Aluminio en Fachadas Ligeras

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Fachadas Ligeras
Metales

El Aluminio es el tercer elemento mas abundante en nuestro planeta, constituyendo aproximadamente el 8% de la composicion de la superficie terrestre. Únicamente el oxigeno y el silicio son elementos mas abundantes que el Aluminio. Actualmente ningun otro Metal esta siendo tan utilizado por el hombre.

El mineral del que se extrae el Aluminio recibe el nombre de bauxita. Su descubrimiento tuvo lugar en 1821 cerca del pueblo de Les Baux en el sur de Francia y posteriormente ha sido encontrado en la totalidad de los continentes. Las reservas mundiales conocidas se estiman en mas de 40.000 millones de toneladas de mineral.

El Aluminio no esta presente en la naturaleza directamente en forma de metal, sino de oxido (Al2O3). La bauxita, de textura terrosa y color rojizo, posee mas de un 40% de alumina (oxido de aluminio), la cual esta mezclada con otros oxidos minerales tales como el silice, oxido de hierro, titanio, etc.

En terminos cuantitativos, es preciso dejar claro que para obtener 1 tonelada (Tn) de Aluminio se requieren 2 Tn de alumina, para las cuales a su vez, se necesitan 5 Tn de bauxita. Para que su explotacion sea rentable con la tecnologia
actual, es preciso que la bauxita contenga en su composicion al menos un 30% de alumina y que el yacimiento sea facilmente accesible. La produccion de Aluminio a partir de la bauxita requiere grandes cantidades de energia por lo que las fabricas de fundiciones estan localizadas mayoritariamente en paises con bajos costes de energia y ademas, por motivos ecologicos, se otorga preferencia al uso de la energia de origen hidroelectrico puesto que es renovable.

• Extraccion de la aluminaa partir de la bauxita segun el procedimiento de Bayer.

El procedimiento para aislar la alumina respecto los otros componentes de la bauxita consiste en triturar esta para obtener un polvo fino, el cual se mezcla posteriormente con sosa caustica liquida y se calienta finalmente la mezcla a baja presion. Posteriormente se procede a la calcinacion de esta alumina obtenida mediante hidrolisis y decantacion. Finalmente se filtra el conjunto resultante para detener las impurezas.

La solidificacion de la alumina se consigue mediante precipitacion, es decir, se conjuntan los cristales y se le extrae la humedad a muy alta temperatura obteniendo asi un polvo blanco. Es la alumina calcinada.

• Electrolisis

La electrolisis es un procedimiento que permite descomponer la alumina en sus elementos quimicos componentes que son aluminio y oxigeno. La reaccion tiene lugar en unas cubas especiales, donde se alcanzan temperaturas muy elevadas (900-1000ºC). No obstante, la temperatura de fusion de la alumina seria aun mayor (1800ºC) pero se consigue rebajarla mezclando la alumina con fluoruro de sodio (criolita), que actua de fundente. Una intensa corriente electrica pasa a traves de la mezcla fundida, descomponiendola en oxigeno y aluminio. El metal fundido se deposita en el polo negativo (catodo) del fondo de la cuba, mientras que el oxigeno se acumula en los electrodos de carbono (anodo). Asi, mediante la electrolisis se logra separar el oxigeno y se obtiene aluminio metal puro, con un grado de pureza que oscila entre el 93,3% y 99,8%.

El aluminio puro se puede alear con otros metales obteniendo asi aluminios con diversidad de caracteristicas mejoradas como la resistencia a la corrosion y las caracteristicas mecanicas. Estas aleaciones se pueden presentar comercialmente en diversos formatos (lingotes para la fundicion, tochos para la extrusion, etc.).

El Aluminio presenta unas evidentes ventajas que lo distinguen del resto de materiales:

• Es ligero. A igualdad de volumen el Aluminio pesa una tercera parte del Acero.

• Es un buen conductor de la electricidad.

• El Aluminio puro tiene unas propiedades mecanicas limitadas, pero sus aleaciones le permiten alcanzar

valores adecuados para el uso en la construccion.

• Es resistente a los agentes atmosfericos. El Aluminio y la mayor parte de sus aleaciones no se corroe. En el caso de hacerlo es en pequena cantidad puesto que en su proceso de oxidacion se autoprotege por medio de la propia capa o lamina estable de alumina que se forma fruto de la oxidacion.

• El Aluminio presenta buena plasticidad y formabilidad. No solo puede ser sometido a variados tipos de transformaciones plasticas, como por ejemplo el plegado, sino que tambien pueden elaborarse en diferentes tipos de fundicion, extrusion, laminado, etc.

• Tiene una buena conductividad termica.

Su metalurgia fue desarrollada en 1.886, simultaneamente por el frances Heroult y el norteamericano Hall. En el caso de las Fachadas Ligeras, y en general en el campo de la construccion, solo se utiliza la serie 6000 y mas concretamente la aleacion 6063 por reunir los requisitos adecuados tanto por sus propiedades mecanicas como por sus posibilidades en acabados superficiales desde un punto de vista estetico. Tambien se utiliza, aunque en menor medida, la aleacion 6060.

El proceso industrial para la fabricacion de perfiles de Aluminio con destino al sector de la carpinteria metalica y mas concretamente de las Fachadas Ligeras consta, a grandes rasgos, de dos fases:

• FUNDICIÓN: Es la fabricacion del material base.

Segun a que uso se destine el perfil comercial de Aluminio, la composicion quimica de su aleacion diferira ligeramente.

Por tanto, la fabricacion del material base debe ajustarse para adaptarla a las necesidades de la posterior aplicacion constructiva.

La obtencion de las diversas aleaciones de Aluminio se efectua en la fundicion mediante fusion de lingotes de Aluminio puro, de aleaciones de Al-Mg-Si y de chatarra de aluminio procedente de los residuos generados en las
plantas de extrusion.

Como ya se ha citado, las aleaciones utilizadas en el campo de la construccion corresponden a la serie 6000, concretamente las aleaciones 6060 y 6063.

Para la obtencion en una fundicion del material base se sigue el proceso siguiente:

• Fusion de la materia prima

• Homogeneizado de la aleacion

• Colada o solidificacion del material

• Estabilizacion de las barras

• Corte a medida de las barras

La comprobacion de la composicion quimica de una aleacion se efectua mediante un analisis espectografico. Una vez confirmada se procede a solidificar el material en forma de barras cilindricas, denominadas TOCHOS, que presentan un diametro y longitud variables en funcion de la prensa de extrusion a utilizar y del perfil a extrusionar.

En general los TOCHOS tienen longitudes que oscilan entre 3 y 6 metros y diametros que oscilan entre 130 y 300 mm.

• EXTRUSIÓN:

Es la fabricacion del propio perfil. A la maquina de extrusionar se la denomina PRENSA y se clasifica de acuerdo con la fuerza maxima que puede ejercer el piston. Dicha potencia se expresa en toneladas (Tn).

La matriz es la pieza base del proceso de extrusion y su forma mas sencilla consiste en un disco de acero templado en el que se ha practicado un orificio que reproduce la forma del perfil que se desea extrusionar. Se dispone de matrices planas para obtener perfiles abiertos y tambien de matrices puente para obtener perfiles cerrados. Estas ultimas constan de una matriz con la forma exterior del perfil y una pieza puente con la forma interior del perfil. Previamente a ser extrusionado, el TOCHO se calienta en unos hornos de precalentamiento hasta alcanzar una temperatura aproximada de 500º C. Una vez estabilizada la temperatura en toda la barra, esta es extraida del horno y colocada en la PRENSA, donde es presionada mediante un piston contra la matriz.

Por efecto de la presion ejercida por el piston y gracias al estado semiplastico del tocho de aluminio, el material fluye a traves de la matriz adoptando la figura de la misma y dando origen al perfil. Una vez enfriado el perfil se procede a enderezarlo, estirandolo por medios mecanicos, y se corta despues a la longitud comercialmente solicitada.

Las propiedades fisicas y mecanicas de dicho perfil se mejoran mediante un tratamiento termico de envejecimiento artificial que consiste en:

• Calentar el perfil uniformemente a una temperatura controlada, normalmente entre 160 y 190ºC.
• Mantener esta temperatura durante un periodo de 4 a 6 horas.
• Enfriar posteriormente el perfil por aire.

De esta forma se obtienen perfiles con tratamiento superficial T5, que garantiza un buen acabado superficial libre de rayas de matriz, manchas y cualquier otra imperfeccion.

En resumen, el proceso de extrusion consta de las siguientes etapas:
1. Calentamiento del tocho
2. Corte en caliente del tocho
3. Colocacion de la matriz en la prensa de extrusion propiamente dicha
4. Extrusion propiamente dicha por presion del piston sobre el tocho
5. Enfriamiento del perfil a la salida de la prensa
6. Corte del material
7. Estirado y enderezado del perfil
8. Control de calidad dimensional y control de calidad del estado superficial
9. Corte a medida de los perfiles
10. Colocacion de los perfiles en contenedores para entrar en el horno de tratamiento termico

El Aluminio en carpinteria requiere unas propiedades fisicas y mecanicas muy determinadas, que se caracterizan especialmente por el tipo de dureza superficial. Un metodo para determinar la dureza es mediante la evaluacion de la resistencia que oponen los cuerpos a dejarse penetrar por otros mas duros. Entre este tipo de ensayos cabe destacar los mas empleados industrialmente, que son: Brinell, Vickers y Rockwell.

El ensayo de dureza Brinell es adecuado para materiales blandos y semiduros. Consiste en comprimir una bola de acero duro, de 10mm de diametro, sobre la superficie del material a ensayar durante un tiempo determinado.

En el ensayo de dureza Vickers el penetrador es una piramide regular de base cuadrada, de diamante, cuyas caras laterales forman un angulo de 136º.

El ensayo de dureza Rockwell se ideo para medir la dureza mas rapidamente que con los ensayos Brinell y Vickers. Este sistema es menos preciso que los dos anteriores pero muy rapido y facil de realizar. Sirve tanto para materiales duros como blandos.

Una planta de extrusion debe contar con un taller anejo de matriceria ya que al terminar el proceso de extrusion, debe ponerse a punto de nuevo la matriz para poder ser utilizada asi en una nueva extrusion. Esta puesta a punto comporta las siguientes operaciones:

• Desmontaje de la matriz situada en el portamatrices
• Eliminacion del aluminio residual solidificado y adherido a ella mediante un bano de sosa caliente
• Limpieza con la maquina de chorreado
• Retoque y pulido asi como verificacion de su estado (dimensiones, forma, fisuracion, etc.)
• Nitrurado
• Proteccion
• Almacenaje

El Aluminio es un material que tiene una gran afinidad con el oxigeno. Por ello, al estar en contacto de forma continua y directa con el oxigeno atmosferico, se auto recubre de una capa natural y continua de oxido de aluminio, que en la mayoria de los casos es capaz de detener el principio de corrosion puesto que el oxido resultante es estable e impermeable al oxigeno. Sin embargo, esta oxidacion natural del aluminio no proporciona una capa superficial con garantias adecuadas para su empleo arquitectonico exterior en lugares expuestos, donde la apariencia junto con la resistencia a la abrasion, la corrosion y la erosion son factores determinantes de la calidad del producto colocado. Para conseguir conjuntamente todas estas caracteristicas es preciso recurrir a unos procesos industriales de tratamiento superficial del aluminio como son el anodizado y el lacado.

Anodizado

El Aluminio es, como cualquier otro metal, sensible al proceso de oxidacion ambiental. Este proceso espontaneo
produciria manchas aleatorias, que afectarian negativamente la estetica de los perfiles. Se puede definir pues el proceso de anodizado como una oxidacion controlada, acelerada y uniforme de la capa mas superficial del perfil, por medio de un proceso electroquimico.

La oxidacion anodica o proceso de anodizado es un tratamiento electrolitico destinado a producir aceleradamente capas de oxido de mayor espesor, uniformidad, estabilidad y diferente estructura de las que ya se formarian espontaneamente en la superficie del aluminio.

El proceso de anodizacion se puede dividir en tres etapas basicas: pretratamiento, tratamiento y postratamiento. El pretratamiento comprende inicialmente el desengrase del material en estado de suministro. Entre las diferentes opciones conocidas para el desengrase del material mediante inmersion la mas extendida es la utilizacion de un producto comercial consistente en una solucion alcalina compuesta por agentes humectantes, emulsionantes, solubilizantes, saponizantes y secuestrantes, durante un tiempo de inmersion de 3 a 5 minutos.

La operacion siguiente al desengrase de la superficie es el decapado obtenido como resultado de un fuerte ataque
quimico al entrar en contacto el perfil con soluciones fuertemente alcalinas. Se utiliza generalmente el hidroxido de sodio con un aditivo comercial inhibidor de la formacion de depositos duros y con propiedades detergentes. El tiempo de inmersion es de 5 a 10 minutos.

A consecuencia de la fina capa formada por particulas metalicas y oxidos que permanecen adheridos en la superficie
del aluminio al salir del bano decapante se hace imprescindible un tratamiento posterior de remocion de dicha pelicula. A esta nueva operacion se la denomina neutralizado y se lleva a cabo mediante la inmersion en una solucion que contenga acido nitrico.

Una vez superados los pasos anteriores, los perfiles extruidos ya se encuentran listos para ser sometidos a la conversion de su superficie: la formacion de una capa de oxido anodica. El tratamiento anodico es un proceso electroquimico en el que el aluminio que va a ser tratado se hace electricamente positivo (anodo) y se sumerge en un electrolito adecuado. Este proceso mejora notablemente la capacidad natural del aluminio de reaccionar con el oxigeno. Cuando se aplica una corriente electrica se libera oxigeno del propio electrolito dirigiendose al anodo donde reacciona con la superficie del Aluminio, formando una pelicula de oxido de aluminio. Esta pelicula de oxido se conoce como capa anodica. La reaccion quimica continua mientras dura el paso de corriente. A medida que se forma el oxido de aluminio, el electrolito tiende a disolverlo. Por consiguiente, la capa se vuelve porosa y aumenta su espesor. El electrolito penetra en los poros, permitiendo el paso de corriente y la formacion continua de una pelicula de oxido porosa en la interfase del metal. Esta pelicula interfasica se conoce como capa barrera y puede presentar billones de poros por centimetro cuadrado. La porosidad y el espesor de la capa son factores importantes en la determinacion de las propiedades finales del anodizado. Esta capa de anodizado es el resultado del tratamiento anodico del aluminio, en un electrolito (en la mayoria de los casos acido sulfurico entre el 15 y el 20 %) cuando una corriente directa, a suficiente voltaje, circula a traves de la celda electrolitica que se establece al utilizar como catodo el mismo tipo de aleacion de aluminio. El flujo de corriente adecuado para la obtencion de la capa anodica corresponde a una intensidad entre 1,0 y 1,5 Amperios por decimetro cuadrado, que requiere un voltaje de entre 13 y 17 voltios.

La capa del Aluminio ya anodizado tiene que ser sometida a un tratamiento final, postratamiento, para la eliminacion de su propiedad absorbente con el objetivo de garantizar la estabilidad quimica de la capa protectora frente a ciertos medios, y garantizar la estabilidad de color frente a la luz. Esta operacion final se denomina sellado y con ella se aumenta la resistencia a las manchas y a la corrosion de dicha capa. El sellado consiste en un tratamiento de hidratacion aplicado a los recubrimientos anodicos de oxido despues de la oxidacion, con el fin de reducir la porosidad y, por tanto, la capacidad de absorcion del recubrimiento. Los valores minimos del espesor de la capa anodica recomendados estan en funcion de la agresividad atmosferica.

Las clases de espesor son:

Clase 5 Implica que el espesor medio minimo es de 5 μ
Clase 10 Implica que el espesor medio minimo es de 10 μ
Clase 15 Implica que el espesor medio minimo es de 15 μ
Clase 20 Implica que el espesor medio minimo es de 20 μ
Clase 25 Implica que el espesor medio minimo es de 25 μ

Las clases 5 y 10 se reservan para aplicaciones en interiores y las clases 15, 20 y 25 se utilizan para exposiciones exteriores. La eleccion de la clase viene definida por el arquitecto y/o proyectista en funcion de la exposicion de la obra y de la agresividad ambiental.

Todos los Anodizadores que disponen de este sello estan obligados, y asi deben regirse, en todo su proceso productivo por las directrices que de estos organismos emanan tanto en lo concerniente a controles (de sellado, de micrage, de diferencias de tonalidades etc.) como en lo concerniente a garantias.

Con objeto de asegurar el cumplimiento de las garantias de calidad exigidas, los perfiles anodizados deben someterse y superar durante su proceso de fabricacion los siguientes ensayos de control:

• Control de sellado
• Control de espesor
• Control de diferencias de tonalidad

Lacado


El tratamiento de lacado consiste en proteger la superficie de los perfiles de Aluminio con una capa de pintura aplicada, bien en polvo o bien liquida.

• Pintura liquida: Tiene como vehiculo de aplicacion del recubrimiento un disolvente, el cual debe evaporarse para obtener posteriormente la capa protectora de resina pigmentada.
• Pintura en polvo: Se aplica pulverizando un polvo de resina que se deposita electrostaticamente hasta obtener el espesor de capa protectora de resina pigmentada. Finalmente, la capa se endurece en el horno.

El proceso industrial mas habitual consiste en:

• Desengrasado de los perfiles mediante inmersion en un bano con productos medianamente alcalinos. Es el mismo tratamiento ya descrito para el anodizado.
• Aclarado con agua desmineralizada para eliminar los posibles sobrantes.
• Decapado con productos fuertemente alcalinos para obtener una superficie mas uniforme del aluminio. Es el mismo proceso que en el caso del anodizado.
• Neutralizado, igual que en el anodizado.
• Cromatizado. Tratamiento con soluciones acuosas que contienen iones hexavalentes de cromo aplicado para asi formar una capa protectora.
• Lavado con agua desmineralizada y desionizada, y posterior secado en el horno para que los perfiles lleguen secos a la cabina de pintura.
• Cabina de pintura donde se pulverizan los perfiles con polvo de resina de poliester. Al abandonar el polvo las pistolas de proyeccion, las particulas pulverizadas se cargan electricamente por accion de un campo electrico positivo. Dado que los perfiles de Aluminio estan conectados a tierra con un potencial negativo, el polvo es atraido y se deposita sobre las superficies de los perfiles.
• Horno de polimerizacion. Una vez aplicado el polvo sobre los perfiles, estos pasan al horno donde se realiza el termoendurecimiento de la resina alcanzando una temperatura de 200º C. El recorrido de los perfiles por el interior del horno dura unos 30 minutos. Este tratamiento termico produce la fusion de las particulas de polvo proporcionando una pelicula protectora uniforme. Los espesores de capa que se obtienen son generalmente muy uniformes, con valores que oscilan entre 60 y 80 micras.

• «Calidad Marina» es un proceso que mejora las prestaciones del lacado en ambientes muy agresivos como primera linea de mar, industriales, etc., que consiste en aumentar el rebaje de la superficie del material de 0,8 gr/m2 a 2 y 4 gr/m2, lo que beneficia la penetracion y agarre del cromatizado.

• «Fluorocarbonatados» o «PVDF» (laca en base fluoropolimeros 70:30) son sistemas multicapas que ofrecen excelentes prestaciones ante el envejecimiento y la degradacion del color debido a los rayos UV en ambientes de alta agresividad. Por el contrario, la diversidad de colores esta mas limitada. El sistema contempla la aplicacion de 3 o 4 capas: una primera inhibidora de la corrosion, eventualmente una capa adicional de barrera, una capa de color y una ultima capa de barniz. La temperatura de horneado llega a los 240ºC.

Los perfiles de Aluminio utilizados en la construccion estan expuestos a un cierto riesgo de corrosion, la cual no solo puede tener consecuencias esteticas sino tambien estructurales. Se pueden distinguir dos tipos distintos de corrosion que pueden llegar a afectar gravemente al producto:

• Corrosion filiforme

Es una corrosion que avanza desde el interior del perfil hacia el exterior. Tiene aspecto de filamentos y su aparicion generalmente se debe a una mala preparacion de la superficie en la fase de cromatizado previo al lacado. Tambien puede aparecer la corrosion filiforme como consecuencia de la porosidad del recubrimiento o de la falta de adherencia del mismo.

• Corrosion por par galvanico

La corrosion galvanica ocurre cuando dos metales se ponen en contacto y ambos poseen potenciales electricos
diferentes, lo que favorece el comportamiento de un metal como anodo y del otro como catodo. A mayor diferencia de potencial, el metal mas activo sera el que se comportara como anodo.

En los muros cortina la posible aparicion de par galvanico debe tenerse muy en cuenta tanto en los anclajes como en las mechas puesto que generalmente ambos son de acero galvanizado, zincado o pintado, mientras que el resto de uniones o tornillos son de Acero Inoxidable, de Aluminio o de Zamack, alternativas que no suelen causar problemas. El par galvanico puede evitarse colocando separadores de materiales inertes (plasticos) entre el Aluminio y los otros metales, como puede ser el acero en el caso de los anclajes y de las mechas.