INSTITUTO TECNOLÓGICO DE REYNOSA

-PRODUCTO-

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES

IMPARTIDOR: CARLOS GÓMEZ OBANDO

INTEGRANTES

DEL ÁNGEL PEÑA CARLOS ELIUD

DIEGO GONZÁLEZ HORACIO

OSORIO TORRES HORACIO ISAÍAS

Objetivo

Presentar un molde de aluminio que se emplea en la construcción de piezas mecánicas para describir las propiedades, características, elementos del molde de aluminio. Demostrar el proceso que lleva el aluminio desde su obtención hasta su utilización y razones por las que tiene un gran desempeño en la utilización de productos.

Justificación

El siguiente proyecto presenta el proceso de obtención del aluminio así como las propiedades y características del mismo con la finalidad de mostrar un producto derivado del mismo, los moldes de aluminio que se emplean para crear piezas mecánicas. Conocer acerca de las utilidades que tiene el aluminio en las industrias y en productos empleados frecuentemente.

Características

La forma del molde de aluminio puede variar según las necesidades del cliente que este solicitando, variando su tamaño y su grosor, estos se acomodan a los requerimientos necesarios, poseen una estable resistencia al desgaste, tienen una coloración gris opaca y una textura lisa y pareja en toda la superficie del molde.

RECICLABILIDAD El aluminio puede ser reciclado al 100% infinitas veces sin perder sus características originales.

ALTA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

La conductividad térmica es cuatro veces superior a la del Acero lo que permite una mejora de las cadencias en el trabajo del caucho o de los plásticos con una economía de energía y tiempo de fabricación.MECANIZACIÓN Las altas velocidades de corte reducen los tiempos del mecanizado y se obtienen superficies de excelente calidad. 

FACILIDAD DE MANEJO El peso específico del Aluminio es de 61% inferior al del Acero, o sea, 1/3 de su peso, lo que facilita su manipulación. 

ESTABILIDAD DIMENSIONAL Técnicas especiales controladas durante la producción en dos operaciones de estirado y forjado, etc., aseguran la más completa estabilidad dimensional. 

AUSENCIA DE POROSIDADES El material se halla libre de poros e inclusiones lo que hace que pueda pulirse facilmente con brillo espejo. 

RESISTENCIA A LA CORROSIÓN Es resistente a todos los plásticos comúnmente empleados y por ello no necesita ningún tratamiento de superficie cromado o niquelado, aunque si lo permite. 

Elementos

El aluminio es un metal ligero, blando pero resistente, de aspecto gris plateado. Su densidad es aproximadamente un tercio de la del acero o el cobre. Es muy maleable y dúctil y es apto para el mecanizado y la fundición.

Debido a su elevado calor de oxidación se forma rápidamente al aire una fina capa superficial de óxido de aluminio (Alúmina Al2O3) impermeable y adherente que detiene el proceso de oxidación proporcionándole resistencia a la corrosión y durabilidad. Esta capa protectora puede ser ampliada por electrólisis en presencia de oxalatos.

El aluminio tiene características anfóteras. Esto significa que se disuelve tanto en ácidos (formando sales de aluminio) como en bases fuertes (formando aluminatos con el anión [Al(OH)4] - liberando hidrógeno.

La capa de oxido formada sobre el aluminio se puede disolver en ácido cítrico formando citrato de aluminio.

Notable ligereza

Este es el más ligero de los metales. Esta cualidad es determinante para su empleo como material estructural y de recubrimiento, por ejemplo, tiene importantes aplicaciones en ingeniería industrial aeronáutica , naval y espacial.

Resistencia Mecánica

El aluminio en estado puro (tocho) tiene muy baja resistencia mecánica.

Son mucho mayores sus prestaciones cuando se lo alea con cobre, silicio y magnesio. También, sometiéndolo a procesos físicos de templado y estirado en frío.

Rigidez

El aluminio posee 1/3 de la rigidez del acero.

Módulo Elástico

El módulo elástico del aluminio es de alrededor de 65.000 N/mm2, en comparación, el módulo elástico del acero, se encuentra en los 200.000 N/mm2.

Punto de Fusión

El punto de fusión del aluminio es muy bajo: 658ºC.

Coeficiente de Dilatación Lineal

Es muy bajo en relación al acero: 23.10-6 ºC-I.

Ductilidad

La ductilidad es una característica notable en el aluminio; es un material muy maleable y de gran ductilidad, mucho más fácil de conformar que el acero.

Apto para Extrusión

Puede extruirse con facilidad, por lo cual es un material apto para la fabricación de perfiles de secciones complejas, huecos o abiertos, y de dimensiones pequeñas.

Dureza

El aluminio es un metal blando, se corta y se raya con suma facilidad.

Inalterabilidad

Es prácticamente inalterable frente al ataque de gran cantidad de sustancias químicas.

Es atacado por ácidos orgánicos, ácido clorhídrico y álcalis. También lo afectan el yeso húmedo, el cemento y la cal, al ponerse en contacto manchan la superficie.

Conductividad

Conductividad Térmica

Al igual que todos los metales posee un coeficiente de conductividad térmica muy elevado. Por esta razón no es apto como material de aislamiento térmico. Existen espumas de aluminio que pueden reducir sus propiedades conductivas y sirven también como aislantes acústicos.

Conductividad Eléctrica

Posee una de las más elevadas entre los metales, situándose detrás del cobre. Por tal razón, se lo usa en la fabricación de componentes eléctricos y cables de alta, media y baja tensión.

Índice de Reflexión

Posee un alto índice de reflexión de los rayos solares, lo cual hace que este material sea adecuado para la fabricación de aislantes termorreflectantes.

Resistencia a la Difusión de Vapor

Por ello se lo emplea como barrera de vapor para impedir condensaciones intersticiales en aislamientos térmicos.

Electronegatividad

Muy elevada en comparación con otros metales.

Para que no se oxide debe protegerse con una lámina de plástico, con pintura o con un metal de electronegatividad afín para impedir que forme un par galvánico.

Elaboración

Aunque el aluminio es un material muy abundante en la corteza terrestre (8,1%) raramente se encuentra libre. Sus aplicaciones industriales son relativamente recientes, produciéndose a escala industrial desde finales del siglo XIX. Cuando fue descubierto se encontró que era extremadamente difícil su separación de las rocas de las que formaba parte, por lo que durante un tiempo fue considerado un metal precioso, más caro que el oro; sin embargo, con las mejoras de los procesos los precios bajaron continuamente hasta colapsarse en 1889 tras descubrirse un método sencillo de extracción del metal. Actualmente, uno de los factores que estimula su uso es la estabilidad de su precio.

Las primeras síntesis del metal se basaron en la reducción del cloruro de aluminio con potasio elemental. En 1859 Henri Sainte-Claire Deville publicó dos mejoras al proceso de obtención al sustituir el potasio por sodio y el cloruro simple por doble; posteriormente, la invención del proceso Hall-Héroult en 1886 abarató el proceso de extracción del aluminio a partir del mineral, lo que permitió, junto con el proceso Bayer del mismo año, que se extendiera su uso hasta hacerse común en multitud de aplicaciones.

La recuperación del metal a partir de la chatarra (reciclado) era una práctica conocida desde principios del siglo XX. Es, sin embargo, a partir de los 60 cuando se generaliza, más por razones medioambientales que estrictamente económicas.

El proceso ordinario de obtención del metal consta de dos etapas, la obtención de alúmina por el proceso Bayer a partir de la bauxita, y posterior electrólisis del óxido para obtener el aluminio.

La elevada reactividad del aluminio impide extraerlo de la alúmina mediante reducción, siendo necesaria la electrólisis del óxido, lo que exige a su vez que éste se encuentre en estado líquido. No obstante, la alúmina tiene un punto de fusión de 2000 ºC, excesivamente alta para acometer el proceso de forma económica por lo que era disuelta en criolita fundida, lo que disminuía la temperatura hasta los 1000ºC. Actualmente, la criolita se sustituye cada vez más por la ciolita un fluoruro artificial de aluminio, sodio y calcio.

La producción de aluminio consiste de 3 pasos: extracción de bauxita, producción de alúmina y electrólisis de aluminio. El aluminio es el 3er metal más abundante en la superficie de la tierra.

 

La materia prima para la producción de aluminio, bauxita, está compuesta principalmente por uno o más componentes de hidróxido de aluminio, además de silica, hierro y óxido de titanio como las principales impurezas.

El mineral del cual se puede obtener aluminio comercial se llama BAUXITA, la cual regularmente puede ser encontrada en minas de depósito abierto, para lograr uniformidad en el material se tritura y con agua a presión se lava para eliminar otros materiales y sustancias orgánicas. Posteriormente el material se refina para obtener a la alúmina, lo que ya es un material comercial de aluminio con el que se pueden obtener lingotes por medio del proceso de fundición. 

La bauxita después de haber sido pulverizada y obtenida de los procesos de espumado se carga a un digestor el que contienen una solución de sosa cáustica bajo presión y a alta temperatura.

Producto del digestor se forma aluminato de sodio que es soluble en el licor generado.

Los sólidos insolubles como hierro, silicio, titanio y otras impurezas son filtrados y el licor con la alúmina se bombea a depósitos llamados precipitadores .

En los precipitadores se agregan uno cristales finos de hidróxido de aluminio, estos cristales se hacen circular por entre el licor concentrado para que sirvan de simientes, van creciendo en dimensiones a medida que el hidróxido de aluminio se separa del licor.

 El hidróxido de aluminio que se adhirió a los cristales se calcina en hornos que operan por arriba de los 900ºC. Esto convierte a la alúmina en un producto de alta calidad para la fusión y obtención de aluminio de buena calidad.

   La alúmina producto de los hornos de calcinado es procesada en tinas

electrolíticas llamadas celdas reductoras. Estas tinas funcionan con un baño de ciolita (fluoruro de aluminio sódico), el ánodo es un electrodo de carbón y el cátodo es la misma tina. En estas tinas se obtiene el aluminio metálico.

 El aluminio obtenido de las celdas reductoras es moldeado y procesado en hornos de concentración para la obtención de aluminio de alta calidad.

Para la producción de cada kilogramo de aluminio se requiere 2 kg de alúmina, los que son producto de 4 kg de bauxita y 8 kwh de electricidad

PROCESO PARA EMPLEAR EL ALUMINIO.

El aluminio se obtiene industrialmente por los procesos Bayer y Hall-Héroult, o proceso primario.

Proceso de Bayer.

La industria emplea el proceso Bayer para producir alúmina a partir de la bauxita. La alúmina es vital para la producción de aluminio.

En el proceso Bayer, la bauxita es lavada, pulverizada y disuelta en soda cáustica (hidróxido de sodio) a alta presión y temperatura; el líquido resultante contiene una solución de aluminato de sodio y residuos de bauxita que contienen hierro, silicio, y titanio. Estos residuos se van depositando gradualmente en el fondo del tanque y luego son removidos. Se los conoce comúnmente como "barro rojo". La industria del aluminio primario utiliza la alúmina fundamentalmente como materia prima básica para la producción del aluminio.

Proceso Hall-Héroult

En este proceso la alúmina (Al2O3) es disuelta dentro de una cuba electrolítica revestida interiormente de carbón en un baño electrolítico con criolita (Na3AlF6) fundida. La cuba actúa como cátodo, mientras que como los ánodos se suelen utilizar unos electrodos de carbón de Soldberg. La reacción química total es la siguiente:

2Al2O3 + 3 C → 4 Al + 3 CO2

La alúmina se descompone en aluminio y oxígeno molecular. Como el aluminio líquido es más denso que la criolita se deposita en el fondo de la cuba, de forma que queda protegido de la oxidación a altas temperaturas. El oxígeno se deposita sobre los electrodos de carbón, quemándose y produciendo el CO2.

Los parámetros del proceso son los siguientes:

Tensión: 5-6 V. Densidad de corriente: 1,5-3 A/cm2, lo que supone una corriente de 150 000

amperios.

Los electrodos han de estar siempre a la misma altura, por lo que hay que regularlos ya que se van descomponiendo durante la reacción.

Precauciones

El aluminio es uno de los pocos elementos abundantes en la naturaleza que parecen no tener ninguna función biológica beneficiosa. Algunas personas manifiestan alergia al aluminio, sufriendo dermatitis por contacto, e incluso desórdenes digestivos al ingerir alimentos cocinados en recipientes de aluminio; para el resto de personas, no se considera tan tóxico como los metales pesados, aunque existen evidencias de cierta toxicidad si se consume en grandes cantidades. El uso de recipientes de aluminio no se ha encontrado que acarree problemas de salud, estando éstos relacionados con el consumo de antiácidos o antitranspirantes que contienen aluminio. Se ha sugerido que el aluminio puede estar relacionado con el Alzheimer, aunque la teoría ha sido refutada.

Costo de Producción

Conclusión.

El aluminio como ya se trato es un elemento que posee 1/3 de rigidez del acero y es un material blando lo cual le permite ser doblado o cortado con facilidad, el

aluminio como tal se obtiene de la bauxita, mineral que está compuesto por uno o más hidróxidos de aluminio, el aluminio como elemento pose una buena conductividad eléctrica posicionándose detrás del cobre, el aluminio puede reciclarse sin alterar ninguna de sus propiedades originales.

La razón de utilizar aluminio para formar moldes de construcción o ensamblado de piezas es gracias a todas aquellas características y/o propiedades que integran el aluminio dejando así una amplia gama de utilidades en industrias y en productos de uso diario.

Bibliografía.

http://www.ingenieria.unam.mx/herescas/papime/alumnos_herecas/Materiales/PO-Tema4.5-Aluminio%20_S2006-2_Texto.pdf

http://www.pac.com.ve/index.php?option=com_content&view=article&id=8031:la-produccion-de-aluminio&catid=64:industria&Itemid=87

http://www.alue.cat/documents/alumini/obtencio.pdf

http://www.ib.cnea.gov.ar/~mater2/MATERIALESII/modulo3b_2013.pdf

http://www.educ.ar/dinamico/UnidadHtml__get__a2884513-1b60-4cbb-9b13-144dc5e6685f/15048-edi/data/2b088488-c851-11e0-823e-e7f760fda940/index.htm

http://www.revesconsult.com/descargas/propiedades_aluminio.pdf

http://www.construmatica.com/construpedia/Propiedades_del_Aluminio