Influencia de la temperatura en los materiales para relojes.


Tabla de coeficiente de expansión térmica con todos los materiales

La influencia de los cambios de temperatura en un material se mide por la dilatación térmica. Esta dilatación son los cambios de volumen y longitud, que son medidos por el coeficiente de expansión térmica. Este coeficiente para sólidos mide la energía almacenada calórica en los átomos, que repercute en una variación medida linealmente de dilatación y contracción, donde la relación es dL/dT midiéndose longitudinalmente en microstrain o mm si se multiplica exponencialmente.

Quizá donde más se observan o pueden influir los cambios de temperatura en los materiales de los relojes son en el volante junto con la espiral y en las platinas dependiendo del material. En principio, el volante debe de ser fabricado en una aleación con un bajo coeficiente de expansión térmica como la Nivarox de aproximadamente 11 microstrain/ºC. Asimismo el volante es muy sensible a los cambios de temperatura con lo cual su constitución puede ser en aleación de níquel o de Glucydur. En las de níquel el rango de dilatación es de 8-13microstrain/ºC que se escoge el mismo coeficiente de la espiral para evitar distorsiones. El Glucydur es un cobre al berilio, donde los fabricantes no ofrecen sus datos técnicos, pero una aleación de este tipo ofrece unos parámetros semejantes al latón, es decir, de unos 17microstrain/ºC. Esto puede indicar que hasta un volante de cromo al níquel junto con una espiral del mismo tipo puede ser tan efectiva en la dilatación térmica o quizá más que un volante de Glucydur. Otra cosa sería la variante del momento de inercia y la diferencia entre ellos, pero me da la sensación que esta ocultación de datos. De todas formas el titanio que contiene  el Glucydur puede que disminuya el coeficiente de expansión térmica, debido a que este es muy bajo y añada sus propiedades a esta aleación.


Cuadro de los coeficientes de dilatación de las aleaciones de cobre

En The Theorie of Horlogy se explica en un cuadro la relación que existe entre el Nivarox, el Glucydur y el níquel en relación al coeficiente de temperatura, pero sin dar datos sobre él. Además esta relación se establece alrededor de un coeficiente térmico de alrededor de +-0,6 segundos por grado en 24 horas, es decir, en relación al tiempo y no a la dilatación lineal. Eso puede inducir a que es, en realidad, el momento de inercia conjunto entre el volante y la espiral lo que se describe como coeficiente térmico. Esto puede dar lugar a que un Nivarox de cromo níquel se fabrique dentro del rango del coeficiente de dilatación lineal del cobre-berilio que es el Glucydur entre 17 microstrain/cº o que pueda existir un cierto desajuste hecho a propósito para dar mayor importancia o valor al Glucydur. Estas dudas no surgirían si las casas fueran mucho más claras con las especificaciones técnicas de sus aleaciones.

Para leer una cantidad como 17 microstrain/Cº debe de ser multiplicada por 10 elevado a -6. Así, a una temperatura de 20º con una longitud de ejes de engranaje de 10mm y considerando el latón con una media de 16,5 microstrain que son 16,5×10-6, este valor multiplicado por 20 grados de temperatura y 10mm, ya que el coeficiente está convertido a mm de expansión daría un valor de o,0033mm. De todas formas el latón estará más en el orden de 18×10-6 que en 16,5×10-6

En un pequeño cuadro de aleaciones que podrían ser posibles para platinas y puentes se vería que los valores medios son:

Titanio6Al4 9×10-6
Oro 14×10-6
316L 17×10-6
Cu-Be (Moldmax) 17×10-6
Latón 18×10-8
Duraluminio 23×10-6
Composite 4,5×10-6
Cristal de zafiro 5×10-6

Está claro que si hubiera que construir una platina para movimiento basada en un bajo coeficiente de expansión térmica se debería de fabricar de cristal de zafiro, que incluso se suprimiría el encastrado de rubís ya que es la misma composición como óxido de aluminio, cuyo coeficiente de fricción con el acero es de 0,1. No se me ocurren qué problemas puede tener el mecanizado del cristal de zafiro, salvo que las herramientas de corte tendrían que ser de tugsteno. Asimismo me imagino que por láser también se puede hacer. De hecho creo que alguna marca hace platinas y puentes de este tipo. Por otra parte, el Ti6Al4V sería la mejor aleación para este tipo de platinas con su bajo coeficiente de expansión, además del bajo peso específico que se traduce en menor peso para el reloj en su conjunto.


Cuadro del coeficiente de dilatación de las aleaciones de titanio

De todas formas, si observamos los valores con respecto al ejemplo de una distancia de ejes de 10mm, la variación sería de 0,0033mm a los 20º, que oscilaría en un rango de -7ºC y 44ºC que es la temperatura máxima y mínima que puede alterar un EXTático en Alcoy a la intemperie con las platinas de latón del Unitas y su distancia aa + o – de los ejes del barrilete al de la rueda de centro. Como nuestra idea no es la precisión nos da igual el material que usemos, ya que desde el punto de vista de nuestra idea del tiempo todos los materiales que pueden dar lugar a una forma son útiles en EXTático. Nos atrae mucho el duraluminio al titanio para la serie motor. Puede que cada serie lleve un material diferente para cada platina y puentes.

Por último un inciso, el caucho sintético que se usa en las juntas tóricas, sí que es bastante sensible a la dilatación y contracción con respecto a los cambios de temperatura, llegando hasta los 300 microstrain/ºC o x10-6. Hay que considerar entonces que para una presión estática de 20 ATM no habrá variación, pero me pregunto cómo puede variar la temperatura de contracción en la estanqueidad. No creo que tampoco sea un parámetro que influya mucho, pero sí que los continuos cambios de temperatura alteren la estructura de la junta y por lo tanto sea interesante cambiarla cada cierto tiempo.

Un saludo desde la Hora Española

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