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INDICE

I.

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................. 2

II.

CARACTERÍSTICAS DEL ALUMINIO..................................................................................... 3 2.1

Características Físicas: ............................................................................................... 3

2.2

Características mecánicas: ........................................................................................ 3

2.3

Características químicas: ........................................................................................... 3

III.

OBTENCIÓN DEL ALUMINIO .......................................................................................... 3

3.1

OBTENCION DE ALUMINA ......................................................................................... 4

3.2

OBTENCION DEL ALUMINIO ...................................................................................... 5

IV.

TIPOS DE ALUMINIO ...................................................................................................... 6

4.1

Clasificación primaria de algunas aleaciones forjadas y algunas de sus propiedades: 6

4.2 Clasificación primaria de algunas aleaciones de fundición y algunas de sus propiedades: ......................................................................................................................... 8 V.

PROPIEDADES DEL ALUMINIO ......................................................................................... 12 5.1

Propiedades físicas: ................................................................................................. 12

5.2

Propiedades químicas: ............................................................................................ 13

5.3

Propiedades mecánicas: .......................................................................................... 13

VI.

APLICACIONES Y USOS................................................................................................. 20

VII.

COSTOS DEL ALUMINIO ............................................................................................... 20

1

I.INTRODUCCIÓN El aluminio es el tercer elemento más abundante en la corteza terrestre y constituye el 7.30 % de su masa. En su forma natural, sólo existe en una combinación estable con Otros materiales (particularmente en sales y óxidos) Este metal posee una combinación de propiedades que 10 hacen muy útil en ingeniería, 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. Es buen conductor de la electricidad, se mecaniza con facilidad y es relativamente barato. Por todo ello es el metal que más se utiliza después del acero Casi la totalidad de los productos de aluminio pueden desde un punto de vista técnico (factibilidad) y económico (rentabilidad) ser reciclados repetidamente para producir nuevos productos, sin perder el metal su calidad y propiedades. Un volumen dado de aluminio pesa menos que 1/3 del mismo volumen de acero. Los únicos metales más ligeros son el litio, el berilio y el magnesio. Debido a su elevada proporción resistencia-peso es muy útil para construir aviones, vagones ferroviarios y automóviles, y para Otras aplicaciones en las que es importante la movilidad y la conservación de energía. Solamente presenta un 63% de la conductividad eléctrica del cobre para alambres de un tamaño dado, pero pesa menos de la mitad. Un alambre de aluminio de conductividad comparable a un alambre de cobre es más grueso, pero sigue siendo más ligero que el de cobre. El peso tiene mucha importancia en la transmisión de electricidad de alto voltaje a larga distancia, y actualmente se usan conductores de aluminio para transmitir electricidad a 700 000 voltios o más. El metal es cada vez más importante en arquitectura, tanto con propósitos estructurales como ornamentales. Se puede preparar una amplia gama de aleaciones recubridoras y aleaciones forjadas que proporcionen al metal más fuerza y resistencia a la corrosión 0 a las temperaturas elevadas. Algunas de las nuevas aleaciones pueden utilizarse como planchas de blindaje para tanques y otros vehículos militares.

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II.CARACTERÍSTICAS DEL ALUMINIO 2.1

Características Físicas: Entre las características físicas del aluminio,

destacan las siguientes:

2.2

 Es un metal ligero, cuya densidad 0 peso específico es de 2700 kg/m3 (2,7 veces la densidad del agua).  Tiene un punto de fusión bajo: 6600C.  Es de color blanco brillante.  Buen conductor del calor y de la electricidad.  Resistente a la corrosión, gracias a la capa de A1203 formada.  Abundante en la naturaleza.  Material fácil y barato de reciclar. 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_ Límite de resistencia en tracción: 160-200 N/mm2 en estado puro, en estado aleado el rango es de 1400-6000 N/mm2.  Material que forma aleaciones con Otros metales para mejorar las propiedades mecánicas.  Permite la fabricación de piezas por fundición, forja y extrusión.  Material soldable. 2.3

Características químicas:  Debido a su elevado estado de oxidación se forma rápidamente al aire una fina capa superficial de óxido de aluminio (Alúmina A1203) impermeable y adherente que detiene el proceso de oxidación, 10 que le proporciona resistencia a la corrosión y durabilidad. Esta capa protectora es de color gris mate.

III.OBTENCIÓN DEL ALUMINIO El mineral del cual se extrae el aluminio, comúnmente llamado byuxita, es abundante y se encuentra principalmente en áreas tropicales y subtropicales: Africa, Antillas, América del Sur y Australia. Hay también algunas minas de bauxita en Europa. La bauxita se refina para obtener óxido de aluminio (alúmina) y luego a través de un proceso electrolítico ser reducida a aluminio metálico. Las plantas de producción de aluminio primarlo están localizadas por todo el mundo, por 10 general en áreas donde hay abundantes recursos de energía eléctrica barata. Se requieren de dos a tres toneladas de bauxita para producir una tonelada de alúmina. Se necesitan aproximadamente dos toneladas de alúmina para producir una tonelada de aluminio. Por 10 que la relación de bauxita-aluminio es de aproximadamente 5 a I.

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Hay numerosos depósitos de bauxita, principalmente en las regiones tropicales y subtropicales, así como también en Europa. La bauxita es generalmente extraída por un sistema de mineria a cielo abierto, aproximadamente a unos 4-6 metros de profundidad de la tierra. De acuerdo a información relevada por el internacional Aluminium Institute, una mina de bauxita tipo emplea aproximadamente 200 personas por cada millón de toneladas/año de bauxita producida 0 aproximadamente 11 personas por hectárea. 3.1

OBTENCION DE ALUMINA

Producción de alúmina por proceso Bayer: El proceso Bayer, inventado por Karl Bayer en 1889, es el método utilizado mayoritariamente para producir alúmina a partir de la bauxita. El proceso comienza con un lavado de la bauxita molida con una solución de soda cáustica a alta presión y temperatura. Los minerales de aluminio se disuelven mientras que los otros componentes de la bauxita, principalmente sílice y óxidos de hierro y titanio permanecen sólidos y se depositan en el fondo de un decantador de donde son retirados. A continuación, se recristaliza el hidróxido de aluminio de la solución y se calcina a más de 9000C para producir una alúmina, A1203, de alta calidad.

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3.2

OBTENCION DEL ALUMINIO

Electrólisis de la alúmina El óxido de aluminio se disuelve en un baño fundido de criolita y se electroliza en una celda electrolítica usando ánodos y cátodo de carbono. De estos baños se obtiene aluminio metálico en estado líquido con una pureza entre un 99,5 y un 99,9%, quedando trazas de hierro y silicio como impurezas. Para la producción electrolítica del aluminio se opera sobre una solución particular, obtenida disolviendo alúmina en criolita fundida para 10 que son necesarias temperaturas del orden de I Por esta razón el consumo energético que se utiliza para obtener aluminio es muy elevado y 10 convierte en uno de los metales más caros de obtener, ya que es necesario gastar entre 17 y 20 kWh por cada kilo de metal de aluminio. El gran problema del aluminio es el precio de la energía que consume para producirlo y que representa entre un 25% y un 30% del costo de producción del metal. Por esta razón se están desarrollando procesos alternativos que permiten una reducción de la energía necesaria. Purificación y conformado del aluminio: El aluminio procedente de las cubas electrolíticas pasa a hornos para mezclarlo de manera precisa con Otros metales para formar diversas aleaciones con propiedades específicas diseñadas para diversos usos. El

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metal se purifica en un proceso denominado adición de fundente y después se vierte en moldes o se funde directamente en lingotes. A mediados del año 2008 Aluar ha finalizado el proceso de puesta en marcha de 168 nuevas cubas alcanzando un total de 712 cubas y una capacidad instalada de 410.000 toneladas anuales. Dicho número de cubas se distribuye en 8 naves 0 salas de electrólisis de aproximadamente 500 metros de longitud cada una.

IV.TIPOS DE ALUMINIO El aluminio es un metal con unas propiedades metálicas muy reducidas, por Io que para su utilización se alea con otros metales como el magnesio, silicio, cobre, manganeso, entre otros, que le proporcionan diferentes propiedades físicas y mecánicas, dependiendo de su uso final. Para designar tanto el aluminio como Sus diferentes aleaciones se utiliza un sistema numérico de cuatro dígitos. (norma ANSIH35.1) Para las aleaciones forjadas, el primer digito indica el elemento primario de la aleación el cual genera un grupo de aleaciones de propiedades similares llamadas series. Los dos últimos dígitos son asignados en forma secuencial. El segundo dígito denota una variación en la aleación original. 4.1

Clasificación primaria de algunas aleaciones forjadas y algunas de sus propiedades:

4.1.1 Serie 1XXX: Las aleaciones de esta serie contienen al menos un 99% de aluminio, es por así decirlo la serie con mayor grado de pureza. Los usos de esta aleación son en los conductores eléctricos y almacenamiento o proceso de productos químicos debido a que tiene propiedades muy buenas de conducción eléctrica y térmica, resistencia a la corrosión, y propiedades mecánicas muy bajas, como el esfuerzo de fluencia que puede ser de solo 90 MPa [917 kg/cm2]. En esta serie los dos últimos dígitos de la clasificación son iguales a los dos últimos dígitos después del punto decimal de la cantidad en porcentaje que es aluminio. Por ejemplo, la aleación 1060 es una aleación que es 99.60% aluminio. 4.1.2 Serie 2XXX: El primer elemento de esta aleación es el cobre, el cual le da una gran resistencia al aluminio, pero disminuye considerablemente su resistencia a la corrosión. Originalmente llamada duraluminio, pero demostró todo lo contrario. Si se le proporciona un adecuado tratamiento térmico por solución, su resistencia puede ser comparada con la de algunos aceros dulces. Las aleaciones de esta serie son muy difíciles de soldar y son usadas comúnmente en la aeronáutica. 6

4.1.3 Serie 3XXX: El manganeso es el principal elemento de las aleaciones esta serie, el cual no es térmicamente tratable. Algunas de sus aleaciones como la 3003, es ampliamente usada en aplicaciones donde la resistencia es moderada y la maleabilidad es necesaria. Las aleaciones de la serie 3XXX son muy usadas en productos arquitectónicos tales como canales pluviales en techos y paredes. 4.1.4 Serie 4XXX: El mayor elemento de aleación en esta serie se encuentra el silicio, el cual si es añadido en cantidades suficientes puede disminuir el punto de fusión sin producir fragilidad en las aleaciones resultantes. Las aleaciones de esta serie son usadas en alambre de soldadura. 4.1.5 Serie 5XXX: La serie 5XXX es producida añadiendo magnesio, el cual resulta ser un buen endurecedor incluso mejor que el manganeso. Las aleaciones de esta serie poseen buenas características de soldabilidad, alta resistencia y buena resistencia a la corrosión en atmósferas marinas, por lo que son usadas en cascos de barcos, tanques de almacenamiento y como alambre de soldadura. La resistencia de las aleaciones de esta serie es directamente proporcional al contenido de magnesio, que llega a ser de hasta el 6%. Sin embargo, las aleaciones que contienen un alto contenido de magnesio son susceptibles a la oxidación por exfoliación cuando se exponen altas temperaturas. 4.1.6 Serie 6XXX: Las aleaciones de este grupo contienen silicio y magnesio que en proporciones adecuadas generan siliciuro de magnesio, que la hacen térmicamente tratable. La aleación más importante de esta serie es la 6061, es la más versátil de las aleaciones térmicamente tratables, y es menos fuerte que las aleaciones de la serie 2XXX y 7XXX, pero posee una buena soldabilidad, resistencia a la corrosión, con una resistencia media. Las aleaciones de la serie 6XXX son fáciles de extruir por lo que constituyen la mayoría de las extrusiones producidas y son ampliamente utilizadas en edificios y otras aplicaciones estructurales. 4.1.7 Serie 7XXX: El elemento primario de esta aleación es el zinc y cuando es acompañado de una pequeña cantidad de magnesio se obtiene una aleación que es térmicamente tratable y de una resistencia muy alta, Por ejemplo, la aleación 7178, cuya resistencia es de 580 MPa [5912 kg/cm2] en el temple T6. Puede ser combinada con cobre o cromo, aunque las aleaciones de la serie 7XXX tienen poca resistencia a la corrosión. Algunas de las aleaciones como la 7008 y la 7072 son usadas como recubrimiento para proteger catódicamente a las aleaciones que son menos resistentes a la corrosión. 7

4.1.8 Serie 8XXX: Las aleaciones de esta serie contienen elementos principales que no están contenidos en las series 2XXX a la 7XXX. En esta serie se pueden encontrar aleaciones con contenido de acero y nickel que son usados para aumentar la resistencia sin perder conductividad eléctrica, una aleación con estas características es la 8017. La aleación de aluminio-litio 8090, fue desarrollada para fines aeroespaciales. 4.1.9 Serie9XXX: Esta serie actualmente no está en uso. Las aleaciones de fundición tienen una clasificación diferente a la clasificación de aleaciones forjadas. Aunque las dos clasificaciones contienen cuatro dígitos, las aleaciones de fundición tienen los primeros tres dígitos separados por un punto decimal, así el primer dígito indica el elemento primario de la aleación, los siguientes dos dígitos de la aleación sirven para identificar las diferentes aleaciones dentro del mismo grupo, en el caso del aluminio comercialmente puro indican el grado de pureza. El último dígito denota la forma del producto; 1 o 2 para barras (dependiendo del nivel de impureza) y 0 para piezas de fundición. Para indicar una modificación en la aleación original se antepone una letra mayúscula A, B, C, etc. omitiendo la I, O, Q y X la cual esta reservada para aleaciones experimentales. 4.2

Clasificación primaria de algunas aleaciones de fundición y algunas de sus propiedades:

4.2.1 Serie 1XX.X- Aluminio Comercialmente Puro: Estas aleaciones tienen una baja resistencia, y por lo regular son usadas en rotores de motor fundidos. 4.2.2 Serie 2XX.X- Cobre: Estas son las aleaciones de fundición más resistentes y son usadas para la aeronáutica y piezas de máquinas. La aleación 203.0 tiene la resistencia más alta a elevadas temperaturas y es capaz de trabajar a temperaturas de hasta 200°C 4.2.3 Serie 3XX.X- Silicio con Cobre y/o Magnesio: Estas aleaciones tienen excelente fluidez y resistencia y son las aleaciones de aluminio fundido más ampliamente usadas. La aleación 356.0 y sus modificaciones son muy populares y son usadas en varias aplicaciones. Las aleaciones de alto contenido de silicio tienen buena resistencia al desgaste y son utilizados para bloques de motores de automóviles y pistones. 4.2.4 Serie 4XX.X- Silicio: El silicio proporciona excelente ductilidad al igual que con las aleaciones forjadas, por lo que estas aleaciones son muy adecuadas para la producción de piezas fundidas complicadas. Tienen buena resistencia a la corrosión

8

4.2.5 Serie 5XX.X- Magnesio: Las aleaciones de fundición con magnesio tienen una buena resistencia a la corrosión, especialmente en ambientes marinos, por ejemplo, la 514.0; es buena para cuestiones de manufactura y tiene buenas características de acabado. Pero son más difíciles que las aleaciones fundidas de la serie 2XX, 3XX, 4XX. 4.2.6 Serie 6XX.X- Esta serie no es usada 4.2.7 Serie 7XX.X- Zinc: Esta serie es muy difícil de fundir y por lo tanto es usada en donde el acabado y la maquinabilidad son importantes. Estas aleaciones tienen moderadas o mejores resistencias y en general buena resistencia a la corrosión, pero no son adecuadas para elevadas temperaturas. 4.2.8 Serie 8XX.X- Estaño: Esta serie está aleada con alrededor de 6% de estaño y principalmente es usada para rodamientos, siendo superior a la mayoría de las aleaciones para este propósito. Estas aleaciones son usadas para varillas de conexión y cojinetes de cigüeñal para motores diesel. 4.2.9 Serie 9XX.X- Otros: Esta serie está reservada para aleaciones cuyo principal elemento es diferente a los de las series 1XX.X a la 8XX.X Una vez obtenida la aleación deseada, el aluminio puede procesado de la siguiente manera: 

LAMINACION: El aluminio se procesa en primera instancia en laminadores en caliente para luego ser transferido a laminadores en frío. o Laminadores en caliente: previo al proceso de laminación, el aluminio tiene forma de un gran lingote 0 placa (ver placa para deformación). Este lingote es calentado hasta unos 5000C y pasado repetidas veces por este primer tipo de laminadores. Este proceso reduce gradualmente el espesor del lingote hasta unos 6mm, y una vez finalizado, el aluminio es enfriado y transportado a los laminadores en frío para su posterior tratamiento. o Laminadores en frío: Hay una gran diversidad de laminadores en frío. Grande también es la gama de productos que se obtienen, que llegan hasta espesores de 0.05mm. En general, el tipo de producto depende de la aleación utilizada, el proceso de deformación vía laminación y el tratamiento térmico aplicado al producto, ajustando así sus propiedades mecánicas y físicas. o Productos: Los productos pueden ser agrupados en grandes categorías: laminados finos y laminados gruesos. Entre los primeros, se puede distinguir el foil del resto de los laminados finos. El foil tiene un espesor menor a los 0 2mm y es 9

utilizado por 10 general en la industria de packaging en envases 0 coberturas. También se 10 utiliza en aplicaciones eléctricas, y como componente en aislamientos térmicos. El resto de los laminados finos, con espesores entre 0.2mm y 6mm se aplican de manera muy diversa en el sector de la construcción (sea en revestimientos 0 techos). También tienen como destino el sector de transporte (paneles laterales y estructuras de automotores, barcos y aviones). Los laminados gruesos tienen un espesor superior a los 6mm. Suele ser utilizado también en estructuras de aviones vehículos militares componentes estructurales de puentes y edificios. 

FUNDICION: Los productos fundidos y moldeados tienen una amplia variedad de aplicaciones. Componentes livianos para vehículos, aeronaves, barcos y naves espaciales o Componentes de máquinas productivas en las que el peso reducido y la resistencia a la corrosión son condiciones indispensables o Bienes de alta tecnología para la oficina y el hogar. Se reconocen dos métodos básicos de fundición: moldeo en arena y moldeo en coquilla (molde permanente) Características de las aleaciones para fundición: Las aleaciones de aluminio para fundición han sido desarrolladas habida cuenta de que proporcionan calidades de fundición idóneas, como fluidez y capacidad de alimentación, así como valores optimizados para propiedades como resistencia a la tensión, ductilidad y resistencia a la corrosión. Difieren bastante de las aleaciones para forja. El silicio en un rango entre el 5 al 12 % es el elemento aleante más importante porque promueve un aumento de la fluidez en los metales fundidos. En menores cantidades se añade magnesio, o cobre con el fin de aumentar la resistencia de las piezas



EXTRUSION: Los productos extruidos de aluminio, conocidos como "perfiles", son confeccionados a partir de cilindros de aluminio llamados barrotes (ver Barrotes para extrusión). Los barrotes se encuentran disponibles en variados tamaños, aleaciones, tratamientos térmicos y dimensiones, dependiendo de los requerimientos del usuario. El proceso de extrusión se caracteriza por hacer pasar a presión el aluminio a través de una matriz para obtener el perfil deseado_ Esto es posible tras haber calentado los barrotes a utilizar a una temperatura cercana a los 4505000C y haberles aplicado una presión de 500 a 700 MPa (equivalente a 10

la presión registrada en el fondo de un tanque de agua de unos 60km de altura). El metal precalentado es impulsado dentro de la prensa y forzado a salir por la matriz, obteniéndose así, el perfil extruido. El proceso de extrusión lleva la temperatura de las prensas a unos 5000C y la temperatura de salida es cuidadosamente controlada para conservar las propiedades mecánicas, una alta calidad en la superficie de los productos terminados y una elevada productividad. o La prensa de extrusión: La prensa genera la fuerza necesaria para forzar el paso del aluminio precalentado a través de la matriz. Consiste fundamentalmente en:  

o

Un depósito donde se aloja el barrote a ser extruido El cilindro principal que empuja el barrote contra el panel frontal.  Un panel frontal que aloja la matriz.  La matriz, por donde sale el aluminio extruido y que le imprime la forma final al perfil  Columnas de amarre, con las que se conjugan los componentes descriptos. Aplicaciones: Los productos extruidos son vastamente utilizados en el sector de la construcción, particularmente en ventanas y marcos de puertas, en casas prefabricadas y estructuras de edificios, en techos y cortinas. También son utilizados en automotores, trenes y aviones y en el sector de la náutica.

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V.PROPIEDADES DEL ALUMINIO 5.1

Propiedades físicas: Símbolo Número, atómico. Peso atómico Red espacial Diámetro atómico (A) Parámetro de red (A) Densidad (gr/cm3) Punto de fusión (0C) Modulo de elasticidad (MPa Calor especifico prom, 01000C (J.kg-1.K-1) Conductividad térmica 20-100 0C (Wm-1.K-1) Coef de exp. térmica 0-100°C (10-6 K-1) Resistividad eléctrica a 20 °C (u ohm cm-1)

Al. 13 26.98154 Cúbica de caras centradas. 2.8 4.04 2.7 660 70 917 2380 23.5 2.67

El término de metal ligero (light metal) ha sido dado tradicionalmente a aluminio y magnesio porque son usados frecuentemente para reducir el peso de Componentes y estructuras. por ejemplo, el aluminio tiene una densidad de aproximadamente una tercera parte que la del acero, que tiene una densidad de 7.8 gr/cm3. Las propiedades físicas son todas aquellas propiedades que no son mecánicas, y de las más importantes para fines de diseño son la densidad y el coeficiente de expansión térmica. Estas propiedades varían dependiendo del tipo de aleación. Sin embargo, las variaciones en estos valores no son importantes para afectar significativamente en el cálculo estructural. De acuerdo con el MDA, se puede observar que las aleaciones más ligeras son las que pertenecen a la serie 5XXX y 6XXX, y de acuerdo con el tipo de aleación; si es forjada o fundida, el valor real estará muy cercano al valor nominal para la primera y de un 95% a un 100% del valor nominal para la segunda. El coeficiente de expansión térmica es la relación de expansión que sufre el material con respecto al aumento de temperatura, es decir, que a medida que aumenta la temperatura, aumentan las dimensiones del material. Al igual que con la densidad, el coeficiente de expansión térmica depende de la aleación. 12

5.2

Propiedades químicas:

•Valencia: 3 •Estado de oxidación: +3 •Electronegatividad: 1,5 •Radio atómico: 1,43 Å •Radio covalente: 1,18 Å •Radio iónico: 0,50 Å •Estructura cristalina: cúbica centrada en las caras (CCC), con lados de longitud 4,0495 Å •Configuración electrónica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1, o bien, [Ne] 3s2p1 •Primer potencial de ionización: 6,00 eV •Masa atómica: 26,9815 g/mol. • Nombre: aluminio • Símbolo: Al • Número atómico: 13 • Grupo del sistema periódico: Grupo 13 5.3

Propiedades mecánicas:

Las propiedades mecánicas del aluminio son más interesantes, son su débil resistencia mecánica, y su gran ductilidad y maleabilidad, que permite forjarlo, trefilarlo en hilos delgadísimos y laminarlo en láminas o panes tan finos como los del oro, hasta de un espesor de 0,0004 mm (0,4 micras). A la temperatura de 500ºC se vuelve frágil y se puede pulverizar fácilmente. 5.3.1 Esfuerzo: Una de las propiedades mecánicas que define a una aleación de aluminio, es el esfuerzo de fluencia, que a diferencia del acero, éste no está bien definido dentro la curva esfuerzodeformación del aluminio, debido a que la parte elástica de la curva no es lineal, por lo tanto es necesario utilizar el método del desplazamiento (Popov, 1992), o del 0.2% de compensación (Kissel, 2002); en donde para obtener el esfuerzo de fluencia se traza una línea recta paralela a la porción lineal definida de la curva, para intersecar a la curva real esfuerzo- deformación. (ver figura 1)

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Figura 2.1 Método del desplazamiento para determinar el punto de fluencia

Al realizar pruebas experimentales a diferentes muestras de una misma aleación, se registran diferencias en el esfuerzo de fluencia, debido a las variaciones en la producción, es por eso que es necesario analizar la frecuencia con la que aparecen estos valores de esfuerzo, es decir el número de veces que aparecen estos valores en un conjunto de datos, con el fin de adaptarlos a una distribución estadística para después tomar una media respecto a esta distribución (Ver figura 2). Este valor no es de mucha utilidad para fines de diseño, debido a que no siempre se podrá obtener el valor promedio, algunas veces se tendrán valores menores o mayores a éste. Para evitar estos errores provocados por las variaciones en la dispersión, es necesario crear un valor mínimo de esfuerzo de la aleación, ya que es preferible subestimar siempre este valor de esfuerzo (si el valor real es mayor que el valor mínimo) a sobrestimar el valor del esfuerzo, si es que se toma un valor de esfuerzo mayor al que realmente se tiene. Este valor podría ser arbitrario si se observa la figura 2, pero la industria del aluminio lo define como; el esfuerzo que será excedido por el 99% de las muestras el 95% de las veces. Una definición diferente a la que se utiliza para el acero. Estos esfuerzos mínimos son referidos tanto al punto de fluencia como al de ruptura o último. Cabe aclarar que esta definición de valor mínimo de esfuerzo, aplica tanto a valores de esfuerzo de fluencia como de esfuerzo último, por lo tanto, se podrían llamar esfuerzos de fluencia y últimos mínimos, pero en este trabajo solo se llamarán esfuerzo de fluencia y esfuerzo último. Estos esfuerzos mínimos son los que siempre se utilizarán para fines de diseño.

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241 262 283

Resistencia (MPa

Figura 2. Distribución de la resistencia del material

Los esfuerzos de fluencia y último se pueden producir debido a esfuerzos de tensión, compresión o cortante. La nomenclatura usada en el MDA para estos esfuerzos son los siguientes: • • • • •

Fty Esfuerzo de fluencia a tensión Ftu Esfuerzo de fluencia último Fcy Esfuerzo de fluencia a compresión Fsy Esfuerzo de fluencia por cortante Fsu Esfuerzo último por cortante

Puesto que el aluminio es un material muy dúctil, la resistencia última a compresión no tiene significado; en una prueba de compresión, el metal se dilata pero no exhibe una falla frágil, por lo tanto el esfuerzo último a compresión no es una propiedad mecánica medida en las aleaciones de aluminio (Kissel, 2002). 5.3.2 Resistencia mecánica: Las características mecánicas del aluminio varían considerablemente dependiendo del tipo de aleación que se esté considerando. En la siguiente tabla se muestran los valores de la carga de rotura (N/mm2), el límite elástico (N/mm2), el alargamiento en la rotura (en %) y la dureza Brinell para las aleaciones de aluminio más comunes:

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Tabla 1. Carga de rotura, límite elástico, alargamiento y dureza de las aleaciones de aluminio En la siguiente figura ilustrativa se muestra cómo varía el límite elástico, que es la tensión para la cual se alcanza una deformación del 0,2% en la pieza ensayada según el ensayo de tracción. Los resultados se muestran para las diferentes aleaciones de aluminio:

Figura 3. Límite elástico (N/mm2) de las aleaciones de aluminio

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Por otro lado, la resistencia a cizallamiento es un valor importante a tener en cuenta para calcular la fuerza necesaria para el corte, así como para determinadas construcciones. No existen valores normalizados a este respecto, pero generalmente es un valor que está entre el 55 y 80 % de la resistencia a la tracción. Por último, en la siguiente tabla se muestran los valores del alargamiento de la pieza que se alcanza en el ensayo de tracción, justo antes de producirse la rotura de la pieza:

Figura 4. Alargamiento en el ensayo de tracción para las aleaciones de aluminio

5.3.3 El módulo de elasticidad, E (módulo de Young): es una medida de rigidez y resistencia al pandeo, y gráficamente se define como la pendiente de la porción elástica lineal en un diagrama esfuerzo deformación el cual tiene dimensiones de esfuerzo. En el aluminio, el módulo de elasticidad tiende a ser el mismo para cada una de las aleaciones en una serie dada, es decir, el temple no afecta considerablemente esta propiedad. Para las aleaciones de aluminio, el módulo de elasticidad longitudinal, E, tiene el siguiente valor: E= 70.000 MPa (70.000 N/mm2) 5.3.4 El módulo de cortante (módulo de rigidez): se obtiene de la relación existente entre el módulo de elasticidad (E) y la relación de Poisson (w) y tiene las mismas unidades del módulo de elasticidad (E). La ecuación que los relaciona es la siguiente: E G=

2(1 + w)

5.3.5 Dureza Brinell: La dureza es una propiedad que mide la capacidad de resistencia que ofrecen los materiales a procesos 17

de abrasión, desgaste, penetración o de rallado. Para medir la dureza de un material se emplea un tipo de ensayo consistente en calibrar la resistencia de un material a la penetración de un punzón o una cuchilla que se usa como indentador. Este indentador usualmente consta en su extremo, o bien de una esfera, o bien de una pieza en forma de pirámide, o en forma de cono y que está compuesto de un material mucho más duro que el material que se está midiendo. La profundidad de la entalla que se produce en el material al ser rallado por este penetrador nos dará una medida de su dureza. Existen varios métodos para calibrar la dureza de un material, siendo el método Brinell y el método Rockwell los más comunes. El método Brinell (ASTM E10) es un tipo de ensayo utilizado para calcular la dureza de los materiales. Consiste en una esfera de 10 mm de diámetro, usualmente de un acero endurecido, que se presiona contra la superficie del material objeto de estudio bajo una carga estática de 3.000 kg. El tamaño de la huella nos proporcionará una medida de la dureza, denominada dureza Brinell, bajo estas condiciones del ensayo. En la siguiente tabla se muestran los valores de dureza Brinell que alcanzan las distintas aleaciones de aluminio, junto con los datos de la carga de rotura (N/mm2), el límite elástico (N/mm2) y el alargamiento en la rotura (en %):

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Tabla 2. Carga de rotura, límite elástico, alargamiento y dureza de las aleaciones de aluminio En la siguiente figura se muestra cómo varía la dureza Brinell para las distintas aleaciones de aluminio:

Figura 5. Dureza Brinell (HB) para las aleaciones de aluminio

19

VI.APLICACIONES Y USOS Aluminio metálico El aluminio se utiliza rara vez 100% puro, casi siempre se usa aleado con otros metales. 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 LISO 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 0C), ya que contrariamente al acero no presenta temperatura de transición dúctil a frágil. Por ello la tenacidad del material es mejor a bajas temperaturas.

VII.COSTOS DEL ALUMINIO            

Intervalo desde lunes 02/01/2017 hasta Miércoles 13/09/2017. Actualizada el 14 de septiembre de 2017. Código: 634810q. Notas: ACTUALIZA: SGACPE (AREA DE ECONOMÍA INTERNACIONAL) Unidades: $/TM. Fuente: THOMSON REUTERS DATASTREAM. Frecuencia: Diaria. Valor más reciente (Miércoles 13/09/2017): 2082.5. Valor anterior (Martes 12/09/2017): 2082.75. Variación en los dos últimos valores: -0.25. (-0.01 porcentualmente). Valor más alto alcanzado en viernes 11/07/2008: 3291.25. Valor más bajo alcanzado en lunes 01/11/1993: 1018.5.

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GRÁFICA 7.1 PRECIO VS AÑOS

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