• Author / Uploaded
• Daniela Fatima Salas Caballero

Citation preview

Espuma de aluminio: tipos y aplicaciones TIPOS: Las espumas se dividen en dos tipos de estructuras: de poros cerrados, que comúnmente se usan en aplicaciones estructurales, y de poros abiertos, las cuales son utilizadas por sus propiedades térmicas y superficiales. -

Espuma de aluminio de poro abierto:

Las espumas de poro abierto o también llamadas esponjosas, consisten exclusivamente en una red de bordes (similares a las vigas), que son las aristas del poliedro que define la forma de cada celda, y que conectan en nodos o vértices. Además, tienen propiedades especiales como lo son la disipación del calor, recuperación de elementos, filtros y catalizadores. Su fabricación se basa en partir de un patrón sobre el que se deposita el metal, bien por colada o por otras técnicas, como electrodeposición. -

Espuma de aluminio de poro cerrado:

Las espumas de poro cerrado y de poro abierto presentan una estructura similar, pero existen además las caras o paredes que, conectadas a los bordes, separan completamente cada poro de su poro vecino de manera inmediata. Una de las características es portar una gran rigidez especifica y aislamiento acústico. Existen dos técnicas para la obtención de la espuma de poro cerrado una es a partir de un metal fundido , en el que se expande un gas que genera los poros o huecos y que le dan forma a la espuma otra técnica de obtención de la espuma es la técnica pulvimetalurgia, en la cual la espuma se obtiene por función de un precursor solido obtenido por mezcla y compactación de polvo de la aleación de aluminio y de un agente que , por descomposición, libera gas.

Fig. # a) Espuma de aluminio de poro cerrado, b) espuma de aluminio de poro abierto fabricada en molde de yeso por infiltración de aluminio fundido en una espuma polimérica.

APLICACIONES: Dada que la relación rigidez-masa y la habilidad para la disipación de energía en colisiones, han conducido a las espumas de aluminio a varias aplicaciones, especialmente en la industria automotriz, aeroespacial, naval, ferroviaria y construcción. Debido a su estructura la espuma posee especiales características físicas, mecánicas, térmicas y eléctricas; especialmente en el área de aislamiento térmico y acústico, su bajo peso y su capacidad para absorber energía de impacto. Por lo tanto, es posible la utilización de estos materiales en un sinfín de aplicaciones. Sin embargo, se necesita más investigación para optimizar nuevos productos.

Fig. # Aplicaciones de metales celulares agrupados de acuerdo con su tipo de porosidad abierta requerida y si la aplicación es más funcional o estructural.

-

Industria automotriz

En vista a la fuerte demanda vehículos más seguros que vienen a ser más pesados, en muchos casos, esto entra en conflicto con el consumo del combustible ya que este hace de uso más combustible para un buen rendimiento, por lo que necesitan medidas adicionales para la reducción de peso. Además de ofrecer una excelente solución en la disminución de peso, las espumas metálicas también lo pueden ser para otros problemas como la disipación de calor, absorción de energía en impactos y reducción de emisiones acústicas siendo estas últimas sus tres campos más importantes para su aplicación. La empresa Cymat fabrica Cymat SmartMetal, espuma de aluminio. Este material ofrece una buena relación de propiedades como resistencia-peso, absorción de energía, aislamiento térmico y acústico, además de reciclabilidad y un relativo bajo costo de producción, y se utiliza en partes absorbentes de impacto, vigas laterales de puertas, partes de motor, etc. En la industria automotriz es importante considerar que las espumas de aluminio se deforman proporcionalmente a la carga soportada y la absorción de energía es aproximadamente isotrópica. Las espumas de aluminio presentan un mejor desempeño que las espumas poliméricas en caso de colisión, debido a su mayor deformabilidad, presentando un bajo índice de rebote, evaluado en menos de un 3 %, frente al 15 % de las espumas de poliuretano. Las espumas de aluminio se utilizan en diferentes partes de vehículos de BMW y Audi, donde han

logrado un aligeramiento estructural del 30 % (según pruebas de BMW), además de reforzar la seguridad debido a las partes absorbentes de impacto y la mejoría del índice NVH (ruido, vibración y severidad).

Fig. # a) Parte de espuma de aluminio para la puerta de un BMW; b) elemento de absorción de impacto para un Audi.

-

Industria aeronáutica y aeroespacial

En las aplicaciones aeronáuticas, el reemplazo de las costosas estructuras de alma alveolar (estructura tipo panal de abeja) es por estructuras de espuma de aluminio tipo sándwich, pueden conducirnos a un mejor rendimiento y menor costo, ya que una de las ventajas de las espumas de aluminio es la isotropía con o sin laminas en la cara. También se busca aumentar la resistencia al alabeo y al pandeo, y la posibilidad de fabricar estructuras compuestas sin necesidad de pegado de adhesivos. Esto ultimo mejora el comportamiento ante un caso de incendios donde es importante que la estructura mantenga su forma tanto tiempo sea posible. Estos materiales son fabricados en diferentes formas en comparación a las estructuras planas de alma alveolar. Además, sus diferentes usos ya mencionados esta espuma también es usada en las turbinas, donde la rigidez y un correcto amortiguamiento son se suma importancia. En tecnología espacial, se han desarrollado el uso de espumas de aluminio como elementos capaces de absorber impactos para los elementos de aterrizaje de los vehículos espaciales, así como también refuerzo para estructuras de carga en satélites, reemplazando materiales que presentaban problemas en ambientes adversos en el espacio (cambio den temperatura, vacío, etc.).

Fig.# Cono espacial. -

Industria ferroviaria

La aplicación de espumas metálicas en equipo ferroviario sigue las mismas normas que en la industria automotriz concerniente a los tres principales campos de aplicación. La absorción de energía es un punto de interés para los ferrocarriles que pasan por áreas urbanas, debido a la opción latente de colisionar con automóviles. En Japón, trenes de alta velocidad se han equipado con un bloque de 2.3 m3 de espuma de aluminio para mejorar la absorción de energía en caso de impacto. Las ventajas de usar elementos de bajo peso como las espumas son las mismas que para los automóviles, donde la diferencia es que los ferrocarriles necesitan estructuras de dimensiones mayores. -

Construcción naval

Para la industria naval es de suma importancia los materiales ligeros. Los barcos modernos de pasajeros se construyen utilizando aluminio extruido, hojas de aluminio y estructuras de aluminio de alma alveolar. Un material prometedor para ser usado en este tipo de estructuras es sin duda la espuma de aluminio. Cuando se fabrican estructuras de espuma de aluminio tipo sándwiches usando adhesivos de poliuretano altamente elásticos, se pueden obtener estructuras rígidas y ligeras con un excelente amortiguamiento, inclusive a las bajas frecuencias que experimentan los barcos. -

Construcción

Existe un amplio rango de posibles aplicaciones en la construcción. Las fachadas de modernos edificios de oficinas son decoradas con paneles ligeros, rígidos y resistentes al fuego, sujetos a las paredes del edificio mediante soportes de espuma de aluminio. Las barandillas de los balcones, que tienen que satisfacer rigurosas medidas de seguridad, suelen ser de materiales demasiado pesados y problemáticos en caso de incendio, y comienzan a ser sustituidos por espumas de aluminio. Las puertas y salidas de incendios están hechas de espumas de aluminio de baja densidad, debido a la reducida conductividad térmica y resistencia al fuego. Aunque el punto de fusión del aluminio es bastante bajo (660 °C), las espumas de aluminio son sorprendentemente estables cuando son expuestas a la flama, debido a la estabilidad de la capa de óxido formada superficialmente en estas condiciones. Las espumas de aluminio de poro cerrado ALPORAS tienen un elevado coeficiente de absorción de sonido, y es equivalente al de la lana de vidrio. Las espumas ALPORAS se han aplicado en la parte inferior de autopistas

y viaductos en elevación en Japón para reducir el ruido del tráfico, y en algunos túneles de las líneas de ferrocarriles para atenuar las ondas de choque. La espuma de aluminio se está perfilando como un material con muchas ventajas en tema de construcción: absorción de ruidos, resistencia al fuego y a la intemperie, la no generación de gases nocivos en el caso de incendios y la sencilla limpieza de los paneles. La novedosa estética, junto a sus otras capacidades, ha conducido a diseñar estructuras de cielo raso hechas con placas de espuma de aluminio, como es el caso de la cafetería Baluarte en Pamplona, España.

Fig. # Cafetería Baluarte en Pamplona, España. Mitigar el daño por explosión en edificios es otra de las capacidades de las espumas de aluminio en cuanto absorción de energía se refiere, ya que se pueden conformar estructuras resistentes a la temperatura y el envejecimiento. Estos sistemas estructurales se probaron en Australia, donde un edificio resistió una bomba de cinco toneladas. Por otro lado, estos materiales también se están utilizando en el almacenaje de productos o equipajes sospechosos.

CONCLUSIONES:  

Se concluye que se deben hacer mas estudios en las aplicaciones de la espuma de aluminio para así poder explotar el sin fin de usos que se le puede dar a este material. Se concluye que la espuma de aluminio es un material muy eficaz en la absorción de sonido, protección electromagnética, absorción de energía de impacto y vibración, no son inflamables y permanecen estables a alta temperatura y además es reciclable y no contamina.

RECOMENDACIONES:  

Las espumas deben obtenerse con las dimensiones finales requeridas, evitando la necesidad de corte y mecanizando de las piezas. Para la sustitución de materiales como son las espumas poliméricas por espumas de aluminio se debe tener en cuenta que a veces este cambio no puede justificarse por una propiedad, sino por un conjunto de varias en las que las espumas de aluminio sobresale más que en otras soluciones.

BIBLIOGRAFÍA:







Bernabe Carcel Gonzalez. (2015). EFECTOS DE LA ESTRUCTURA CELULAR SOBRE EL COMPORTAMIENTO MECANICO DE ESPUMA DE ALUMINIO DE PORO CERRADO OBTENIDAS POR FUSION. 29/07/2020, de UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE VALENCIA Sitio web: https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/61298/C%C3%A1rcel%20%20Efectos%20de%20la%20estructura%20celular%20sobre%20el%20comportamiento %20mec%C3%A1nico%20de%20espumas%20de%20aluminio....pdf? sequence=1#:~:text=Estructura%20de%20una%20espuma%20de,cerrado%20con %20densidad%20relativa%200.09.&text=Las%20espumas%20de%20poro %20cerrado,poro%20de%20su%20vecino%20inmediato. MANUEL IVÁN ROMERO ROMERO. (2018). “OBTENCIÓN DE ESTRUCTURA DE POROS HOMOGÉNEA DE ESPUMAS DE ALUMINIO A356, UTILIZANDO COMO AGENTE ESPUMANTE PARTÍCULAS NÚCLEO/MULTI-CORAZA BASADAS EN TiH2”. 29/07/2020, de CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN MATERIALES AVANZADOS, S.C. Sitio web: https://cimav.repositorioinstitucional.mx/jspui/bitstream/1004/2134/1/TESIS %20AGENTES%20ESPUMANTES_MANUEL%20ROMERO.pdf? fbclid=IwAR2xuVG04gO5DqeiGZye4bfA_Ual60WZIgrg9n-y8g8O3h-qPOayGCvbtxA J. A. Gutiérrez-Vázquez y ]. Oñoro . (2010). Fabricación y comportamiento de espumas de aluminio con diferente densidad a partir de un precursor AISi12. 29/07/2020, de Universidad Politécnica de Madrid Sitio web: http://oa.upm.es/6803/2/INVE_MEM_2010_74821.pdf? fbclid=IwAR06cpGnFlcFKlBkRNFAmvu_EU5XGP82SoahqaJvrzAPJow1_NagNMO4aEs