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EMPRESA ALUMINA

FUNDICIN DE LINGOTES DE ALUMINIO AL 99.98%

JESSICA DAYANNA CARRILLO DIAZ LUIS ALEJANDRO BERMUDEZ ARANGO

MARCO ALEJANDRO FRIAS BUILES

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER CIENCIA DE LOS MATERIALES

BUCARAMANGA 2014

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EMPRESA ALUMINA

FUNDICIN DE LINGOTES DE ALUMINIO AL 99.98%

JESSICA DAYANNA CARRILLO DIAZ LUIS ALEJANDRO BERMUDEZ ARANGO

MARCO ALEJANDRO FRIAS BUILES

PRESENTADO AL PROFESOR: LUIS ALBERTO LAGUADO VILLAMIZAR

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

CIENCIA DE LOS MATERIALES BUCARAMANGA

2014

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CONTENIDO

INTRODUCCIN

1. ANLISIS DE MATERIALES

1.1 Historia

1.2 Definicin

1.3 Descripcin

1.4 Clasificacin

1.4.1 Segn su proceso

1.4.2 Segn su estado

1.4.3 Segn sus aleantes, (series de aluminio)

1.4.4 Comportamiento de las aleaciones de aluminio

1.5 Propiedades Fsicas

1.5.1 Color

1.5.2 Punto de fusin

1.5.3 Conductividad Elctrica

1.5.4 Resistencia a la corrosin

1.6 Propiedades Mecnicas

1.6.1 Dureza

1.6.2 Ductilidad

1.6.3 Maleabilidad

1.6.4 Resistencia a bajas temperaturas

1.6.5 Resistencia a la fatiga

1.6.6 Tenacidad

1.6.7 Resistencia al desgaste

1.6.8 Mdulo de elasticidad de Young

1.6.9 Mdulo de elasticidad transversal

1.7 Propiedades Qumicas

1.8 Composicin Atmica y Molecular

1.8.1 Estructura cristalina

1.8.2 Tipos de redes

1.8.3 Imperfecciones en su estructura

1.9 Impacto Ambiental del Aluminio

1.9.1 Efectos sobre la salud 1.9.2 Aluminio y el sistema nervioso 1.9.3 Exposicin ambiental 1.9.4 Exposicin por dieta 1.9.5 Exposicin iatrognica 1.9.6 Exposicin ocupacional

1.10 Nombres del Aluminio 1.11 Marcas Comerciales del Aluminio 1.12 Usos Ms Comunes del Aluminio

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1.12.1 Electricidad y comunicacin 1.12.2 Transporte 1.12.3 Edificacin y construccin 1.12.4 Envases 1.12.5 Otros Usos

1.13 Ficha Tcnica del Aluminio 2. DESCRIPCIN DE LA EMPRESA

2.1 Empresa Almina 2.2 Aspectos generales de la empresa

3. ANLISIS DE PROCESOS

3.1 Proceso de Fundicin por Colada 3.1.1 Definicin del proceso 3.1.2 Ventajas frente a otros procesos 3.1.3 Beneficios de la fundicin continua

3.2 Materiales Utilizados en el Proceso 3.3 Equipos y Maquinaria

3.3.1 Equipos para fundicin por colada continua 3.3.2 Maquinaria para fundicin

3.3.2.1 Tipos de horno para fundicin 3.3.2.2 Horno para fundicin por colada contina

3.4 Proceso de Fundicin en Almina 3.5 Ventajas Frente a Otros Procesos

3.5.1 Beneficios de la fundicin continua 3.6 Controles de Calidad

3.6.1 Control de Calidad de la Materia Prima 3.6.2 Control de Calidad del Proceso 3.6.3 Control de Calidad del Producto

3.7 Gestin Ambiental 4. ANLISIS DE PRODUCTOS

4.1 Nombre del Producto 4.1.1 Marca 4.1.2 Referencias

4.2 Empresas de Competencia de Vigas BIBLIOGRAFA

ANEXO 1, GRFICA PROPIEDADES FSICAS DEL ALUMINIO.

ANEXO 2, GRFICA PROPIEDADES TRMICAS DEL ALUMINIO.

ANEXO 3, GRFICA PROPIEDADES ELCTRICAS DEL ALUMINIO.

ANEXO 4, GRFICA PROPIEDADES MECNICAS DEL ALUMINIO.

ANEXO 5, CATALOGO PUENTES Y VIGAS PARA CARROCERAS DE

CARGA.

ANEXO 6, VIDEO FUNDICIN DE LINGOTES DE ALUMINIO POR COLADA

CONTINUA.

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INTRODUCCIN

Desde pocas muy remotas, el hombre ha modificado el aspecto y caractersticas de

diversos materiales que se encuentran en su hbitat. A travs del tiempo aprendi a

dominar las tcnicas o mtodos mediante los que ha podido transformar esos

materiales en elementos tiles para su subsistencia. Este fenmeno ha dado origen a

los procesos de fabricacin.

En realidad, este concepto es muy amplio ya que incluye, por ejemplo, la produccin

de textiles, frmacos, metalmecnica, etc. De este modo, como proceso de

manufactura se denomina a todo mtodo de transformacin y acabado que se

emplea para los materiales metlicos, cermicos y polmeros. Lo anterior incluye

cambios en la geometra del material, alteracin de sus propiedades, operaciones de

ensamble y tambin de acabado superficial.

El objetivo primario de todo proceso ser producir un componente de la forma y

dimensiones deseadas, con los acabados y propiedades requeridos, todo esto al

menor costo y de forma sustentable.

Es indudable que la supervivencia, prosperidad y dominio de la raza humana sobre

la tierra se debe en gran parte a que su inteligencia le hizo posible la manufactura de

herramientas y objetos diversos. Ciertamente que el camino recorrido ha sido largo y

el proceso lento.

Se calcula que deben haber transcurrido miles de aos de prueba y error para que el

hombre pudiera tallar herramientas, tales como el hacha de mano en la que se

pueden ya notar algunas de las caractersticas geomtricas de nuestras modernas

herramientas de corte.

En una fundicin de aluminio, el aluminio y sus aleaciones se funden para su

conversin en piezas fundidas. Una variedad de tcnicas son utilizadas para mejorar

y mantener la calidad del metal antes y durante la fundicin.

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1. ANLISIS DE MATERIALES

1.1 Historia Los griegos y romanos usaron el alumbre [KAl(SO4)2.12H2O] como astringente y como mordiente textil. En 1761, de Morveau propuso el nombre almina para la base del alumbre. En 1787, Lavoisier supuso que este era el xido del metal no descubierto hasta ese momento. A Whler se le asigna el aislamiento del metal en 1827, aunque Oersted prepar una forma impura dos aos antes. En 1807, Davy propuso el nombre "aluminum" para el metal, no descubierto todava, y ms tarde lo cambi a "aluminium" (aluminio) para que la terminacin latina fuese igual en todos los elementos. Este nombre es usado actualmente por todos, menos por la American Chemical Society, que a partir de 1925 volvi a adoptar el de "aluminum". El elemento lo obtuvieron en forma pura R. W. Bunsen y H. Sainte-Claire Deville en 1854 mediante electrlisis de sus sales fundidas. En 1886, de forma independiente, el norteamericano C. M. Hall y el francs P. T. Heroult desarrollaron el proceso de obtencin industrial de aluminio mediante la electrlisis de almina (P.F. 2050C) fundida en criolita (Na3AlF) a 950C en una mezcla de densidad inferior a la del aluminio, con lo que ste sedimenta, evitndose su oxidacin con el oxgeno atmosfrico. El consumo energtico del proceso es muy grande. Actualmente, el mineral criolita ha sido reemplazado por una mezcla de fluoruros de sodio, aluminio y calcio. Otro mtodo ms moderno es la electrlisis del AlCl3, sin fundente y con menos daos medioambientales. El reciclado requiere menos de un 5% del consumo elctrico gastado para obtener la misma cantidad de aluminio de la bauxita. Es el tercer elemento ms abundante en la corteza terrestre (8,23% en peso) y el metal ms abundante, pero no se encuentra libre. Se encuentra fundamentalmente combinado con el oxgeno formando los feldespatos, micas y arcillas. Entre estas combinaciones naturales destacan: ortosa o feldespato potsico [KAlSi3O8], albita o feldespato sdico [NaAlSi3O8], anortita o feldespato clcico [CaAl2Si3O8], moscovita o mica de potasio [KAl2(AlSi3O10)(OH,F)2], caoln o caolinita [Al4(Si4O10)(OH)8], corindn [Al2O3], bauxita [Al2O3.xH2O] y arcillas (mezclas de productos de descomposicin de silicatos de aluminio (granito, gneis, feldespatos) por accin del agua, dixido de carbono, calor, etc). El aluminio puede obtenerse actualmente de la arcilla, pero no es rentable.

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1.2 Definicin del Aluminio

Figura1. Pieza de Aluminio. Recuperado de http://www. spanish.precision-machining-

parts.com.

El Aluminio es un elemento qumico, de smbolo Al y nmero atmico 13. Se trata de

un metal no ferromagntico. Es el tercer elemento ms comn encontrado en la

corteza terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8% de la corteza de la tierra

y se encuentran presentes en la mayora de las rocas, de la vegetacin y de los

animales. En estado natural se encuentra en muchos silicatos (feldespatos,

plagioclasas y micas). Como metal se extrae del mineral conocido con el nombre de

bauxita, por transformacin primero en almina mediante el proceso Bayer y a

continuacin en aluminio mediante electrlisis.

Este metal posee una combinacin de propiedades que lo hacen muy til en ingeniera mecnica, tales como su baja densidad (2.700 kg/m3) y su alta resistencia a la corrosin. Mediante aleaciones adecuadas se puede aumentar sensiblemente su resistencia mecnica (hasta los 690 MPa). Es buen conductor de la electricidad, se mecaniza con facilidad y es relativamente barato. Por todo ello es el metal que ms se utiliza despus del acero. El aluminio es anftero y puede reaccionar con cidos minerales para formar sales solubles con desprendimiento de hidrgeno. El aluminio fundido puede tener reacciones explosivas con agua. El metal fundido no debe entrar en contacto con herramientas ni con contenedores hmedos. A temperaturas altas, reduce muchos compuestos que contienen oxgeno, sobre todo los xidos metlicos. Estas reacciones se aprovechan en la manufactura de ciertos metales y aleaciones.

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1.3 Descripcin General del Aluminio Su aplicacin en la construccin representa el mercado ms grande de la industria del aluminio. Millares de casas emplean el aluminio en puertas, cerraduras, ventanas, pantallas, boquillas y canales de desage. El aluminio es tambin uno de los productos ms importantes en la construccin industrial. El transporte constituye el segundo gran mercado. Muchos aviones comerciales y militares estn hechos casi en su totalidad de aluminio. En los automviles, el aluminio aparece en interiores y exteriores como molduras, parrillas, llantas (rines), acondicionadores de aire, transmisiones automticas y algunos radiadores, bloques de motor y paneles de carrocera. Se encuentra tambin en carroceras, transporte rpido sobre rieles, ruedas formadas para camiones, vagones, contenedores de carga y seales de carretera, divisin de carriles y alumbrado. En la industria aeroespacial, el aluminio tambin se encuentra en motores de aeroplanos, estructuras, cubiertas y trenes de aterrizaje e interiores; a menudo cerca de 80% del peso del avin es de aluminio. La industria de empaques para alimentos es un mercado en crecimiento rpido. El aluminio se emplea para la fabricacin de espejos de telescopios, en conductores elctricos, en pinturas metalizadas, en decoracin, en fabricacin de explosivos y fuegos artificiales. En las aplicaciones elctricas, los alambres y cables de aluminio son los productos principales. Se encuentra en el hogar en forma de utensilios de cocina, papel de aluminio, herramientas, aparatos porttiles, acondicionadores de aire, congeladores, refrigeradores, y en equipo deportivo como esques y raquetas de tenis. Existen cientos de aplicaciones qumicas del aluminio y sus compuestos. El aluminio en polvo se usa en pinturas, combustible para cohetes y explosivos y como reductor qumico. Es anftero: reacciona con cidos no oxidantes (HCl,..) produciendo iones aluminio (Al

3+) y con disoluciones calientes de lcalis produciendo iones aluminato [Al (OH)

4-].

El ion aluminio es muy pequeo y tiene gran carga, por lo que las disoluciones de sales de aluminio son cidas. Entre sus compuestos destaca el xido de aluminio (almina), incoloro o blanco si est pulverizado, empleado como fuente del elemento. En la naturaleza se encuentran formas muy duras de almina: corindn (a-almina), impuras (algunos iones Al

3+ son sustituidos por otras especies): rubes (Cr

3+), zafiros (Fe

3+ y Ti

4+),

topacio (Fe3+

) (rubes y zafiros sintticos se han empleado en lseres), esmeril (corindn impuro micro-cristalino). La almina se usa en la fabricacin de vidrios y material refractario y como catalizador. Calentado hidrxido de aluminio se obtiene g-almina, que es menos densa, bastante reactiva y anfotrica (disuelta en bases produce ion aluminato y en cidos ion aluminio); absorbe agua y se utiliza como fase estacionaria en cromatografa.

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1.4 Clasificacin del Aluminio El aluminio puro prcticamente no tiene aplicacin, dado que se trata de un material blando y de poca resistencia mecnica. Sin embargo, aleados con otros elementos permite aumentar su resistencia y adquirir otras cualidades, que varan segn la naturaleza de los aleantes utilizados. El aluminio se clasifica, segn su proceso de forjado o fundido, tambin se clasifica segn su estado y su aleacin con otros metales. 1.4.1 Clasificacin segn su proceso.

Aluminios Forjados Aluminios Fundidos

1.4.2 Clasificacin segn su estado.

F: Estado bruto. Es el material tal como sale del proceso de fabricacin. O: Recocido. Se aplica a materiales ya sea de forja como de fundicin que han sufrido un recocido completo. O1: Recocido a elevada temperatura y enfriamiento lento. O2: Sometido a tratamiento termo-mecnico.

O3: Homogeneizado. Esta designacin se aplica a los alambrones y a las bandas de colada continua, que son sometidos a un tratamiento de difusin a alta temperatura.

W: Solucin tratada trmicamente. Se aplica a materiales que despus de recibir un tratamiento trmico quedan con una estructura inestable y sufren envejecimiento natural. H: Estado de Acritud. Viene con materiales a los que se ha realizado un endurecimiento por deformacin.

H1. Endurecido por deformacin hasta obtener el nivel deseado y sin tratamiento posterior.

H2. Endurecido en exceso por deformacin y recocido parcial para recuperar suavidad sin perder ductilidad.

H3. Acritud y estabilizado.

H4. Acritud y lacado o pintado. Son aleaciones endurecidas en frio y que pueden sufrir un cierto recocido en el tratamiento de curado de la capa de pintura o laca dada. 7En sta clasificacin se usa un segundo dgito (en ocasiones es necesario un tercer dgito) que indica el grado de endurecimiento por deformacin.

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T: Denomina a materiales que has sido endurecidos por tratamiento trmico con o sin endurecimiento por deformacin posterior. Las designaciones de W y T solo se aplican a aleaciones de aluminio ya de forja o de fundicin que sea termo-tratables.

T1: Enfriado desde un proceso de fabricacin realizado a una elevada temperatura y envejecido de forma natural.

T2: Enfriado desde un proceso de fabricacin realizado a una alta temperatura, trabajado en fro y envejecido de forma natural.

T3: Solucin tratada trmicamente, trabajada en fro y envejecida a Tamp hasta alcanzar una condicin estable.

T4: Solucin tratada trmicamente y envejecida a Tamb hasta alcanzar una condicin estable. Es un tratamiento similar a T3 pero sin el trabajo en fro.

T5: Enfriado desde un proceso de fabricacin a alta temperatura y envejecida artificialmente.

T6: Solucin tratada trmicamente y envejecida artificialmente. Son designados de esta forma los productos que despus de un proceso de conformado a alta temperatura (moldeo o extrusin) no son endurecidos en fro sino que sufren un envejecimiento artificial.

T7: Solucin tratada trmicamente y sobre-envejecida para su completa estabilizacin.

T8: Trmicamente tratada por disolucin, trabajada en fro y envejecida artificialmente.

T9: Solucin tratada trmicamente, envejecida artificialmente y trabajada en fro. T10: Enfriado desde un proceso de fabricacin realizado a una elevada temperatura, trabajado en fro y envejecido artificialmente hasta una condicin sustancialmente estable.

Existen variantes del estado T, a estas variantes se les aaden a la T dos dgitos. Estos dos dgitos son especficos para cada producto y se usan para estado de alivio de tensiones en productos fabricados mediante el proceso de forja. Ejemplos: Aluminio 2024-T351 El aluminio de clasificacin 2024-T351 es una de las aleaciones de este metal ms fuerte, usado ampliamente en la industria metalrgica. Esta aleacin es fcil de trabajar, pero se vuelve frgil cuando se calienta, por este motivo, no puede soldarse.

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Incluso si es la ms fuerte de todas las aleaciones del aluminio, sta se desgasta naturalmente por la fatiga, tal como lo hacen otros tipos de aluminio. Algunos de los elementos que se aaden a esta aleacin son el manganeso, el magnesio y el cobre. La clasificacin del aluminio 2024-T351 se usa en distintas aplicaciones, como remachados y contraccin de aeronaves. Aluminio 6061-T651 Un aluminio 6061-T651 tiene una resistencia moderada pero es altamente soldable, en comparacin con el 2024-T351. Otra ventaja de este tipo de aleacin de aluminio es su resistencia a la corrosin. En un estado estable, la aleacin envejece naturalmente y no artificialmente, en comparacin con el aluminio 2024-T351. Aluminio 7075-T651 Un aluminio de clasificacin 7075-T651 es fuerte y duro, con una resistencia a la corrosin similar a la del aluminio 2024-T351. Sin embargo, cuando se lo somete a altas temperaturas, el 2024-T351 es ms fuerte que el 7075-T651. Esta aleacin muestra una excelente resistencia las fracturas planas y a la fatiga, sin embargo, el material pierde su fuerza y su dureza debido al desgaste continuo por deslizamiento. El aluminio 7075-T651 no debe exponerse a altas temperaturas, ya que sus elementos se oxidan. Aluminio 1100 La aleacin de aluminio 1100 es relativamente blanda a temperatura ambiente. En soldadura, tiene una buena ductilidad si se trabaja a temperaturas relativamente bajas. Esta aleacin puede usarse para fabricar tubos, placas, hojas y barras, y se puede soldar y moldear fcilmente debido a su ductilidad. Aluminio 7005 Esta aleacin de aluminio es ms fuerte y dura que el aluminio tipo 6061-T651, pero ambos tipos tiene una fuerza y resistencia similar a temperatura ambiente. Por otra parte, la fortaleza de una soldadura de una aleacin 7005 es mayor que la de la 6061-T651, si se comparan a la misma temperatura.

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1.4.3 Clasificacin segn sus aleantes series de aluminio

Figura 2. Series y aleantes del Aluminio. Recuperado de

(http://ingenieriademateriales.wordpress.com/2009/04/17/manual-del-aluminio-y-sus-aleaciones/, s.f.)

Las aleaciones de aluminio (tanto las forjadas como las moldeadas) se clasifican en funcin del elemento aleante usado (al menos el que est en mayor proporcin). Los elementos aleantes ms usados son: Serie 2xxx. En estas aleaciones el principal elemento aleante es el Cu, pero a veces tambin se le aade Mg. Las caractersticas de esta serie son: buena relacin dureza-peso y mala resistencia a la corrosin. En lo referente a la primera caracterstica decir que algunas de las aleaciones de esta serie tienen que ser sometidas a TT de solubilidad y a veces de envejecimiento para mejorar sus propiedades mecnicas. Una vez hecho esto la serie 2xxx tiene unas propiedades mecnicas que son del orden y, a veces superiores, que las de los aceros bajos en carbono. El efecto de los TT es el aumento de la dureza con una bajada de la elongacin. En lo referente a la segunda caracterstica estas aleaciones generalmente son galvanizadas con aluminio de alta pureza o con aleaciones de la serie 6xxx para protegerlas de la corrosin y que no se produzca corrosin inter-granular. Los usos ms frecuentes que se le dan a estos aluminios son (generalmente son usados en lugares donde sea necesario una alta relacin dureza-peso) en las ruedas de los camiones y de los aviones, en la suspensin de los camiones, en el fuselaje de los aviones, en estructuras que requieran buena dureza a temperaturas superiores a 150 c. Para finalizar decir que salvo la aleacin 2219 estas aleaciones tienen una mala soldabilidad pero una maquinabilidad muy buena. Serie 3xxx. En estas aleaciones el principal elemento aleante es el Mn. Estas aleaciones tan solo tienen un 20% ms de dureza que el aluminio puro. Eso

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es porque el Mn solo puede aadirse de forma efectiva en solo un 1.5%. Por ello hay muy pocas aleaciones de esta serie. Sin embargo los aluminios 3003, 304 y 3105 son muy usados para fabricar utensilios que necesiten dureza media y que sea necesario buena forma de fabricarlos como son botellas para bebidas, utensilios de cocina, intercambiadores de calor, mobiliario, seales de trfico, tejados y otras aplicaciones arquitectnicas. Serie 4xxx. En esta serie el principal elemento aleante es el Si que suele aadirse en cantidades medianamente elevadas (por encima del 12%) para conseguir una bajada del rango de fusin de la aleacin. El objetivo es conseguir una aleacin que funda a una temperatura ms baja que el resto de aleaciones de aluminio para usarlo como elemento de soldadura. Estas aleaciones en principio no son tratables trmicamente pero si son usadas en soldadura para soldar otra aleaciones que son tratables trmicamente parte de los elementos aleantes de las aleaciones tratables trmicamente pasan a la serie 4xxx y convierten una parte de la aleacin en tratable trmicamente. Las aleaciones con un elevado nivel de Si tienen un rango de colores que van desde el gris oscuro al color carbn y por ello estn siendo demandadas en aplicaciones arquitectnicas. La 4032 tiene un bajo coeficiente de expansin trmica y una alta resistencia al desgaste lo que la hace bien situada para su uso en la fabricacin de pistones de motores. Serie 5xxx. Esta serie usa como principal elemento aleante el Mg y a veces tambin se aaden pequeas cantidades de Mn cuyo objetivo es el de endurecer el aluminio. El Mg es un elemento que endurece ms el aluminio que el Mn (un 0.8 de Mg produce el mismo efecto que un 1.25 de Mn) y adems se puede aadir ms cantidad de Mg que de Mn. Las principales caractersticas de estas aleaciones son una media a alta dureza por endurecimiento por deformacin, buena soldabilidad, buena resistencia a la corrosin en ambiento marino y una baja capacidad de trabajo en fro. Estas caractersticas hacen que estas aleaciones se usen para adornos decorativos, ornamntales y arquitectnicos, en el hogar, iluminacin de las calles y carreteras, botes, barcos y tanques criognicos, partes de puentes gra y estructuras de automviles. Serie 6xxx. En estas aleaciones se usan como elementos aleantes el Mg y el Si en proporciones adecuadas para que se forme el Mg2Si. Esto hace que esta aleacin sea tratable trmicamente. Estas alecciones son menos resistentes que el resto de aleaciones, a cambio tiene tambin maleabilidad, soldabilidad, maquinabilidad y resistencia a la corrosin. Estas aleaciones pueden moderarse por un TT T4 y endurecido por una serie de acciones que completen el TT T6. Su uso suele ser el de aplicaciones arquitectnicas, cuadros de bicicletas, pasamanos de los puentes, equipo de transporte y estructuras soldadas. Serie 7xxx. El Zn aadido en proporciones que van desde el 1 al 8 % es el elemento aleante en mayor proporcin en estas aleaciones. A veces se aaden pequeas cantidades de Mg para hacer la aleacin tratable trmicamente. Tambin es normal aadir otros elementos aleantes como Cu o Cr en pequeas cantidades. Debido a que la principal propiedad de estas aleaciones es su alta dureza se suele usar en las estructuras de los aviones, equipos mviles y otras partes

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altamente forzadas. Debido a que esta serie muestra una muy baja resistencia a la corrosin bajo tensin se le suele aplicar levemente un TT para conseguir una mejor mezcla de propiedades. Comportamiento de las familias de aluminio.

Familia 1000 Aluminio Puro

Familia 2000 - Aluminio Cobre

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Familia 3000 Aluminio Manganeso

Familia 5000 Aluminio Magnesio

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Familia 6000 Aluminio Magnesio Silicio

Familia 7000 Aluminio Zinc

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1.5 Propiedades Fsicas del Aluminio

Figura 3. Papel Aluminio, Recuperado de

(http://loquepodemoshacer.files.wordpress.com/2010/07/papel-aluminio.jpg, s.f.)

Las propiedades fsicas ms destacables del aluminio y sus aleaciones son: poco peso, buena resistencia a la corrosin, y conductividad elevada, tanto trmica como elctrica. En la tabla 1 se presenta un resumen de las propiedades fsicas ms caractersticas del aluminio puro. Evidentemente, algunas de estas propiedades

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varan segn el contenido en impurezas. Algunas de las propiedades ms importantes son: 1.5.1 Color. Es un metal blanco, con una alta reflectividad (Brillante) de la luz y el calor 1.5.2 Conductividad Trmica. Es la propiedad fsica de cualquier material que mide la capacidad de conduccin del calor a travs del mismo. El aluminio tiene una alta conductividad trmica (de 80 a 230 W/ m.K), que slo es superada por el cobre, siendo adems cuatro veces ms grande que la conductibilidad del acero. (ANEXO 2) El aluminio es un material ligero, con un densidad 2.7 veces mayor que la del agua. La ligereza de la masa (peso) del aluminio es una de las propiedades ms conocidas que este metal posee. Esta ventaja ha permitido el desarrollo de muchas industrias como la aeronutica y el transporte, adems de facilitar la manipulacin de los perfiles, reduciendo los costos de transporte y mano de obra. 1.5.3 Punto de fusin es ms bien bajo, en torno a los 660C.Por ello ofrece grandes ventajas al ser usado en utensilios de cocina, industria qumica, aire acondicionado, disipadores de calor entre otras industrias. 1.5.4 Conductividad Elctrica se encuentra entre los 34 y 38 m/ mm2, as como tambin tiene una gran conductividad trmica. Aparte del cobre, el aluminio es el nico metal comn que posee una alta conductividad como para ser usado como conductor elctrico. Su conductividad puede llegar a representar el 63,8% de la del cobre (en la aleacin 6063 llega al 54%), sin embargo con igual masa de base, el aluminio dobla la capacidad conductiva del cobre. Para una misma capacidad de conduccin elctrica, un conductor de aluminio puede tener la mitad de la masa, que la que podra tener la seccin transversal de un conductor de cobre. Los electrones son los portadores de carga en los materiales conductores, semiconductores y muchos de los aislantes; en los compuestos inicos son los iones quienes transportan la mayor parte de la carga. La movilidad de los portadores depende de los enlaces atmicos, de las imperfecciones de la red, de la microestructura y, en los compuestos inicos, de las velocidades de difusin. La aplicacin de un campo magntico genera la formacin y el movimiento de dipolos contenidos en el material. Estos dipolos son tomos o grupos de tomos que tienen carga desequilibrada. Dentro de un campo elctrico aplicado los dipolos se alinean causando polarizacin. (ANEXO 3) 1.5.5 Es resistente a la corrosin, gracias a la capa protectora caracterstica de xido de aluminio, resiste a los productos qumicos, puede estar expuesto a la intemperie, al mar, etc. Se debe a la formacin espontnea de una pelcula muy delgada de xido de aluminio que es insoluble en agua, la cual la protege del medio ambiente y la corrosin, 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 comparacin con el acero. Una caracterstica de esta capa, es que si es removido por algn medio mecnico, se formar una nueva capa protectora de xido.

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Es el tercer elemento en cuanto a abundancia en la corteza terrestre, por detrs del oxgeno y el silicio. Es un material fcilmente reciclable, sin un elevado coste. Anexo 1. Grfica propiedades fsicas.

1.6 Propiedades Mecnicas

Figura 4. Perfiles de aluminio, Recuperado de

(http://www.directindustry.es/prod/bishop-wisecarver/perfiles-aluminio-28033-

108644.html, s.f.)

1.6.1 Dureza: Es la resistencia que ofrece un material para dejarse penetrar. Se mide en unidades BRINELL (HB) o unidades ROCKWEL C (HRC), mediante el test del mismo nombre. La mayora de las veces se da en los materiales de aluminio la dureza Brinell, a causa de la sencillez de su determinacin. Los valores de la dureza Brinell se extienden desde HB=15 para aluminio pursimo blando hasta casi HB=110 para AlZnMgCu 1,5 endurecido trmicamente, es decir, aleacin 7075.

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Figura 5. Dureza Brinell de las diferentes aleaciones de Aluminio. Recuperado de (http://ingemecanica.com, s.f.)

Los valores de la dureza determinados por otros mtodos, como el Vickers o el de Knoop, apenas tienen significado prctico en este metal. De vez en cuando se utiliza la micro-dureza, una variante del mtodo Vickers, para determinar la dureza de capas anodizadas

1.6.2 Ductilidad: Los importantsimos valores caractersticos que se obtienen en el ensayo de traccin para juzgar las propiedades resistentes de los materiales metlicos en general, son aplicables a los materiales de aluminio. Generalmente estos valores son el lmite elstico 0,2%, la resistencia mxima a la traccin, el alargamiento a la rotura, as como la estriccin de ruptura. En general, la resistencia aumenta con el aumento en elementos de aleacin. Los dominios de la resistencia en cada aleacin surgen, ante todo, como consecuencia delos aumentos de resistencia que se consiguen por deformacin en fro o endurecimiento por tratamiento trmico. Los distintos elementos de aleacin actan de modo muy diferente en cuanto al aumento de resistencia. Al aumentar la resistencia, aumenta el lmite 0,2% ms deprisa que la resistencia a la traccin, independientemente del mecanismo que motive el aumento de la resistencia. Este aumento se nota especialmente cuando el aumento de resistencia tiene lugar por deformacin en fro. En general no se desean altas relaciones entre los lmites elsticos (lmite 0,2% y resistencia mxima) ya que expresan un comportamiento relativamente quebradizo del material, razn fundamental por la que no se puede aumentar de forma arbitraria la resistencia de un material metlico. 1.6.3 Maleabilidad: En los materiales alumnicos se puede admitir que el valor del lmite de aplastamiento 0,2% (parmetro de la resistencia a la compresin) es igual al valor del lmite elstico 0,2% de traccin. La resistencia a la compresin o el lmite de aplastamiento 0,2% tienen importancia principalmente en las piezas sometidas a

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compresin tales como cojinetes de friccin. La resistencia a la flexin en las aleaciones de aluminio se tiene en cuenta para las de fundicin, en aquellos casos en que, al realizar el ensayo de traccin no es posible determinar el lmite elstico con suficiente exactitud a causa de su pequeo valor. La resistencia al cizallamiento es importante para el clculo de la fuerza necesaria para el corte y para determinadas construcciones. No existen valores normalizados. Generalmente est entre el 55 y 80 % de la resistencia a la traccin. Casi nunca se determina la resistencia a la torsin, si se considera una distribucin lineal de tensiones, puede considerrsela igual a la resistencia al cizallamiento. Esta propiedad permite la fabricacin de lminas de aluminio muy delgadas Resistencia a altas temperaturas: Al aumentar la temperatura, disminuyen la resistencia a la traccin, el lmite elstico y la dureza, en tanto que, en general, aumenta el alargamiento de rotura y la estriccin de rotura. El factor tiempo juega un papel esencial en la determinacin de valores de resistencia para altas temperaturas. Esta influencia se exterioriza de dos maneras: - Cambios de estado. Bajo la influencia de temperaturas elevadas se pueden

producir modificaciones permanentes en la estructura de los materiales que han experimentado endurecimiento por deformacin en fro, estas traen consigo una disminucin de la resistencia mecnica.

- Procesos de fluencia. A temperaturas elevadas el material puede experimentar

deformaciones lentas bajo la accin de cargas en reposo, aumentando la velocidad en el cambio de forma con el incremento de la temperatura y de la tensin. Al mismo tiempo pueden surgir tensiones por debajo de la resistencia a la traccin o del lmite elstico 0,2%.

1.6.4 Resistencia a bajas temperaturas: El comportamiento de los metales a bajas temperaturas depende fundamentalmente de la estructura de su red cristalina. El aluminio con su red FCC ( CCC) tiene la misma estructura que el cobre, el nquel o los aceros austenticos, por eso no se presentan nunca en las aleaciones de aluminio a temperaturas bajas las complicaciones (rpido descenso de la resiliencia, entre otras que tienen lugar en los metales BCC, sobretodo en los aceros ferrticos. 1.6.5 Resistencia a la fatiga

22

Figura 6. Carga de rotura (N/mm

2) de las aleaciones de aluminio, Recuperado

de (http://ingemecanica.com, s.f.)

Se refiere a un fenmeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinmicas cclicas (fuerzas repetidas aplicadas sobre el material) se produce ante cargas inferiores a las cargas estticas que produciran la rotura. La fatiga depende de una serie de factores. Adems de la composicin, estado y procedimiento de obtencin del material, hay que considerar la clase y frecuencia de las solicitaciones y, especialmente, la configuracin de los elementos constructivos (distribucin de fuerzas, tensiones mximas, superficie).Para el aluminio el lmite de ciclos de carga est fijado en 10. Los ensayos se hacen casi siempre con 5 10 ciclos. Los resultados de los ensayos de fatiga alternativa presentan siempre una dispersin que no se disminuye aunque se utilicen mtodos ms precisos de medicin. Se deben, principalmente, a contingencias casuales que intervienen al originarse la primera fisura y prosiguen en las fases iniciales de su expansin. Influencia del material. La resistencia a la fatiga se aumenta mediante la formacin de soluciones cristalinas, la conformacin en fro y el endurecimiento. En las aleaciones de aluminio para laminacin y forja existe una clara diferencia entre las no endurecibles y las endurecibles. Esto se manifiesta en el siguiente grfico, donde la aleacin AlMg es la no endurecible trmicamente y la AlZnMgCu es la endurecible trmicamente. Influencia de la solicitacin. Al juzgar los valores de la resistencia a la fatiga se ha de tener en cuenta el tipo de solicitacin (traccin, compresin, flexin alternativa o rotativa) y, ante todo, la posicin de la tensin media o la relacin de tensiones respectivamente. Adems, se ha de observar atentamente si se da la amplitud de resistencia a la fatiga o a la mxima tensin superior. Adems de los anteriores factores, tambin influyen en la resistencia a la fatiga, los mximos de tensin o efectos de entalladura, el estado superficial y del ambiente, la soldadura y la temperatura. 1.6.6 Tenacidad: Es la capacidad que tiene un material de absorber energa sin producir fisuras (resistencia al impacto). El comportamiento en cuanto a la resistencia a la rotura de un material es importante. En los elementos de construccin se presupone que existen siempre fisuras de un determinado tamao y que se dimensionan los elementos de tal modo que estas fisuras no sobrepasan una magnitud crtica, dentro de un perodo de vida previsto y sobre todo, que no aumenten de modo inestable. La carga puede ser montona esttica u oscilante.

23

Tambin se puede tener en cuenta la carga de fluencia (mtodo ms apropiado para los materiales de aluminio o las grietas de corrosin bajo tensin. El valor caracterstico utilizado con ms frecuencia es el de la tenacidad a las fisuras K, definido para el estado de tensiones uniforme como la concentracin de tensiones crtica en la punta de la fisura, que ocasiona la continuacin del crecimiento de la misma. Los valores altos de K significan alta tenacidad, siendo favorables, cuando tambin son elevados los valores de resistencia a la traccin y el lmite elstico. Entre los valores de resistencia habituales obtenidos del ensayo de traccin y la tenacidad a las fisuras no existe, en general, ninguna dependencia. Desde el punto de vista cualitativo, la tenacidad alas fisuras desciende al aumentar la resistencia. El objetivo de la investigacin de los materiales es desarrollar los que tengan ms resistencia y al mismo tiempo mayor tenacidad a la rotura. 1.6.7 Resistencia al desgaste: Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando est en contacto de friccin con otra materia. La resistencia a la abrasin o al desgaste de los materiales de aluminio es particularmente baja en el rozamiento en seco. No existe relacin entre dureza y resistencia mecnica por un lado y resistencia a la abrasin por el otro. Los materiales de aluminio sometidos a rozamiento, en determinadas circunstancias de funcionamiento, muestran un comportamiento aceptable como prueban las numerosas aplicaciones que tienen en cojinetes de friccin y mbolos. Debe mencionarse tambin que el desgaste se puede reducir drsticamente por un tratamiento superficial apropiado. 1.6.8 Mdulo de elasticidad longitudinal o Mdulo de Young El mdulo de elasticidad longitudinal o mdulo de Young (E) relaciona la tensin aplicada a una pieza segn una direccin con la deformacin originada en esa misma direccin, y siempre considerando un comportamiento elstico en la pieza. Para las aleaciones de aluminio, el mdulo de elasticidad longitudinal, E, tiene el siguiente valor:

E= 70.000 MPa (70.000 N/mm2)

1.6.9 Mdulo de elasticidad transversal

Figura 7. Lmite elstico (N/mm

2) de las aleaciones de aluminio, Recuperado de

(http://ingemecanica.com, s.f.)

24

El mdulo de elasticidad transversal, mdulo de cortante o tambin llamado mdulo de cizalla, G, para la mayora de los materiales, y en concreto para los materiales istropos, guarda una relacin fija con el mdulo de elasticidad longitudinal (E) y el coeficiente de Poisson (), segn la siguiente expresin:

Anexo 4. Grfica propiedades Mecnicas.

1.7 Propiedades Qumicas

Figura 8. tomo del Aluminio, Recuperado de (www.aluminioparras.com, s.f.)

El aluminio posee una gran afinidad por el oxgeno recubrindose espontneamente

de una delgada capa de xido que lo protege del exterior

El aluminio ocupa en la serie electroqumica de metales una posicin que le confiere

un marcado carcter electronegativo frente a la mayora de los metales industriales,

concretamente el hierro y el cobre, por lo que es posible la corrosin en presencia de

la humedad sino toman las precauciones necesarias. El aluminio es sensible a la

accin de los componentes alcalinos (soscarbonato, cementos, etc.) de los derivados

sulfurados en general de diversos compuestos orgnicos e inorgnicos.

La capa de valencia del aluminio est poblada por tres electrones, por lo que su

estado normal de oxidacin es III. Esto hace que reaccione con el oxgeno de la

atmsfera formando con rapidez una fina capa gris mate de almina Al2O3, que

recubre el material, aislndolo de ulteriores corrosiones. Esta capa puede disolverse

con cido ctrico. A pesar de ello es tan estable que se usa con frecuencia para

extraer otros metales de sus xidos. Por lo dems, el aluminio se disuelve en cidos

y bases. Reacciona con facilidad con el cido clorhdrico y el hidrxido sdico

G =

E

2 x ( 1 + )

25

1.8 Composicin Atmica y Molecular

Figura 9. Estructura Atmica del Aluminio

El aluminio tiene nmero atmico 13. Los 13 protones que forman el ncleo estn

rodeados de 13 electrones dispuestos en la forma:

1s22s

22p

63s

23p

1

La valencia es 3 y las energas de ionizacin de los tres primeros electrones son,

respectivamente: 577,5 kJ/mol, 1816,7 kJ/mol y 2744,8 kJ/mol. Existen en la

naturaleza dos istopos de este elemento, el 27

Al y el 26

Al. El primero de ellos es

estable mientras que el segundo es radiactivo y su vida media es de 7,2105aos.

Adems de esto existen otros siete istopos cuyo peso est comprendido entre 23 y

30 unidades de masa atmica.

El 26

Al se produce a partir del argn a causa del bombardeo por la radiacin

altamente energtica de los rayos csmicos, que inciden en la atmsfera sobre los

ncleos de este elemento. Al igual que el 14

C, la medida de las abundancias del 26

Al

es utilizada en tcnicas de datacin, por ejemplo en procesos oro genticos cuya

escala es de millones de aos o para determinar el momento del impacto de

meteoritos. En el caso de estos ltimos, la produccin de aluminio radiactivo cesa

cuando caen a la tierra, debido a que la atmsfera filtra a partir de ese momento los

rayos csmicos.

El aluminio posee tres radios inicos en su estado de oxidacin +3, dependiendo del

nmero de coordinacin del tomo. Dicho esto, tenemos que para un nmero de 4 el

radio es 53,0 pm, para 5 es 62,0 pm y para 6 es 67,5 pm.

El que existe en la naturaleza consta de un solo istopo, 27

26

1.8.1 Estructura Cristalina

Figura 10. Estructura Cristalina del Aluminio, Recuperado de

(http://www.acienciasgalilei.com/qui/elementos/al.htm, s.f.)

El aluminio cristaliza en una estructura cbica centrada en las caras, con lados de

longitud de 4.0495 angstroms.

Los electrones son los portadores de carga en los materiales conductores, semiconductores y muchos de los aislantes; En los compuestos inicos son los iones quienes transportan la mayor parte de la carga. La movilidad de los portadores depende de los enlaces atmicos, de las imperfecciones de la red, de la microestructura y, en los compuestos inicos, de las velocidades de difusin. La aplicacin de un campo magntico genera la formacin y el movimiento de dipolos contenidos en el material. Estos dipolos son tomos o grupos de tomos que tienen carga desequilibrada. Dentro de un campo elctrico aplicado los dipolos se alinean causando polarizacin. 1.8.2 Imperfecciones cristalinas del aluminio El arreglo de un material cristalino en este caso el aluminio no es perfecto, puede presentar diversas imperfecciones cristalinas dependiendo el proceso a el cual se le someta o a la aleacin que se desee formar. Puede presentar imperfecciones cristalinas por vacancia, sustitucin, o impureza intersticial, entre otras

27

1.9 Impacto Ambiental

Figura 11. Cdigo de reciclaje del Aluminio, Recuperado de

(http://pontevedraverde.blogspot.com/2009/07/plan-de-reciclaje-de-la-teoria-la.html,

s.f.)

Los efectos del Aluminio han atrado nuestra atencin, mayormente debido a los

problemas de acidificacin. El Aluminio puede acumularse en las plantas y causar

problemas de salud a animales que consumen esas plantas. Las concentraciones de

Aluminio parecen ser muy altas en lagos acidificados. En estos lagos un nmero de

peces y anfibios estn disminuyendo debido a las reacciones de los iones de

Aluminio con las protenas de las agallas de los peces y los embriones de las ranas.

Elevadas concentraciones de Aluminio no slo causan efectos sobre los peces, pero

tambin sobre los pjaros y otros animales que consumen peces contaminados e

insectos y sobre animales que respiran el Aluminio a travs del aire.

Las consecuencias para los pjaros que consumen peces contaminados es que la

cscara de los huevos es ms fina y los pollitos nacen con bajo peso. Las

consecuencias para los animales que respiran el Aluminio a travs del aire son

problemas de pulmones, prdida de peso y declinacin de la actividad. Otro efecto

negativo en el ambiente del Aluminio es que estos iones pueden reaccionar con los

fosfatos, los cuales causan que el fosfato no est disponible para los organismos

acuticos.

28

Altas concentraciones de Aluminio no slo pueden ser encontrados en lagos cidos y

aire, tambin en aguas subterrneas y suelos cidos. Hay fuertes indicadores de que

el Aluminio puede daar las races de los rboles cuando estas estn localizadas en

las aguas subterrneas.

1.9.1 Efectos del Aluminio sobre la salud

El Aluminio es uno de los metales ms ampliamente usados y tambin uno de los

ms frecuentemente encontrados en los compuestos de la corteza terrestre. Debido a

este hecho, el aluminio es comnmente conocido como un compuesto inocente. Pero

todava, cuando uno es expuesto a altas concentraciones, este puede causar

problemas de salud. La forma soluble en agua del Aluminio causa efectos

perjudiciales, estas partculas son llamadas iones. Son usualmente encontradas en

soluciones de Aluminio combinadas con otros iones, por ejemplo cloruro de Aluminio.

La toma de Aluminio puede tener lugar a travs de la comida, respirarlo y por

contacto en la piel. La toma de concentraciones significantes de Aluminio puede

causar un efecto serio en la salud como:

Dao al sistema nervioso central

- Demencia - Prdida de la memoria

- Apata

- Temblores severos

El Aluminio es un riesgo para ciertos ambientes de trabajo, como son las minas,

donde se puede encontrar en el agua. La gente que trabaja en fbricas donde el

Aluminio es aplicado durante el proceso de produccin puede aumentar los

problemas de pulmn cuando ellos respiran el polvo de Aluminio. El Aluminio puede

causar problemas en los riones de los pacientes, cuando entra en el cuerpo durante

el proceso de dilisis.

1.9.2 Aluminio y Sistema Nervioso

Actualmente, se considera que el cerebro constituye un sitio importante de

acumulacin de Al, independientemente de la va por la cual el mismo ingresa al

organismo. Diversas manifestaciones neurolgicas en el ser humano han sido

atribuidas a la intoxicacin por Al: prdida de la memoria, temblores, depresin de la

movilidad motora, prdida de la curiosidad, ataxia y convulsiones generalizadas con

estado epilptico. Por esta razn, el Al es considerado un elemento neurotxico. En

nios pequeos, la neurotoxicidad se manifiesta por regresin de las aptitudes

verbales y motoras.

Numerosos estudios epidemiolgicos y experimentales han sugerido una posible

conexin entre la neurotoxicidad producida por Al y la patognesis de la enfermedad

de Alzheimer. Aunque esta relacin todava es motivo de controversia, no se puede

ignorar la participacin de la intoxicacin alumnica en el desarrollo de severas

manifestaciones neurolgicas.

29

1.9.3 Exposicin ambiental

El Al natural se encuentra en el suelo formando parte de la estructura qumica de los

aluminosilicatos presentes en muchos minerales y rocas. Estos compuestos son muy

estables y, por lo tanto, insolubles en el medio ambiente natural. La accin

combinada de factores atmosfricos promueve cambios fsicos y qumicos que

suscitan la ruptura de las rocas superficiales. As se originan minerales arcillosos que

luego se transforman en xidos e hidrxidos de aluminio, ms solubles. Por otra

parte, debe considerarse que, debido a la accin del hombre, el Al puede existir en

altas concentraciones en los alrededores de los sitios donde se desechan residuos de

ciertas industrias, refineras, fundiciones, canteras y minas. Se ha calculado que un

70% de las tierras cultivables tienen suficiente acidez como para ocasionar

problemas de toxicidad originada por la solubilizaran de Al.

El polvo desprendido de los minerales y materiales rocosos es la fuente ms grande

de partculas portadoras de Al en la atmsfera. Por el contrario, las concentraciones

en el agua natural no presentan variaciones importantes, con excepcin de aquellas

zonas en las que las lluvias cidas modifican el pH de lagos y aguas subterrneas,

provocando aumento en la concentracin de Al.

La lluvia cida constituye un aporte significativo de Al al medio ambiente,

principalmente, en vastas zonas de Amrica del Norte, Alemania y pases

escandinavos. En nuestro pas, este efecto est atenuado por varios factores: a) la

circulacin de los vientos en el hemisferio norte, de oeste a este, impide que la densa

contaminacin de esa zona se desplace hacia el sur, b) el petrleo utilizado tiene bajo

contenido de azufre lo que disminuye la formacin de especies cidas contaminantes

y c) la naturaleza calcrea del suelo tiene efecto neutralizante.

En trminos de contaminacin ambiental, es importante resaltar que, desechar una

lata, significa generar un residuo por 500 aos. En cambio, el proceso de reciclado

del metal reduce en un 95% la contaminacin ambiental generada durante su

fabricacin y requiere menos del 10% del consumo elctrico necesario para obtener

la misma cantidad de Al a partir de bauxita.

1.9.4 Exposicin por la dieta

Muchos vegetales incorporan Al del suelo en el que son cultivados. Cuando el pH del

suelo es menor que 5, este metal es solubilizado en el agua y absorbido por las

races de las plantas.

El contenido de Al en los comestibles es altamente variable debido a su empleo

generalizado no slo en la manufactura sino tambin durante el almacenamiento en

latas y envoltorios. Los alimentos que contribuyen en mayor proporcin al Al dietario

son cereales, quesos procesados y sal, ya que contienen compuestos de Al

agregados como aditivos. Durante el procesamiento industrial de conservas de frutas

y cerveza se agregan ciertas sales de Al, las que tambin son componentes

habituales de polvos de hornear, conservantes, aditivos y agentes emulsionantes.

30

Las hojas de t tienen, en general, un elevado contenido de Al. La incorporacin al

organismo es mayor en los individuos acostumbrados a beber infusiones con limn,

ya que el anin citrato favorece la absorcin intestinal de Al.

Las latas de bebida y los utensilios de cocina constituyen fuentes adicionales de Al en

la dieta. Afortunadamente, la mayora de los alimentos no disuelve cantidades

importantes del catin pero tanto el calor suministrado durante la coccin como la

adicin de soluciones cidas y salinas, aumentan considerablemente su disolucin.

Los estudios dietarios muestran gran variabilidad con respecto a las cantidades de Al

que pueden ser incorporadas a travs de comidas y bebidas: entre 3 y 100 mg Al/da.

La presencia de Al en el agua de bebida deriva de su fuente natural y de los mtodos

empleados para la potabilizacin que incluyen una etapa de clarificacin qumica con

aluminato de sodio, aluminato de amonio o sulfato de Al. La cantidad del metal que

permanece en solucin en el agua de la red urbana depende no slo de la

concentracin residual sino tambin de otras variables regionales como el pH y la

coexistencia de otras sustancias. A pesar de que, en comparacin con otras, esta

fuente de exposicin representa una pequea proporcin de la ingesta diaria de Al, la

presencia de un porcentaje elevado de especies solubles del metal, de bajo peso

molecular, qumicamente reactivas y, posiblemente, ms fcilmente absorbibles,

sera responsable de la mayor disponibilidad del catin en ese medio.

1.9.5 Exposicin iatrognica

En los pacientes en estado terminal de enfermedad renal, tanto la ingestin de

compuestos de Al, prescriptos para contrarrestar la hiperfosfatemia, como la

hemodilisis utilizando agua con elevado contenido del metal, han sido asociadas con

alteraciones seas y con la aparicin de signos de anemia y demencia. Si bien en la

actualidad se tiende a disminuir la concentracin de Al en los lquidos de dilisis a

travs del tratamiento del agua por smosis reversa, numerosos pacientes

manifiestan an sntomas de "demencia alumnica". Asimismo, el Al contina siendo

uno de los mayores agentes causantes de alteraciones seas en esos pacientes.

Por otra parte, el riesgo de toxicidad por Al no est limitado a los pacientes con

enfermedad renal terminal, ya que otros pacientes con funcin renal normal, y an

individuos sanos, estn expuestos al metal. El motivo principal de esta exposicin se

halla en el extenso uso del elemento en medicina, en la industria farmacutica, en la

elaboracin de vacunas, soluciones nutritivas, etc.

Entre los medicamentos que contienen Al figuran anticidos, aspirinas tamponadas,

suplementos de calcio, productos antidiarreicos y antihemorroidales, muchos de ellos

de venta libre, los cuales son comnmente usados y pueden contribuir a la severidad

de la exposicin al metal.

El acetilsalicilato de Al es el analgsico y antipirtico de eleccin por aquellos

individuos a quienes la aspirina ocasiona irritacin de la mucosa gstrica. Los

anticidos contienen dihidroxi-glicinato, dihidroxi-alantoinato o hidrxido de aluminio y

su ingestin cotidiana constituye una de las mayores fuentes del metal. Las dosis

31

frecuentemente prescriptas a consumidores regulares de anticidos, segn distintos

autores, oscilan entre 0,5 y 13 mmol Al/kg peso corporal. Ello implica un consumo

diario que puede alcanzar el orden de gramos del catin.

Las vacunas que proveen inmunidad contra difteria, ttanos, hepatitis, rabia y ntrax

contienen como adyuvante compuestos de aluminio.

Como contaminante, el catin se encuentra, frecuentemente, en soluciones

intravenosas y parenterales. Las vctimas ms vulnerables de la intoxicacin aguda

con el metal se hallan entre los neonatos prematuros alimentados por va intravenosa

y los pacientes que han sufrido graves quemaduras sometidos a nutricin parenteral.

Aunque mucho se ha avanzado en la identificacin del impacto del Al sobre la salud

humana, lo concreto es que se desconocen los lmites de seguridad para la ingestin

oral o administracin endovenosa de compuestos de Al, y la circunstancia ms

preocupante es que tampoco existen pautas indicativas del control del metal en las

diferentes fuentes de exposicin.

1.9.6 Exposicin ocupacional

La exposicin a Al es inevitable debido al incremento de su uso en la vida diaria y en

las industrias. El riesgo es potencialmente mayor entre ciertos grupos ocupacionales

como, por ejemplo, trabajadores de refineras, fundiciones, canteras, minas,

imprentas, concesionarias de automotores, estaciones de servicio y personal

involucrado en la fabricacin de productos metlicos. La exposicin se produce en

estos casos por el ingreso del metal a travs de la piel o por inhalacin de polvos,

vapores y humos.

1.10 Nombres del Aluminio

-Nombres comunes del Aluminio

o Aluminium

o Alumbre

o Alam

o Aluminium

o Alumina

o Alumen

o Aluminis

o Alminas

-Nombres Cientficos del aluminio

o Bauxita

o Almina

1.11 Marcas comerciales del aluminio

o Sulfato de aluminio

32

o Fosfuro de aluminio

o Hidrxido de aluminio

1.12 Usos mas comunes del aluminio

1.12.1 Electricidad y comunicacin

El aluminio ha ido reemplazando progresivamente al cobre desde la dcada de los 50

en las lneas de transmisin de alto voltaje y actualmente es una de las formas ms

econmicas de transportar electricidad, adems de que puede hacerlo ms

eficientemente que el cobre (actualmente se usan conductores de aluminio para

transmitir electricidad a 700.000 voltios o ms). Por otra parte, el aluminio tambin

est presente en las antenas para televisores y satlites.

1.12.2 Transporte

Durante la ltima dcada la utilizacin de aluminio en la industria automovilstica ha

aumentado de forma constante y la industria del aluminio est dedicando importantes

recursos para aumentar su participacin en este sector. Este inters responde a

criterios ecolgicos, adems de econmicos.

Actualmente, se fabrican en aluminio piezas fundidas (pistones, ruedas, cajas de

transmisin, conjuntos de suspensin), radiadores, y estructuras y carroceras Ya

existen algunos coches no slo deportivos sino berlinas de alta gama y utilitarios

fabricados totalmente en aluminio. La utilizacin de este material en la fabricacin de

vehculos con lleva grandes ventajas medioambientales: la ligereza del material

supone una reduccin del peso del vehculo de hasta un 30%, lo que se traduce en

un ahorro de combustible, ya que el vehculo requiere menor fuerza y potencia para

moverse, y por lo tanto genera un menor porcentaje de polucin. En trminos de

reciclabilidad, en Amrica del Norte y Europa ms del 98% del aluminio contenido en

los automviles es recuperado y reciclado. Asimismo el sector ferroviario tambin

utiliza el aluminio en sus locomotoras. Como ejemplo: un tren de aluminio aporta un

ahorro de energa del 87% a lo largo de los 40 aos de vida media, en comparacin

con otros trenes fabricados con elementos ms pesados.

En el sector aeroespacial es indispensable gracias a su ligereza. Desde que se

fabricara el primer aeroplano, el aluminio ha formado parte importante en su

construccin y ha reemplazado a materiales que se utilizaban en sus inicios como la

madera y el acero. De hecho, el primer avin de aluminio se fabric en la dcada de

1920 y desde entonces sigue vinculado a este sector gracias a la combinacin de su

resistencia, ligereza y maleabilidad.

1.12.3 Edificacin y Construccin

En Colombia y otros pases del mundo, en el sector de la construccin, el uso del

aluminio es mayoritario en comparacin con otros metales. La demanda ha crecido

de manera considerable a lo largo de los ltimos 50 aos y actualmente es utilizado

en estructuras de ventanas y puertas y en otras estructuras como cubiertas para

grandes superficies y estadios Por otra parte, cada vez ms, diseadores, arquitectos

y artistas utilizan el aluminio con fines ornamentales y Decorativos.

33

1.12.4 Envases

Figura 12. Envases de Aluminio, Recuperado de (www.alimarket.es, s.f.)

En este sector, las aplicaciones son mltiples y abarcan desde la fabricacin de latas,

el papel de envolver, la capa intermedia de envases de cartn (tetra brick) hasta

lminas para cerrar yogures, medicamentos, etc.

En cuanto a la utilizacin de latas de aluminio cabe destacar sus ventajas en

comparacin con otros envases: protegen el contenido durante largos periodos ante

la entrada de oxgeno y contra la luz , son muy ligeras, permiten enfriar las bebidas

rpidamente, son difciles de romper, presentan una gran comodidad de manejo y

ocupan muy poco espacio. Y lo ms importante: son 100% reciclables.

1.12.5 Otros usos

En la industria qumica el aluminio y sus aleaciones se utilizan para fabricar tubos,

recipientes y aparatos. Por su elevada conductividad trmica, el aluminio se emplea

en utensilios de cocina. Adems, no hay que olvidar la presencia en nuestra vida

cotidiana del papel de aluminio de 0,018 cm. de espesor, que protege los alimentos y

otros productos perecederos El aluminio se utiliza tambin en reactores nucleares a

baja temperatura porque absorbe relativamente pocos neutrones. La resistencia a la

corrosin al agua del mar del aluminio tambin lo hace til para fabricar cascos de

barco y otros mecanismos acuticos.

En definitiva, el aluminio es el elemento ms abundante de la corteza terrestre

despus del oxgeno y el silicio y adems puede ser reciclado infinitamente sin por

ello perder un pice de sus cualidades. Las aplicaciones son infinitas y su demanda

crece da a da. Un material idneo para el mundo actual y que respeta el medio en el

que vivimos.

34

1.13 Ficha Tcnica del Aluminio

Ductilidad Elevada

Resistencia mecnica Buena

Resistencia a traccin: 160-200 Mpa (N/mm2) estado puro

Lmite elstico: 110 N/mm2

Lmite a rotura: 150 N/mm2

Resistencia a cizalladura: 117 MPa

Mdulo elstico: 69

Resistencia a la corrosin: Muy buena

Densidad: 2,7 g/cm-3

Resistencia al fuego: M0 segn UNE 23-727-90

No combustible frente a accin trmica

Coeficiente dilatacin lineal: 23,5 * 10-6 m/mK

Reciclable: S

35

2. DESCRIPCIN DE LA EMPRESA

2.1 Empresa Almina

El Grupo Almina nace de juntar recursos, esfuerzos y voluntades bajo una misma visin que nos permitir llegar a oportunidades de mercado donde podemos ser ganadores y dar cuenta de nuestro liderazgo. Simbolizamos la unin de talento, experiencia y conocimiento en el mercado del Aluminio para dar las mejores soluciones a nuestros clientes logrando reconocimiento y fidelidad. En su conformacin cuenta con dos grandes empresas como lo son Almina y Emma creando el grupo industrial de aluminio ms grande del pas.

Empresas situadas en 4 diferentes partes del pas: Medelln, Cali, Bogot y Barranquilla. 2.2 Aspectos Generales de la Empresa

ALUMINA cuenta con ms de 50 aos siendo la empresa lder en aluminio en

Colombia, un metal que est presente en todos los espacios de nuestra vida y que

tiene mucho para contribuir al bienestar del hombre moderno.

Muchas de las obras que se construyen en el pas, cuentan con el aluminio de

ALUMINA en sus estructuras. Desde el imponente domo del aeropuerto Jos Mara

36

Crdova del municipio de Rionegro, hasta la fachada del recin construido hospital

San Vicente de Paul, el primer hospital ecolgico de Colombia. Ambos son una

muestra de la calidad de los productos de ALUMINA.

Pero ALUMINA tambin hace parte de la cotidianidad de nuestros hogares, desde un

completo portafolio de productos para la preservacin de los alimentos, hasta

prcticos elementos que nos hacen ms fcil la vida diaria.

Eso es ALUMINA hoy, un Grupo Empresarial con ms de cinco dcadas de

conocimiento y liderazgo, que le apuesta a un futuro lleno de innovacin y servicio,

los diferenciales que le asegurarn mantenerse como la empresa lder en el mercado

del aluminio en Colombia.

La historia de ALUMINIO NACIONAL, ALUMINA S.A. data del ao 1956, momento en el que ALCAN SALES, compaa canadiense adquiere PERFALCO, industria del Aluminio ubicada en Santiago de Cali en esa poca y propiedad del Seor Tony Katalenic. A inicios de 1963, se logra la instalacin de la planta de laminacin, momento en el que no solo crece la estructura fsica de la compaa sino tambin la oportunidad de atender a nuevas u mayores necesidades del mercado nacional. En 1977, ALCAN SALES vende el 51% de sus acciones a nuevos inversionistas colombianos y ms tarde, en 1985 habiendo adquirido el 49% de las acciones restantes de ALCAN nace ALUMINIO NACIONAL, ALUMINA S.A, compaa del sector industrial 100% colombiana. Para este momento ALUMINA contaba ya, desde 1.980, con la planta de pinturas y, desde 1.982, con la planta de Anodizado, instalaciones que le permitieron a la compaa fortalecer su fuerza de venta y en general su liderazgo en el sector Industrial del Aluminio gracias a la oportunidad que ofrecan de embellecer con finos acabados cada producto. En 1.988, le es otorgado a ALUMINA el premio Nacional de Calidad por parte del gobierno colombiano. En 1.990, comienza a funcionar el Departamento de Foil con una planta propia dentro de la compaa. Esta se convierte en la oportunidad perfecta de ampliar el mercado, posicionarse en la venta de productos de consumo masivo y convertirse en el segundo fabricante de esta lnea a nivel nacional. A inicios de 1.994 la planta de extrusin de Almina moderniza su infraestructura con esto el nivel de inversin incrementa y ahora contando con este recurso tecnolgico la compaa promueve el cambio y la transformacin. Certificaciones tan importantes como el Aseguramiento de la Calidad ISO-9002 y su actualizacin ISO-9001, 2.000 son otorgadas a Almina (en 1.997 y 2.003 respectivamente) En el 2.004, en el mes de Abril, Almina recibe auditoria de Seguimiento al Sistema de Gestin Ambiental ISO 14001 y logro destacarse por la contribucin a la preservacin del medio ambiente y por evidenciar participacin activa por parte de los colaboradores de la compaa. 2013. ALUMINA estuvo participando como patrocinador en el XXXIII Congreso Colombiano de Arquitectura. En el marco de este evento presentamos nuestro Portafolio Bioclimtico, con soluciones en puertas, ventanas, quiebrasoles y

37

persianas cuyas caractersticas de manejo de la temperatura del ambiente y control acstico, permiten resultados de eficiencia energtica y bioclimtica.

3. ANALISIS DE PROCESOS

3.1 Definicin de Fundicin

La posibilidad de fundir un metal o una aleacin depende de su composicin (fijada

por el intervalo de solidificacin), temperatura de fusin y tensin superficial del metal

fundido. Todos estos factores determinan su fluidez. Se utilizan tres tipos de

fundicin.

En lingoteras: Se usa la fundicin de primera fusin a la que se aaden los

elementos de aleacin necesarios que posteriormente se depositan en lingoteras de

colada por gravedad o a presin.

Colada continua: En este tipo se eliminan las bolsas de aire y las secreciones, tanto

longitudinales como transversales. Mediante este sistema se obtienen barras,

perfiles, etc.

Fundicin en moldes: Se extraen las piezas completas.

3.2 Proceso de Fundicin por colada contina

Figura 13. Proceso Fundicin por Colada Contina, Recuperado de

(www.directindustry.es, s.f.)

La colada continua se trata de un proceso metalrgico que permite el control continuo

de la transformacin del metal lquido a alta temperatura a slido para la obtencin de

productos semi-terminados como:

- hilos,

- cilindros,

38

- tubos,

- perfiles rectangulares, - secciones especiales

La hilera de grafito utilizada en esta transformacin permite:

La conformacin del metal,

La extraccin necesaria de calor para la transicin del metal lquido a slido.

Tambin se conoce como el proceso por el cual el metal fundido se solidifica

en un "semiacabado" tocho, floracin, o losa para su posterior laminacin en los molinos de acabado. Antes de la introduccin de la colada continua en la

dcada de 1950, el aluminio se verta en moldes estacionarios para formar lingotes. Desde entonces, "colada continua" ha evolucionado para lograr un

mejor rendimiento, la calidad, la productividad y la rentabilidad. Permite el menor costo de produccin de perfiles metlicos con una mejor calidad,

debido a los costos ms bajos de inherentemente continua, la produccin estandarizada de un producto, as como proporcionar un mayor control sobre

el proceso a travs de la automatizacin. Este proceso se usa ms frecuentemente para emitir acero, aluminio y cobre.

3.1.1 Definicin del Proceso

Se denomina colada continua por que permite la solidificacion y el retito inmediato del

metal en un molde determinado y adaptado, finalizando con el corte de longitud

requerida de las piezas metalicas.

El proceso de fundicion continua puede realizarse tanto de forma vertical como

horizontal, dependiendo del tamao del producto y el volumen de fabricacion sin

distincion entre metales ferrosos y no ferrosos

Cuando se trabaja horizontalmente,a medida que la barra recorre la mquina en toda

suextensin, se completa el proceso de solidificacin, mientrasen el modo vertical la

solidificacin se produce en laparte inferior del molde.

El mtodo tradicional para fundir Aluminio radica en verter el metal lquido en un

molde, que se enfra con chorros de agua, para posteriormente retirarlo y luego

colocarlo en un tren de laminado horizontal donde la pieza final es cortada en

diferentes tamaos.

39

Figura 14. Mquina para proceso de fundicin por colada.

3.2 Materiales Utilizados en el Proceso

Los materiales utilizados para la colada continua son cualquier tipo de metal ferroso o

no ferroso. Que se puede fundir a altas temperaturas.

3.3 Equipos y Maquinaria

3.3.1 Equipos para fundicin por colada continua

- Cuchara de colada. (De vaciado por arriba o por el fondo) - Depsito distribuidor. (Asegura la perfecta separacin de la escoria) - Lingotera. (Abierta por los dos extremos, sometida a movimiento alternativo)

- Seccin de refrigeracin. (Corriente de agua o agua pulverizada) - Mecanismo enderezador. (Rodillos que obligan a pasar la barra entre ellos)

- Mecanismo de corte. (Oxicorte, con varios sopletes para seccionar la barra) - Sistema de extraccin. (Avance continuo, almacenamiento de barras).

3.3.2 Maquinaria Para Fundicin

3.3.2.1 Tipos de Hornos Para Fundicin

Los hornos que se usan para fundir metales y sus aleaciones varan mucho en

capacidad y diseo. Varan desde los pequeos hornos de crisol que contienen unos

pocos kilogramos de metal a hornos de hogar abierto de hasta varios centenares de

toneladas de capacidad del horno. El tipo de horno usado para un proceso de

fundicin queda determinado por los siguientes factores:

40

- Necesidades de fundir la aleacin tan rpidamente como sea posible y

elevarla a la temperatura de vaciado requerida. (Ahorro de energa y de

tiempo).

- La necesidad de mantener tanto la pureza de la carga, como precisin de su

composicin. (Control de calidad).

- Produccin requerida del horno. (Productividad y economa).

- El costo de operacin del horno. (Productividad y economa).

- Interaccin entre la carga el combustible y los productos de la combustin.

(Eficiencia).

- La carga se encuentra entre el combustible y los productos de la combustin.

(Hornos cubilote).

- La carga est aislada del combustible pero en contacto con los productos de la

combustin. (Horno hogar abierto para la fabricacin de acero).

La carga est aislada tanto del combustible como de los productos de la combustin.

(Hornos de crisol calentado por combustin de gas, carbn pulverizado o petrleo).

3.3.2.2 Horno Para Fundicin Por Colada Contina

41

3.4 Proceso de fundicin en Alumina

- Parmetro tcnico (mquina de aluminio de la colada de lingotes):

Aleacin de aluminio: 1000, 3000, 8000 series

Grueso del producto: 5-10 milmetros

Fuerza mxima del balanceo; 6000-25000kn

Anchura del producto: 800-2200m m

Longitud de la superficie del rodillo: 1000-2400m m

Dimetro. Del rodillo del bastidor; 600-1200m m

Peso mximo de la bobina: 20000kg

Velocidad del balanceo: 800-1500 mm/min

Sistema de control elctrico: Siemens ABB

Tipo modelo (mquina de aluminio de la colada de lingotes)

650~700 1400~1650

720~850 1650~1850

960~980 1600~2100

1000~1200 1800~2400

Las serie 1000, 3000, etc. Ayudan a determinar el tipo de dureza, tipo de resistencia,

de maleabilidad, tipo de conductividad y lo que se hace es tratar de tener la mayor

cantidad de aleaciones. La serie 8000 es la que permite tener una mayor dureza.

- El tcnico introduce (la mquina de aluminio de la colada de lingotes):

La colada continua de la tira de aluminio y el proceso del balanceo es una tecnologa

de produccin avanzada, que se importa en los aos ochenta. El proceso bsico:

Horno fusorio Furnace Removal esttico del lingote de aluminio de la mquina que

arrolla de la unidad de GasFilterTipRolling MillIntermediate

Sus caractersticas: Paso de aluminio de la tira con la fusin y el lanzamiento del

aluminio fundido convertido. Pasa a travs de laminado en fro al acabamiento. Para

omitir el lingote de aluminio, calefaccin, laminacin en caliente, tira de aluminio

abierta en el proceso de produccin de aluminio de la tira. Grandemente reduciendo

el proceso de produccin, fondos de construccin, tambin la produccin del burning

42

del metal. Reduccin del consumo de energa mientras que alcanza la produccin

contina de hojas de aluminio.

3.5 Ventajas frente a otros procesos

Los Aluminios de colada continua presentan muchas ventajas notables si se los

compara con otros aluminios fundidos pues, debido a la naturaleza del proceso de

fabricacin, es posible evitar muchos defectos tpicos de los mtodos tradicionales

que constituyen la mayor causa de prdidas por deterioro y maquinado. Para

entender los beneficios que ofrece el proceso de fundicin continua es indispensable

describir los defectos ms comunes que causa la fundicin tradicional en el material

y, cmo stos son corregidos por la fundicin de colada continua. Entre las fallas ms

frecuentes se encuentran:

- Burbujas de gas

- Rechupes centralizados - Inclusin de escoria

El proceso de fundicin continua empieza vertiendo el aluminio lquido en el horno de

alimentacin, lo que hace que impurezas, como la escoria, floten sobre el hierro

lquido y facilite retirarlas y mantenerlas alejadas de la salida del hierro al molde de

grafito ubicado en la base del horno.

3.5.1 Beneficios de la Fundicion Continua

Adems de que los productos fabricados por fundicin continua presentan una menor

cantidad de problemas por defectos fsicos y estructurales, que van en detrimento de

la productividad de una empresa, este proceso brinda otros beneficios.

Adicionalmente, los productos elaborados mediante el proceso de fundicin continua

presentan menor rebaba, ya que este mtodo permite producir barras en diferentes

formas y dimensiones muy cercanas a la pieza final, as con una superficie libre de

incrustaciones de arena, lneas divisorias, surcos y otros defectos producidos por los

vaciaderos y respiraderos utilizados en otras fundiciones, la calidad de los productos

aumenta ostensiblemente y al momento del maquinado se realizan cortes suaves sin

interrupciones en la pieza, lo que reduce el tiempo de mecanizado.

3.6 Controles de Calidad

3.6.1 Control de Calidad de la Materia Prima.

La empresa cuenta con un control de calidad que garantiza, a trav{es de tecnolog{oa

de ltima generacin, la calidad de las aleaciones de aluminio, para que cumpla con

los requerimientos fsicomecnicos y qumicos, tanto en placas como en las piezas

fabricadas por fundicin.

Esta calidad es el resultado de la apliacin de tecnologa de ltima generacin que

ayuda a cumplir con el exigente programa de control:

43

-Anlisis qumico del aluminio, realizado con un equipo de ltima generacin

(espectrmetro de emisin de lectura directa) con patrones certificados.

-Grado de porosidad del aluminio, con una bomba de vaco Gas Tech.

-Refinamiento del grano de la estructura del aluminio con el grain size test.

-Inclusiones de escoria en el aluminio, con el equipo K-mold-tester.

-Gado de dureza del material, con un durmetro.

-Evaluacin de icroestructura del aluminio, a travs del ensayo metalogrfico con el

espectrmetro de emisin de lectura directa.

-Anlisis visual de atributos, evaluando formas y detalles.

-Medicin de dimensiones, cuidando que se encuentren dentro de las

especificaciones acordadas con el cliente.

3.6.2 Control de Calidad del Proceso

Hoy en da, la mayor parte de plantas de fundicin continua operan horizontalmente

por las facilidades logsticas, por la comodidad de manejo del producto y la seguridad

del procedimiento. Aunque, el proceso vertical tiene una ventaja en materia de

enfriamiento direccional inducido por la gravedad. As las cosas, aunque el proceso

es simple implica una gran complejidad metalrgica, por lo cual es necesario

comprenderlo y evaluarlo matemticamente para optimizar las instalaciones y mejorar

la calidad de los productos.

En especial, es necesario controlar el comportamiento trmico y la solidificacin en la

colada continua, factores que determinan el xito del proceso.

El inicio de una mquina de colada continua implica la colocacin de una

barra ficticia a travs de la cmara de pulverizacin para cerrar la base del molde. El metal se vierte en el molde y se retira la barra ficticia con una vez

que se solidifica. Es extremadamente importante que el suministro de metal debe ser garantizado para evitar apagados y reinicios innecesarios,

conocidos como 'rotaciones'. Cada vez que detiene y reinicia la mquina de colada, se requiere una nueva artesa de colada, como cualquier metal, en la

artesa de colada no puede ser drenado y en su lugar se congela en un 'crneo'. Evitar rotaciones requiere el taller de fundicin, incluyendo hornos

de cuchara para mantener un control estricto de la temperatura del metal, que puede variar dramticamente con adiciones de aleacin, escoria

cubierta y eliminacin de escoria, y el precalentamiento de la cuchara de colada antes de que se acepte el metal, entre otros parmetros. Sin

embargo, la tasa de reparto puede reducirse mediante la reduccin de la cantidad de metal en la artesa, o si el lanzador tiene mltiples hebras, una o

ms hebras se pueden apagar para acomodar retrasos de aguas arriba. Turnarounds pueden ser programadas en una secuencia de produccin si la

temperatura artesa de colada se hace demasiado alta despus de un cierto nmero de series.

44

Muchas de las operaciones de colada continua son ahora completamente

controladas por ordenador. Varios electromagnticos y sensores trmicos en la cuchara cubierta, artesa y el sentido moldear del nivel de metal o el peso,

el caudal y la temperatura del metal caliente y el sistema de automatizacin puede establecer la velocidad de extraccin, una cadena a travs del control

de la velocidad de los rodillos de abstinencia. El flujo de metal en los moldes puede ser controlado a travs de dos mtodos:

- Por compuertas deslizantes o varillas de tope en la parte superior de las cubiertas de moho

- Si el metal est abierto-vierte, a continuacin, el flujo de metal en los moldes es controlado nicamente por el dimetro interno de las boquillas de medicin.

Estas boquillas son generalmente intercambiables.

En general la velocidad de colada se puede ajustar mediante la alteracin de la cantidad de metal en la artesa de colada, a travs de la compuerta de

corredera cuchara de colada. El PLC tambin puede establecer la velocidad de oscilacin del molde y la tasa de alimentacin de polvo del molde, as

como el flujo de agua de pulverizacin. Un control por ordenador tambin permite que los datos vitales de fundicin se repitan en otros centros de

produccin, lo que permitir que sus ritmos de trabajo se ajus ten para evitar el "desbordamiento" o "empotramiento" del producto.

Mientras que la gran cantidad de automatizacin ayuda a producir piezas de

fundicin sin contraccin y poca segregacin, colada continua no sirve de nada si el metal no est limpio de antemano o se convierte en "sucio"

durante el proceso de fundicin. Uno de los principales mtodos a travs del cual el metal caliente puede llegar a ser sucio es por oxidacin, que se

produce rpidamente a temperaturas de metal fundido; inclusiones de gas, escoria o no disuelto aleaciones tambin pueden estar presentes. Para

evitar la oxidacin, el metal se asla de la atmsfera tanto como sea posible. Para lograr esto, las superficies metlicas expuestas estn cubiertas - por

los obenques, o en el caso de la cuchara de colada, artesa de colada y el molde, por escoria sinttica. En la artesa, las inclusiones - burbujas de gas,

otra escoria u xidos o aleaciones no disueltas - tambin pueden quedar atrapadas en la capa de escoria.

Un importante problema que puede producirse en la colada continua es de ruptura, lo que permite que el metal todava fundido dentro de la cadena

derrame y ensucie la mquina, lo que requiere un cambio de tendencia. A menudo, se debe a la ruptura demasiado alta de tasa de retiro, ya que el

depsito no ha tenido tiempo de consolidar al espesor requerido, o el metal es demasiado caliente, lo que significa que la solidificacin final se lleva a

cabo muy por debajo de los rodillos de enderezado y por las rupturas de cadenas debido a las tensiones aplicadas durante el enderezamiento. La

dinmica de fluidos computacional y otras tcnicas de flujo de fluido se utilizan ampliamente en el diseo de nuevas operaciones de colada

continua, especialmente en la artesa de colada, para asegurar que las inclusiones y la turbulencia se eliminen del metal caliente, sin embargo, hay

45

que asegurar que todo el metal alcance el molde antes de que se enfre

demasiado. Pequeas modificaciones en las condiciones de flujo dentro de la artesa o el molde puede significar la diferencia entre altas y bajas tasas

de rechazo del producto.

En la mesa de colada vertical, se realizan actividades que contribuyen asegurar la

calidad del producto, estas actividades se describen a continuacin:

Verificacin de la pureza: Se realiza a travs de un equipo de ensayo al vaco.

Mantenimiento del agua refrigerante: El agua es tratada a fin de cumplir con la

qumica requerida, ya que de no controlarse pudiesen existir impurezas que

obstruiran el sistema de regadera que poseen los moldes y en consecuencia el

proceso de solidificacin de la aleacin se vera afectado. Para ello se cuenta con

una torre de enfriamiento que permite la estabilidad de la temperatura necesaria para

el proceso de colada, a su vez se efecta, un mantenimiento de la qumica del agua

con una frecuencia de cada quince(15) das, a fin de controlar parmetros como: PH,

aceites y grasa, slidos en suspensin, hierro soluble y conductividad.

Mantenimiento y Calibracin de Moldes: Dado a que el molde es el elemento

fundamental de la mesa de colada, ya que le asigna a la aleacin su aspecto de

presentacin en estado slido, se hace necesario realizar mantenimiento y

calibracin a fin de garantizar una buena solidificacin de la aleacin y calidad

superficial de los cilindros.

El mantenimiento y la calibracin preventiva de los moldes se realiza con una

frecuencia variable, y entre colada se realiza una inspeccin visual de las condiciones

de los platos de transicin, anillo de grafito y los orificios del sistema de enfriamiento

de los moldes. Se cuenta con un banco de prueba para moldes donde estos son

sometidos a una revisin de: flujo de gas, flujo de presin de lubricacin, fugas de

aire o gas entre plato y anillo de colada, fuga de gas entre el dimetro externo del

anillo de colada y posterior del molde. Esta actividad la realiza personal calificado que

ha recibido entrenamiento tecnolgico impartido por los proveedores de la tecnologa

especfica requerida para la ejecucin del mismo.

Control de Parmetros: El operador del horno controla estrictamente en el sitio, a

travs de dispositivos de medicin los parmetros de: Temperatura del metal,

temperatura del agua, flujo de agua, velocidad de colada, presin de Nitrgeno,

presin de aceite, presin de aire Seco, flujo de aire seco, presin de Cloro, velocidad

de inyeccin del TiBor.

Estos controles garantizan que el proceso de transformacin de liquido-slido se

realice de manera efectiva y con los requerimientos de calidad exigido.

Refinacin de Grano: El compuesto para la refinacin del grano es el TiBor, este

aleante es introducido por el operador de horno durante el proceso de colada con el

objeto de reducir la coagulacin de los constituyentes nucleantes, esto contribuye a

mejorar la calidad impide la aparicin de defectos tales como grietas internas y

mejora la velocidad de extrusin.

46

Este es adicionado a travs de un dispositivo de inyeccin directamente controlado

por el operador.

Proceso de Inspeccin: Esta inspeccin es realizada por el operador, a travs

evaluacin visual simultanea de la superficie del producto, y la utilizacin de un

dispositivo de ultrasonido para analizar la estructura interna del mismo. El valor

agregado de este proceso es la deteccin de defectos tales como: surcos, pliegues,

rugosidad, doblez, grieta externa e interna

3.6.3 Control de Calidad del Producto

Para evaluar la calidad de los productos se cuenta con estos indicadores:

- La calidad de conformidad: es la medida en que un producto se corresponde con las especificaciones diseadas, y concuerda con las exigencias del

proyecto.

- La calidad de funcionamiento: indica los resultados obtenidos al utilizar los productos fabricados.

3.7 Gestin Ambiental, (Residuos Slidos).

La escoria resultante de la produccin primaria del aluminio, de color blanco, y de su

reciclaje secundario todava contiene un porcentaje importante del metal que puede

ser extrado industrialmente. Este proceso crea bloques de aluminio, al igual que un

material de desecho altamente complejo, el cual resulta complicado de manejar.

Reacciona con el agua, liberando de esta manera una mezcla de gases que

incluye hidrgeno, acetileno y amonaco, y que espontneamente entra en

combustin al contacto con el aire; el contacto con aire hmedo provoca la liberacin

de importantes cantidades de gas amoniaco. A pesar de estas dificultades, de todas

formas, se le ha encontrado un uso a estos desperdicios como relleno

para asfalto y hormign.

Una buena parte de los lingotes son transformados en lminas y se vuelven a

convertir en otros productos.

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4. ANLISIS DE PRODUCTOS

4.1 Nombre del producto

Puentes y Vigas Para Carroceras de Carga

Figura 15. Puentes y Vigas resultantes de la fundicin de lingotes de aluminio

al 99.98%., Recuperado de (Alumina, s.f.)

4.1.1 Marca

ALUMINA. La adecuada relacin en peso (geometra/aleacin), y ensamble,

hace de los sistemas de soporte en aluminio elementos confiables en las

carroceras de carga.

4.1.2 Referencias

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4.2 Empresas de competencia de puentes y vigas para carroceras de

carga.

-SADINAL LTDA.

Empresa dedicada principalmente a la distribucin de perfilera en aluminio

arquitectnico e industrial, acrlico y accesorios. Ubicada en Bogot D.C.

-CAMACOL.

Empresa dedicada principalmente a la construccin. Ubicacin Principal

Bogot D.C.

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ANEXO 1, PROPIEDADES FSICAS DEL ALUMINIO

Propiedades fsicas Mtrico Ingls

Densidad 3,96 g / cc 0,143 lb / in

Absorcin de agua 0,00% 0,00%

una constante de red 4,7591 4,7591

c constante de red 12.9894 12.9894

Unidades Formula / Celular (Z)

6 6

Peso molecular 101.961 g / mol

101.961 g / mol

Mdulo de Weibull > = 10 > = 10

ANEXO 2, PROPIEDADES TRMICAS DEL ALUMINIO

Propiedades Trmicas Mtrico Ingls

CTE, lineal 8.10 m/m- C 4.50 in/in- F

Temperatura @ 20,0-1.0