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El valor del aluminio

Es el metal del siglo XXI, el más importante de los metales no ferrosos y el elemento más abundante que se encuentra en la corteza terrestre después del silicio, sus cualidades como su bajo peso específico, su resistencia a la corrosión, su alta conductividad térmica y eléctrica, así como su alta resistencia mecánica una vez que es aleado con otros metales, le permiten tener una gama de aplicaciones sin límites.

 

Información y características más importantes del aluminio y sus aleaciones.

Este metal y sus atributos lo hacen útil como material de ingeniería, para utilizar en forma este metal es necesario conocer sus propiedades.

 

Características físicas

  • metal ligero, cuya densidad es de 2700 kg/m3 (2,7 veces la densidad del agua), un tercio de la del acero.
  • punto de fusión bajo: 660 ºc (933 k).
  • color blanco brillante, con buenas propiedades ópticas y un alto poder de reflexión de radiaciones luminosas y térmicas.
 

Características mecánicas

  • de fácil mecanizado.
  • muy maleable, permite la producción de láminas muy delgadas.
  • bastante dúctil, permite la fabricación de cables eléctricos.
  • material blando, su límite de resistencia en tensión es bajo en estado puro, en estado aleado el rango aumenta considerablemente. Para su uso como material estructural se necesita alearlo con otros metales para mejorar las propiedades mecánicas.
  • permite la fabricación de piezas por fundición, forja y extrusión.
  • material soldable.
  • on co2 absorbe el doble del impacto
 

El aluminio no produce chispas y no es magnético, características que lo hacen útil en aplicaciones de protección eléctrica, su capacidad de no producir chispazos lo hacen menos peligroso en la proximidad de substancias inflamables o explosivas.

El aluminio también tiene una conductividad eléctrica excelente y se usa como conductor eléctrico. Además de buena resistencia a la corrosión, exceptuando casos en los que existan soluciones alcalinas fuertes, esta resistencia del aluminio y sus aleaciones a la corrosión se puede mejorar con el anodizado.

El aluminio anodizado es aquel, que luego de cierto tratamiento electrolítico, es recubierto con una capa que le brinda mayor protección ante las amenazas del medio ambiente; este procedimiento se realiza particularmente, porque el aluminio se oxida de forma muy rápida al contacto con el oxígeno. Esta capa de óxido no es lo suficientemente fuerte como para resistir a altos montos de humedad u otros factores a los que generalmente se encuentra expuesto, como es el humo de las fábricas y el salitre marino.

Dentro de las ventajas del anodizado podemos encontrar las siguientes propiedades:

  • resistencia a la abrasión: lo que permite que tenga una resistencia al desgaste superficial superior a muchos tipos de acero.
  • resistencia eléctrica. la alúmina es un aislante eléctrico de calidad excelente, superior a la de la porcelana.
  • resistencia química. la capa anódica protege eficázmente el metal base contra la acción de numerosos medios agresivos.
 

Tabla 1. Comparación de propiedades de los materiales estructurales

Propiedad Aluminio Acero Fibra de vidrio
Reclicado De bajo costo Mediano costo Alto costo
Desgaste metal
con metal
Con tratamiento térmico aceptable Bajo Alto
Propiedades mecánicas Con tratamiento térmico aceptable Bueno Bajo
Resistencia a la tensión Bueno Bueno Bueno
Mantenimiento Bajo costo Alto costo Alto costo
Ductilidad Buena Buena Mala
Maniobrabilidad Buena Regular Buena
Contacto con el fuego Regular Regular Buena
Fragilidad Regular Buena Mala
Reparación Fácil Complicada Costosa
Deterioro ambiental
Oxidación
Poco Alto Regular
Armado No requiere procesos de soldadura Requiere procesos de soldadura costoso No aplica
Tiempo de instalación Corto Largo Regular
Estética Buena Regular Regular
 

Tabla 2. Comparación de resistencia química de los materiales estructurales

Sustancia Aluminio Acero Fibra de vidrio
Cerveza Precaución depende de las condiciones Bueno Bueno
Whisky y vinos No se recomienda Precaución depende de las condiciones Bueno
Gas amoníaco Regular Precaución depende de las condiciones Regular
Gas butano Bueno Bueno No se recomienda
Co2 Precaución depende de las condiciones Bueno Bueno
Gasolina Bueno Bueno No se recomienda
Lacas (solventes) Precaución depende de las condiciones Bueno No se recomienda
Azufre Bueno Bueno Regular
So No se recomienda Precaución depende de las condiciones No aplica
 

Aleaciones

Desde el punto de vista físico, el aluminio puro posee una resistencia muy baja a la tracción y una dureza escasa. en cambio, unido en aleación con otros elementos, el aluminio adquiere características mecánicas muy superiores.

Como hay distintas composiciones de aluminio en el mercado, es importante considerar las propiedades que éstas presentan, pues, en la industria de la manufactura, unas son más favorables que otras.

 

Tipos de aleaciones

Las aleaciones de aluminio se dividen en dos grandes grupos:
Las que no reciben tratamiento térmico y las que reciben tratamiento térmico.

 

Aleaciones de aluminio con tratamiento térmico

Algunas aleaciones pueden reforzarse mediante tratamiento térmico, en un proceso de precipitación. el nivel de tratamiento térmico de una aleación se representa mediante la letra t seguida de un número por ejemplo t5. hay tres grupos principales de este tipo de aleaciones.

  • • aleaciones 6xxx. los principales elementos aleantes de este grupo son magnesio y silicio. con unas condiciones de tratamiento térmico t6 alcanza una resistencia a la tracción de 42 ksi (290mpa) y es utilizada para perfiles y estructuras en general.


  • • la aleación más utilizada es la 6063, la cual se aplica en diferentes temples: tf, t1, t52, t5 y t6, usándose principalmente en perfiles arquitectónicos, industriales y especiales, esta aleación es particularmente adecuada para perfiles que se requieren anodizar o pintar.


  • • la aleación 6061 es aplicada particularmente a perfiles que se maquinaran, ya que debido a sus propiedades es más fácil de trabajar, evitando retrasos en el tiempo de su transformación y su dureza la hace más adecuada para trabajos mecánicos, buena resistencia mecánica, buena conductividad eléctrica (55% mínima iacs) usos: alambre para conductores eléctricos, perfiles para uso arquitectónico e industrial donde se requiere una resistencia mecánica superior a la de aleación 6063. la aleación 6105, es aplicada particularmente en perfiles que requieren una dureza adicional, por ejemplo en perfiles utilizados para la fabricación de escaleras.

El temple es medido por durómetros, con la unidad de medida llamada webster o grados websters.

A continuación las características básicas que debe de tener una de las aleaciones más utilizadas en la parte estructural. Aleación 6061 t6.

 

Tabla 1. Composición química % ( aleación 6061 t6)

Elemento % (máx.)
Silicio 0,40 – 0,80
Hierro 0,70
Cobre 0,15 – 0,40
Manganeso 0,15
Magnesio 0,80 – 1.20
Cromo 0,04 – 0,35
Zinc 0,25
Titanio 0,15
Otros elementos 0,05
Aluminio remanente  
 

Tabla 2. Propiedades mecánicas ( aleación 6061 t6)

Resistencia a la tensión (mín.) 38,000 (PSI) 260 (MPA)
Esfuerzo de cedencia (mín.) 35,000 (PSI) 240 (MPA)
Elongación (mín.) %, en 2 pulg. (50 mm) 10
 

Tabla 3. Dureza ( aleación 6061 t6)

Espesor Número de dureza (min)
Pulgadas Milímetros Webster Barcol Rockwell e
0,050 – 0,075 1,20 – 2,00 15 76 89
0,076 – 0,499 2,00 – 12,50 15 76 90
0,500 12,50 - 76 -
 

Criterios para utilizar el aluminio como material estructural

El aluminio puede sustituir

  • al cobre en las aplicaciones eléctricas.
  • al magnesio, titanio y acero en usos en estructuras y transporte terrestre.
  • a los compositos, el acero y la madera en la construcción.
  • al vidrio, el papel en el empaquetado.

Ventajas de las estructuras de aluminio:

  1. periodo muy corto entre el diseño y la fabricación
  2. personal no calificado para su manufactura
  3. permite cambios futuros
  4. apariencia estética sin requerir acabados superficiales
  5. en muchas ocasiones es una consideración de ingeniería

Desventajas de las estructuras de aluminio:
Cumple casi con cualquier requerimiento de carga y rigidez, no es recomendable cuando:

  1. el perfil esta en contacto con sustancias corrosivas
  2. en temperaturas superiores a 200°c
  3. cuando una mínima deflexión afecta el funcionamiento de la misma
 

¿Qué tan caro es?

Es necesario evaluar el costo total del equipo, no únicamente el costo de los perfiles u accesorios; la gráfica muestra una evaluación de costo de una estructura de aluminio contra el tradicional uso de acero soldado.

 
 

Nuevas aplicaciones

Una nueva utilidad de aluminio es en la infraestructura de puentes, plataformas petrolíferas y transbordadores rápidos. En muchos casos, el bajo peso, alta resistencia y durabilidad de las aleaciones de aluminio, lo hacen atractivo para los contratistas de construcción.

Con la probabilidad de que miles de hormigón y acero reforzado puente frente a la reconstrucción de las cubiertas debido a su edad y condición, el aluminio puede ser una alternativa de materiales de construcción.

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