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Carpinteria   manual de aluminio
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Carpinteria manual de aluminio

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  • 1. Como Presidente de la Asociación Nacional de Extruidores de Perfiles de Alu- minio (ANEXPA) y en representación de las Empresas españolas que integra- mos esta asociación, me satisface presentarles esta publicación, dirigida prin- cipalmente al sector de la construcción, arquitectos, promotores, constructo- res, carpinteros de aluminio y fabricantes de herrajes, para informarles de las prestaciones que ofrecen los perfiles extruidos de aluminio, y las enormes ven- tajas de utilizarlos en la fabricación de cerramientos exteriores, ventanas, puertas, verandas, barandillas, fachadas ligeras, claraboyas, etc., así como pa- ra soluciones de interiores, en paredes de paneles móviles, mamparas para ba- ños, armarios empotrados y demás aplicaciones. La ligereza del aluminio, su buena resistencia mecánica y excelente resisten- cia a la corrosión garantizan una realidad y un futuro prometedor para que este material siga construyendo este futuro. Desde principios del siglo XX, que se construyeron los primeros perfiles, has- ta hoy, la tecnología de la extrusión ha experimentado un espectacular desa- rrollo. Si tan sólo hasta hace muy pocos años las secciones de los perfiles de alumi- nio que se obtenían por extrusión eran de geometría sencilla, hoy, salvo raras excepciones, es posible fabricar cualquier sección, solamente dependerá de la imaginación del profesional que necesite y diseñe esta sección. Las tolerancias dimensionales que se consiguen van haciéndose cada vez más estrechas, acercándonos incluso a las tolerancias propias de cualquier meca- nizado estándar. Todo ello es debido a los avances que, día a día, se están con- siguiendo, tanto en el diseño de las matrices de extrusión, como en las pren- sas y sus equipos auxiliares. Con una clara vocación a la calidad la industria española de la extrusión alu- minio se está posicionando como una de las más competitivas a nivel euro- peo. La mayoría de las empresas asociadas a ANEXPA disponen de una cer- tificación ISO 9002 del Sistema de Calidad. Desde ANEXPA estamos seguros que este documento va a ser de gran utilidad, y otro paso adelante en el trabajo que estamos desarrollando para cumplir con nuestros objetivos, que se dirigen básicamente a promover el aluminio y la in- dustria de la extrusión en España, con la colaboración de todas las empresas asociadas. Finalmente, agradecer su inestimable colaboraciòn para la realización de esta publicación a D. Ángel Jadraque Millán que ha puesto a disposición de ANEXPA sus conocimientos y su larga experiencia en el mundo del aluminio y su capacidad de sintetizar en un espacio breve todo un mundo que desbor- da. Marc Sansalvadó Presidente Asociación 1 Presentación
  • 2. Página ANEXPA ............................................................................................... 1 1. Un metal con vocación de futuro.............................................. 2 2. Cómo se obtiene el aluminio .................................................... 2-5 3. Producción y consumo ............................................................... 5-6 4. Aleaciones del aluminio y sus aplicaciones .............................. 7 4a. Aleaciones del Grupo 6000 ....................................................... 7-9 4b. La aleación 6063 o AIMgSi0,5 ................................................. 10-11 5. La colada de tochos ................................................................... 11-12 6. Homogeneizado .......................................................................... 13 7. La Extrusión de un perfil ........................................................... 13-15 8. Anodizado y lacado .................................................................... 15-16 9. Principales mercados del aluminio ............................................ 17 10. El aluminio en la Edificación .................................................... 17-22 11. Sistemas de Carpintería de Aluminio ........................................ 23 11a. Sistemas batientes ...................................................................... 24-25 11b. Sistemas deslizantes ................................................................... 26 11c. Sistemas con Rotura Térmica .................................................... 27-28 11d. Dónde deben utilizarse los Sistemas con Rotura Térmica ...... 28 12. Rehabilitación de edificios ......................................................... 28-29 3 índice
  • 3. 4 1. Un metal con vocación de futuro Resulta curioso que, siendo el Aluminio el tercer elemento más abundante en la cor- teza terrestre, después del oxígeno y el si- licio, hasta el año 1821 nadie había repa- rado en él. Fue en este año cuando el cien- tífico francés Pierre Vertier, especialista en mineralogía, repara en una piedra terrosa y rojiza que bautizó con el nombre de «Bau- xita», al haberla encontrado en las inme- diaciones de la entonces pequeña aldea de Les Baux (Francia). Cuatro años más tarde, de esta piedra, que no era otra cosa que óxido hidratado de aluminio, se consiguió por vez primera ais- larlo en el laboratorio del resto de los ele- mentos que contenía. Fig. 1. Yacimiento de Bauxita Aquí daría comienzo la emocionante his- toria del Aluminio. 2. Cómo se obtiene el Aluminio Ya hemos visto que el aluminio, debido a su reactividad química, no se encuentra en estado puro como otros metales, sino que aparece combinado con el oxígeno, for- mando un óxido (Al2O3) llamado Alúmina. Este óxido de color blanquecino se en- cuentra, en mayor o menor cantidad, en más de cien compuestos de la corteza te- rrestre, lo que explica la abundancia del mismo. Sin embargo, es precisamente en esa piedra terrosa y rojiza, llamada bauxita, donde más concentración de alúmina aparece, si- tuándose ésta en torno al 58%. Cuando la concentración en estas tierras arcillosas se aleja de este porcentaje, el coste de ob- tención de alúmina se dispara, por lo que ya no resulta rentable su explotación. Para que ésta lo sea, como mínimo, debe tener un 30% de alúmina, que el yacimiento es- té a cielo abierto, como lo están la mayor parte de ellos, y que el acceso al mismo sea fácil. Fig. 2. Silo de Alúmina
  • 4. 5 Fig. 3. Esquema de la obtención de aluminio desde la mina hasta la colada
  • 5. 6 Aunque prácticamente se ha encontrado bauxita en todos los continentes, los prin- cipales y más rentables yacimientos se en- cuentran en los países tropicales y subtro- picales, a pesar de que también existen en algunos países del Este de Europa y en al- gunos de los países que constituían la an- tigua URSS. EE.UU, Brasil, Jamaica, Australia, Indone- sia, Nigeria y Guinea son algunos de los países con mayores reservas de bauxita en la actualidad. Estas reservas están estima- das en más 40.000 millones de Tons. y si- guen apareciendo nuevos yacimientos, te- niendo en cuenta que, como ya se ha di- cho, por el momento solamente interesan los yacimientos a cielo abierto y con altos porcentajes de alúmina. En la Fig. 3 se representa un sencillo es- quema del camino que recorre el aluminio hasta convertirse en un tocho o en una placa de aluminio 99,6%, o aleado inten- cionadamente con otros metales en el hor- no de fusión para alcanzar las característi- cas necesarias al uso comercial que vaya a ser destinado. Resulta interesante observar en dicho es- quema que, aproximadamente, de cada 4 Kg. de bauxita solamente se obtiene 1 Kg. de aluminio. Otro dato muy significa- tivo es que la energía necesaria para obte- ner 1 Kg. de aluminio era en los primeros años de 40 Kw./Kg. , actualmente, y debi- do a los avances técnicos alcanzados en el proceso de la electrólisis, se sitúa ya entre los 13 y 15 Kw./Kg. de aluminio. Con estos datos se comprende fácilmente que cuanto más cercano se encuentre el yacimiento de bauxita a la planta de ob- tención de alúmina y ésta a la de electroli- sis el coste del transporte se reducirá nota- blemente. Si además el país productor de aluminio dispone de una energía barata, contará con las mejores condiciones de competitividad con respecto a otros países productores. Hasta el año 1886, el aluminio que se ob- tenía salía prácticamente del laboratorio, por lo que su coste era elevadísimo y las cantidades producidas insignificantes. Ya a partir de este año, casualmente y de ma- nera simultánea dos científicos por separa- do, uno francés y el otro americano, des- cubren un procedimiento de obtención por electrolisis. Este procedimiento fue desa- rrollado y mejorado espectacularmente por Fig. 4. Esquema de una cuba de electrolisis
  • 6. 7 el científico alemán Bayer, de manera que, si en un principio el coste de obtención de una libra de aluminio era de 545 dólares, ya en el año 1990 este coste pasó a ser de tan sólo 35 centavos de dólar. 3. Producción y Consumo Si nos remontamos tan solo al año 1950, la producción mundial de aluminio prima- rio más aluminio secundario, llamado tam- bién de segunda fusión, fue de 1,5 Millo- nes de Tons., en el año 1970 ésta pasó a ser de 4,5 millones para alcanzar en el año 1998 los 25 millones de Tons. De estos datos se desprende el desarrollo imparable que está teniendo el aluminio, estando presente en todos los sectores de la industria mecánica, eléctrica y electróni- ca, del transporte terrestre, aéreo y maríti- mo, de la industria espacial y sobre todo de la industria de la construcción, en la que se emplea a nivel mundial en torno al 28% del consumo total. En los dos siguientes diagramas se repre- sentan los últimos datos disponibles acerca de la producción y consumo de aluminio primario en el mundo, (fig. 6), y los mis- mos datos referidos a Europa, (fig. 7). En ambas gráficas están excluidos algunos países del Este de Europa, de la antigua URSS y de China, por no disponer de datos fiables de los mismos. Naturalmente a los datos reflejados en és- tas dos gráficas se deben añadir los datos de producción de aluminio reciclado y que solamente en Europa alcanzó la cifra de 2,2 Millones de Tns. en el año 1999, como se refleja en la gráfica de la fig. 8. Fig. 6. Mercado de Aluminio primario en el mundo Fig. 7. Mercado de Aluminio primario en Europa 0 5000 0000 5000 0000 5000 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 Producción Consumo 0 00 00 00 00 00 00 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 Producción Consumo 1,5 4,5 26,5 0 5 10 15 20 25 30 Año 1950 Año 1970 Año 2000 MillonesdeTons. Fig. 5. Producción mundial de Aluminio primario y secundario
  • 7. 8 En lo que se refiere al consumo de aluminio por habitante y año, ob- viamente se observa que sigue una trayectoria paralela a los datos de producción. EE.UU, Japón y Euro- pa Occidental son los países con mayor índice de consumo, a dife- rencia del resto del mundo, (Fig. 9) En Europa, los países que lideran este índice son Austria y Suiza con un consumo de 28,5 Kg. de alumi- nio por habitante y año. España, con 10,5 Kg., se encuentra todavía a la cola del grupo junto a países como Portugal y Turquía con 3,5 Kg. Consecuentemente es ló- gico pensar que España vaya in- crementando este consumo hasta ponerse a la altura de la media eu- ropea, situada actualmente en 20,7 Kg/ hab./año, (Fig. 10). Fig. 8. Mercado de Aluminio reciclado en Europa 0 500 1000 1500 2000 2500 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 Milesdetoneladas Producción Fig. 9. Consumo de Aluminio por habitante 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Europa USA Japón Kg 1980 1990 1998 Fig. 10. 0 5 10 15 20 25 30 Suecia AustriaAlem ania Italia SuizaD inam arcaN oruegaH olanda Francia BelgicaFinlandia R eino U nido G recia EspañaTurquía Kgpercápita
  • 8. 9 Todos sabemos que al alear unos metales con otros pueden conseguirse propiedades y características más apropiadas a los usos comerciales para los que vayan a ser desti- nados. Con respecto al aluminio podemos decir que las principales aleaciones se clasifican en ocho grupos, reflejados en la Tabla I de la fig. 13, en la que puede verse el metal aleado predominante de cada grupo, las características más relevantes y los usos co- merciales más comunes. 4. Aleaciones de aluminio y sus aplicaciones Más del 80% de los perfiles extruidos que se producen en el mundo han sido fabrica- dos en aleaciones pertenecientes a este grupo, siendo dentro del mismo la aleación 6063, conocida también como AlMgSi0,5 la más utilizada. Prácticamente el 100% de los perfiles destinados a la fabricación de carpintería de aluminio han sido fabricados con esta aleación. En la Tabla II de la fig. 14 se reflejan los datos más significativos de las aleaciones de éste grupo. Unas de otras se diferencian en las cantidades mayores o menores de los elementos que intervienen en cada alea- ción. No obstante, los elementos prepon- derantes de todas ellas siguen siendo el magnesio y el silicio. 4a. Aleaciones del Grupo 6000 Fig. 11. Algunas aplicaciones de las aleaciones de aluminio Fig. 12. Algunas aplicaciones de las aleaciones de la Serie 6000
  • 9. 10 Fig. 13. Tabla I Aplicaciones más comunes en productos extruídos (Perfiles) y laminados (Chapas) para Arquitectura Principales características Principal metal aleado Grupo (Equiv. A.A.) –Tubos para antenas de TV. –Chapas lisas para zócalos, paneles y remates de fachadas. –Recubrimiento de mantas asfálticas. –Chapas plegadas para cubiertas. –Paneles sandwich de aislamiento con poliuretano para fachadas. –Alta resistencia a la corrosión. –Alta conductividad eléctrica y térmica. –Bajas propiedades mecánicas. –Excelente aptitud para el Anodizado y Lacado (99,8%). –Excelente ductilidad y maleabilidad. Aluminio 99,00% o más 1000 –Mecanizados de precisión. –Fabricación de racores, tornillos, cas- quillos. –Bielas, frenos, elementos estructurales en aviación. –Altas propiedades mecánicas. –Baja resistencia a la corrosión. –Buena maquinabilidad y fragmenta- ción de viruta. Cobre2000 –Cubiertas en tejados y paredes. –Carrocerías en vehículos. –Utensilios de cocina. –Depósitos de combustible. –Moderada resistencia mecánica. –Fácil embutición.Mangane- so 3000 –Paneles arquitectónicos. –Pistones para automóviles. –Más bajo punto de fusión. –Color gris obscuro después del anodi- zado. Sílice4000 –Recubrimientos de fachadas. –Carrocerías de vehículos. –Puertas de ferrocarril. –Cascos de barcos, veleros, mástiles, etc. –Plataformas de camiones, volquetes, etc. –Cuadros para bicicletas. –Según sea su estado y su composición química se pueden conseguir cargas de rotura que van desde los 120 a 435 N/mm2 . –Excelente comportamiento a la solda- dura. –Excelente resistencia a la corrosión marina. –Buen comportamiento al anodizado y lacado. Magnesio5000 –Por ser este grupo el más utilizado en la fabricación de perfiles extruídos, nos remitimos a la Tabla II de la Fig. 3. –Por ser este grupo el más utilizado en la fabricación de perfiles extruídos, nos remitimos a la Tabla II de la Fig. 3. Magnesio y Silicio 6000 –Piezas para maquinaria, bridas, bulo- nes, uniones de estructuras. –Puentes, rampas de acceso, vagones de ferrocarrill, chasis para camiones. –Troqueles, matrices, armamento, in- dustria del automóvil, etc. –Vigas. –Elevada resistencia mecánica. –Muy apta para la soldadura según sea su composición química. Cinc 7000 (Duroalu- minio) –Aplicaciones especiales.–Características especiales.Otros metales como Hierro o Níquel 8000
  • 10. 11 Fig. 14. Tabla II MB = Muy Bueno B = Nueno R = Regular M = Malo Aplicaciones más comunes en productos extruídos (Perfiles) y en productos laminados para Arquitectura Principales características en estado T5 Principal metal aleado Grupo 6000 –Especial para perfiles que necesiten características super. a la 6003. –Postes eléctricos e Industrias eléctricas en general. –Estructuras de Ingeniería. –Estructuras de autobuses y vagones de ferrocarril. –Carga rotura 26 Kg/mm2 –Mecanizado R –Límite elástico 23 Kg/mm2 –Resist. corrosión B –Alar. A5,65% 13 –Anodizado B –Soldadura MB –Lacado BSilicio Magnesio 6005 –Electrónica, Disipadores de calor, Car- casas de motores. –Elementos para maquinaria. –Remaches. –Carrocerías de camión. –Carga rotura 22 Kg/mm2 –Mecanizado R –Límite elástico 18 Kg/mm2 –Resist. corrosión B –Alar. A5,65% 13 –Anodizado MB –Soldadura B –Lacado MB Silicio Magnesio 6060 –Fabricación de moldes, troqueles, pie- zas para maquinaria. –Vagones de ferrocarril. –Estructuras de camiones. –Piezas para bicicletas. –Aplicaciones aeroespaciales. –Vehículos ultraligeros. –Carga rotura 30 Kg/mm2 –Mecanizado M –Límite elástico 26 Kg/mm2 –Resist. corrosión B –Alar. A5,65% 14 –Anodizado R –Soldadura B –Lacado BSilicio Magnesio 6061 T6 –Estructura para automóviles. –Sistemas hidráulicos. –Tornillería, remaches. –Andamios y estructuras para carpas y pabellones. –Bicicletas. –Carga rotura 32 Kg/mm2 –Mecanizado M –Límite elástico 27 Kg/mm2 –Resist. corrosión B –Alar. A5,65% 11 –Anodizado B –Soldadura B-MB –Lacado B Silicio Magnesio 6082 –Es la más utilizada en perfiles para Sistemas de Carpintería. Ver en el apartado siguiente.Silicio Magnesio 6063 –Manguitos de unión de cables eléctri- cos y bridas. –Barras de conexión. –Carga rotura 32 Kg/mm2 –Mecanizado M –Límite elástico 27 Kg/mm2 –Resist. corrosión B –Alar. A5,65% 11 –Anodizado B –Soldadura B-MB –Lacado B Silicio Magnesio 6101 T6
  • 11. 12 4b. Aleación 6063 o AlMgSi0,5 Fe Si Mg Mn Cu Ti Zn Cr Otros Al Máximo 0,30 0,60 0,60 0,30 0,10 0,20 0,15 0,05 0,15 resto Mínimo 0,10 0,30 0,40 — — — — — — Composición química más generalizada : Fe Si Mg Mn Cu Ti Zn Cr Otros Al Máximo 0,20 0,55 0,65 0,10 0,10 0,05 0,05 – 0,15 resto Mínimo – 0,35 0,45 — — — — — — Composición ideal para los perfiles de arquitectura: Módulo de elasticicidad 6.800 Kg/mm2 Dureza Rockwel 68 Conductiv. termica a 20ºC 209 W/m K Dureza Brinell 70 Conduct. eléctrica % IACS 55,5 Carga de Rotura 22-23 Kg/mm2 Coef. dilat. lineal entre 20-100ºC 23,5/106 K Límite elást. 0,2Kg/mm2 20Kg/mm2 Peso específico 2,7 Kg/dm3 Alargam. (5,65%) 14 Resistividad eléctrica a 20ºC 3,1µΩcm Límite de fatiga 15 Kg/mm2 Intervalo de fusión 615-655 Resistenc. a cizallad. 13-14 Kg/mm2 Dureza Webster 12-13 Principales características físicas en estado T5*: (*) T5 = Estado del aluminio después de extruido, enfriado al aire y envejecido a 175ºC. Soldabilidad Puede soldarse sin dificultades especiales, preferentemente con los sistemas de solda- dura TIG y MIG. Mecanizabilidad Los perfiles obtenidos, gran parte de ellos destinados a la carpintería de aluminio, ad- miten altas velocidades de corte, fresado, taladrado, troquelado, etc., facilitando unos altos rendimientos en el taller. Resistencia a la corrosión Ofrece un excelente comportamiento, ya sea en atmósferas industriales o marinas. La capa de óxido que se forma en la su- perficie tiene un espesor de 0,0025 micras que, con el paso de varios años puede lle- gar hasta 0,020 micras.
  • 12. 13 Esta capa puede ser total o parcialmente destruida si se le ataca con soluciones al- calinas o algunas soluciones ácidas. Tam- bién podría deteriorarse si queda atrapada entre dos superficies planas agua de lluvia o de condensación, o por rozamiento fuer- te entre ambas que llegue a producir ero- sión. El contacto con la superficie de otros metales podría asimismo causar una corro- sión por el llamado efecto “par galvánico” ,aunque el aluminio es resistente cuando el metal en contacto es el hierro galvanizado. Los tratamientos de superficie como el anodizado o el lacado aumentan conside- rablemente la resistencia a la corrosión. 5. La colada de tochos En el esquema representado en la fig. 3, el aluminio obtenido en la cuba de electroli- sis pasa al horno de fusión, donde se le añaden los elementos aleantes correspon- dientes a la aleación que se quiera conse- guir. En este caso nos centraremos en la aleación 6063. Los aleantes se encuentran a su vez en lin- gotes de aluminio aleado con un alto por- centaje del metal correspondiente, por ejemplo, Al+Mg; Al+Si; Al+Fe, etc. A estos lingotes se les conoce como aleaciones madre. Antes de verter el metal líquido desde el horno de fusión al horno de colada, se to- marán diferentes probetas para verificar en el laboratorio si la composición obtenida es la deseada. Si no lo fuera, se añadirán nue- vas cantidades de lingotes madre con los elementos deficitarios hasta conseguir la composición deseada. De esta operación comenzará a depender la calidad de los perfiles que se obtengan por extrusión. Una composición incorrecta podría crear problemas de extrusionabilidad y sobre to- do modificará las características físicas y químicas de los perfiles. Fig. 16. Canaleta del horno de colada y esquema de colada de tochos. Fig. 15. Capa protectora de óxido. Capa de óxido protectora entre 10 y 20x10-6 mm
  • 13. 14 del foso de colada. Para conseguir que el tamaño de grano sea lo más fino posible se aplica una pequeña aportación de tita- nio. Sobre unos moldes de sección circular y sobre unos falsos fondos situados en el extremo de un émbolo, comienza a depo- sitarse el aluminio líquido según se repre- senta en el esquema de la Fig. 16. A me- dida que el émbolo va descendiendo len- tamente el aluminio se va solidificando. De esta manera se obtienen unas barras ci- líndricas de aluminio de 3 a 8 metros de longitud, según sea la profundidad del fo- so y las caracteríscas de la instalación. El diámetro de éstas barras lo determina el molde antes citado. Normalmente, los diá- metros más comerciales varían entre los 150 y 254 mm, según sea el tamaño y la fuerza de la prensa de extrusión donde se vayan a utilizar. Del horno de fusión pasa el metal líquido a una temperatura de 740ºC al horno de colada y de éste, a través de una canaleta y unos filtros insertados en la misma, pasa al distribuidor situado en la parte superior Fig. 17. Espectrógrafo y laboratorio de análisis. Fig. 18. Tochos saliendo del foso de colada y palés de tochos listos parala extrusión.
  • 14. 15 6. Homogeneizado de Tochos A las barras de aluminio ya coladas se les aplica un tratamiento posterior, llamado homogeneizado, en un horno a tempera- tura de 580ºC. Esto se hace para lograr una adecuada distribución de los elementos aleantes, mejorar la plasticidad en caliente durante la extrusión y, lo que es muy im- portante, permite mejorar las característi- cas mecánicas que alcanzarán posterior- mente los perfiles. Después de enfriadas las barras se cortarán a los largos comerciales solicitados por los extrusores. Generalmen- te se cortan entre 50 y 80 cm. de longitud. cuando la prensa dispone de horno de ca- lentamiento de tochos por inducción, pero si este horno es de gas puede suministrar- se hasta la barra completa. El homogeneizado será pues otro proceso que influirá en la calidad posterior del perfil. 7. La extrusión de un perfil La tecnología de la extrusión está basada en la plasticidad de los metales cuando és- tos se encuentran en estado sólido pero próximos a su temperatura de fusión. Es- quemáticamente consiste en introducir el metal en un recipiente o contenedor, colo- cando en uno de sus extremos una matriz con la sección del perfil que se vaya a ob- tener. Por el otro extremo se aplica una presión por medio de un émbolo que ha- rá fluir el metal a través del orificio de la matriz, obteniendo así el perfil deseado. Fue en el año 1810, cuando todavía no se había descubierto el aluminio, el inglés Bramah desarrolló la primera prensa de ex- trusión, pensando en la obtención de tu- berías de plomo. A partir de esta fecha se fueron introduciendo nuevos sistemas y equipos auxiliares llegándose a extruir tu- bería de cobre y de latón. Más tarde y a medida que se iban conociendo las propie- dades y características del aluminio se em- pezó a utilizar con él esta tecnología, has- ta que fue la Segunda Guerra Mundial la que impulsó el enorme desarrollo que el aluminio ha tenido desde entonces. Fig. 20. Diseño y corrección de una matriz de extrusión. Fig. 19. Esquema de la extrusión.
  • 15. 16 Así pues, los elementos básicos de la ex- trusión son el metal, la prensa con sus equipos auxiliares, los parámetros de ex- trusión y la matríz. Las prensas de extrusión son máquinas hi- dráulicas cuyo tamaño varía según sea la fuerza que desarrolle y las dimensiones de los perfiles que se vayan a fabricar. Las más comunes se sitúan entre las 1.200 y las 3.000 Tons., llegando algunas de ellas has- ta las 12.000 Tons. Estas enormes prensas son utilizadas para la fabricación de gran- des perfiles destinados a la aeronáutica, construcción de puentes, etc. La técnica consiste en calentar el tocho a una temperatura que varía entre los 460 y 500ºC, de manera que, al fluir el aluminio por la matriz, el perfil salga a una tempe- ratura ligeramente superior a los 510 ºC para ser enfriado rápidamente a una velo- cidad entorno a los 50 ºC/minuto. Si no se cumple esta condición, la posterior carga de rotura que adquirirá el perfil se alejará de los 22-24 Kg/mm2 , al no haber precipi- tado la cantidad necesaria de SiMg2 , que es el elemento endurecedor de ésta aleación. La velocidad de extrusión, la presión y la temperatura son los parámetros de extru- sión que también influirán en la calidad de los perfiles extruídos. Los perfiles ya enfriados sobre la mesa de salida y almacenamiento de la prensa, cu- ya longitud suele variar entre los 48 y 55 metros, con una anchura de 4 a 5 metros, son sometidos a un pequeño estiramiento para enderezar las ligeras curvaturas que presentan las barras de perfil extruído. Una Fig. 21. Vista parcial de una prensa de extrusión. Fig. 22. Prensa de extrusión.
  • 16. 17 sierra, situada en el extremo de la mesa, cortará las barras a longitudes comerciales, entre 4 y 6 metros, para ser depositadas en contenedores e introducirlas finalmente en un horno de maduración a 175 ºC, antes de ser embalados los perfiles para su distri- bución. 8. Anodizado y Lacado de los perfiles Los tratamientos de superficie más impor- tantes que se le aplican a los perfiles que van a ser destinados a la construcción de Carpintería de Aluminio son el Anodizado o el tratamiento de Lacado. Anodizado Se trata de un proceso electrolítico en el que se provoca la producción de una capa de óxido de aluminio artificial en la super- ficie de los perfiles y que aumenta hasta mil veces el espesor de la capa natural de óxido que tiene el aluminio. Esquemáticamente el proceso consiste en una preparación previa de la superficie del perfil en baños ácidos o alcalinos para después sumergirlo en una cuba de elec- trolísis, en la que el propio perfil hace de ánodo, en ella se produce una capa su- perficial brillante y transparente de óxido de aluminio, mucho más profunda, dura- dera y decorativa que la capa de óxido na- tural. Finalmente se somete a una hidrata- ción o sellado en un baño de agua desio- nizada en torno a los 100ºC. También se puede hacer esta operación en frío en un baño específico. La profundidad de capa de óxido que se puede coseguir dependerá del uso final que vaya a dársele al perfil. Para usos inte- riores basta con que sea de 8 micras, para exteriores de ambiente poco agresivo, co- mo zonas rurales o poco industrializadas, son suficientes 15 micras y ya para zonas industriales o costeras se recomienda 20 micras. También con este tratamiento se pueden conseguir superficies en diferentes colores. Para conseguir estos colores se usaban en un principio sales orgánicas con las que no Fig. 23. Mesa de enfriamiento, estirado y corte de una prensa de extrusión.
  • 17. 18 se obtenía la estabilidad y duración desea- da. Actualmente se utilizan sales metálicas mucho más estables y duraderas. Entre los colores más comunes se encuentran el co- lor oro, el bronce, el negro, el gris metali- zado, el verde, el granate, y algunos otros en periodo de investigación Lacado El lacado de perfiles de aluminio es otro de los tratamientos de superficie que, además de protegerle aún más de la corrosión na- tural, permite obtener una gran variedad de colores mates, brillantes, metalizados, etc., con los que los arquitectos pueden disponer de un amplio abanico de posibili- dades de obtener armónicos conjuntos en fachadas e interiores. Esta técnica, poste- rior a la del anodizado, empezó a adquirir un importante desarrollo a partir de los años de la década de los 80. El proceso de este tratamiento consiste fundamentalmente en una limpieza previa de la superficie del perfil, sumergiéndolo en un baño ácido o alcalino. Posteriormen- te se aplica sobre la misma una capa de óxido de cromo que mejorará significativa- mente la resistencia a la corrosión y permi- tirá un buen anclaje para la aplicación pos- terior de la pintura. Finalmente el perfil es introducido en un horno, llamado de poli- merización, a una temperatura en torno a los 200ºC, finalizando así el proceso de la- cado. Las pinturas más utilizadas son de poliés- ter en polvo, que se aplican en la superfi- cie de los perfiles por medio de pistolas electrostáticas. Existen otro tipo de pintu- ras, a base de resinas de fluoruros de poli- vinilideno, que garantizan hasta una dura- ción de cinco veces superior a las pinturas de poliester en polvo. Fig. 24. Planta de anodizado Fig. 25. Muestrario de colores
  • 18. 19 9. Principales mercados del Aluminio Si miramos a nuestro alrededor resulta prácticamente imposible no encontrar al- gún objeto que no sea parcial o talmente de aluminio. Utensilios de cocina, electro- domésticos, elementos de decoración, bi- sutería, envolturas de alimentos, ventana- les, etiquetas, tubos de pasta, automóviles, etc, etc. Efectivamente el aluminio ha en- trado en nuestras vidas estando presente en cualquiera que sea el tipo de actividad o de mercado. Esto viene a corroborar el enorme consumo mundial, tanto de aluminio primario, o de primera fusión, que se obtiene directamen- te de la alúmina en las cubas de electroli- sis, como de aluminio secundario o de se- gunda fusión, que se obtiene de la recupe- ración o reciclaje de productos de aluminio desechados. La gráfica de la fig. 26 muestra los por- centajes de los perfiles de aluminio extruí- dos en Europa, destinados a los principales mercados. consumo de aluminio en este Sector. Si nos referimos al uso de perfiles, el 54% del to- tal de perfiles extruídos en Europa van des- tinados a la construcción de edificios. 10. El aluminio en la edificación Son muchas las razones y ventajas que ex- plican el porqué el aluminio sigue tenien- do un crecimiento espectacular en la In- dustria de la Construcción, como se refleja el la gráfica de la fig. 27. En tan sólo cua- renta años se ha multiplicado por diez el Fig. 26. Edificación 54% Industria 14% Transporte 13% Otros 19%
  • 19. 20 Entre las más importantes se pueden citar las siguientes: La relación peso-resistencia mecánica que tienen las aleaciones de aluminio uti- lizadas en este Sector permite a los arqui- tectos utilizar amplias superficies de vidrio. Los marcos y hojas de aluminio soportan sin problema alguno la acción del viento sin que se produzcan deformaciones. Las grandes fachadas de aluminio y cristal re- ducen considerablemente el peso en la es- tructura del edificio. Lo mismo sucede en la construcción de claraboyas, cubiertas y paredes en naves industriales, etc. No sufre ninguna dilatación diferencial que altere la estanqueidad de puertas y ventanas. Fig. 27. Diagrama de evolución del uso de aluminio en la edificación. Fig. 28 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1960 1970 1980 1990 1995 1998 Milesdetoneladas
  • 20. 21 La vida o duración del aluminio es casi ilimitada y sin apenas mantenimiento, sólamente se recomienda una limpieza pe- riódica con agua y jabón neutro. Ello es debido a la gran resistencia que este mate- rial presenta a la corrosión. Unos claros ejemplos los encontramos en la cúpula de la iglesia de San Gioacchino de Roma, fi- nalizada en el año 1897 y en la que el alu- minio que se empleó en la misma no tenía la misma pureza y calidad que la que se consigue actualmente. A pesar de todo si- gue conservándose en buen estado. En el famoso rascacielos newyorkino Empire Sta- te Building, construido en 1935, se utilizó por vez primera aluminio anodizado y si- gue desafiando a la atmósfera contami- nante de esta enorme ciudad. Resistente a la corrosión debido a que la fina capa de óxido natural que se forma en su superficie protege al resto del metal. Si además ha sido previamente anodizado, el espesor de la capa de óxido se aumenta hasta mil veces el espesor de esta capa de óxido. No absorbe humedades, ni se hin- cha ni se entumece, ni se resquebraja ni se rompe. No tiene límite de duración como los materiales orgánicos ni necesita protec- ción contra la luz de los rayos ultravioleta. En la gráfica de la fig. 30 puede verse el comportamiento de una chapa de aluminio sin anodizar, de 0,91 mm. de espesor, des- pués de 20 años de exposición en tres di- ferentes tipos de atmósfera. Fig. 29 Fig. 30
  • 21. 22 Decorativo debido a su aspecto natural brillante. Si además de ello es sometido a un tratamiento de anodizado en su color natural o en otros colores añadidos elec- trolíticamente y procedentes de sales me- tálicas totalmente estables, el aspecto de- corativo queda en manos de la propia crea- ción del arquitecto. Esta gama de colores puede ser mucho más amplia si se le apli- ca un tratamiento de lacado. Resistente al fuego es la catalogación que tiene el aluminio entre los materiales de construcción no combustibles. Las aleacio- nes de aluminio, en este caso concreto la 6063, funde alrededor de los 650ºC, tem- peratura alcanzada en un fuego después de un cierto tiempo. Este comportamiento es considerado como una ventaja por las au- toridades competentes. Cada vez son más los tejados de naves industriales y fachadas las que se hacen con paneles cubiertos de aluminio, los cuales están diseñados para fundirse si el fuego es de grandes dimen- siones Esto abre el edificio, permite el es- cape de gases y así minimiza la temperatu- ra en la estructura de carga y facilita la ex- tinción del incendio. Fig. 31 Fig. 32 Lacado anodizado
  • 22. 23 Minimiza el consumo de energía a través por ejemplo de paneles solares regulables colocado en lo alto de las fachadas de los edificios. Fácil mecanización reduciendo notable- mente los costes de taller. Se corta,se fresa se taladra ,se troquela y se suelda con su- ma facilidad y por tanto con un bajo con- sumo energético. Los diseños de los Siste- mas de Carpinterías de Aluminio precisan de mínimos mecanizados y fácil ensambla- je. Ofrece, prácticamente, soluciones ilimi- tadas facilitando a ingenieros y arquitectos el desarrollo de cualquier proyecto en el que intervenga el aluminio. El coste de una matriz de extrusión, en función del tama- ño de la sección del perfil y de la dificultad del mismo para ser extruído , es general- mente menor que el de las matrices nece- sarias para la extrusión de otros materiales. Una solución de emergencia en tiempo puede ser asimismo resuelta con facilidad, puesto que una matriz podría fabricarse en el plazo record de una semana. Buen conductor del calor. Esta propiedad del aluminio podría ser una desventaja en aquellos casos en los que se necesite con- seguir un aislamiento térmico, como en los cerramientos de fachadas. El diseño de Perfiles con Rotura Térmica ha resuelto este problema alcanzando unos valores de aislamiento similares a los de otros materiales aislantes utilizados en ce- rramientos. La solución consiste en unir dos perfiles de aluminio con unas barras de poliamida vitrificada, con una fuerza al deslizamiento de entre 60 y 80 Kg/mm2 , si se trata de perfiles sin anodizar o anodiza- dos y de 40 a 50 Kg. si los perfiles han si- do lacados. Esta poliamida vitrificada es re- sistente al fuego y además apenas merma la resistencia mecánica del conjunto en- samblado. Fig. 33 Fig. 34. Simulación de temperaturas por ordenador
  • 23. En la fig. 34 se representa una simulación hecha por ordenador de la sección de una ventana con rotura térmica y la distribu- ción de las temperaturas y flujos de calor. Cuando en el exterior del habitáculo la temperatura es de 0ºC, en el interior ésta oscila entre los 12 y 13ºC. Es reciclable tantas veces como se quiera sin que pierda ninguna de sus propiedades y cualidades. La energía necesaria para su reciclaje es además más barata que la uti- lizada en la obtención de aluminio prima- rio, sólo supone el 5%. Por ello y entre otras razones el valor residual de la chata- rra de aluminio es mucho más alto que el de la chatarra o residuos de otras materias primas. El volumen de aluminio reciclado, procedente de envases, desguaces de auto- móviles, camiones, recortes de perfiles, etc., es tan importante que podría decirse que casi el 40% del aluminio que se con- sume es aluminio reciclado. 24 Fig. 35 Fig. 36 Poliamidas Desmantelamiento Separación Fundición Construcción Nuevas aplicaciones Nuevos productos extruidos o laminados Reciclado de chapas y perfiles de aluminio
  • 24. 25 11. Sistemas de Carpintería de aluminio Conocemos con el nombre de Sistema al conjunto de perfiles, herrajes, accesorios, utillajes y planos de mecanizado y monta- je con los que se puede construir una va- riedad de soluciones y modelos de puertas, ventanas , muros cortina, etc. Un buen sistema es aquél que, con el me- nor número de perfiles posible y con unos sencillos mecanizados, pueda construirse una amplia gama de soluciones, cumplien- do naturalmente todas ellas con los requi- sitos de estanqueidad al agua, al aire, de resistencia a la deformación por la acción del viento y en definitiva la Normativa vi- gente al respecto. Para ello se requiere, primero de un estudio y diseño concienzudo de las prestaciones que vaya ofrecer el sistema, y después, una estrecha colaboración con el fabricante de perfiles, el de herrajes, el de accesorios y el utillajes de mecanizado, para conseguir to- das las prestaciones previstas y deseadas. De nada serviría una buena calidad de per- files si la calidad de los herrajes o de los ac- cesorios fuera deficiente. Ambos comple- mentos juegan un papel decisivo en la ca- lidad de cualquier Sistema. Un buen coche no sólo debe tener buen motor sino tam- bién unas buenas ruedas, buenos amorti- guadores, buenos frenos, etc Lo mismo puede decirse de un Sistema. La fabricación en el taller no resulta com- plicada si, como ya se ha dicho, el Sistema ha sido bien estudiado. Esta se reduce a unos sencillos mecanizados de corte y tro- quelado y a un montaje que se asemeja al de un mecano. Sin embargo, ambas operaciones, mecani- zado y montaje, tanto en el taller como en la obra, han de ser realizadas correctamen- te, siguiendo todas las instrucciones que el fabricante del Sistema facilita. Continuan- do con el símil de un coche, si éste no ha sido perfectamente ensamblado deja- rá de funcionar correctamente en cualquier momento. Los Sistemas están clasificados princi- palmente en tres grandes grupos : BA- TIENTES, DESLIZANTES O DE CORRE- DERA y MUROS CORTINA. Fig. 37 y 38 Fig. 39
  • 25. 26 11a. Sistemas Batientes Los batientes son aquellos cuyos sistema de apertura describen un ángulo o giro sobre unos mecanismos llamados bisagras. Algunos de ellos, llamados oscilo-batien- tes, disponen de dos tipos de apertura pa- ra una misma ventana que; según se desee, puede abrirse sobre un eje vertical, que se- ría la apertura convencional, o sobre un eje horizontal. La primera apertura es de hasta 180º, mientras que la segunda oscila nor- malmente entre los 15º y los 20º, depen- diendo del fabricante del herraje que per- mite este tipo de aperturas. La función de esta segunda apertura es la de ventilar el habitáculo sin necesidad de correr las posi- bles cortinas que disponga la ventana y la de evitar que el viento bambolee la hoja mientras la ventana esté abierta. Dentro de este grupo se encuentran tam- bién las soluciones pivotantes verticales y horizontales, las deslizantes y las plega- bles para cerramientos de grandes dimen- siones. Los Sistemas batientes son más herméticos que los deslizantes, permiten una fácil lim- pieza de los cristales, y tienen menos ele- mentos de desgaste, como por ejemplo las ruedas que tienen los Sistemas deslizantes o Sistemas de Corredera. Como inconve- nientes podrían citarse el de ser general- mente un poco más caros y el de ocupar más espacio de apertura. Fig. 41 Fig. 40
  • 26. 27 En cualquier Sistema, ya sea abatible o deslizante, debe tenerse muy en cuenta la evacuación de la posible agua que pueda penetrar, antes de que ésta llegue al inte- rior del habitáculo. Por ello resulta de su- ma importancia en los sistemas batientes el volumen de la cámara exterior que se for- ma entre el marco y la hoja, y los orificios de desagüe así como su ubicación. Cuanto mayor sea esta cámara menos posibilidades de entrada de agua tendrá el sistema. La información que debe contener el Catá- logo de un buen Sistema ha de ser lo más amplia y detallada posible para que des- pués puedan cumplirse todas las caracte- rísticas del mismo. En ella se adjuntarán planos de mecanizado y montaje, datos de cálculo, ábacos, perfiles y accesorios a uti- lizar según las dimensiones del hueco a cu- brir, etc Fig. 42
  • 27. nación común de éste tipo de sistemas es el de Corredera. Dentro de este mismo grupo se encuentra el sistema Guillotina, en el que la hoja se desplaza verticalmente por medio de un sistema de muelles retenedores que permi- ten mantener cualquier posición de la mis- ma a lo largo de su recorrido. Conviene insistir en que la calidad de los accesorios de cierre como juntas, cepillos ,burletes, etc. y la de los herrajes, funda- mentalmente las ruedas, influirán de ma- nera decisiva en la calidad final del Siste- ma. Todo ello deberá estar bien reflejado en el catálogo del fabricante, lo mismo que se ha dicho al hablar de los sistemas ba- tientes. Generalmente hablando, las mayores ven- tajas que ofrecen los sistemas de corredera son las de ocupar menos espacio cuando las puertas o ventanas se encuentran abier- tas, por lo que se hacen idóneos para ce- rramientos de grandes dimensiones como, por ejemplo, salidas a terrazas y jardines. Entre los inconvenientes son, en líneas ge- nerales, menos herméticos y de acceso más difícil para la limpieza de cristales, cuando éstos no pueden ser limpiados desde el exterior, como ocurre por ejemplo con las ventanas que no dan a terraza. 28 11b. Sistemas deslizantes Se llaman Sistemas deslizantes a aquellos cuyas hojas que provistas de unas ruedas se desplazan horizontal y paralelamente sobre unos carriles dispuestos en la parte inferior y superior del marco. La denomi- Fig. 44 Fig. 43
  • 28. 29 11b. Sistemas con Rotura térmica El ahorro energético es un factor muy im- portante a tener en cuenta en el sector de la edificación, debido a la mayor escasez de energía y a su más elevado coste. Las actuales construcciones se hacen ya con aislamiento en tejados y paredes. Las ven- tanas y muros cortina no pueden perma- necer ajenos a éste problema, puesto que forman una parte importante de las facha- das de cualquier edificio, sea éste destina- do a viviendas, oficinas, hospitales, naves industriales, etc. Al presentar las características físicas del aluminio, hemos visto que éste es buen conductor del calor, por lo que, para mejo- rar el aislamiento en un cerramiento de aluminio es preciso provocar una rotura térmica en la sección de los perfiles que tengan contacto simultáneo con el exterior y el interior del habitáculo. Esto se consi- gue con los Sistemas de Rotura Térmica, en los que se utilizan unos perfiles resistentes, hechos de poliamida vitrificada que, unida fuertemente con una fuerza al desliza- miento entre 60 y 80Kg/mm2 , hace que el conjunto del perfil resultante, (aluminio +poliamida), tenga prácticamente el mismo momento de inercia que la sección, si toda ella fuera de aluminio. Un buen Sistema de Rotura Térmica , ade- más de estar correctamente ensamblado para evitar deslizamientos y posibles filtra- ciones de aire y agua, y disponer de una buena calidad de Poliamida reforzada con fibra de vidrio, la separación entre las sec- ciones de aluminio deberá ser la máxima que permita el Sistema para alcanzar sus mejores características mecánicas. Entre 20 y 30 mm. se puede considerar una buena separación. El espesor de la poliamida ha de ser el mínimo necesario y, que a ser po- sible, éstas formen pantalla en el interior de la cámara. También es conveniente que la sección del conjunto tenga varias cáma- ras y, si éstas están rellenas de una espuma aislante se habrá conseguido un óptimo grado de aislamiento. Fig. 45 Poliamidas Fig. 46
  • 29. 30 Obviamente cuanto menor sea el coefi- ciente de conductividad térmica, expresado éste en watios/m2 ºC, mayor será el grado de aislamiento del sistema. Este valor de- berá oscilar entre 2,2 y 3,5 W/m2 ºC. Un detalle muy importante a tener en cuenta en cualquier Sistema de Rotura Tér- mica, batiente o deslizante, es que en su colocación y fijación a obra debe existir otro puente térmico para que el hormigón o ladrillo de la pared no haga de conduc- tor entre los dos perfiles de aluminio. Una recomendación sería la de utilizar premar- cos de madera sobre los que se apoyaría el marco de aluminio. 11c. Dónde deben utilizarse los sistemas de Rotura Térmica Existe una tendencia bastante generalizada de utilizar estos sistemas en zonas o luga- res fríos para ahorrar calefacción, sin em- bargo su instalación está tanto o más jus- tificada en aquellas zonas cálidas y sobre todo si se dispone en el habitáculo de equipo de aire acondicionado. Producir una frigoría tiene un coste superior casi en un 30% sobre el coste de producción de una caloría. En la gráfica de la fig. 47 se puede com- probar cuál puede ser el ahorro al cabo de un año en uno y otro caso, utilizando Sis- temas de Carpintería con Rotura Térmica. 12. Rehabilitación de Edificios A pesar de ser el aluminio un material nue- vo y moderno, éste se adapta de manera perfecta en la rehabilitación de todo tipo de edificios antiguos y modernos edificios. Hoy podemos ver, por ejemplo, cómo en el casco histórico de Roma o en el de cual- quier ciudad europea, en espléndidos edifi- cios, como palacetes, bancos, hoteles, etc, han sido sustituidos sus ventanas y balco- nes originales por otros de aluminio, ade- cuando el diseño del sistema utilizado a las características del mismo y de su entorno. Lo mismo se adapta a edificios en grandes ciudades como a viviendas de tipo rural o rústico. La rehabilitación es precisamente otro de los mercados de gran peso específi- co en los que está presente el aluminio.
  • 30. 31 El arquitecto «El aluminio ofrece gran li- bertad en cuanto a dise- ño. Permite hacer prácticamente cualquier cosa que se pueda imaginar. Algunas veces elijo aluminio anodizado porque el aspecto de “alta tecnología” encaja bien con el diseño. Otras veces puedo elegir cons- cientemente algún color, porque trato de subrayar el dibujo de las líneas de ventana, puertas y muros, en ocasiones también para integrar el color al estilo de casa de los futuros componentes. Centros comerciales Unifamiliares Fachadas ligeras Invernaderos Oficinas
  • 31. 32 El propietario «Como promotor del proyecto estoy por supuesto muy intere- sado en el factor costes. En cuanto al precio de compra, el aluminio ciertamente no es más barato que otros materiales, pero en lo que se refiere al mantenimiento y al ritmo al que se puede instalar, el aluminio alcanza una pun- tuación muy elevada. Y además, en especial los sistemas de perfiles aislados, ayudan a mantener el coste de la energía a unos nive- les aceptables. Y... además, tiene un aspecto muy agradable». Hoteles Edificios singulares Rehabilitaciones Oficinas
  • 32. 33