• Author / Uploaded
• karenmansilla

• Categories
• Aluminio
• Óxido de aluminio
• Cobre
• Elementos químicos
• Sustancias químicas

Citation preview

Trabajo Práctico Nº 2 Materiales de Envases y Embalajes

Integrantes:  Gómez Soledad  Mansilla Karen Materia: Envases y Embalajes Profesor: Juan M. Guzmán Tema: Aluminio Fecha de Entrega: 04/06/09 Instituto: ISES Año: 2009

Introducción El aluminio es el metal más abundante de la naturaleza (7,5-8% de la corteza terrestre). Es un metal no ferroso, situándose en el segundo puesto entre los metales más utilizados por el hombre en la actualidad. El aluminio se encuentra en muchos minerales como por ejemplo los silicatos (feldespato, micas, arcillas, basaltos, etc.) extrayéndose, prácticamente, sólo de la bauxita y la criolita. Al contacto con el aire se cubre rápidamente de una capa dura y transparente de óxido de aluminio que resiste la posterior acción corrosiva (alúmina). Este metal posee una combinación de propiedades que lo hacen muy útil en ingeniería mecánica, tales como su baja densidad (2.700 Kg./m3) y su alta resistencia a la corrosión. Mediante aleaciones adecuadas se puede aumentar sensiblemente su resistencia mecánica (hasta los 690 MPa). Es buen conductor de la electricidad, se mecaniza con facilidad y es relativamente barato. Por todo ello es desde mediados del siglo XX el metal que más se utiliza después del acero.

Características:



Características físicas:

Entre las características físicas del aluminio, destacan las siguientes:

•

Es un metal ligero, cuya densidad es de 2700 Kg./m3 (2,7 veces la

densidad del agua), un tercio de la del acero. •

Tiene un punto de fusión bajo: 660 ºC (933 K).

•

El peso atómico del aluminio es de 26,9815 u.

•

Es de color blanco brillante, con buenas propiedades ópticas y un alto poder de reflexión de radiaciones luminosas y térmicas.

•

Tiene una elevada conductividad eléctrica comprendida entre 34 y

38 m/(Ω mm2) y una elevada conductividad térmica (80 a 230 W/(m·K)). (Sólo superada por el cobre). Ventaja para ser utilizado en utensilios de cocina

•

Abundante en la naturaleza. Es el tercer elemento más común en

la corteza terrestre, tras el oxígeno y el silicio.

•

Su producción metalúrgica a partir de minerales es muy costosa y requiere gran cantidad de energía eléctrica.

•

Material fácil y barato de reciclar.

•

No es tóxico.

•

Resistencia a la corrosión, por la formación de una capa muy delgada de óxido de aluminio al entrar en contacto con el aire, la cual es insoluble en agua.



Características mecánicas:

Entre las características mecánicas del aluminio se tienen las siguientes: •

De fácil mecanizado.

•

Muy maleable, permite la producción de láminas muy delgadas.

•

Bastante dúctil, permite la fabricación de cables eléctricos.

•

Material blando (Escala de Mohs: 2-3). Límite de resistencia en tracción: 160-200 N/mm2 [160-200 MPa] en estado puro, en estado aleado el rango es de 1400-6000 N/mm2. El duraluminio es una aleación particularmente resistente.

•

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.

•

Con CO 2 absorbe el doble del impacto.

 •

Características químicas:

Debido a su elevado estado de oxidación se forma rápidamente al aire una fina capa superficial de óxido de aluminio impermeable y adherente que detiene el proceso de oxidación, lo que le proporciona resistencia a la corrosión y durabilidad.

•

El aluminio tiene características anfóteras. Esto significa que se

disuelve tanto en ácidos (formando sales de aluminio) como en bases fuertes (formando aluminatos con el anión [Al (OH)4]-) liberando hidrógeno.

•

La capa de óxido formada sobre el aluminio se puede disolver en

ácido cítrico formando citrato de aluminio. •

El principal y casi único estado de oxidación del aluminio es +III como es de esperarse por sus tres electrones en la capa de valencia

Propiedades

Valor

Unidades

Densidad

2,699

g/cm2

Calor específico a 0 grados

0,210

cal/ºC

94,4

cal/g

Punto de fusión

660,2

ºC

Punto de ebullición

2057

ºC

Calor latente de fusión

Dilatación lineal por grado de temperatura

24·106

Resistividad eléctrica a 20ºC

2,63

ohm.cm

Conductividad eléctrica a 20ºC (IACS=100)

65,5

%

Módulo de elasticidad

6700

Kg./mm2

Carga de ruptura

16-20

Kg./mm2

8,13

%

Abundancia en la corteza terrestre

Raramente se usa aluminio puro puesto que es demasiado blando. Mediante aleaciones con otros metales (cobre, magnesio, manganeso, zinc, hierro, silicio, y otras combinaciones) en pequeñas proporciones, se obtienen una gran cantidad de aleaciones para una gran variedad de aplicaciones. Existe un gran número de aleaciones de aluminio, por lo que normalmente se agrupan según el aleante principal, en 8 grupos diferentes. Aluminio metálico El aluminio se utiliza rara vez 100% puro, casi siempre se usa aleado con otros metales. El aluminio puro se emplea principalmente en la fabricación de espejos, tanto para uso doméstico como para telescopios reflectores. Los principales usos industriales de las aleaciones metálicas de aluminio son: •

Transporte; como material estructural en aviones, automóviles, tanques, superestructuras de buques y bicicletas.

•

Estructuras portantes de aluminio en edificios

• • • •

Embalaje de alimentos; papel de aluminio, latas, tetrabriks, etc. Carpintería metálica; puertas, ventanas, cierres, armarios, etc. Bienes de uso doméstico; utensilios de cocina, herramientas, etc. Transmisión eléctrica. Aunque su conductividad eléctrica es tan sólo el 60% de la del cobre, su mayor ligereza disminuye el peso de los conductores y permite una mayor separación de las torres de alta tensión, disminuyendo los costes de la infraestructura.

• •

Recipientes criogénicos (hasta -200 °C), ya que contrariamente al acero no presenta temperatura de transición dúctil a frágil. Por ello la tenacidad del material es mejor a bajas temperaturas. Calderería.

Principales aplicaciones del aluminio. •

Industria aeronáutica: consume el 40% de la producción total

•

Industria eléctrica

•

Industria automotriz

•

Utensilios de cocina y envases de alimentos: 14% de la producción total

Aleación 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. A estas aleaciones se las conoce con el nombre genérico de Duraluminio, y pueden ser centenares de aleaciones diferentes. El duraluminio contiene pequeñas cantidades de cobre (3 - 5%), magnesio (0,5 - 2%), manganeso (0,25 - 1%) y Zinc (3,5 - 5%). Son también importantes los diversos tipos de aleaciones llamadas anticorodal, a base de aluminio y pequeños aportes de magnesio y silicio . Pero que pueden contener a veces manganeso, titanio y Cromo. A estas aleaciones se las conoce con el nombre de avional, duralinox, silumin, hidronalio, peraluman, etc. 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. Aportaciones de los elementos aleantes Los principales elementos aleantes del aluminio son los siguientes y se enumeran las ventajas que proporcionan.

•

Cromo, Aumenta la resistencia mecánica cuando está combinado con otros

elementos Cu, Mn, Mg.

•

Cobre, Incrementa las propiedades mecánicas pero reduce la resistencia a la

corrosión.

•

Hierro. Incrementa la resistencia mecánica.

•

Magnesio, Tiene alta resistencia tras el conformado en frío.

•

Manganeso, Incrementa las propiedades mecánicas y reduce la calidad de

embutición.

•

Silicio, Combinado con magnesio, tiene mayor resistencia mecánica.

•

Titanio, Aumenta la resistencia mecánica.

•

Zinc, Reduce la resistencia a la corrosión

1.

Aluminio + cobre (Duraluminio o bronce de aluminio): Se usa en bases

de sartenes, llantas de coches, bicicletas, etc.

2.

Aluminio + magnesio: Se emplea mayoritariamente en aeronáutica y en

automoción.

3.

Aluminio + cobre + silicio: Ideal para obtener piezas de moldeo por

inyección.

4.

Aluminio + níquel + cobalto (Alnico): Con esta aleación se fabrican

potentes imanes permanentes. Aluminio puro (en polvo): Mezclado con pintura, protege muy bien de la intemperie. •

Proceso de producción del aluminio

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.

Aluminio y Envases ALUMINIO Y ENVASE El aluminio cumple todas las exigencias del envase moderno por lo que su utilización en este sector es cada vez más importante. Las propiedades más importantes del aluminio, aplicadas al sector de los envases y embalajes, son las siguientes: Es resistente, se puede deformar sin romperse y ofrece la máxima protección como efecto barrera contra gases, incluso en espesores muy pequeños, lo que permite alargar la vida de los productos. Por ejemplo, un sólo gramo de una hoja de aluminio alarga la vida del alimento varias veces. Es inerte a la interacción con el contenido, y en el caso de materiales muy agresivos se puede recubrir con lacas sanitarias o películas de polímeros de alta inercia. Se decora y/o imprime con facilidad y, en muchos casos, el color brillante del metal forma parte de la decoración del envase, es decir, no se recubre en algunas zonas por lo que el consumo de productos de decoración es menor por unidad. Los envases de aluminio no requieren laboriosas preparaciones de superficie, no se oxidan, son fáciles de abrir (la tapa de fácil apertura fue inventada por el aluminio, e incluso los botes de bebidas de hojalata llevan la tapa de aluminio) y, además, es el más ligero de los metales de aplicación industrial, con el consiguiente ahorro de energía en el transporte.

Algunos ejemplos de envases de aluminio son los latas de bebidas, el papel de aluminio, los aerosoles, las bandejas de catering, envoltorios de medicamentos, etc. También

existen envases compuestos que llevan aluminio como es el caso de los tetra briks (formados por papel, polímero y aluminio) o bolsas de chips (polímero y aluminio). Los métodos analíticos que se utilizan en el diseño y la fabricación de las latas de bebidas son los mismos que en la ingeniería espacial. Fruto de este sofisticado trabajo, una lata de aluminio pesa hoy tan solo 13,6 gramos, cinco menos que lo que pesaba en los años sesenta, cuando empezó a fabricarse (la primera lata de aluminio salió al mercado en 1958 en Estados Unidos). Contiene 340 gramos de líquido y posee aproximadamente el mismo diámetro y altura que el vaso tradicional. Una lata así, cuyas paredes son más delgadas que dos hojas de una revista, puede soportar tres veces la presión de un neumático de coche.

•

Las formas usualmente empleadas en la comercialización del aluminio

son: alambres de diferentes diámetros, chapas, perfiles y barras de diferentes secciones.

•

Latas de bebidas (cerveza, refrescos)

•

Latas de conservas (vegetales, cárnicas, de pescado, comida para animales domésticos…)

•

Envases de aluminio (bandejas de aluminio de comidas preparadas, envoltorios de mantequilla, flanes, café...), envases de nata montada.

•

Bolsas y recipientes de aluminio para alimentos (alimentos infantiles, sopas, purés, pastas precocinadas, café, aperitivos, frutos secos, patatas fritas,...)

Briks

Briks de leche, nata, batidos, zumos, vino, caldo... RECICLADO DE ENVASES DE ALUMINIO

Los envases de aluminio se depositan en el contenedor amarillo junto con los envases de plástico, bricks y otros metales. Cuando llegan a las platas de tratamiento de envases, pueden separarse de forma manual o mediante separadores magnéticos basados en el efecto de las corrientes inducidas (o de Foucault). Mediante esta técnica, los residuos de aluminio salen proyectados de la cinta transportadora, los de acero quedan adheridos y los restantes materiales no son afectados. Esto permite que los residuos queden separados en tres fracciones que van a parar a contenedores distintos. Esta misma tecnología se emplea en plantas de tratamiento de basura o plantas de recuperación de residuos férricos y no férricos. VENTAJAS DE RECICLAR ALUMINIO Al producir aluminio a partir de chatarra existe un ahorro del 95% de la energía si se compara con la producción a partir del mineral. En el proceso de reciclado no cambian las características del material ya que se obtiene un producto con las mismas propiedades. Además, el aluminio puede reciclarse indefinidamente y sin disminuir la calidad del mismo. El 100% del material puede ser reciclado. En el proceso de reciclado de latas no hay que eliminar otro tipo de materiales , ya que tanto la tapa como la lata son de aluminio; en general, un producto es más fácil de reciclar si está compuesto por un único material. Las latas vacías se pueden aplastar fácilmente, ocupando muy poco volumen, por lo que son fáciles de transportar. El reciclado es un proceso rentable porque el aluminio es un metal valioso : por ejemplo, las latas de bebidas usadas recogidas alcanzan un alto valor en el mercado. Reutilización indefinida: El aluminio recuperado, una vez seleccionado y prensado, se funde y con él se fabrican nuevos lingotes de aluminio que se utilizan para cualquier aplicación.

Análisis de lata cilíndrica sanitaria para bebidas: 1º.- La primera operación es la embutición simple de una “copa” – siempre partiendo de un material en bobina- que presenta un diámetro superior al del envase final y una altura bastante baja. Se realiza en una prensa vertical multipunzón de elevado tonelaje. 2º.- En la siguiente se somete la copa a una serie de estirados y planchados, hasta conseguir el diámetro final. Para ello se hace pasar la misma a través de una serie de anillos empujada por un mandril interior Con ello se consigue una pared muy delgada con un aprovechamiento óptimo del material, ya que el espesor en dicha pared se reduce a un tercio del de partida. Por ejemplo si el de la bobina es de 0,27 mm puede llegar a 0,08 mm.en la zona media de la pared una vez terminado el estiramiento.

Para que el estiramiento pueda realizarse sin rotura del material es necesario llevar a cabo el mismo en un baño de lubricante Al final del recorrido de esta fase del proceso se configura el fondo – denominado domo - que por el contrario prácticamente mantiene el grosor inicial del material. Toda esta secuencia se realiza en un equipo que se asemeja a una prensa horizontal en baño de aceite y que recibe el nombre de “formadora”.

3º.- Este gran estiramiento genera un borde del envase muy irregular, siendo necesaria una posterior operación de recortado para igualar el mismo y eliminar el material sobrante. 4º.- La presencia de lubricante residual en las latas procedente de las anteriores operaciones obliga a un lavado con detergente, aclarado y secado posterior en horno. 5º.- En el caso de envases DWI una vez formados, recortados, lavados y horneados se aplica un barniz exterior blanco por medio de rodillo barnizador convencional – también se puede aplicar una tinta blanca por offset -. Los cuerpos de los envases giran sobre su mismo eje unas 2,6 vueltas a velocidades superiores a los 1500 envases por minuto. El peso de película seca para una típica imprimación blanca es de aproximadamente 10 grs/m2 dependiendo del tipo de decoración posterior. Se procede a continuación al secado del barniz en horno durante un tiempo no superior a 60 segundos y a una temperatura próxima a los 200º C. 6º.- Después de salir del horno, los envases son transportados hacia la estación de decoración, donde se aplican los diferentes colores por offset seco pasando de nuevo por un horno de secado de tintas. 7º.- El desplazamiento de los envases a grandes velocidades por los sistemas de transporte generaría abrasiones en su base – sobre la que se apoya en estos recorridosque con el tiempo se transformarían en oxidaciones del metal. Por eso hay que proteger el fondo de los mismos con un producto adecuado. 8º.- Después de estas operaciones y antes del barnizado interior se procede a reducir el cuello del envase y a conformar su pestaña para el fututo cierre. Este reducido permite

emplear una tapa de bastante menor diámetro que el de la lata con el consiguiente ahorro que ello supone, teniendo en cuenta los enormes volúmenes de fabricación que se mueven en este mercado. 9º.- Es preciso verificar la estanqueidad de las latas para prevenir fugas. Para ello se hacen pasar a través de un equipo que por luz detecta estos posibles salideros, rechazando automáticamente los botes defectuosos.

10º.-Los envases DWI requieren una protección interna para eliminar la exposición de metal recubriéndolos con dos ó más capas de barniz sanitario de compleja aplicación. Dado el severo proceso de formación de los mismos solo es posible la operación de barnizado - y el anterior decorado- después del estiramiento de la pared y su recortado posterior del material sobrante. El requerimiento de calidad de las multinacionales de bebidas y la necesidad de soportar una reducción de diámetro en su cuello después de decorado el envase, ha transformado estas operaciones en un campo altamente especializado La aplicación de un recubrimiento interior se realiza por atomización del barniz -por spray - normalmente en dos pases.

11º.- Cada capa o pase de barniz interior ha de ser curado en horno (IBO) a una temperatura de unos 210º C siendo decisivo el mismo para asegurar una buena calidad tanto del acabado interior como del exterior. 12º.- Finalmente las latas pasan a un paletizador automático donde son embaladas. Como materia prima se usa tanto la hojalata como el aluminio en función de los precios de los mismos y de los hábitos de consumo en el mercado, resultando difícil transformar una línea que haya sido diseñada para trabajar con hojalata a usar aluminio y también su inversa, principalmente por los sistemas de transporte que son específicos para cada tipo de material SEGÚN SU CATEGORIA: La lata es:

  

Relación con el usuario: personal

Relación con el producto: primario

Características y situación de uso: simple, expendedor,

semirigidos.



Destino último del envase: desechable, reciclable

Conclusión: Hemos llegado a la conclusión que el aluminio es uno de los materiales mas sencillos de conseguir, moldear e incluso reutilizar. Es uno de los metales menos costosos y se pude utilizar en varios rubros del mercado, tales así como en metalúrgica, automotriz, vajillas, envases contenedores, deportes

Historia del aluminio

Tanto en Grecia como en la Antigua Roma se empleaba el alumbre (del latín alūmen, -ĭnis, alumbre), una sal doble de aluminio y potasio como mordiente en tintorería y astringente en medicina, uso aún en vigor. Generalmente se reconoce a Friedrich Wöhler el aislamiento del aluminio en 1827. Aun así, el metal fue obtenido, impuro, dos años antes por el físico y químico danés Hans Christian Ørsted. En 1807, Humphrey Davy propuso el nombre aluminum para este metal aún no descubierto, pero más tarde decidió cambiarlo por aluminium por coherencia con la mayoría de los nombres de elementos, que usan el sufijo -ium. De éste derivaron los nombres actuales en inglés y en otros idiomas; no obstante, en los EE. UU. Con el tiempo se popularizó el uso de la primera forma, hoy también admitida por la IUPAC aunque prefiere la otra. Cuando fue descubierto se encontró que era extremadamente difícil su separación de las rocas de las que formaba parte, por lo que durante un tiempo fue considerado un metal precioso, más caro que el oro. A mitad del siglo XIX, se obtuvieron en Francia pequeñas cantidades de aluminio por reducción de cloruro alumínico-sódico con sodio, procedimiento desarrollado por Saint-Claire Deville basándose en los trabajos de Oersted y Wöhler. Se exhibieron barras de aluminio junto con las joyas de la corona de Francia en la Exposición Universal de 1855 y se dijo que Napoleón III había encargado un juego de platos de aluminio para sus más ilustres invitados. En 1882 el aluminio era considerado un metal de asombrosa rareza del que se producían en todo el mundo menos de 2 toneladas anuales. En 1884 se seleccionó el aluminio como material para realizar el vértice del Monumento a Washington, en una época en que la onza (30 gramos) costaba el equivalente al sueldo diario de los obreros que intervenían en el proyecto; tenía el mismo valor que la plata. Sin embargo, con las mejoras de los procesos los precios bajaron continuamente hasta colapsarse en 1889 tras descubrirse un método sencillo de extracción del metal aluminio. La invención de la dinamo por Siemens en 1866 proporcionó la técnica adecuada para producir la electrólisis del alumnio. La invención del proceso HallHéroult en 1886 (patentado independientemente por Héroult en Francia y Hall en EE.UU.) abarató el proceso de extracción del aluminio a partir del mineral, lo que permitió, junto con el proceso Bayer (inventado al año siguiente, y que permite la obtención de óxido de alumnio puro a partir de la bauxita), que se extendiera su uso hasta hacerse común en multitud de aplicaciones. Sus aplicaciones industriales son relativamente recientes, produciéndose a escala industrial desde finales del siglo XIX.

Ello posibilitó que el aluminio pasara a ser un metal común y familiar. Para 1895 su uso como material de construcción estaba tan extendido que había llegado a Sídney, Australia, donde se utilizó en la cúpula del Edificio de la Secretaría. La producción mundial alcanzó las 6.700 toneladas hacia 1900, 700.000 en 1939 y en 1943 llegó a los dos millones debido al impulso de la II Guerra Mundial. Desde entonces la producción se ha disparado hasta superar la de todos los demás metales no férreos. Actualmente el proceso ordinario de obtención del metal consta de dos etapas, la obtención de alúmina por el proceso Bayer a partir de la bauxita, y posterior electrólisis del óxido para obtener el aluminio. La recuperación del metal a partir de la chatarra, material viejo o deshecho (reciclado) era una práctica conocida desde principios del siglo XX. Sin embargo, es a partir de los años 1960 cuando se generaliza, más por razones medioambientales que estrictamente económicas, ya que el reciclaje consume el 5% de lo que consume la producción metalúrgica a partir del mineral.