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La resistencia del aluminio

May 9, 2022 | Mecanizado CNC | 0 Comentarios

El aluminio puro es un material blando y de poca resistencia mecánica. Sin embargo, aleado con otros elementos, la resistencia del aluminio aumenta y adquiere otras cualidades en función de las propiedades de los componentes de aleación usados. Las aleaciones se clasifican principalmente en dos tipos, de forja y de fundición, las cuales se subdividen en tratables térmicamente y no tratables térmicamente.

Dónde podemos encontrarlo y cómo lo obtenemos

El aluminio es uno de los componentes químicos más extendidos en la corteza terrestre, conforma el 7% de su composición elemental. Aunque su presencia es abundante, rara vez se localiza libre a causa de su reactividad, por lo que suele encontrarse formando óxidos e hidróxidos.

Está presente en la vegetación, en rocas sedimentarias en forma de óxido e incluso en algunos animales, sobre todo de zonas terrestres como Brasil o Venezuela. A pesar de su gran presencia, para llegar al aluminio puro es necesario utilizar minerales de bauxita arcillosos, los cuales se encuentran en rocas meteorizadas y en un clima cálido.

Del mismo modo, para la obtención del aluminio de alta pureza es necesario llevar a cabo unos procesos industriales consecutivos, conocidos como proceso Bayer y proceso Hall Heroult.

En el primero se obtiene el óxido de aluminio y en la siguiente etapa se obtiene el aluminio puro por medio de un proceso electrolítico.

Proceso Bayer

Proceso patentado por el austriaco Karl Bayer en 1889, aunque fue a partir de los años 1960 cuando se convirtió en la única fuente industrial de alúmina y, por consiguiente, de aluminio a nivel mundial.

Se trata del principal método industrial para elaborar alúmina a partir de bauxita. Se tritura la bauxita tras mezclarse con cal caliente durante unas horas. Una vez se enfríe la mezcla, da lugar a un mineral sólido, que tras ser lavado, deberá calentarse a altas temperaturas para obtener la alúmina.

Proceso Hall Heroult

Fue descubierto, independientemente, por el estadounidense Charles Martin Hall y por el francés Paul Héroult en 1886.

En este proceso la alúmina es disuelta dentro de una celda electrolítica por medio de un procedimiento de corriente eléctrica. La cuba actúa como cátodo (electrodo donde se lleva a cabo la reducción), mientras que como ánodos (electrodos donde se lleva a cabo la oxidación) se usan electrodos de carbón.

La alúmina se descompone, por lo tanto, en aluminio y oxígeno molecular, el aluminio líquido se almacena en el poso de la celda protegiéndose de la oxidación a altas temperaturas y el oxígeno se deposita sobre los electrodos de carbón, produciendo CO₂.

Propiedades del aluminio

Es un material muy versátil y, por ello, es el segundo metal más empleado después del acero. Gracias a sus abundantes propiedades podemos encontrar su utilización desde la construcción de edificios hasta la producción de automóviles.

Además, la resistencia del aluminio en relación con su peso hace que destaque como uno de los metales más empleados en la ingeniería.

Propiedades mecánicas

Mecánicamente, es un material maleable y blando. En su estado natural, la resistencia mecánica del aluminio tiene un límite en tracción de 160-200N/mm².

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No obstante, entre sus características mecánicas podemos destacar las siguientes:

  • Se forman aleaciones con otros materiales para que la resistencia del aluminio aumente y para mejorar otras de sus propiedades mecánicas.
  • Material muy dúctil, puede ser forjado y gracias a su bajo permite la fabricación de láminas muy finas o la producción de cables eléctricos.
  • Material soldable y de fácil mecanizado
  • Posee una alta resistencia a la tensión
  • Permite la elaboración de piezas por fundición, forja y extrusión.

Propiedades químicas

El aluminio es un metal inerte, por lo que no muestra ningún inconveniente tóxico para los seres vivos. Sus características anfóteras le permiten liberar hidrógeno por medio de la disolución tanto en ácidos como en bases fuertes.

Presenta excelentes cualidades anticorrosivas. Debido a su elevado estado de oxidación se fija una delgada capa superficial de óxido de aluminio con características impermeables y adherentes que suspenden el proceso de oxidación, lo que proporciona al aluminio de alta resistencia a la durabilidad y corrosión.

En definitiva, gracias a sus propiedades químicas y a la estabilidad que otorgan los óxidos del aluminio se pueden obtener otros metales por el proceso de aluminotermia.

Usos del aluminio

Estamos ante uno de los metales que más utiliza el ser humano en procesos de fabricación gracias a la alta resistencia del aluminio y su gran trabajabilidad. Es un metal importante como recurso estratégico ante situaciones de conflicto y en un sinfín de actividades económicas.

En raras ocasiones se usa el aluminio 100% puro, su uso queda asociado a sus aleaciones con otros metales. Estas aleaciones aumentan la resistencia del aluminio por medio de tratamientos térmicos, por ejemplo si sometemos al aluminio a procesos como el laminado del frío adquiere mayor resistencia.

Uso 1. Ámbito de la comunicación y energía eléctrica

Uno de los principales campos en los que se emplea este material es en el ámbito de la comunicación y energía eléctrica. A lo largo de la segunda mitad del siglo XX, el aluminio ha ganado terreno frente al cobre.

Esto se debe a su magnífica conductividad  y a ser una de las formas más económicas de transmitir la electricidad. La resistencia mecánica del aluminio posibilita transferir la electricidad a más de 700.000 voltios de manera más efectiva que el cobre.

Por ello, suele utilizarse para la fabricación de piezas para las antenas de las televisiones y  los satélites.

Uso 2. Fabricación de piezas de construcción y edificación

En este sector la demanda del aluminio ha crecido bastante en los últimos años. Podemos encontrar su uso en la fabricación de gran variedad de piezas de construcción, como pueden ser puertas, ventanas, elementos estructurales, tuberías, cubiertas para grandes superficies, etc.

Además, también lo usan los arquitectos y diseñadores en sus proyectos para realizar objetos decorativos y ornamentales, ya que la maleabilidad y resistencia del aluminio son un punto a favor.

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Uso 3. Fabricación de electrodomésticos

Al igual que ocurre en la fabricación de construcción y edificación, se suele emplear el aluminio para crear piezas, coberturas y componentes en diversos tipos de productos. De esta forma disfrutar del bajo coste, el poco peso y la resistencia del aluminio.

Uso 4. Industria automotriz y aeronáutica

Actualmente, se realizan piezas fundidas en aluminio para la elaboración de ruedas, carrocerías, radiadores y estructuras… Además, esta industria elabora multitud de piezas de aluminio para reducir el peso de toda la carrocería.

Dentro de la industria aeronáutica, el aluminio es el metal más empleado para fabricar partes de los diversos tipos de aviones comerciales gracias a su ligereza. Forma parte trascendental en su construcción y ha reemplazado materiales como la madera o el acero.

Aluminio: material para el futuro

Gracias a la combinación de alta ligereza y resistencia del aluminio, este puede sustituir al acero más costoso en algunas aplicaciones. Además, no hay que olvidar que la alta resistencia del aluminio a los agentes atmosféricos o a entorno industriales lo hace un material muy demandado para la producción de perfiles de puertas y ventanas.

Otra ventaja son sus propiedades atóxicas, convirtiéndolo en un metal perfecto para la elaboración de utensilios de cocina sin producir efectos adversos para la salud, y su carácter ecológico, ya que puede reciclarse de forma repetida.

En definitiva, nos encontramos ante un material versátil, utilizado por múltiples industrias, como la alimentaria, de construcción, automotriz, energética, aeroespacial… y que gracias a sus ventajas frente a otros metales continuará ganando su lugar en el futuro.

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