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viernes, 25 de enero de 2013

Fabricación local de aluminio aeronáutico

Autor: Jorge Elías
A. Proyecto: Fabricación local de aluminio aeronáutico

                     

B. Fundamentación: La materia prima fundamental en las tareas de fabricación aeronáutica es el aluminio el cual luego de los procesos de mecanizado se convierte en viruta o material de descarte. A partir de la Primera Guerra Mundial, el desarrollo de sus aleaciones, y la necesidad de un metal menos pesado que el acero, lleva a su implantación masiva en la aviación, hasta nuestros días ha sido el material más usado en aeronáutica por su adecuada resistencia, baja densidad, conocimiento de sus técnicas de fabricación (fácilmente forjable, fácil de trabajar y reparar). En 1909, se desarrollo el Duraluminio, una aleación con un determinado cobre y magnesio que permite trabajarlo, luego de un calentamiento de hasta unos 480 ºC y un rápido enfriamiento, lo que permitía durante unas horas doblarlo y conformarlo fácilmente, luego recuperaba sus propiedades mecánicas. Pueden distinguirse tres grupos de aluminio, los más conocidos en aeronáutica son la serie dos mil y la siete mil: Aleaciones Al-Cu (duraluminio, serie 2000). Suele emplearse en las zonas del aparato que trabajan a tracción, Al-Cu-Ni y Al-Zn (serie 7000).
La Argentina solía satisfacer la demanda local con aluminio metálico importado, hasta que la Fuerza Aérea decidió encarar el problema para evitar la dependencia de nuestro país, principalmente del mercado norteamericano. Así fue como en 1966 se creó la Comisión Permanente de Planeamiento del Desarrollo de los Metales Livianos (COPEDESMEL). Dado que no se han individualizado con certeza yacimientos de bauxita y que por el momento la idea de explotar la alunita de Camarones es
antieconómica, se optó por instalar una planta para obtener aluminio primario por electrólisis a partir de alúmina importada. Este proyecto fue asignado a la firma ALUAR, que con una construcción en tiempo récord (la puesta en marcha se adelantó siete meses), comenzó a funcionar en 1974. Con ella, la Argentina se coloca a la vanguardia de Latinoamérica y se autoabastece de aluminio.
La industria aeroespacial exige mucho de los materiales que utiliza. Las demandas incluyen dureza mejorada, un peso más bajo, resistencia creciente al cansancio y la corrosión. Los límites de propiedades materiales se están ampliando constantemente para obtener aviones más eficientes. El Aluminio es uno de los materiales dominantes que hacen frente a estos desafíos. La placa de la aleación de Aluminio se utiliza en un gran número de usos aeroespaciales necesarios para la industria aeronáutica.
Actualmente, la empresa Aluar Aluminio Argentino es la productora nacional de esta materia prima, pero no fabrica el tipo de aluminio requerido para la industria aeronáutica nacional lo que requeriría una actualización tecnológica para generar un nuevo producto, así como crear un mercado comercial para el mismo a través de una Política de Estado conectada con FAdeA S.A.

                        

C. Objetivos generales:
- Producir localmente un material estratégico con el que actualmente, no cuenta el país, el cual debe ser importado en su totalidad.
- Contar con material requerido para la fabricación aeronáutica que presenta ligereza, buenas características mecánicas, facilidad para el mecanizado, resistencia a la corrosión, así como posibilidad de recibir tratamientos superficiales.
- Ahorro de divisas por adquisición externa.
- Desarrollar una política de producción de aeronaves que garantice la rentabilidad de la producción local.
- Contribuir a la independencia tecnológica y defensa nacional.
- Generar un nuevo nicho económico para la industria 



D. Lugar: Aluar Aluminio Argentino S.A.I.C. es la única empresa productora de Aluminio primario en la Argentina así como la principal productora de semielaborados de aluminio. Aluar es una empresa de capital nacional y sus acciones cotizan en la Bolsa de Comercio de Buenos Aires. Sus actividades comprenden desde la obtención del aluminio a partir de la alúmina hasta la elaboración de productos de aluminio utilizados, entre otras, por las industrias del transporte, la construcción, el envase y de los conductores eléctricos. Su principal fuente de ingresos radica en la exportación de aluminio primario y derivados, con operaciones en Norteamérica, Europa, Asia y Latinoamérica. Asimismo abastece prácticamente el total de las necesidades de aluminio primario en la Argentina. Esta ubicada en la localidad de Puerto Madryn, en
la provincia de Chubut, 1.400 km al sur de la ciudad de Buenos Aires. Las plantas fabriles de Aluar División Elaborados ocupan más de 90.000 m² cubiertos, sobre predios de más de 90 Ha. La planta de Abasto, ubicada en el Sur de la Provincia de Buenos Aires, concentra las operaciones de laminación de chapas y foil. Y de extrusión de perfiles (desnudos, pintados o anodizados), barras y tubos. La planta de Villa Lugano se dedica a la fabricación de productos convertidos y de envases semirrígidos.



E. Recursos necesarios:
- Implementar una política de estado para la producción de aluminio aeronáutico.
- Implementar una política de estado para incrementar la producción de aeronaves para el mercado civil y militar
- Desarrollar un estudio de factibilidad entre ALUAR y FAdeA
- Implementar una política crediticia para ALUAR con el objetivo de desarrollar la producción de aluminio aeronáutico.
- Liberación impositiva (IVA y otros) por 10 años, a todo producto perteneciente al mercado aeronáutico producido en el país.
- Favorecer la generación de industrias de reciclaje de aluminio que abaratan el producto.
- El 90% del costo del Aluminio radica en la energía eléctrica necesaria para llevar a cabo el proceso. Solo el 10 % pertenece a la materia prima. Por esta razón, la posición de Aluar es bastante cómoda ya que se autoabastece de energía (Futaleufú).



F. Características generales:
El aluminio es un elemento químico, de símbolo Al y número atómico 13. Se trata de un metal no ferromagnético. Es el tercer elemento más común encontrado en la corteza terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8% de la corteza de la tierra y se encuentran presentes en la mayoría de las rocas, de la vegetación y de los animales. En estado natural se encuentra en muchos silicatos. Como metal se extrae únicamente del mineral conocido con el nombre de bauxita, por transformación primero en alúmina mediante el proceso Bayer y a continuación en aluminio metálico mediante electrólisis.
Este metal posee una combinación de propiedades que lo hacen muy útil en ingeniería de materiales, tales como su baja densidad (2.700 kg/m3) y su alta resistencia a la corrosión. Mediante aleaciones adecuadas se puede aumentar sensiblemente su resistencia mecánica (hasta los 690 MPa). Es buen conductor de la electricidad y del calor, se mecaniza con facilidad y es relativamente barato. Por todo ello es desde mediados del siglo XX2 el metal que más se utiliza después del acero.
Fue aislado por primera vez en 1825 por el físico danés H. C. Oersted. El principal inconveniente para su obtención reside en la elevada cantidad de energía eléctrica que requiere su producción. Este problema se compensa por su bajo coste de reciclado, su extendida vida útil y la estabilidad de su precio.
Básicamente, en la industria aeronáutica se lo trabaja en dos tipos de piezas: las que se fabrican a partir de chapa de aluminio aeronáutico y las piezas que se fabrican a partir de bloques de aluminio. Las piezas son diseñadas a través de un tablero de dibujo o por sistemas de software de diseño industrial, tal como lo es el CATIA (Computer Aided Three Dimensional Interactive Application). Estas piezas, son mecanizadas a partir de bloques, a través de maquinas/herramientas mecánicas.
En este caso la fabricación parte de una chapa plana, esta es trazada a través de una plantilla y luego recortada por una cortadora a chorro de agua. Aprovechando así, al máximo las superficies “muertas” en el proceso de corte. En casos, las chapas son sometidas a un proceso de fresado químico, esta técnica logra disminuir en sectores predeterminados el espesor nominal de la chapa conformada. Sumando un vital ahorro en el peso total de la aeronave. Lográndose, en una misma pieza, sectores con espesores diferentes.
A modo de ejemplo y siguiendo a los productos de Thyssen Krupp Materials que produce aleaciones de aluminio utilizadas, además del sector aeronáutico, en los de automoción, ferroviario, naval, armamento, moldes de inyección y de soplado, entre otras parcelas industriales. Y por tratarse de una gama de aluminios especialmente dirigidos al sector aeronáutico y aerospacial cuentan con una característica especial: están homologados por los distintos organismos que regulan las propiedades que deben contar para adaptarse a las condiciones diseño y construcción de estas industrias.
La gama de aluminios aeronáuticos de Thyssen Krupp Materials esta integrada por dos líneas de producto: chapa y barras redondas extraídas. A su vez las chapas se presentan en forma de fina y gruesa.
Los perfiles se obtienen por el procedimiento metalúrgico de extrusión con el que se consigue una perfecta homogeneidad de la estructura cristalográfica con lo que los efectos de la fatiga del material esta perfectamente definidos en el sentido de la extrusión con notable reducción de generación de grietas
A modo de guía, a continuación se detallan algunas características de aquellas aleaciones de aluminio disponibles:
- Aleación 2024: En su composición destaca la presencia del Cu que le proporciona dureza y unas excelentes propiedades mecánicas – semejantes a la de aceros maleables – y gran maquinabilidad (estampación, taladrado profundo,..); con facilidad en la eliminación de viruta. Presenta también un excelente comportamiento en el acabado superficial.
Su alta resistencia lo hace muy adecuado –dentro del sector aeronáutico- en la fabricación componentes tales como elementos de fijación, así como partes de automoción, válvulas. Acepta todo tipo de recubrimientos anódicos. De difícil soldabilidad
-Aleación 2618: También con presencia de Cu como principal adición. Características mecánicas similares a la aleación anterior. Su dureza de suministro permite disponer de un excelente valor (limite) elástico sin disminuir el coeficiente de alargamiento.
Excelente maquinabilidad pero difícil soldabilidad. Buen comportamiento ante los recubrimientos anódicos.
- Aleación 5086: Esta es una aleación estructural de alta resistencia de cuya composición destaca la presencia del Mg. Cuenta con elevadas características mecánicas, con muy buena resistencia a la corrosión. En condiciones de suministro cuenta con una maquinabilidad – por arranque de viruta - relativamente buena. En operaciones de estampación tiene un buen comportamiento (no tanto en embutición profunda). Con buena soldabilidad y comportamiento al anodizado de protección.
Tiene un excelente comportamiento a las bajas temperaturas, al agua de mar y ambientes salinos. Usada comúnmente en la manufactura de recipientes a presión soldados no sometidos a llama, aplicaciones marinas, vehículos refrigerados, componentes aeronáuticos…
- Aleación 6061: Aleación característica de Mg y Si con características mecánicas medias; con buenas actitudes a la deformación en frío (en estado recocido) y a los agentes atmosféricos. Complicados son los procesos de mecanizado y de deformación por su dificultad. Buena a los procedimientos de soldadura en general. Buen comportamiento ante los recubrimientos anódicos. Generalmente se utiliza para la construcción de moldes (industria del calzado, botellas de plástico por soplado, termoconformado, industria del caucho; moldes y matrices para la industria en general.
- Aleación 7010: La aleación de EN AW-7010 se distingue principalmente por su alta resistencia a la fatiga y por su facilidad a la deformación; por lo que se utiliza principalmente para realizar piezas estampadas que luego van a ser remachadas en su montaje. Cuenta con una excelente resistencia a la corrosión. Por ello, algunas de sus aplicaciones se encuentran en partes estructurales de aeronaves, y para camiones; equipos científicos, etc.
- Aleación 7050: Aleación que se caracteriza por disponer de unas excelentes propiedades mecánicas de alta resistencia y tenacidad así como de muy buena resistencia al agrietamiento por corrosión bajo esfuerzo. Buena maquinabilidad y conformado (tanto en el estado de endurecimiento como tratada térmicamente). No es recomendable la soldadura. La aleación puede ser conformada en frío por métodos convencionales; aunque con radios de doblado grandes. Tiene 40% de la conductividad eléctrica del cobre. Usada comúnmente en la manufactura de estructuras aéreas y otras.
- Aleación 7075: Se caracteriza por la presencia de Zn. en su composición que le proporciona el rango de características más elevadas dentro de los aluminios. El desarrollo de esta aleación ha permitido sustituir a los aceros en muchos casos; empleándose actualmente (además del sector aeronáutico) en armamento, automoción, tornillería, moldes de soplado, industria deportiva (pesca, piezas estampadas para alpinismo, etc.). Buena maquinabilidad (buena fragmentación de viruta) con excelente acabado superficial. Tiene también un buen comportamiento a la soldadura. No es adecuado para los procesos de deformación.
- Aleación 7175: Una característica de la aleación EN AW-7175 es que su composición es más pura que otras composiciones. Esta estructura metalúrgica le proporciona una alta resistencia mecánica. Además, entre sus características mecánicas, sobresale una excelente resistencia a la tracción lo que hace que cuente con una alta demanda en el ámbito de aplicación que exige la industria de la aviación.
Guarda gran importancia el reciclado de aluminio, que como se dijo es la materia prima fundamental en las tareas de fabricación aeronáutica, el cual luego de los procesos de mecanizado se convierte en viruta o material de descarte. La ventaja de este material es que es 100 % reciclable y se puede ahorrar el 90 % de energía al reprocesarlo comparado con la obtención del metal original. De aquí la importancia de su valor comercial similar al de otros metales, tales como el cobre.
FAdeA trabaja con la Firma Metal Veneta S.A. que se dedica a la producción de aleaciones de aluminio para la fabricación de piezas fundidas por inyección, gravedad y bajo presión. Esta firma es proveedora del sector automotriz (VW, Renault, Fiat, entre otros) y del sector electrodomésticos. Desde hace varios años envía su aluminio en forma de viruta y scrap para ser reciclado, totalizando unas 125 Toneladas en los últimos 5 años.
Desde la perspectiva Medioambiental esto ha significado: el ahorro de 1.875.000 Kw/hora; evitando la formación de 250 Tn. de lodos rojos y residuos sólidos; además, evito la formación 181 Tn. de gases de efecto invernadero (Dióxido de Carbono) y 5000 Kg. de contaminantes del aire.

Publicado por Jorge Elias
http://proyectopragmalia.blogspot.com.ar/2013/01/352-fabricacion-local-de-aluminio.html

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