La industria de producción o modificación de los materiales de ingeniería está
en constante cambio, renovándose para maximizar el uso de recursos naturales.
El presente trabajo busca comprar el proceso teórico de la fabricación del
aluminio con el proceso real que se realiza en la empresa Extralum, ubicada en
Cartago. Dicha empresa se dedica a la manufactura, transformación y
comercialización de productos de vidrio y aluminio.
En este se detalla mediante un diagrama de flujo, el proceso que sigue el
aluminio y como este es transformado hasta su forma comercial. Este es utilizado en
las siguientes industrias: construcción, medios de transportes, mecánica, eléctrica y
electrónica y para usos domésticos
Este proyecto fue elaborado con el fin de ser instruido acerca de los procesos
necesarios para la fabricación del aluminio y sus productos derivados de una manera
más real.
Objetivos
Objetivo General:
Realizar una comparación del sobre las características, propiedades y usos del
aluminio, entre el proceso bibliografía y un proceso real.
Objetivos específicos:
? Enumerar las propiedades del aluminio.
? Describir el proceso mediante el cual se obtiene el aluminio en la industria
nacional
? Investigar e l proceso de fabricación del aluminio a nivel teórico.
Metodología
La metodología que se usará en este proyecto es la siguiente:
El proyecto se dividirá en 2 partes: la primera el trabajo de campo, para el
cuál se visitará la planta física de la empresa ubicada en Cartago. Es este visita se
observará el proceso productivo y se tomará nota del mismo.
Para la segunda parte se realizará un estudio bibliográfico, tanto en las
bibliotecas Luis Demetrio Tinoco como Carlos Monge, como en el internet.
Finalmente se comprará las diferencias y similitudes de ambos procesos.
Análisis en la empresa Extralum
1. Generalidades de la empresa:
1.1 Introducción a la empresa
La empresa donde se está realizando este proyecto es una empresa
costarricense que cuenta con 2 planta físicas, una en Cartago y otra en Heredia. Es
líder en la transformación de de productos de vidrio y de aluminio. Tiene presencia
en Costa Rica, Honduras y Panamá y exportan sus productos a Norteamérica,
Centroamérica y el Caribe. En esta empresa cuentan además con la más grande red
de distribuidores a través de la cual hacen llegar sus productos al cliente final,
facilitando de esta manera el acceso en todas las zonas de los diferentes países
donde se encuentran las sucursales.
1.2 Política de calidad
“Satisfacer a nuestros clientes mediante la mejora continua y el desarrollo del
potencial humano, asegurándoles la calidad en los productos y servicios por ellos
requerida.”
Para lograr cumplir con dicho objetivo se tiene la siguiente estrategia: disminuir
las devoluciones de los clientes y cumplir con los tiempos de entrega establecidos.
1.3 Historia
Extrusiones de Aluminio S.A. (Extralum) se funda en 1990 con una prensa
extrusora, en una planta ubicada contiguo a la Zona Franca, Cartago, Costa Rica
(lugar donde se encuentra actualmente), la cual cuenta aproximadamente con 5000
m2 de construcción y un terreno de 15000 m2. En 1992 se implementa la línea de
anodizado electrolítico. En ese mismo año se instala la planta para la fabricación de
producto armado, brindando asesoría para el diseño, fabricación y ensamble en
aluminio arquitectónico (ventanas, puertas y fachadas flotantes).
La planta de extrusión cuenta con una prensa de un diámetro de 6 1/8
pulgadas y 1.250 toneladas de presión. Esta planta tiene una capacidad instalada de
3.000 toneladas anuales, integrada verticalmente con las plantas de anodizado,
fabricación y ensamble.
1.4 Principales Productos
La plata de Cartago es la encargada de los productos hechos a base de
aluminio, los cuales vienen en todas las presentaciones posibles intentando así
mantener contentos a sus clientes.
La planta de Heredia se encarga de los productos hechos a base de vidrio, entre los
cuales están: vidrios de seguridad, parabrisas, puertas para baño entre otros.
1.5 Mercado
Los productos se comercializan a través de distribuidores especializados en la
línea de Aluminio arquitectónico (puertas, ventanas y fachadas flotantes). Se cuenta
con distribuidores en Costa Rica, Centroamérica, Estados Unidos y el Caribe. En Costa
Rica se el 50% es mercado nacional y el otro 50% es Centroamérica, USA, entre otros
países.
2. Proceso Productivo
En la empresa se utilizan 2 tipos distintos de aleaciones de aluminio, 6005 y
6003. La primera, que incluye magnesio y silicio, se caracteriza por su mayor dureza,
utilizada principalmente para pisos de carrocería y escaleras . La segunda es una
aleación más blanda utilizada por ejemplo en muebles y ventanas; ambas de ellas
manejadas en lingotes de 2 toneladas aproximadamente.
Figura 1. Proceso de productivo del aluminio
Al entrar las piezas al departamento de extrusión, el lingote sufre un
precalentado a 850 °F, y las piezas salen es estado semipastoso. Este es llevado a la
extrusora por medio de un brazo, camino a esta se le aplica el proceso de “película
seca”, donde una llama de hollín se encarga de formar una capa lubricante entre al
superficie del lingote y el punzón o disco de empuje para evitar la ficción, el desgste
o la fusión por contacto metal-metal, a temperaturas tan altas.
Una vez en la maquina se empieza a empujar el lingote con una fuerza de
1250 toneladas, momento en el que se define la figura de la pieza. Las primeras
piezas en salir ayudan a calibrar la maquina, estas no son desechadas, sino que son
recicladas así como todas las piezas defectuosas. Luego de que el lingote sale de la
maquina este es estirado ligeramente para quitar imperfecciones y obtener la mejor
forma posible.
Cuando se tiene el punto deseado se corta el material, se inspecciona, antes
de continuar con el proceso. Posteriormente es llevado al “stretcher” que se encarga
de que el aluminio obtenga la forma y dimensiones uniformes según las
especificaciones de los clientes.
En la “Mesa Pulmón”, 2 personas se encargan de acomodar y revisar el
material en busca de cualquier defecto que no haya sido detectado. Si se tiene la
forma y el tamaño deseado se pasa al última fase que extrusión, el temple.
Esta es la parte del proceso donde el material obtiene su dureza, esto
mediante infusión de calor en periodos prolongados temperaturas de 1850C. se tiene
como resultado temple tipo T5, y cuando se solicita temple M05. Este se basa en el
enfriamiento desde altas temperaturas en el proceso de conformado y
envejecimiento artificial. Se debe recordar que el nivel de dureza varía según el tipo
de aleación con la que se está trabajando.
Figura 2. Proceso de extrucón
Lingote calentado a
850 F
Se corta según especificación
Se aplica lubricación
Proceso de extracción Corte Final Inspección y
limpieza
Templado Inspección de dureza
El proceso sigue en el departamento de acabado, al cual el material entra
luego de que se realice el control de calidad pertinente. Este se divide en las
siguientes partes: anodizado y pintado electroquímico, pintado electrostático y
acabado madera. El producto puede atravesar una o varias partes según lo solicite el
cliente.
La primera parte, anodizado y pintado electroquímico, una corriente de baja
tensión oxida la superficie del aluminio. Esto se hace con el propósito de evitar la
corrosión. La oxidación forma una capa adherente, transparente y ligeramente
traslucida, uniforme, homogénea e impermeable, protectora del metal base,
confiriéndole al material tratado mayor dureza superficial y aislación eléctrica,
mayor resistencia a la abrasión, el desgaste y a la corrosión provocada por agentes
químicos y atmosféricos.
El proceso de anodizado es realizado con un medio sulfúrico, el proceso de
desarrolla con una pila de electrolisis. Para esto se establece un ánodo y un catado
con una fuente de 1,5 A en una solución acusa de ácido sulfúrico.
El proceso de coloreado se explica a continuación, luego del proceso de
anodizado se puede aprovechar la porosidad del material para colorearlo, mediante
la impregnación con colorantes o mediante la introducción de iones metálicos en el
fondo de los poros mediante una diferencia de potencial. El color y la intensidad de
este es determinado por el tipo de ion metálico y su concentración en los poros.
Estos van desde amarillo claro hasta negro. El anodizado sin colorear se lo conoce
como anodizado natural y tiene también amplia difusión.
Luego de esta operación viene la de sellado, esta se realiza por inmersión de
las piezas en agua desmineralizada en ebullición. Esta operación es indispensable.
Inicialmente la piezas son colocadas en racks verticales, antes de ser sumergidas en
la pila.
Figura 3. Proceso de anodizado y electrotrolisis
Lavado de la pieza
Eliminación de imperfecciones
Primer y segundo enjuague
Desoxidado de la pieza
Anodizado de la pieza
Entintado de la pieza
Tercer enjuague Sellado Enjuague final
de la pieza
El proceso de pintado electrostático es utilizado para obtener revestimientos
decorativos y protectores para usar en gran variedad de superficies. Este se hace
mediante polvo, el cual es una mezcla homogénea de cargas minerales, pigmentos y
resinas en forma sólida (partículas) las cuales se cargan eléctricamente al mezclarse
con el aire. Una vez cargadas estas se adhieren a las superficies, y son calentadas en
un horno donde se transforman en un revestimiento continuo. Así se convierte en un
revestimiento uniforme, de buena calidad, atractivo y durable.
Antes de iniciar el proceso de pintado el material debe de ser limpiado, una
vez limpio de impurezas se coloca nuevamente en racks. Las piezas pasan por una
cámara donde se cubren de la pintura en polvo, entran al horno y salen listas. Se les
da un último control de calidad.
Cuando sus clientes así lo requieren pasan por el proceso de acabado madera.
La empresa cuenta con un área dedicado exclusivamente para este propósito, la cual
consiste en un tratamiento de sublimación para dar un efecto “de madera”.
Figura 4. Proceso de Pintado Electroestático
Análisis de referencias
bibliográficas: Aluminio
El aluminio es un metal blando suave y de ligero peso. Su símbolo en la tabla
periódica es Al y se encuentra en el grupo 13 de la tabla periódica. La primera
presentación pública de este metal fue en 1855 en la Exposición Universal de París.
En aquel entonces se le conocía como “plata de arcilla”.
El aluminio puede ser fuerte, ligero, dúctil y maleable. Es un excelente
conductor del calor y de la electricidad; su densidad es de 2.7 y las temperaturas de
fusión y ebullición son de 660º C y 2.467º C. No se altera en contacto con el aire ni se
descompone en presencia de agua, debido a que su superficie queda recubierta por
una fina capa de óxido que lo protege del medio.
Sus principales aleaciones incluyen: Cobre (Cu), Silicio (si), Magnesio (Mg), Zinc (Zn) y
Manganeso (Mn). En menores cantidades se incluye: Hierro (Fe), Cromo (Cr) y Titanio
(Ti).
A continuación se citan sus principales propiedades:
? Ligero con un peso especifico de 2,7 g/cm3
? Resistente : Puede adaptarse a la aplicación que se desee modificando la
composición de su aleación.
? Buen reflector de luz y calor
? Muy resistente a la corrosión: El aluminio genera de forma natural una capa de
óxido que lo hace muy resistente a la corrosión.
? Excelente conductor eléctrico y térmico.
? Muy dúctil
? Completamente impermeable e inocuo
? Reciclable: este proceso solo necesita un 5% de la energía necesaria para producir
el metal desde la etapa inicial.
El aluminio se divide en 2 grandes grupos: forja y fundición, debido a los
diferentes procesos de conformado por los que debe de pasar.
Aluminio Forjado
Este tipo de aleaciones son identificadas por una designación numérica de 4
dígitos. Este tipo de aleaciones se divide en otros 2 grupos: aleaciones no tratables
térmicamente y tratables térmicamente. Las aleaciones no tratables térmicamente
no pueden ser endurecidas pro precipitación, solamente pueden ser trabajadas en
frio.
Aluminio para fundición
Este tipo de aleaciones son fundidas principalmente por tres procesos:
fundición de arena, molde permanente y fundición en coquilla. Estos se explicaran a
continuación:
? Fundición de arena
Este proceso sirve para la confección de moldes y es el más sencillo de los 3. Se
utilizan materiales como arena y tierra sintética entre otros. Se usa por lo general
para cantidades pequeñas de piezas idénticas, piezas con núcleos complicados,
grandes piezas fundidas y piezas fundidas para construcción.
? Fundición con molde permanente
En este proceso de vierte el metal fundido en un molde metálico, el cual como el
método lo especifica es permanente, bajo el efecto de la gravedad y bajo presión
centrifuga. Estas piezas suelen ser más resistentes debido que su velocidad de
enfriamiento por lo general es más rápida. Una ventaja de este método es que la
pieza final tiene menor porosidad, una desventaja es que este tipo de moldes tienen
limitaciones de tamaño.
? Fundición en coquilla
En este método se funden piezas idénticas forzando el metal a soportar considerables
presiones. El molde es asegurado para que resista la presión, de esta manera el
metal es obligado a repartirse entre las cavidades ante la presión que está
experimentando. Cuando se ha solidificado el molde se abre y se extrae la pieza. Es
Proceso de obtención del aluminio
Este elemento no se encuentra libre en su estado natural por lo que se debe de
separar de otros materiales como arcilla y rocas. Se clasifica en primario, proviene
de la bauxita, y secundario, reciclado, según donde se provenga. Primero se
explicara el proceso a partir de la bauxita.
1. Extracción de la Bauxita: esta es la materia prima del aluminio, se extrae de una
mina abierta. De 4 toneladas de bauxita se pasa a 2 de alúmina y finalmente a
una de aluminio.
Figura 5. Mina de Bauxita
2. Obtención de alúmina: El proceso Bayer, es el utilizado para obtener la alúmina.
Una vez ha llegado la bauxita a las refinerías de alúmina, esta es lavada,
pulverizada y disuelta en soda cáustica (hidróxido de sodio) a alta presión y
temperatura; el líquido resultante contiene una solución de aluminio 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. La
solución de aluminio de sodio clarificada es bombeada dentro de un enorme
tanque llamado precipitador. Se añaden finas partículas de alúmina con el fin de
inducir la precipitación de partículas de alúmina puras, una vez que el líquido se
enfría. Las partículas se depositan en el fondo del tanque, se remueven y luego
son sometidas a 1100°C en un horno, a fin de eliminar el agua que contienen. El
resultado es un polvo blanco, alúmina pura.
Figura 6. Proceso de obtención de la aluminia
3. Proceso de electrolisis: Se realiza en un reactor conformado por carbón y un
material refractario. Su ánodo esta hecho de carbón, lo mismo que su cátodo,
entre ambos hay una capa de material fundido. Cuando la corriente pasa del
ánodo al cátodo se produce la descomposición de la alúmina, el cual se va
depositando en el fondo de donde este se extrae por succión.
Aplicaciones:
? Construcciones: se usa pata fachadas, tejados y drenajes entre otros.
? Transportes: se aplica en bicicletas, barcos, trenes, aeronaves, automóviles,
motos, etc.
? Industria: motores y cajas de mecanismos.
? Industria eléctrica y electrónica: se utiliza en cables de energía, también se
utiliza para disipar calor en computadores y teléfonos móviles.
? Uso domestico: papel d envolver, latas, botellas, ollas. También se puede
utilizar en cascos protectores, raquetas de tenis y palos de golf.
Se debe de reseñar el fuerte impacto ambiental que se produce por la extracción de
este material de la naturaleza. En sus proceso se genera el llamado “lodo rojo” que
contiene residuos tales como óxidos y silicatos. Las zonas donde se instala una mina
termina convirtiéndose en lugares áridos sin vegetación ni animales. Además de estos
hechos el proceso de transformación también requiere una gran cantidad de energía
eléctrica.
Proceso por medio de reciclaje.
Es altamente reco mendable reciclar el aluminio ya que esto se puede hacer
indefinidamente se disminuir su calidad. Se tiene que Europa recicla 1,9 millones de
toneladas de aluminio. La demanda europea de aluminio es satisfecha en un tercio
con aluminio reciclado, el cual se utiliza en especial en el sector de transporte.
El aluminio desechado proviene de 2 canales: desechos domestico y desechos
industriales. Los tipos de aluminios que se comercializan se dividen en los siguientes
4 grupos: productos laminados (planchas de construcción, imprentas, panel
aluminio), los extrusionados (piezas de vehículos), los moldeados, por gravedad o
inyección (piezas de motores) y los trefilados (fabricación de cables y otros usos).
El recuperador es el encargado de darle preparación óptima para su
comercialización. Este debe de empezar con clasificarlo. Luego de esto es llevado s
fundición, posterior a esto se convertido en lingotes, mediante fusión.
Esto llega a las refinerías, las cuales verifican las características de esta
materia prima. En estas instalaciones, si funden botes de aluminio, por ejemplo, o
cualquier otra chatarra con revestimiento, se produce la combustión de los mismos,
siendo captados los productos de la combustión mediante unos filtros especiales por
los que pasan lo s humos y así evitar la contaminación atmosférica. Para fundir este
tipo de material se necesitan hornos especiales provistos de instalaciones de filtraje,
que normalmente son más costosas que el propio horno. El producto final de las
refinerías son los lingotes de aluminio, de medidas y aleación según la demanda del
cliente.
Comparación entre ambos Al ser un proceso diferente al estudiado (el estudio hizo énfasis en la
obtención del aluminio y en la empresa observamos su transformación) es imposible
señalar las diferencias y las similitudes de ambos procesos, se puede decir que lo
realizado en la empresa fue un complemento de lo aprendido de manera teoría en
clase o mediante esta investigación. Lo que se determinó como similar se presenta a
continuación:
? Como era de esperar, en la empresa trabajan con aleaciones para mejoras sus
propiedades.
? La alta producción demuestra la gran demanda que hay de este material.
? Todos los desechos son reciclados.
Figura 7. Aluminio procesado
Conclusiones ? Para asegurar la calidad del producto que llega a manos de sus clientes,
Extralum estableció puntos de control en el proceso productivo.
? El proceso de extracción de la bauxita es altamente contaminante e impacta
de manera negativa al ambiente, motivo por el cual es preferible utilizar
como materia prima el plástico reciclado.
? El aluminio es un metal muy versátil, tal vez el más versátil, es barato y
abúndate por lo cual es una buena acción para la fabricación desde piezas
hasta usos como el papel envolvente, muy popular en nuestros hogares.
Bibliografía
? “Aluminio”. Wikipedia, la enciclopedia libre. Visitado el 4 de noviembre de 2008.
? Zamora Baudrit, Raquel. “Estudio de las Propiedades Mecánicas de los Perfiles de Aluminio para la Optimización del Proceso de Extrusión”. Proyecto de Graduación, Instituto Tecnológico de Costa Rica. Junio 2007.
? www.confemetal.com, visitada el 31 de octubre de 2009.
? www.aluminio.org, visitada el 2 de noviembre de 2009.
? http://www.alu-stock.es/, visitada el 11 de noviembre de 2009.
