Aluminio. Uso en el automovil.

Empezaremos explicando el proceso de obtencion del aluminio.

El aluminio es uno de los elementos más abundantes de la corteza terrestre (8%) y uno de los metales más caros en obtener. Una parte muy importante de la producción mundial es producto del reciclaje.La materia prima a partir de la cual se extrae el aluminio es la bauxita. Es un mineral rico en aluminio, entre un 20% y un 30% en masa, frente al 10% o 20% de los silicatos alumínicos existentes en arcillas y carbones. Es un aglomerado de diversos compuestos que contiene caolinita, cuarzo óxidos de hierro y titania, y donde el aluminio se presenta en varias formas hidróxidas como la gibbsita Al (OH)3, la boehmita AlOOH y la diásporo AlOOH.La obtención del aluminio se realiza en dos fases: la extracción de la alúmina a partir de la bauxita (proceso Bayer) y la extracción del aluminio a partir de esta última mediante electrolisis. Cuatro toneladas de bauxita producen dos toneladas de alúmina y, finalmente, una de aluminio. El proceso Bayer comienza con el triturado de la bauxita y su lavado con una solución caliente de hidróxido de sodio a alta presión y temperatura. La sosa disuelve los compuestos del aluminio, que al encontrarse en un medio fuertemente básico, se hidratan.Los materiales no alumínicos se separan por decantación. La solución cáustica del aluminio se enfría luego para recristalizar el hidróxido y separarlo de la sosa, que se recupera para su ulterior uso. Finalmente, se calcina el hidróxido de aluminio a temperaturas cercanas a 1000 °C, para formar la alúmina.El óxido de aluminio así obtenido tiene un punto de fusión muy alto (2000 °C) que hace imposible someterlo a un proceso de electrolisis. Para salvar este escollo se disuelve en un baño de criolita, obteniéndo una mezcla eutéctica con un punto de fusión de 900 °C. A continuación se procede a la electrólisis, que se realiza sumergiendo en la cuba unos electrodos de carbono (tanto el ánodo como el cátodo), dispuestos en horizontal. Cada tonelada de aluminio requiere entre 17 y 20 MWh de energía para su obtención, y consume en el proceso 460 kg de carbono, lo que supone entre un 25% y un 30% del precio final del producto, convirtiendo al aluminio en uno de los metales más caros de obtener. El aluminio obtenido tiene un pureza del 99,5% al 99,9%, siendo las impurezas de hierro y silicio principalmente. De las cubas pasa al horno donde es purificado mediante la adición de un fundente o se alea con otros metales con objeto de obtener materiales con propiedades específicas. Después se vierte en moldes o se hacen lingotes o chapas.

Bauxita

El aluminio es 100% reciclable sin merma de sus cualidades físicas, y su recuperación por medio del reciclaje se ha convertido en un faceta importante de la industria del aluminio. El proceso de reciclaje del aluminio necesita poca energía. El proceso de refundido requiere sólo un 5% de la energía necesaria para producir el metal primario inicial.Al aluminio reciclado se le conoce como aluminio secundario, pero mantiene las mismas propiedades que el aluminio primario.La fundición de aluminio secundario implica su producción a partir de productos usados de dicho metal, los que son procesados para recuperar metales por pretratamiento, fundición y refinado.Para proceder al reciclaje del aluminio primero hay que realizar una revisión y selección de la chatarra según su análisis y metal recuperable para poder conseguir la aleación deseada. La chatarra preferiblemente se compactará, generalmente en cubos o briquetas o se fragmentará, lo cual facilita su almacenamiento y transporte. La preparación de la chatarra descartando los elementos metálicos no deseados o los inertes, llevarán a que se consiga la aleación en el horno de manera más rápida y económica.El residuo de aluminio es fácil de manejar porque es ligero, no arde y no se oxida y también es fácil de transportar. El aluminio reciclado es un material cotizado y rentable.

En este enlace se muestra el precio del aluminio de primera y segunda generacion y el precio del acero.

Caracteristicas mecanicas del aluminio:es un material blando (Escala de Mohs: 2-3-4) y maleable. En estado puro tiene un límite de resistencia en tracción de 160-200 N/mm2 (160-200 MPa). Todo ello le hace adecuado para la fabricación de cables eléctricos y láminas delgadas, pero no como elemento estructural. Para mejorar estas propiedades se alea con otros metales, lo que permite realizar sobre él operaciones de fundición y forja, así como la extrusión del material. También de esta forma se utiliza como soldadura. Aqui se muestran las diferentes propiedades que tienen el aluminio y el acero. Una propiedad a resaltar es el peso del aluminio que es mucho mas ligero que el acero.

             Utilizacion del aluminio en el automovil.

El aluminio en la fabricación de automóviles tiene su origen en la utilización de este material para desarrollar diferentes elementos mecánicos. Su uso más generalizado se centraba en la fabricación de bloques de motor, culatas, elementos de refrigeración, llantas, cunas de motor, entre otros, por su fácil mecanización, ligereza, buen comportamiento frente a la corrosión con el oxigeno y sus buenas cualidades para la evacuación de calor de dichos elementos. Una excepción a esta generalización, es la firma Rover, ya que utilizo el aluminio para la fabricación de carrocerías (no así bastidores), debido a que una vez finalizada la segunda guerra mundial, motivado por la crisis económica provocada por esta contienda el acero era estrictamente racionado y en cambio había excedente de aluminio.

Una carrocería de automóvil fabricada en aluminio en lugar de en acero, puede reducir el peso alrededor de 100 a 150 kg. La ligereza en el automóvil es un factor muy importante ya que cada 100 kilogramos de reducción de peso en un automóvil suponen una reducción del consumo en torno a 0,35 litros cada 100 kilómetros, y unas emisiones de CO2 de 8,8 gramos menos por kilómetro.

Así mismo, el uso del aluminio para la fabricación de la carrocería de automóvil también mejora el rendimiento de los mismos, ya que los coches más ligeros, tienen una mayor aceleración y además necesitan una menor distancia para frenar.

Hasta hace unos años, se podía ver modelos, pero de cierta exclusividad montando carrocerías de aluminio, Honda NSX, Ferrari, Jaguar, sin embargo, en los últimos 15 años se han ido incorporando piezas de aluminio a los elementos de la carrocería, siendo el aluminio el metal más utilizado después del acero.

Vehículos fabricados en grandes series como el Audi A8, Audi A2, el BMW Serie 5 y el Renault Vel-Satis, son ejemplo de estructuras total o parcialmente construidas en este material.

Desde el año 2000, se comenzó a incorporar de forma generalizada piezas exteriores de este material en; capós, aletas, paneles de puerta e incluso techos.

En la carrocería de un automóvil la pieza que más frecuentemente se fabrica en aluminio es el capo, se consigue una reducción media de peso respecto de un capo de acero de un 40%, aunque el coste económico del mismo sea aproximadamente un 50% mayor.

Ventajas e inconvenientes del aluminio frente a los aceros de última generación en el automóvil.

Las principales ventajas del aluminio son:

Peso: El aluminio es ligero, con una densidad de un tercio de la del acero: 2,700 kg/m3.

Resistencia:El aluminio presenta una resistencia a la tracción de entre 70 a 700 MPa dependiendo de la aleación y del proceso de elaboración. Los perfiles extruidos de aluminio con una aleación y un diseño apropiados pueden llegar a ser tan resistentes como el acero estructural.

Elasticidad:El módulo de elasticidad (módulo de Young) del aluminio es un tercio que el del acero (E=70.000 MPa). Esto significa que el momento de inercia debe ser tres veces mayor en una extrusión de aluminio para lograr la misma deflexión que un perfil de acero.

Facilidad de conformado: El aluminio posee una facilidad de conformado óptima, una característica que se aprovecha al máximo en la extrusión. El aluminio también se puede soldar, curvar, estirar, punzonar y fresar.

Resistencia a la corrosión:Una fina capa de óxido se forma en contacto con el aire, lo que brinda una excelente protección contra la corrosión aun en ambientes agresivos.Esta capa se puede fortalecer aún más mediante acabados superficiales como el anodizado o el recubrimiento con pintura.

La elevada reciclabilidad: El aluminio es reutilizable casi ilimitadamente, evitando los residuos y protegiendo con ello el medio ambiente. También conviene saber que es el metal de mayor presencia en la superficie terrestre, y que sin embargo el proceso de obtención del aluminio necesita una alta cantidad de energía en comparación con otros metales como el acero, pero esta cantidad de energía se reduce en gran medida en el proceso de producción secundario, en el reciclaje, factor que se tiene en cuenta por la industria a la hora de ahorrar dinero en forma de energía.

El aluminio tiene algunos inconvenientes frente al acero:

La temperatura de fusión: La temperatura de fusión del aluminio es muy inferior a la del acero, además la capa de alúmina que se forma en la superficie de la pieza posee una temperatura de fusión muy elevada (2050C) en comparación con los 660C del aluminio, lo que es un impedimento grave para la obtención de soldaduras correctas, así pues, habrá que eliminarla para poder realizar una soldadura adecuada.

Posee mala reparabilidad:  Las piezas de aluminio son difíciles de reparar, tanto a la hora de soldar, por lo visto anteriormente, como cuando se va a reparar una pieza que resulta dañada por un impacto, ya que se produce un endurecimiento del material, provocando una mayor rigidez y una mayor dificultad a la hora de desabollarlo. Las herramientas que se emplean en los trabajos con piezas de aluminio, deben ser especiales y sólo utilizadas para este material, ya que si no corren el riesgo de que se contaminen con otros materiales, pudiendo provocar una corrosión de contacto en el aluminio.

El aluminio tiene un precio muy alto si lo comparamos con el acero pero en la actualidad el aluminio se esta imponiendo en el automovil gracias a las multiples ventajas que tiene sobre el acero.