Aluminio. Uso en el automóvil

                                                  OBTENCION DEL ALUMINIO

 

 

El aluminio es un metal no ferroso, y es el más abundante de los
metales, constituyendo cerca del 8% de la corteza terrestre.
Sus propiedades han permitido que sea uno de los metales
más utilizados en la actualidad. Es de color blanco y es el más
ligero de los metales producidos a gran escala.
La alúmina, que es extraída de la bauxita y mezclada con la
criolita es la fuente del aluminio. El aluminio puro es demasiado
blando, debidamente aleado se obtienen resistencias
comparables al acero, por lo cual es útil para toda industria,
desde la construcción, decoración, minería, iluminación hasta
la industria aeronáutica.
El aluminio es el único metal que proporciona dureza con bajo
peso, es sumamente fácil de pulir, tenaz, dúctil y maleable,
posee una gran resistencia a la corrosión y alta conductividad
térmica y eléctrica, teniendo la mejor relación benefi cios - costo
que cualquier otro metal común.
El aluminio brinda a los ingenieros, arquitectos, diseñadores,
etc., la posibilidad de desarrollar una gran variedad de diseños,
ya sea con el uso de perfi les estándares o a través del desarrollo
de perfi les personalizados.
1. Propiedades Físicas
1.1 Color
Es un metal blanco, con una alta refl ectividad de la luz y el calor.
1.2 Densidad
La ligereza de la masa (peso) del aluminio es una de las
propiedades más conocidas que este metal posee.
Un centímetro cúbico de aluminio puede tener una masa de
aproximadamente 2,699 g, comparado con los 7,85 g del acero
y 8,46 g del cobre. Su peso es casi un tercio del acero.
Esta ventaja ha permitido el desarrollo de muchas industrias
como la aeronáutica y el transporte, además de facilitar
la manipulación de los perfi les, reduciendo los costos de
transporte y mano de obra.
1.3 Conductividad Eléctrica
Aparte del cobre, el aluminio es el único metal común que
posee una alta conductividad como para ser usado como
conductor eléctrico.
Su conductividad puede llegar a representar el 63,8% de la del
cobre (en la aleación 6063 llega al 54%), sin embargo con igual
masa de base, el aluminio dobla la capacidad conductiva del
cobre. Para una misma capacidad de conducción eléctrica, un
conductor de aluminio puede tener la mitad de la masa, que la que
podría tener la sección transversal de un conductor de cobre.
1.4 Conductividad Térmica
El aluminio tiene una alta conductividad térmica, que sólo
es superada por el cobre, siendo además cuatro veces más
grande que la conductibilidad del acero. Su temperatura de
fusión es de 660,2 °C.
Por ello ofrece grandes ventajas al ser usado en utensilios de
cocina, industria química, aire acondicionado, disipadores de
calor entre otras industrias.
1.5 Reflectividad
El aluminio es muy refl ectivo en la luz y con la radiación solar,
más que ningún otro metal corriente. La refl ectividad varía de
acuerdo al grado de energía o las condiciones superfi ciales del
metal, siendo la más alta del 75% en un rango de rayos ultra
violeta, 85% en el rango de luz visible y sobre un máximo del
95% en el rango de radiación infrarroja.
1.6 Resistencia a la Corrosión
Se debe a la formación espontánea de una película muy
delgada de óxido de aluminio que es insoluble en agua, la cual
la protege del medio ambiente y la corrosión, tanto en forma
de metal puro como cuando forma aleaciones, la cual le da las
mismas ventajas que el acero inoxidable y lo hace verse muy
bien en comparación con el acero.
Una característica de esta capa, es que si es removido por
algún medio mecánico, se formará una nueva capa protectora
de óxido.
1.7 No es Tóxico
El aluminio y sus derivados son eternamente no tóxicos. En
efecto una prueba de ello es que está presente en los utensilios
de cocina, envases industriales, etc. los que no producen
efectos nocivos.
1.8 Apariencia
El aluminio es uno de los metales blancos que posee brillo
natural de apariencia atractiva, siendo muy utilizado por
arquitectos y diseñadores. Sin embargo adicionalmente a
sus condiciones naturales, se le puede dar diversos tipos
de acabado de textura y color, que se caracterizan por su
resistencia al paso del tiempo.

 

 

Generalidades técnicas del aluminio
6. Aleaciones de Aluminio
El aluminio puro es relativamente débil, por ello se han
desarrollado diversa aleaciones con diversos metales como
el cobre, magnesio, manganeso y zinc, por lo general, en
combinaciones de dos o más de estos elementos junto con
fi erro y silicio, obteniéndose una infi nidad de aleaciones para
una gran variedad de aplicaciones incluso con características
superiores al acero. La Aluminium Association Inc.- AAI, ha
clasifi cado las aleaciones de aluminio mediante la siguiente
nomenclatura:

Serie 1000: Aluminio con un mínimo de pureza de 99%
Serie 2000: Aleado con Cobre
Serie 3000: Aleado con Manganeso
Serie 4000: Aleado con Silicio
Serie 5000: Aleado con Magnesio
Serie 6000: Aleado con Silicio - Magnesio
Serie 7000: Aleado con Zinc.
Serie Características
Serie 1000 . Alta resistencia a la corrosión
. No tóxico
. Excelente acabado
. Excelente maleabilidad
. Alta conductividad eléctrica y térmica
. Excelente reflectividad
Serie 2000 . Alta resistencia mecánica
. Alta resistencia a la corrosión
. Buena maquinabilidad
Serie 3000 . Buena resistencia mecánica
. Alta resistencia a la corrosión
. Buena maleabilidad
Características de las Aleaciones
Serie 4000 . Alta resistencia al calor
Serie 5000 . Buena resistencia mecánica
. Alta resistencia a la corrosión,
especialmente al agua de mar
. Muy buena soldabilidad
Serie 6000 . Buena resistencia mecánica
. Buena resistencia a la corrosión
. Buena maquinabilidad
. Buena soldabilidad
Serie 7000 . Alta resistencia mecánica
. Buena maquinabilidad

EN EL VEHICULO

 

 

El primer vehículo fabricado íntegramente en aluminio y verdaderamente significativo en la historia del automóvil, es el Panhard Dyna de 1953 y que empezó su producción a partir de 1954.
Aunque el aluminio en la fabricación de automóviles tiene su origen en el empleo para desarrollar diferentes elementos mecánicos, su uso más generalizado se centraba en la fabricación de bloques de motor, culatas, elementos de refrigeración, etc., por sus buenas cualidades para la evacuación de calor de dichos elementos y fácil mecanización.

 

La firma Rover, influenciada por la crisis económica provocada por la segunda guerra mundial y por el excedente de aluminio, después de la contienda se vio obligada a utilizar este material en sus vehículos.
En los últimos años, su aplicación se a generalizado, gracias a su escaso peso y a su elevada rigidez, éste material, es capaz de mejorar su comportamiento, logrando excelentes relacionales peso-potencia y mejorando notablemente el comportamiento dinámico.

 

Hasta hace unos años, únicamente vehículos de cierta exclusividad, como los modelos de Ferrari, Honda NSX o el Jaguar XJ 220 montaban este tipo de carrocerías, en la última década el aluminio se ha incorporado a los elementos de la carrocería de forma predominante.
El aluminio, es el metal más utilizado en la fabricación de automóviles actuales después del acero.
Vehículos fabricados en grandes series como el Audi A8, Audi A2, el BMW Serie 5 y el Renault Vel-Satis, son ejemplo de estructuras total o parcialmente construidas en este material.
Desde el año 2000, se comenzó a incorporar de forma generalizada piezas exteriores de este material en; capós, aletas, paneles de puerta e incluso techos.

SUS CARACTERISTICAS EN AUTOMOCION

Ligereza:

El peso especifico es de, la tercera parte del peso del acero, lo que puede llegar a suponer una disminución del 40% del peso total de la carrocería. Así, disminuye el consumo de combustible aproximadamente en 0’5 litros cada 100 Km y cada 10% de disminución en peso. Por lo tanto, también se producirá una reducción directa de las emisiones contaminantes (CO2 – Dióxido de carbono) a la atmósfera.

Seguridad:

Los vehículos se diseñan con un habitáculo suficientemente rígido, en combinación con zonas de deformación programada, tanto en la parte frontal como en la posterior. En estos dos aspectos donde el aluminio tiene un comportamiento excelente, ya que las carrocerías de este material suelen ser mucho más rígidas que las de acero, además de permitir crear perfiles y elementos de deformación capaces de disipar gran parte de la energía de un impacto.

Por ello, aunque la carrocería de algunos vehículos sea de acero, montan como absorbedores de impacto o almas de paragolpes elementos de aluminio.
La mejora de la seguridad en los vehículos de aluminio también se debe a la menor energía de choque producida, debida, a la menor energía cinética que habrá que disipar en caso de impacto.
Desde el punto de vista de la seguridad activa, la capacidad de respuesta de los vehículos construidos en este material, con motores más pequeños, es mayor, mejorando la relación peso-potencia. Además, como la masa a detener en una frenada de emergencia es menor, aumenta la efectividad de los sistemas de frenado, aumentando la velocidad de paso en curvas al disminuir la masa y, por lo tanto, la fuerza centrífuga generada.
La rigidez (a torsión y flexión) de la carrocería es mayor, favoreciendo así la respuesta del vehículo y su seguridad activa.

Carrocería y chasis de aluminio - Audi R8

Reciclabilidad del aluminio:

Su facilidad para ser reciclado lo hace más atractivo para los constructores, puesto que en el proceso de reciclado con escasos aportes de energía, se mantiene la calidad del material extraído por este procedimiento, generando un ahorro importante comparado con la extracción del aluminio primario: (Bauxita).

Protección contra la corrosión:

La facilidad de reacción del aluminio con el oxígeno hace que se recubra con una capa de oxido (Alúmina), que protege al material contra la oxidación, de forma natural.
Sin embargo, su uso no puede combinarse con materiales de diferente potencial electroquímico sin las debidas precauciones, pues se originan procesos de corrosión galvánica con la consiguiente destrucción del aluminio. Por ello se a de evitar el contacto entre el aluminio y el acero, usando diferentes recubrimientos o adhesivos de baja conductividad eléctrica, para evitar en todo momento, este problema.

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 energeticos.

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 laminas o chapas de diferentes espesores, que servirán como producto preformado para otras aplicaciones como las operaciones de estampación o embutición.

Generalmente, tras finalizar el proceso de laminación, las chapas son endurecidas mediante un proceso térmico, denominado termofraguado, donde las piezas son calentadas a una temperatura en torno a 200º C, durante 30 minutos. De esta manera, se mejora el limite elástico y la resistencia a la tracción.

Soldadura
Los procedimientos de soldeo en aluminio pueden ser al arco eléctrico, bajo atmósfera inerte que puede ser argón, helio, por puntos o por fricción.

• Hay dos técnicas de soldadura al arco de un lado la soldadura al arco bajo atmósfera inerte con electrodo refractario o procedimiento TIG y de otro lado la soldadura al arco bajo atmósfera inerte con electrodo consumible o procedimiento MIG.

La soldadura TIG (Tungsten Inert Gas), se caracteriza por el empleo de un electrodo permanente de tungsteno, aleado a veces con torio o zirconio en porcentajes no superiores a un 2%. Dada la elevada resistencia a la temperatura del tungsteno (funde a 3.410 °C), acompañada de la protección del gas, la punta del electrodo apenas se desgasta tras un uso prolongado. Los gases más utilizados para la protección del arco en esta soldadura son el argón y el helio, o mezclas de ambos. Una varilla de aportación alimenta el baño de fusión. Esta técnica es muy utilizada para la soldadura de aleaciones de aluminio y se utiliza en espesores comprendidos entre 1 y 6 mm y se puede robotizar el proceso

En el momento de ejecutar una soldadura la limpieza de las piezas es esencial. La suciedad, aceites, restos de grasas, humedad y óxidos deben ser eliminados previamente, bien sea por medios mecánicos o químicos. Los métodos de limpieza químicos requieren equipos costosos para el tratamiento superficial y no se pueden usar siempre por esta razón.

El gas inerte que más se utiliza en la soldadura normal en los talleres es el argón puro, puesto que es mucho más económico y requiere menor flujo de gas. El helio se usa sólo cuando se exige mayor penetración.

Para mantener libre de humos y gases la zona de soldadura, es aconsejable la instalación de extractores de humos y gases. La intensidad del arco es mucho mayor que en la soldadura de acero y bajo ningún concepto se debe mirar al arco sin una máscara de protección adecuada

Soldadura de aluminio por fricción
La soldadura por fricción es un proceso de penetración completa en fase sólida, que se utiliza para unir chapas de metal, principalmente de aluminio, sin alcanzar su punto de fusión. El método está basado en el principio de obtener temperaturas suficientemente altas para forjar dos componentes de aluminio, utilizando una herramienta giratoria que se desplaza a lo largo de una unión a tope. Al enfriarse deja una unión en fase sólida entre las dos piezas. La soldadura por fricción, puede ser utilizada para unir chapas de aluminio sin material de aportación. Se consiguen soldaduras de alta calidad e integridad con muy baja distorsión, en muchos tipos de aleaciones de aluminio, incluso aquellas consideradas de difícil soldadura por métodos de fusión convencionales.



El aluminio es un material muy versatil pero a la vez caro de obtener y debido a las mejoras que se han hecho en los acero para igualar sus propiedades seguira estando como un material "de lujo para los automobiles" ya que el acero es mas barato y facil de reparar.