Aluminio. Uso en el automóvil
Introducción
El aluminio: Se trata de un metal no ferroso,
abundante en la corteza terrestre, ya que constituye aproximadamente un 7,5% de
su peso. En estado natural se encuentra en muchos silicatos (feldespatos,
plagioclasas y micas). Como metal se extrae del mineral conocido con el nombre
de bauxita, por transformación en aluminio mediante electrólisis sucesiva.
El aluminio es el metal que más se utiliza después del
acero, debido a las buenas propiedades mecánicas que tiene. El aluminio fue
aislado por primera vez en 1825 por el físico danés H. C. Oersted (Oersted se
hizo famoso por su experimento de 1820, que mostró la relación entre
electricidad y magnetismo). El principal inconveniente para su obtención reside
en la elevada cantidad de energía eléctrica requerida, dificultando así su
mayor utilización. Este problema se compensa por su bajo coste de reciclado, su
dilatada vida útil y la estabilidad de su precio.
Características físicas
Entre las
características físicas del aluminio se tienen las siguientes:
·
Es un metal ligero, cuya densidad o peso específico es
de 2700 kg/m 3 (2,7 veces la densidad del agua).
·
Tiene un punto de fusión bajo 660ºC (933 K )
·
Buen conductor del calor y de la electricidad. Se
suele emplear en conducciones eléctricas (cables de alta tensión), ya que
además pesa poco.
·
Resistente a la corrosión.
·
Inoxidable al aire, pues forma una película muy fina
de óxido de aluminio (Al2O3) que lo protege.
·
Es muy maleable (papel de aluminio para envoltorios) y
dúctil.
·
Material abundante en la Naturaleza
·
Material fácil y barato de reciclar.
·
Es de color blanco brillante.
Es el metal más abundante en la naturaleza. Se encuentra como componente de
arcillas, esquistos, feldespatos, pizarras y rocas graníticas, hasta constituir
el 8 % de la corteza terrestre. Desafortunadamente, no se encuentra en la
naturaleza en estado puro, sino combinado con el oxígeno y otros elementos. El
mineral del que se obtiene el aluminio se llama bauxita, que está
compuesto por alúmina y es de color rojizo.
El método Bayer es el proceso
de obtención de aluminio más empleado por resultar el más económico. Consta de
2 partes:
1. La bauxita se
transporta desde la mina al lugar de transformación (cerca de puertos,
ya que la mayoría se importa).
2. Se tritura y muele hasta que queda pulverizada.
3. Se almacena en silos hasta que se vaya a
consumir.
4. En un mezclador se introduce bauxita en polvo,
sosa cáustica, cal y agua caliente. Todo ello hace que la bauxita se disuelva
en la sosa.
5. En el decantador se separan los residuos
(óxidos que se hallan en estado sólido y no fueron atacados por la sosa).
6. En el intercambiador de calor se enfría la
disolución y se le añade agua.
7. En la cuba de precipitación, la alúmina se
precipita en el fondo de la cuba.
8. Un filtro permite separar la alúmina de la
sosa.
9. La alúmina se calienta a unos 1200 °C en un
horno, para eliminar por completo la humedad.
10. En el refrigerador se enfría la alúmina hasta
la temperatura ambiente.
11. Para obtener aluminio a través de la alúmina,
ésta se disuelve en criolita fundida (que protege al baño de la oxidación), a
una temperatura de unos 1000 °C, y se la somete a un proceso de electrólisis
que descompone el material en aluminio y oxígeno.
En cuanto a la relación de precio de 1º y 2º generación.
La industria también clasifica el aluminio en primario,
cuando se extrae de su mineral bauxita, y de segunda fusión, cuando su materia
prima básica son las chatarras y recortes de aluminio provenientes de aluminio
ya usado y de recortes de fabricación.
El aluminio es reutilizable
al 100% y puede fundirse de forma continua sin perder sus
propiedades.
El proceso de
reciclaje del aluminio necesita poca energía. El proceso de refundido requiere
sólo un 5% de la energía necesaria para producir el metal primario inicial.
En Europa, el aluminio disfruta de tasas de reciclado altas que oscilan entre el 42%
de las latas de bebidas y el 85% de la construcción y el 95% del transporte.[32]
El aluminio
secundario se produce en muchos formatos y se emplea en un 80% para aleaciones
de inyección. Otra aplicación importante es para la extrusión. Además de
ser más baratos, los secundarios son tan buenos como los primarios. También
tienen las certificaciones ISO 9000 e ISO 14000.
El reciclaje de aluminio produce beneficios ya
que proporciona ocupación y una fuente de ingresos para mano de obra no
calificada
Propiedades
mecanicas del aluminio y acero
Ventajas e inconvenientes del
aluminio en la carrocería.
El uso del Aluminio aporta grandes ventajas a la
carrocería del automóvil y entre las más importantes podemos mencionar las
siguientes:
1.- Es 100% reciclable: Durante el
proceso de reciclaje mantiene sus cualidades físicas.
2.- Bajo peso: Su peso específico es
aproximadamente la tercera parte del acero. Una carrocería de aluminio tiene
una reducción de peso aproximadamente de un 40%.
3.- Gran capacidad de absorción de energía:
Durante una colisión este material ofrece alto desempeño en la absorción de
energía.
4.- Fácil proceso de fabricación:
Mediante el proceso llamado “Bayer” se lleva a cabo la transformación de la
bauxita en aluminio. Una vez que se obtiene el aluminio, éste se transforma en
material laminado, extruido y de fundición para formar parte de las
carrocerías.
5.- Libre de corrosión: El óxido de
aluminio forma una fina capa que se renueva periódicamente evitando la
degradación del material.
6.- Alta rigidez: Posee alta
resistencia al ser doblado o torcido además es un material con alta capacidad
de extrusión lo que permite diseñar configuraciones únicas, propias de este
metal.
7.- Fácil soldabilidad: Este material
es adecuado para trabajos con soldadura MIG (Metal-Inert-Gas), proceso que se
utiliza en la fabricación y reparación de carrocerías de aluminio.
8.- Soldadura láser: Sólo se utiliza
en el proceso de fabricación, ya que en reparación no se cuenta con la
tecnología para su aplicación.
9.- No es
tóxico.
Como inconveniente, el aluminio en aleaciones conserva la ventaja de su
poco peso (menor densidad que los aceros), pero aumenta su resistencia mecánica,
de forma que la relación resistencia/peso es favorable al aluminio respecto al
acero, aunque es desfavorable su comportamiento a fatiga y su resistencia al
desgaste (es más blando).
Las propiedades del aluminio
comparadas con el acero
Resistencia: Debido a la poca
resistencia que presenta el aluminio, la aplicación de esfuerzos se realiza de
forma delicada y controlada para evitar deformaciones mayores a las existentes,
por lo que para el conformado es necesario el uso de herramientas específicas como
son tases de madera, martillos de teflón, nylon o aluminio para controlar al
máximo los esfuerzos aplicados.
Elasticidad: El aluminio tiene menor
tendencia a recuperar su forma inicial cuando cesa la fuerza que causa la
deformación. Cualquier exceso en la aplicación de esfuerzos da origen a una
deformación que puede ser difícil de recuperar.
Dureza: Al utilizar las técnicas
convencionales de reparación, la limitada dureza del aluminio puede provocar
daños y marcas superficiales en la pieza. Por lo que la forma de realizar la
reparación difiere respecto a la realizada en el acero.
Resistencia eléctrica: Su
resistencia al paso de la corriente es cinco veces inferior a la del acero, lo
que condiciona los procesos de soldadura por resistencia, alcanzando intensidades
altas (del orden de 25000 Amp.) que garantizan la calidad del trabajo. Por
ello, esta técnica de ensamblaje no se puede aplicar en el taller.
Conductividad térmica: El aluminio
presenta una excelente conductividad térmica es cuatro veces superior a la del
acero, lo que provoca que las cantidades de energía que se aportan para la
soldadura sean mayores que en el acero.
Coeficiente de dilatación lineal: Su
coeficiente de dilatación lineal es del doble en comparación con el acero, lo
que supone que a un calentamiento excesivo e incontrolado puede deformarlo más
fácilmente. Por lo que es necesario en caso de grandes grietas puntear la zona
previamente.
Resistencia a la corrosión: Una fina
capa de óxido se forma en contacto con el aire, lo que brinda una excelente
protección contra la corrosión aun en ambientes agresivos. Esta capa se puede
fortalecer aún más mediante acabados superficiales como el anodizado o el
recubrimiento con pintura.
Íntegramente
reciclable: El aluminio usado puede fundirse y reutilizarse: una
significativa contribución a reducir la eliminación de residuos y a proteger el
medio ambiente.
Absorción
frente a impactos: El
aluminio absorbe más energía por unidad de masa en un choque que el acero o el
plástico. Además, no es combustible y no se rompe en astillas.
Resistencia
al frío: A bajas
temperaturas, el aluminio no se fractura, es fuerte y dúctil por debajo de
cero. Se aplica en criogenia por aportar beneficios económicos y
medioambientales.
Reflectividad: El aluminio pulido es
altamente reflectante en casi todo el espectro electromagnético, desde radio
hasta visible. El aluminio refleja entre el 80%, para la luz visible, y el 90%
de la radiación incidente. Le da buena apariencia decorativa y hace que el
aluminio sea una buena barrera contra la radiación térmica, útil para proteger
del calor algunas partes del automóvil.
Soldabilidad: Buenos acabado de
soldadura y el 90% de las soldaduras se realizan mediante técnicas TIG y MAG t
cuatro tipos de aleaciones de aluminio distintas son utilizadas
Capacidad de conformación: La conformabilidad del aluminio es notablemente mejor y
más fácil de lograr que la del acero, mediante los sistemas de embutición,
extrusionado, forja, fundición, mecanizado y laminado, todo ello con menores
gastos energéticos:
§ Extrusión:
Esta técnica consiste en hacer
pasar un disco o pastilla de aluminio por un hueco calibrado, con la ayuda de
un punzón o embolo ajustando su geometría de manera progresiva como barras o
tubos y perfiles.
§ Embutición:
La técnica consiste en la
configuración de una forma plana para transformarla en un hueco con superficie
no desarrollable mediante la acción combinada de un conjunto punzón-embutidor y
matriz-embutidora.
§ Forja:
Consiste en el moldeo de un
material a través de una compresión, hasta conseguir la forma deseada.
§ Fundición:
Este procedimiento se hace
mediante diferentes técnicas, como la fundición en coquilla, en arena, o de
forma inyectada, la colada o el material fundido es introducido en un molde.
Tras su enfriamiento, adquiere la geometría final deseada.
§ Mecanizado:
En el mecanizado, la forma de la
pieza es aportada mediante una herramienta de corte (fresa o cuchilla), la cual
está fija o en movimiento respecto a las piezas, según el procedimiento de
mecanizado empleado.
§ Laminación:
Técnica consistente en modificar
la sección de una pieza, con fuerzas de compresión generadas al pasar el
material por cilindros rotativos, que giran a igual velocidad tangencial.
De esta manera se obtienen láminas o chapas de diferentes espesores, que
servirán como producto preformado para otras aplicaciones como las operaciones
de estampación o embutición.
Utilización del aluminio en el automóvil.
Aleaciones más empleadas
El aluminio se utiliza normalmente aleado con otros metales con objeto de
mejorar su dureza y resistencia. Pero también se comercializa en estado puro.
Tipo de Aleación y sus Características:
o
Aluminio + cobre: Se presentan ideales para
cojinetes y semicojinetes de alto grado de trabajo y choque. También son
empleadas en ruedas dentadas de mecanismos sin-fin y llantas de coches.
o
Aluminio + magnesio: Se emplea mayoritariamente
en aeronáutica y en automoción.
o
Aleaciones de fusión cobre - zinc: Son
los latones de fusión. Tienen mucha más resistencia y mucha más tenacidad que
el hierro fundido. Se emplean en casquillos de cojinetes, guías de válvula, resortes.
o
Aleaciones de forja cobre - estaño: con éstas se
fabrican chapas, flejes, tubos, barras, y alambres. Se emplea en resortes, tubos
elásticos para manómetros, membranas y órganos de deslizamiento.
o
Aluminio + níquel + cobalto: Con esta
aleación se fabrican potentes imanes permanentes.
o
Aluminio puro (en polvo): Mezclado con
pintura, protege muy bien de la intemperie.
Durante la última década la utilización de aluminio en la
industria del automóvil ha aumentado de forma constante y la industria del
aluminio está dedicando importantes recursos para aumentar su participación en
este sector. Este interés responde a criterios ecológicos, además de
económicos.
Actualmente, se fabrican en aluminio piezas fundidas
(pistones, ruedas, cajas de transmisión, conjuntos de suspensión), radiadores,
y estructuras y carrocerías Ya existen algunos coches no sólo deportivos sino
berlinas de alta gama (Audi A8) y utilitarios (Audi A4) fabricados totalmente
en aluminio.
La utilización
de este material en la fabricación de vehículos conlleva grandes ventajas
medioambientales: la ligereza del material supone una reducción del
peso del vehículo de hasta un 30%, lo que se traduce en un ahorro de
combustible, ya que el vehículo requiere menor fuerza y potencia para moverse,
y por lo tanto genera un menor porcentaje de polución.
En términos de reciclabilidad, en América del Norte y
Europa más del 98% del aluminio contenido en los automóviles es recuperado y
reciclado.
Reflexión personal
Buscando tanta información llegas a la conclusión de que
el aluminio se ha apoderado del mundo automovilístico e industrial, ya sea por
su bajo coste respecto al acero, como por su forma de reciclado al 100%.
Hoy en día, los coches modernos y sobretodo de marcas
importantes, llevan el 80% del vehículo de aluminio, eso significa que
transmite seguridad y confianza, aparte de un aumento de ingresos por la diferencia
de valor.
