibras se encuentran aglomeradas en la matriz y presentan una misma disposición. El material es la suma de las capas que se asemeja a un músculo humano o a un “sándwich”. La orientación de las fibras no es arbitraria, sino que viene definida por el esfuerzo o cargas a las que se va a ver sometido el material. Así la resistencia mecánica del material vendrá dada por la dirección de las fibras o el tejido que forman. Podemos encontrarnos estructuras de compuestos que aguanten mejor cargas perpendiculares que otras estructuras ideadas, por ejemplo, para cargas longitudinales, etc... Las propiedades mecánicas de estos materiales son notablemente superiores a las aleaciones ligeras. Sin embargo, resultan ser más frágiles que éstos, aun usando fibras de carbono y boro, siendo su reparación compleja. Por esta razón no es aplicable por ley a las alas y el fuselaje, ya que son estructuras primarias y de gran importancia. En cuanto a la matriz, las resinas “epoxi” son
las que presentan una mejor adhesión de las fibras, aunque su uso está prohibido en las cabinas, ya que genera demasiado humo al quemarse.
22 2.4.3.1.
Construcción ti po “sándwich”
FIGURA 19. Sandw ich
Se trata de una forma de colocar los materiales que debía ser nombrada dada su uso generalizado en aviación, y sus buenas propiedades mecánicas. Se trata de dos capas de fibra de carbono, de vidrio, o de aluminio pegadas a un núcleo. El núcleo puede tener forma de panel de abeja, fabricado en aluminio o resinas; o tratarse de un núcleo de goma-espuma. La estructura “sándwich” aguanta con éxito las cargas que impone la flexión
(compresión y tracción), y el núcleo soporta esfuerzos cortantes con facilidad. Su aplicación se centra en superficies de control de vuelo y suelos de cabina.
2.5. SELECCIÓN DE PARTES DEL AVIÓN SEGÚN EL TIPO DE MATERIAL 2.5.1. MATERIALES METÁLICOS 2.5.1.1.
Alerón
Propiedad principal
Los alerones, en el campo de la aeronáutica, son unas superficies de mando y control que se encuentran en los extremos de las alas de los aviones y su misión es llevar a cabo los virajes del avión a ambos lados a través de un movimiento de alabeo. Estos alerones, junto con el timón de profundidad, están controlados a través de los "cuernos" que es como el volante de un coche y que se denominan así por su forma de cuernos. En los aviones de la casa Airbus, estas superficies de
23 mando y control (alerones, timón de profundidad y timón de dirección) se controlan a través de una palanca vertical. Material de construcción
La estructura de un alerón se ha desarrollado a partir del uso primitivo de madera, lona barnizada y alambre. Hoy en día, los forros exteriores de aleaciones de aluminio son elementos primarios estructurales en la mayor parte de las naves. Se utilizan también magnesio, acero y titanio en la estructura interna principal, así como en áreas locales específicas del forro. Las más exóticas naves de investigación, como el X-15, se construyen, por lo menos parcialmente, con aleación de níquel. 2.5.1.2.
Largueros
Propiedad principal
Los largueros también son empleados para la construcción de los empenajes, verticales y horizontales, aunque la distribución de los esfuerzos puede diferir de los presentes en los largueros alares. Material de construcción
Largueros de metal Un ala mono bloque típica de largueros de metal, en la aviación general, está compuesta por una red de largueros de aluminio con forma de “L” o de “T”
acoplados paralelamente mediante soldadura o remachado al revestimiento interior del ala, para soportar las cargas de pandeo o flexión. En la aviación de mayor tamaño que emplea estas estructuras, los compartimientos entre las secciones del ala están sellados herméticamente para ser usados como tanques de combustible integrales. En el caso de las estructuras de ala de largueros, es similar a la de madera, con la diferencia del cambio de material. La fatiga del material de los largueros de metal ha sido la causa de muchos accidentes de aviación. Largueros tubulares de metal Consistía en una red de tubos (largueros) metálicos que conformaban el ala bajo el revestimiento de duraluminio. Cada larguero tubular de estos estaba conectado al paralelo por estructuras triangulares remachadas a los largueros mismos. Estos elemente daban a aeroplano una solidez estructural formidable,
24 teniendo en cuenta que la mayoría de los aviones del momento estaban construidos de madera. Una característica del esquema alar que contribuyó grandemente fue un innovativo diseño de los largueros, que consistían en cinco tubos concéntricos cuadrados los cuales estaban ajustados entre sí. Dos de estos tubos estaban unidos entre si por un tejido compuesto, formando un larguero principal ligero y muy fuerte. Los trenes de aterrizaje estaban unidos a puntos de pivote construidos sobre el interior trasero del larguero principal y replegados hacía afuera y ligeramente atrás en nichos que se encontraban en la parte del ala que no estaba sometida a cargas. El estrecho tren de aterrizaje de este avión fue considerado como un compromiso aceptable al permitir que las cargas de impacto producidas por el aterrizaje fueran transmitidas a las partes más fuertes de la estructura del ala. Construcción geodésica En aviones tales como el Vickers Wellington fue empleado una estructura geodésica de los largueros del ala, lo que tenía la ventaja de ser ligera y de soportar un buen daño de combate con solo una pequeña pérdida de fuerza estructural. 2.5.1.3.
Cascos metálicos
En los botes voladores y en los aviones anfibios el fuselaje esta reemplazado por el casco. En estos tipos el casco lo que descansa sobre el agua mientras que un hidroavión tiene flotadores donde el avión de tierra tiene ruedas. En primer lugar, el casco tiene que ser enteramente impermeable y no inundable. Además como tiene que permanecer tanto tiempo en el agua, tiene que estar protegido contra corrosión. A parte de esto, como tiene que volar por el aire, tiene que ser liviano y a la vez lo suficiente fuerte para transportar pasajeros y carga, y resistir todas las tensiones a que está expuesto el fuselaje de un avión.
25 Esto no es todo. El casco tiene que ser capaz de resistir el choque contra el agua al acuatizar, además de los golpes y demás mal trato que puede darle este clemente durante las maniobras de despegue y actualizare. En los cascos en que la entrada a los mismos es por la parte superior, estos deben llevar una cubierta aunque sea parcial. Es posible construir cascos livianos y fuertes de madera, pero aun la madera protegida absorbe tanta agua que aumenta considerablemente el peso del casco. Además, la parte exterior se daña fácilmente si no está protegida con planchuelas de metal. Por estas razones la mayoría modernos están construidas de metal. Como en los fuselajes mono coque, los mejores cascos se construyen con aleaciones de aluminio, pero no son de ese tipo. En su lugar, hallará que la mayoría tiene secciones de refuerzo y los mamparos están menos especiados. La plancha del fondo es más gruesa para resistir el choque contra el agua. Como refuerzo especial longitudinal, tanto el fondo como la cubierta pueden tener el agregado de una chapa de aluminio acanalada. 2.5.2. MATERIALES CERÁMICOS 2.5.2.1.
Parabrisas
Propiedad principal
El objetivo de los parabrisas, aparte de proporcionar una buena visión al piloto, es la de protegerlo de impactos de aves u otros móviles, de ahí el uso de tantas capas.
Material de construcción
El parabrisas está formado por capas de vidrio templado, que aguanta las cargas de presurización y aerodinámicas; y otras capas de polivinilo que proporciona resistencia al impacto de las aves u otros objetos.
26 2.5.2.2.
Bujías
Propiedad principal
Suministrar una chispa a partir de una corriente eléctrica, para el encendido de la mezcla aire-combustible dentro de la cámara de combustión de dicho motor. Material de construcción
Las bujías están hechas de materiales altamente resistentes al calor (cerámicos), a pesar de las distintas condiciones de funcionamiento del motor no deben permitir el paso de los gases que se comprimen en el interior de la cámara de combustión hacia el exterior del motor. 2.5.3. MATERIALES POLIMÉRICOS 2.5.3.1.
Cubiertas de los neumáticos (gomas)
Propiedad principal
El trabajo requerido a los neumáticos de aviación es realmente duro; cuando están en el suelo deben soportar el peso del avión; durante el proceso de taxi deben proporcionar un recorrido estable, confortable y ser capaces de soportar el calor, la abrasión y el desgaste; durante el despegue, la estructura del neumático debe resistir, además del peso, las fuerzas generadas por las elevadas velocidades angulares y, en el proceso de aterrizaje, se requiere de las ruedas que absorban el impacto mientras transmiten, además, la elevada fuerza de frenada al suelo. Los neumáticos de un avión pueden alcanzar temperaturas elevadas en caso de un despegue abortado o en un aterrizaje utilizando la frenada máxima. Para evitar que los neumáticos revienten, llevan un fusible térmico que los desinflan al alcanzar una temperatura determinada.
27 Material de construcción
Los tipos de caucho más empleados en la fabricación de los neumáticos son:
Cauchos naturales (NR)
Polibutadienos (BR)
Estireno – Butadieno (SBR)
Polisoprenos sintéticos (IR)
La matriz de caucho más utilizada es el copolímero estireno-butadieno (SBR), en el que la proporción es de aproximadamente un 25 % en peso de estireno, o una mezcla de caucho natural y SBR. Todos los tipos de cauchos poseen diferentes propiedades, pero también con algo en común: todos, una vez vulcanizados, pueden ser muy duraderos, por lo que necesitarían una gran cantidad de tiempo para su degradación. 2.5.3.2.
Cabina de vuelo
La cabina de vuelo, es la parte frontal del avión en donde se alojan los pilotos y la serie de instrumentos y controles necesarios para el vuelo del avión Propiedad principal
La cabina de vuelo al estar hecha de material ABS posee importantes propiedades tales como: Buena resistencia mecánica y al impacto combinado con facilidad para el proceso. Material de construcción
La cabina del avión está compuesta por el termoplástico ABS, estas siglas provienen de los tres monómeros para producirlo: Acrilonitrilo, butadieno y estireno.
28 La estructura del ABS es una mezcla de un copolímero vítreo (estireno – acrilonitrilo) y un compuesto elástico principalmente el polímero de butadieno. La estructura con la fase elastómera del polibutadieno (forma de burbujas) inmersa en una dura y rígida matriz SAN. 2.5.3.3.
Tapicerías de revestimientos interiores
La mayoría de tapicerías de revestimientos interiores, de tabiques etc de las aeronaves civiles y militares se construyen con polímeros termoplásticos los cuales tienen facilidad de mecanización y mantenimiento. 2.5.4. MATERIALES COMPUESTOS 2.5.4.1.
Turborreactores
Propiedad principal
Para que un avión se sustente en el aire es necesario mantenerlo en movimiento, de modo que el aire fluya a lo largo de las alas. Para conseguir el avance del avión se recurre a propulsores, como los motores de hélices y los turborreactores. Los turborreactores permiten alcanzar mayores velocidades que los motores de hélices, consiguiendo además una muy buena relación entre el tamaño del motor y la potencia de empuje obtenida. Material de construcción
29
El uso de la fibra de carbono también se extiende a los turborreactores. Todos los componentes resaltados están fabricados con materiales compuestos. El cárter de electrónica está hecho por ejemplo usando la estructura sándwich, mientras que las paletas de guía están fabricadas con fibra de carbono y aleaciones de Titanio; y las de entrada de fibra de carbono aglomerada con epoxy. La bomba de combustible también está construida en fibra de carbono. El arco del canopy y el asiento eyectable están hechos de fibra de vidrio con epoxy; el borde de ataque se ha fabricado usando la construcción de sándwich, con núcleo de panel de abeja; y la caja que contiene el tren de aterrizaje es de fibra de carbono.
2.6. EXPLICACIÓN DE ALGUNAS PROPIEDADES DE LOS ELEMENTOS EXPUESTOS Y SUS MATERIALES 2.6.1. NEUMÁTICOS Los neumáticos de aviación deben ser capaces de soportar el calor:
El calor es el peor enemigo para las cubiertas (las gomas) porque cuando tocan el suelo en un aterrizaje, pasan en menos de 3 segundos a calentarse más de lo que se calienta el agua cuando hierve. Dentro del tiempo que el avión tarde en realizar esas 400 tomas (aterrizajes), las ruedas de los aviones grandes pueden recibir un solo tratamiento de vulcanizado, que es como el recauchutado de las ruedas de los camiones. Los aviones más pequeños, pueden llegar a recibir hasta 8 tratamientos de vulcanizado. Lo peor para una rueda es que se formen grietas en la goma.
30 Como particularidad, las gomas de los aviones no tienen cámara de aire. Van llenas de nitrógeno para evitar que exploten tanto por el calor como por los impactos contra la pista cuando aterrizan. También es importante que vayan llenas de nitrógeno, para que así no lleven oxígeno acumulado y no pueda crearse un incendio dentro se la goma. 2.6.2. CABINA DE VUELO El ABS obtiene su amplio rango de propiedades gracias a cada uno de los componentes: 2.6.2.1.
Acrilonitrilo
Resistencia Térmica.
Resistencia Química.
Resistencia a la fatiga.
Dureza y Rigidez.
2.6.2.2.
Butadieno
Ductilidad a baja temperatura.
Resistencia al impacto.
Resistencia a la fusión.
2.6.2.3.
Estireno
Facilidad de proceso (Fluidez).
Brillo.
Dureza y Rigidez.
2.7. PROCESOS DE PRODUCCIÓN DE ALGUNOS DE LOS MATERIALES EXPUESTOS 2.7.1. NEUMÁTICOS Fabricación de un neumático desde la mezcla hasta la i nspección 2.7.1.1.
Mezcla
Las materias primas, incluidos los pigmentos, las sustancias químicas y hasta 30 tipos de caucho diferentes, se combinan en enormes mezcladoras denominadas "máquinas Banbury", que funcionan sometidas a un calor y una presión muy elevados. Éstas mezclan todos los ingredientes hasta formar un compuesto negro y gomoso que se triturará una y otra vez.
31 2.7.1.2.
Triturado
Una vez enfriado, el caucho se procesa en láminas gruesas que se trasladan a las laminadoras, que preparan los diferentes compuestos para los molinos de triturado, donde se cortan en láminas que pasarán a ser los flancos, las bandas de rodadura y demás partes del neumático. Otro tipo de revestimiento de caucho cubre la tela que se utilizará para fabricar el cuerpo del neumático. Para ello se utilizan distintos materiales: poliéster, rayón o nailon. 2.7.1.3.
Talón
Otro componente, con forma de aro, es el denominado talón. Éste se colocará en la llanta de la rueda del vehículo. 2.7.1.4.
Capas
A continuación se colocan dos capas de tejido textil, los cables. Después se añade otro par de capas en forma de cinturón, destinadas a resistir el efecto del roce entre la llanta y el neumático. 2.7.1.5.
Banda de rodadura
Después el fabricante agrega las lonas con cables de acero resistentes a los pinchazos que sujetan la banda de rodadura al pavimento con firmeza. La banda de rodadura es la última pieza que se coloca en el neumático. Una vez que los rodillos automáticos han presionado todas las piezas unas contra otras, el neumático, ahora denominado "neumático verde", ya está listo para la vulcanización y la inspección. 2.7.1.6.
Vulcanización
La prensa de vulcanización da a los neumáticos su forma final y el dibujo específico de la banda de rodadura. Unos moldes calientes dan forma al neumático y lo vulcanizan. Estos moldes contienen el dibujo de la banda de rodadura, las marcas de los flancos que pone cada fabricante y las que exige la ley. Los neumáticos se vulcanizan a más de 300 grados entre 12 y 25 minutos, según su tamaño. 2.7.1.7.
Inspección
Si hubiera algún problema con el neumático (o, simplemente, parece que pudiera haberlo, aunque sea una mínima imperfección), se rechaza. Algunos fallos los detectan los ojos y las manos especializados del inspector, y otros los detectan máquinas especializadas. La inspección no se limita a la superficie.
32 Algunos neumáticos se retiran de la línea de producción y son sometidos a rayos X para detectar cualquier fallo interno. Además, los ingenieros de control de calidad cortan neumáticos aleatorios de manera regular y estudian todos los detalles de su construcción que puedan afectar a su rendimiento, maniobrabilidad o seguridad. 2.7.2. CABINA DE VUELO Hoy en día para la fabricación del interior de la cabina se utiliza el termo formado. El termo formado es un proceso que consiste en dar forma a láminas de plástico utilizando como herramienta el calor utilizando el vacío ya sea con un molde o matriz que puede estar hecho de madera, resina epóxica o aluminio; este proceso debe tener una temperatura bien balanceada ya que si hay un exceso de calor la lámina puede fundir la lámina y así quedar inservible, o si lo que tiene es una deficiencia de calor la lámina o incluso una mala calidad de vacío dará resultado a una lámina defectuosa o con detalles con una definición baja que no cumpliría las especificaciones del producto. El termo formado parte de una lámina completamente rígida con espesor uniforme que fue hecha mediante el proceso de extrusión que permite su producción en pequeñas partes por su bajo costo e incluso es rentable en grandes producciones. 2.7.3. LARGUEROS A diferencia de los tradicionales perfiles de acero laminados en caliente, los perfiles de chapa se fabrican a partir de láminas de acero, a las cuales se les da forma a temperatura ambiente mediante métodos de estampación o bien haciendo pasar las láminas por un tren de laminado formado por una serie de rodillos en serie. Debido a que el proceso de producción es relativamente sencillo, se puede fabricar un gran número de perfiles con distintas configuraciones que se adapten a la demanda, con un diseño optimizado tanto des del punto de vista estructural como económico. 2.7.3.1.
Paso 1
Obtención de las losas de acero fundido
33
Los perfiles de chapa delgada conformados en frío parten inicialmente de unas losas rectangulares de acero fundido de 200mm de espesor y a una temperatura de unos 1200ºC. La siguiente figura muestra una de estas placas. 2.7.3.2.
Paso 2
Obtención de las bobinas de acero
Cada losa se pasa a través de un conjunto de devastado formado por cuatro sistemas de rodillos de acero que reducen el espesor de la placa hasta los 40mm. Seguidamente, la placa de acero se somete a otro proceso de devastado para reducir otra vez su espesor, esta vez hasta los 2 mm aproximadamente. La chapa resultante se enfría hasta los 540ºC en una cinta transportadora rociada por agua y finalmente se enrolla formando bobinas con unos diámetros externos que pueden ir de 1220 mm a 1830 mm. A medida que la bobina de acero se va enfriando a temperatura ambiente, se forma un acapa de óxido en la superficie que habrá que eliminar ya que puede acortar la vida útil de los rodillos que darán forma a la chapa. Dependiendo del espesor final requerido, el espesor de la lámina de acero se va reduciendo mediante el laminado en frío. En este proceso se aplica una fuerte presión
34 sobre el espesor de la chapa mediante una serie de rodillos, lo que incrementa la temperatura del acero hasta los 200ºC debido a la fricción entre ambas partes. Este proceso de deformación en frío disminuye la ductilidad del acero y, al mismo tiempo, incrementa su rigidez en la dirección del laminado. Finalmente, la chapa de acero se sumerge en una línea de galvanización donde se recuece y limpia para aplicarle posteriormente un baño de zinc fundido que actuará como protector contra la corrosión. El recocido aporta al acero la ductilidad que había perdido durante el proceso de la reducción de espesor en frío. A continuación, la lámina de acero pasa a través de unos secadores que solidifican la capa de zinc y, finalmente, se vuelve a enrollar en bobinas para facilitar su almacenaje y transporte hacia las fábricas de producción de los perfiles estructurales de acero conformados en frío
2.7.3.3.
Paso 3
Obtención de los perfiles de chapa de acero
Una vez la bobina de chapa de acero llega a la planta de producción, se corta en trozos para formar bobinas más pequeñas. La anchura de las láminas viene determinada por las dimensiones de la sección del perfil que hay que producir. Una línea típica de producción de estos perfiles consiste en un husillo donde va colocada la bobina, un sistema de rodillos de acero ajustados de forma específica para producir la sección deseada (tipos C, Z, T...) y una cortadora hidráulica para cortar el perfil a su longitud final.
