Carpinteria - Manual De Aluminio

Presentación Como Presidente de la Asociación Nacional de Extruidores de Perfiles de Aluminio (ANEXPA) y en representación de las Empresas españolas que integramos esta asociación, me satisface presentarles esta publicación, dirigida principalmente al sector de la construcción, arquitectos, promotores, constructores, carpinteros de aluminio y fabricantes de herrajes, para informarles de las prestaciones que ofrecen los perfiles extruidos de aluminio, y las enormes ventajas de utilizarlos en la fabricación de cerramientos exteriores, ventanas, puertas, verandas, barandillas, fachadas ligeras, claraboyas, etc., así como para soluciones de interiores, en paredes de paneles móviles, mamparas para baños, armarios empotrados y demás aplicaciones. La ligereza del aluminio, su buena resistencia mecánica y excelente resistencia 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, hasta hoy, la tecnología de la extrusión ha experimentado un espectacular desarrollo. Si tan sólo hasta hace muy pocos años las secciones de los perfiles de aluminio 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 mecanizado estándar. Todo ello es debido a los avances que, día a día, se están consiguiendo, tanto en el diseño de las matrices de extrusión, como en las prensas y sus equipos auxiliares. Con una clara vocación a la calidad la industria española de la extrusión aluminio se está posicionando como una de las más competitivas a nivel europeo. La mayoría de las empresas asociadas a ANEXPA disponen de una certificación 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 industria 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 desborda. Marc Sansalvadó Presidente Asociación 1

índice 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 ..........................................................................

7.

La Extrusión de un perfil ........................................................... 13-15

8.

Anodizado y lacado .................................................................... 15-16

9.

Principales mercados del aluminio ............................................

13

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

1. Un metal con vocación de futuro Resulta curioso que, siendo el Aluminio el tercer elemento más abundante en la corteza terrestre, después del oxígeno y el silicio, hasta el año 1821 nadie había reparado en él. Fue en este año cuando el científico francés Pierre Vertier, especialista en mineralogía, repara en una piedra terrosa y rojiza que bautizó con el nombre de «Bauxita», al haberla encontrado en las inmediaciones de la entonces pequeña aldea de Les Baux (Francia).

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, formando un óxido (Al2O3) llamado Alúmina. Este óxido de color blanquecino se encuentra, en mayor o menor cantidad, en más de cien compuestos de la corteza terrestre, 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, situándose ésta en torno al 58%. Cuando la concentración en estas tierras arcillosas se aleja de este porcentaje, el coste de obtención 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 esté a cielo abierto, como lo están la mayor parte de ellos, y que el acceso al mismo sea fácil.

Fig. 1. Yacimiento de Bauxita

Cuatro años más tarde, de esta piedra, que no era otra cosa que óxido hidratado de aluminio, se consiguió por vez primera aislarlo en el laboratorio del resto de los elementos que contenía. Aquí daría comienzo la emocionante historia del Aluminio.

Fig. 2. Silo de Alúmina 4

Fig. 3. Esquema de la obtención de aluminio desde la mina hasta la colada 5

Aunque prácticamente se ha encontrado bauxita en todos los continentes, los principales y más rentables yacimientos se encuentran en los países tropicales y subtropicales, a pesar de que también existen en algunos países del Este de Europa y en algunos de los países que constituían la antigua URSS.

4 Kg. de bauxita solamente se obtiene 1 Kg. de aluminio. Otro dato muy significativo es que la energía necesaria para obtener 1 Kg. de aluminio era en los primeros años de 40 Kw./Kg. , actualmente, y debido a los avances técnicos alcanzados en el proceso de la electrólisis, se sitúa ya entre los 13 y 15 Kw./Kg. de aluminio.

EE.UU, Brasil, Jamaica, Australia, Indonesia, Nigeria y Guinea son algunos de los países con mayores reservas de bauxita en la actualidad. Estas reservas están estimadas en más 40.000 millones de Tons. y siguen apareciendo nuevos yacimientos, teniendo en cuenta que, como ya se ha dicho, por el momento solamente interesan los yacimientos a cielo abierto y con altos porcentajes de alúmina.

Con estos datos se comprende fácilmente que cuanto más cercano se encuentre el yacimiento de bauxita a la planta de obtención de alúmina y ésta a la de electrolisis el coste del transporte se reducirá notablemente. 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.

En la Fig. 3 se representa un sencillo esquema del camino que recorre el aluminio hasta convertirse en un tocho o en una placa de aluminio 99,6%, o aleado intencionadamente con otros metales en el horno de fusión para alcanzar las características necesarias al uso comercial que vaya a ser destinado.

Hasta el año 1886, el aluminio que se obtenía 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 manera simultánea dos científicos por separado, uno francés y el otro americano, descubren un procedimiento de obtención por electrolisis. Este procedimiento fue desarrollado y mejorado espectacularmente por

Resulta interesante observar en dicho esquema que, aproximadamente, de cada

Fig. 4. Esquema de una cuba de electrolisis 6

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 primario más aluminio secundario, llamado también de segunda fusión, fue de 1,5 Millones 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 30

26,5 25

Millones de Tons.

20 15

la industria mecánica, eléctrica y electrónica, del transporte terrestre, aéreo y marítimo, 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 representan los últimos datos disponibles acerca de la producción y consumo de aluminio primario en el mundo, (fig. 6), y los mismos 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 éstas 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.

10

4,5

5

1,5 0

Año 1950

Año 1970

Año 2000

Fig. 5. Producción mundial de Aluminio primario y secundario

Producción

Producción

Consumo

Consumo

5000

00

0000

00

5000

00 00

0000

00

5000 00

0

0 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999

Fig. 6. Mercado de Aluminio primario en el mundo

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

Fig. 7. Mercado de Aluminio primario en Europa 7

En lo que se refiere al consumo de aluminio por habitante y año, obviamente se observa que sigue una trayectoria paralela a los datos de producción. EE.UU, Japón y Europa Occidental son los países con mayor índice de consumo, a diferencia del resto del mundo, (Fig. 9)

2500

Miles de toneladas

Producción

2000 1500 1000 500 0 1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

En Europa, los países que lideran este índice son Austria y Suiza con un consumo de 28,5 Kg. de aluminio 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 lógico pensar que España vaya incrementando este consumo hasta ponerse a la altura de la media europea, situada actualmente en 20,7 Kg/ hab./año, (Fig. 10).

1999

Fig. 8. Mercado de Aluminio reciclado en Europa

45 40

1980 1990

35

1998

30

Kg

25 20 15 10 5 0

Europa

USA

Japón

Fig. 9. Consumo de Aluminio por habitante

30 25

Kg per cápita

20 15 10 5

Fig. 10. 8

a uí rq

ña

Tu

a

pa

ci

Es

do

G re

a R ei

no

U ni

di

a

nl

an

ic lg

Fi

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Fr ola an nd ci a a

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N

or

ue

ar

ca

a iz D in

am

lia

Su

Ita

ia an

ria

em

st

Al

Au

Su

ec

ia

0

4. Aleaciones de aluminio y sus aplicaciones 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 destinados.

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 comerciales más comunes.

Con respecto al aluminio podemos decir que las principales aleaciones se clasifican

Fig. 11. Algunas aplicaciones de las aleaciones de aluminio

4a. Aleaciones del Grupo 6000 Más del 80% de los perfiles extruidos que se producen en el mundo han sido fabricados 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 aleación. No obstante, los elementos preponderantes de todas ellas siguen siendo el magnesio y el silicio.

Fig. 12. Algunas aplicaciones de las aleaciones de la Serie 6000 9

Grupo (Equiv. A.A.)

1000

Principal metal aleado

–Alta resistencia a la corrosión. –Alta conductividad eléctrica y térmica. Aluminio –Bajas propiedades mecánicas. 99,00% o –Excelente aptitud para el Anodizado y Lacado (99,8%). más –Excelente ductilidad y maleabilidad.

2000

3000

Cobre

Sílice

Aplicaciones más comunes en productos extruídos (Perfiles) y laminados (Chapas) para Arquitectura –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.

–Mecanizados de precisión. –Altas propiedades mecánicas. –Fabricación de racores, tornillos, cas–Baja resistencia a la corrosión. –Buena maquinabilidad y fragmenta- quillos. –Bielas, frenos, elementos estructurales ción de viruta. en aviación.

–Moderada resistencia mecánica. Mangane- –Fácil embutición. so

4000

–Cubiertas en tejados y paredes. –Carrocerías en vehículos. –Utensilios de cocina. –Depósitos de combustible.

–Más bajo punto de fusión. –Paneles arquitectónicos. –Color gris obscuro después del anodi- –Pistones para automóviles. zado.

5000

–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 soldaMagnesio dura. –Excelente resistencia a la corrosión marina. –Buen comportamiento al anodizado y lacado.

6000

–Por ser este grupo el más utilizado en –Por ser este grupo el más utilizado en Magnesio la fabricación de perfiles extruídos, la fabricación de perfiles extruídos, nos remitimos a la Tabla II de la nos remitimos a la Tabla II de la y Silicio Fig. 3. Fig. 3.

7000 (Duroaluminio)

Cinc

8000

Otros metales como Hierro o Níquel

Fig. 13. Tabla I 10

Principales características

–Recubrimientos de fachadas. –Carrocerías de vehículos. –Puertas de ferrocarril. –Cascos de barcos, veleros, mástiles, etc. –Plataformas de camiones, volquetes, etc. –Cuadros para bicicletas.

–Elevada resistencia mecánica. –Piezas para maquinaria, bridas, bulo–Muy apta para la soldadura según sea nes, uniones de estructuras. su composición química. –Puentes, rampas de acceso, vagones de ferrocarrill, chasis para camiones. –Troqueles, matrices, armamento, industria del automóvil, etc. –Vigas. –Características especiales.

–Aplicaciones especiales.

Grupo 6000

6005

6060

Principal metal aleado

–Carga rotura –Límite elástico –Alar. A5,65% –Soldadura

26 Kg/mm2 23 Kg/mm2 13 MB

–Mecanizado –Resist. corrosión –Anodizado –Lacado

R B B B

–Carga rotura –Límite elástico Silicio –Alar. A5,65% Magnesio –Soldadura

22 Kg/mm2 18 Kg/mm2 13 B

–Mecanizado –Resist. corrosión –Anodizado –Lacado

R –Electrónica, Disipadores de calor, CarB casas de motores. MB –Elementos para maquinaria. MB –Remaches. –Carrocerías de camión.

–Carga rotura –Límite elástico –Alar. A5,65% –Soldadura

30 Kg/mm2 26 Kg/mm2 14 B

–Mecanizado –Resist. corrosión –Anodizado –Lacado

M B R B

Silicio Magnesio

6061 T6

Silicio Magnesio

6063

Silicio Magnesio

6082

6101 T6

Aplicaciones más comunes en productos extruídos (Perfiles) y en productos laminados para Arquitectura

Principales características en estado T5

–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.

–Fabricación de moldes, troqueles, piezas para maquinaria. –Vagones de ferrocarril. –Estructuras de camiones. –Piezas para bicicletas. –Aplicaciones aeroespaciales. –Vehículos ultraligeros. –Es la más utilizada en perfiles para Sistemas de Carpintería.

Ver en el apartado siguiente.

–Carga rotura –Límite elástico –Alar. A5,65% Silicio Magnesio –Soldadura

32 Kg/mm2 27 Kg/mm2 11 B-MB

–Mecanizado –Resist. corrosión –Anodizado –Lacado

M B B B

–Estructura para automóviles. –Sistemas hidráulicos. –Tornillería, remaches. –Andamios y estructuras para carpas y pabellones. –Bicicletas.

–Carga rotura –Límite elástico Silicio Magnesio –Alar. A5,65% –Soldadura

32 Kg/mm2 27 Kg/mm2 11 B-MB

–Mecanizado –Resist. corrosión –Anodizado –Lacado

M B B B

–Manguitos de unión de cables eléctricos y bridas. –Barras de conexión.

MB = Muy Bueno

B = Nueno

R = Regular

M = Malo

Fig. 14. Tabla II

11

4b. Aleación 6063 o AlMgSi0,5 Composición química más generalizada : Máximo Mínimo

Fe

Si

Mg

Mn

Cu

Ti

Zn

Cr

Otros

Al

0,30 0,10

0,60 0,30

0,60 0,40

0,30 —

0,10 —

0,20 —

0,15 —

0,05 —

0,15 —

resto

Composición ideal para los perfiles de arquitectura: Máximo Mínimo

Fe

Si

Mg

Mn

Cu

Ti

Zn

Cr

Otros

Al

0,20 –

0,55 0,35

0,65 0,45

0,10 —

0,10 —

0,05 —

0,05 —

– —

0,15 —

resto

Principales características físicas en estado T5*: Módulo de elasticicidad Conductiv. termica a 20ºC Conduct. eléctrica % IACS Coef. dilat. lineal entre 20-100ºC Peso específico Resistividad eléctrica a 20ºC Intervalo de fusión Dureza Webster

6.800 Kg/mm2 Dureza Rockwel 209 W/m K Dureza Brinell 55,5 Carga de Rotura

68 70 22-23 Kg/mm2

23,5/106 K 2,7 Kg/dm3 3,1µΩcm 615-655 12-13

20Kg/mm2 14 15 Kg/mm2 13-14 Kg/mm2

Límite elást. 0,2Kg/mm2 Alargam. (5,65%) Límite de fatiga Resistenc. a cizallad.

(*) 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 soldadura TIG y MIG.

Mecanizabilidad Los perfiles obtenidos, gran parte de ellos destinados a la carpintería de aluminio, admiten altas velocidades de corte, fresado, 12

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 superficie tiene un espesor de 0,0025 micras que, con el paso de varios años puede llegar hasta 0,020 micras.

Esta capa puede ser total o parcialmente destruida si se le ataca con soluciones alcalinas o algunas soluciones ácidas. También podría deteriorarse si queda atrapada entre dos superficies planas agua de lluvia o de condensación, o por rozamiento fuerte entre ambas que llegue a producir erosión. El contacto con la superficie de otros metales podría asimismo causar una corrosión 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 considerablemente 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 electrolisis pasa al horno de fusión, donde se le añaden los elementos aleantes correspondientes a la aleación que se quiera conseguir. En este caso nos centraremos en la aleación 6063. Los aleantes se encuentran a su vez en lingotes de aluminio aleado con un alto porcentaje del metal correspondiente, por ejemplo, Al+Mg; Al+Si; Al+Fe, etc. A estos

Capa de óxido protectora entre 10 y 20x10-6 mm

Fig. 15. Capa protectora de óxido.

lingotes se les conoce como aleaciones madre. Antes de verter el metal líquido desde el horno de fusión al horno de colada, se tomarán diferentes probetas para verificar en el laboratorio si la composición obtenida es la deseada. Si no lo fuera, se añadirán nuevas 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 todo modificará las características físicas y químicas de los perfiles.

Fig. 16. Canaleta del horno de colada y esquema de colada de tochos. 13

Fig. 17. Espectrógrafo y laboratorio de análisis.

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. 18. Tochos saliendo del foso de colada y palés de tochos listos parala extrusión. 14

del foso de colada. Para conseguir que el tamaño de grano sea lo más fino posible se aplica una pequeña aportación de titanio. Sobre unos moldes de sección circular y sobre unos falsos fondos situados en el extremo de un émbolo, comienza a depositarse el aluminio líquido según se representa en el esquema de la Fig. 16. A medida que el émbolo va descendiendo lentamente el aluminio se va solidificando. De esta manera se obtienen unas barras cilíndricas de aluminio de 3 a 8 metros de longitud, según sea la profundidad del foso y las caracteríscas de la instalación. El diámetro de éstas barras lo determina el molde antes citado. Normalmente, los diámetros 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.

6. Homogeneizado de Tochos A las barras de aluminio ya coladas se les aplica un tratamiento posterior, llamado homogeneizado, en un horno a temperatura 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 importante, permite mejorar las características mecánicas que alcanzarán posteriormente los perfiles. Después de enfriadas las barras se cortarán a los largos comerciales solicitados por los extrusores. Generalmente se cortan entre 50 y 80 cm. de longitud. cuando la prensa dispone de horno de calentamiento de tochos por inducción, pero si este horno es de gas puede suministrarse 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 éstos se encuentran en estado sólido pero próximos a su temperatura de fusión. Esquemáticamente consiste en introducir el metal en un recipiente o contenedor, colo-

Fig. 19. Esquema de la extrusión.

cando en uno de sus extremos una matriz con la sección del perfil que se vaya a obtener. Por el otro extremo se aplica una presión por medio de un émbolo que hará 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 extrusión, pensando en la obtención de tuberías de plomo. A partir de esta fecha se fueron introduciendo nuevos sistemas y equipos auxiliares llegándose a extruir tubería de cobre y de latón. Más tarde y a medida que se iban conociendo las propiedades y características del aluminio se empezó a utilizar con él esta tecnología, hasta 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. 15

Fig. 21. Vista parcial de una prensa de extrusión.

temperatura son los parámetros de extrusión que también influirán en la calidad de los perfiles extruídos.

Así pues, los elementos básicos de la extrusión son el metal, la prensa con sus equipos auxiliares, los parámetros de extrusión y la matríz. Las prensas de extrusión son máquinas hidráulicas 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 hasta las 12.000 Tons. Estas enormes prensas son utilizadas para la fabricación de grandes 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 temperatura ligeramente superior a los 510 ºC para ser enfriado rápidamente a una velocidad 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 precipitado la cantidad necesaria de SiMg2, que es el elemento endurecedor de ésta aleación. La velocidad de extrusión, la presión y la 16

Los perfiles ya enfriados sobre la mesa de salida y almacenamiento de la prensa, cuya 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. 22. Prensa de extrusión.

Fig. 23. Mesa de enfriamiento, estirado y corte de una prensa de extrusión.

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 distribución.

8. Anodizado y Lacado de los perfiles Los tratamientos de superficie más importantes 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 superficie 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 electrolísis, en la que el propio perfil hace de ánodo, en ella se produce una capa superficial brillante y transparente de óxido de aluminio, mucho más profunda, duradera y decorativa que la capa de óxido natural. Finalmente se somete a una hidratación o sellado en un baño de agua desionizada 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 interiores basta con que sea de 8 micras, para exteriores de ambiente poco agresivo, como 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 17

Fig. 24. Planta de anodizado

se obtenía la estabilidad y duración deseada. Actualmente se utilizan sales metálicas mucho más estables y duraderas. Entre los colores más comunes se encuentran el color oro, el bronce, el negro, el gris metalizado, 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 natural, permite obtener una gran variedad de colores mates, brillantes, metalizados, etc., con los que los arquitectos pueden disponer de un amplio abanico de posibilidades de obtener armónicos conjuntos en fachadas e interiores. Esta técnica, posterior 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. Posteriormente se aplica sobre la misma una capa de 18

óxido de cromo que mejorará significativamente la resistencia a la corrosión y permitirá un buen anclaje para la aplicación posterior de la pintura. Finalmente el perfil es introducido en un horno, llamado de polimerización, a una temperatura en torno a los 200ºC, finalizando así el proceso de lacado. Las pinturas más utilizadas son de poliéster en polvo, que se aplican en la superficie de los perfiles por medio de pistolas electrostáticas. Existen otro tipo de pinturas, a base de resinas de fluoruros de polivinilideno, que garantizan hasta una duración de cinco veces superior a las pinturas de poliester en polvo.

Fig. 25. Muestrario de colores

9. Principales mercados del Aluminio Si miramos a nuestro alrededor resulta prácticamente imposible no encontrar algún objeto que no sea parcial o talmente de aluminio. Utensilios de cocina, electrodomésticos, elementos de decoración, bisutería, envolturas de alimentos, ventanales, etiquetas, tubos de pasta, automóviles, etc, etc. Efectivamente el aluminio ha entrado 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 directamente de la alúmina en las cubas de electrolisis, como de aluminio secundario o de segunda fusión, que se obtiene de la recuperación o reciclaje de productos de aluminio desechados. La gráfica de la fig. 26 muestra los porcentajes de los perfiles de aluminio extruídos en Europa, destinados a los principales mercados.

Otros 19% Transporte 13% Industria 14%

Edificación 54%

Fig. 26.

10. El aluminio en la edificación Son muchas las razones y ventajas que explican el porqué el aluminio sigue teniendo un crecimiento espectacular en la Industria de la Construcción, como se refleja el la gráfica de la fig. 27. En tan sólo cuarenta años se ha multiplicado por diez el

consumo de aluminio en este Sector. Si nos referimos al uso de perfiles, el 54% del total de perfiles extruídos en Europa van destinados a la construcción de edificios.

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Miles de toneladas

1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 1960

1970

1980

1990

Fig. 27. Diagrama de evolución del uso de aluminio en la edificación.

Entre las más importantes se pueden citar las siguientes: La relación peso-resistencia mecánica que tienen las aleaciones de aluminio utilizadas en este Sector permite a los arquitectos 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 reducen considerablemente el peso en la estructura 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. 28 20

1995

1998

La vida o duración del aluminio es casi ilimitada y sin apenas mantenimiento, sólamente se recomienda una limpieza periódica con agua y jabón neutro. Ello es debido a la gran resistencia que este material presenta a la corrosión. Unos claros ejemplos los encontramos en la cúpula de la iglesia de San Gioacchino de Roma, finalizada en el año 1897 y en la que el aluminio que se empleó en la misma no tenía la misma pureza y calidad que la que se consigue actualmente. A pesar de todo sigue conservándose en buen estado. En el famoso rascacielos newyorkino Empire State Building, construido en 1935, se utilizó por vez primera aluminio anodizado y sigue desafiando a la atmósfera contaminante de esta enorme ciudad. Fig. 29

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 hincha ni se entumece, ni se resquebraja ni se rompe. No tiene límite de duración como los materiales orgánicos ni necesita protección 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, después de 20 años de exposición en tres diferentes tipos de atmósfera.

Fig. 30 21

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 electrolíticamente y procedentes de sales metálicas totalmente estables, el aspecto decorativo queda en manos de la propia crea-

Lacado

anodizado

Fig. 31

ción del arquitecto. Esta gama de colores puede ser mucho más amplia si se le aplica un tratamiento de lacado. Resistente al fuego es la catalogación que tiene el aluminio entre los materiales de construcción no combustibles. Las aleaciones de aluminio, en este caso concreto la 6063, funde alrededor de los 650ºC, temperatura alcanzada en un fuego después de

un cierto tiempo. Este comportamiento es considerado como una ventaja por las autoridades 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 dimensiones Esto abre el edificio, permite el escape de gases y así minimiza la temperatura en la estructura de carga y facilita la extinción del incendio.

Fig. 32 22

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 notablemente los costes de taller. Se corta,se fresa se taladra ,se troquela y se suelda con suma facilidad y por tanto con un bajo consumo energético. Los diseños de los Sistemas de Carpinterías de Aluminio precisan de mínimos mecanizados y fácil ensamblaje.

Fig. 33

Ofrece, prácticamente, soluciones ilimitadas 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 tamaño de la sección del perfil y de la dificultad del mismo para ser extruído , es generalmente menor que el de las matrices necesarias 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 conseguir 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 cerramientos. 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 anodizados y de 40 a 50 Kg. si los perfiles han sido lacados. Esta poliamida vitrificada es resistente al fuego y además apenas merma la resistencia mecánica del conjunto ensamblado.

Fig. 34. Simulación de temperaturas por ordenador

23

Poliamidas

Fig. 35

En la fig. 34 se representa una simulación hecha por ordenador de la sección de una ventana con rotura térmica y la distribución 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.

lizada en la obtención de aluminio primario, sólo supone el 5%. Por ello y entre otras razones el valor residual de la chatarra 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 automóviles, camiones, recortes de perfiles, etc., es tan importante que podría decirse que casi el 40% del aluminio que se consume es aluminio reciclado.

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 utiReciclado de chapas y perfiles de aluminio Desmantelamiento

Separación

Fundición Construcción

Nuevas aplicaciones Nuevos productos extruidos o laminados

24

Fig. 36

11. Sistemas de Carpintería de aluminio Conocemos con el nombre de Sistema al conjunto de perfiles, herrajes, accesorios, utillajes y planos de mecanizado y montaje con los que se puede construir una variedad de soluciones y modelos de puertas, ventanas , muros cortina, etc. Un buen sistema es aquél que, con el menor número de perfiles posible y con unos sencillos mecanizados, pueda construirse una amplia gama de soluciones, cumpliendo naturalmente todas ellas con los requisitos de estanqueidad al agua, al aire, de resistencia a la deformación por la acción

del viento y en definitiva la Normativa vigente 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 todas las prestaciones previstas y deseadas. De nada serviría una buena calidad de perfiles si la calidad de los herrajes o de los accesorios fuera deficiente. Ambos complementos juegan un papel decisivo en la calidad de cualquier Sistema. Un buen coche no sólo debe tener buen motor sino también unas buenas ruedas, buenos amortiguadores, buenos frenos, etc Lo mismo puede decirse de un Sistema. La fabricación en el taller no resulta complicada si, como ya se ha dicho, el Sistema ha sido bien estudiado. Esta se reduce a unos sencillos mecanizados de corte y troquelado y a un montaje que se asemeja al de un mecano.

Fig. 37 y 38

Sin embargo, ambas operaciones, mecanizado y montaje, tanto en el taller como en la obra, han de ser realizadas correctamente, siguiendo todas las instrucciones que el fabricante del Sistema facilita. Continuando con el símil de un coche, si éste no ha sido perfectamente ensamblado dejará de funcionar correctamente en cualquier momento. Los Sistemas están clasificados principalmente en tres grandes grupos : BATIENTES, DESLIZANTES O DE CORREDERA y MUROS CORTINA.

Fig. 39 25

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-batientes, disponen de dos tipos de apertura para una misma ventana que; según se desee, puede abrirse sobre un eje vertical, que sería la apertura convencional, o sobre un eje horizontal. La primera apertura es de hasta 180º, mientras que la segunda oscila normalmente entre los 15º y los 20º, dependiendo del fabricante del herraje que permite este tipo de aperturas. La función de esta segunda apertura es la de ventilar el habitáculo sin necesidad de correr las posibles 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 también las soluciones pivotantes verticales y horizontales, las deslizantes y las plega-

Fig. 41 26

Fig. 40

bles para cerramientos de grandes dimensiones. Los Sistemas batientes son más herméticos que los deslizantes, permiten una fácil limpieza de los cristales, y tienen menos elementos de desgaste, como por ejemplo las ruedas que tienen los Sistemas deslizantes o Sistemas de Corredera. Como inconvenientes podrían citarse el de ser generalmente un poco más caros y el de ocupar más espacio de apertura.

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 interior del habitáculo. Por ello resulta de suma importancia en los sistemas batientes el volumen de la cámara exterior que se forma 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 Catálogo de un buen Sistema ha de ser lo más amplia y detallada posible para que después puedan cumplirse todas las características del mismo. En ella se adjuntarán planos de mecanizado y montaje, datos de cálculo, ábacos, perfiles y accesorios a utilizar según las dimensiones del hueco a cubrir, etc

Fig. 42 27

11b. Sistemas deslizantes Fig. 43

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 permiten mantener cualquier posición de la misma 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, fundamentalmente las ruedas, influirán de manera decisiva en la calidad final del Sistema. Todo ello deberá estar bien reflejado en el catálogo del fabricante, lo mismo que se ha dicho al hablar de los sistemas batientes.

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-

Generalmente hablando, las mayores ventajas que ofrecen los sistemas de corredera son las de ocupar menos espacio cuando las puertas o ventanas se encuentran abiertas, por lo que se hacen idóneos para cerramientos de grandes dimensiones como, por ejemplo, salidas a terrazas y jardines. Entre los inconvenientes son, en líneas generales, 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.

Fig. 44 28

11b. Sistemas con Rotura térmica El ahorro energético es un factor muy importante 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 ventanas y muros cortina no pueden permanecer ajenos a éste problema, puesto que forman una parte importante de las fachadas de cualquier edificio, sea éste destinado 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 mejorar 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 consigue 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 deslizamiento 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 , además de estar correctamente ensamblado para evitar deslizamientos y posibles filtraciones de aire y agua, y disponer de una buena calidad de Poliamida reforzada con fibra de vidrio, la separación entre las secciones 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 posible, éstas formen pantalla en el interior de la cámara. También es conveniente que la sección del conjunto tenga varias cámaras y, si éstas están rellenas de una espuma aislante se habrá conseguido un óptimo grado de aislamiento.

Fig. 45

Poliamidas

Fig. 46 29

Obviamente cuanto menor sea el coeficiente de conductividad térmica, expresado éste en watios/m2 ºC, mayor será el grado de aislamiento del sistema. Este valor deberá oscilar entre 2,2 y 3,5 W/m2 ºC. Un detalle muy importante a tener en cuenta en cualquier Sistema de Rotura Térmica, 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 conductor entre los dos perfiles de aluminio. Una recomendación sería la de utilizar premarcos 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 lugares fríos para ahorrar calefacción, sin embargo su instalación está tanto o más justificada en aquellas zonas cálidas y sobre todo si se dispone en el habitáculo de equipo de aire acondicionado. Producir

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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 comprobar cuál puede ser el ahorro al cabo de un año en uno y otro caso, utilizando Sistemas de Carpintería con Rotura Térmica.

12. Rehabilitación de Edificios A pesar de ser el aluminio un material nuevo 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 cualquier ciudad europea, en espléndidos edificios, como palacetes, bancos, hoteles, etc, han sido sustituidos sus ventanas y balcones originales por otros de aluminio, adecuando 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 específico en los que está presente el aluminio.

Centros comerciales

Oficinas

Unifamiliares El arquitecto «El aluminio ofrece gran libertad en cuanto a diseño. 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 conscientemente 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. Fachadas ligeras

Invernaderos

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Hoteles

Oficinas

Rehabilitaciones

Edificios singulares El propietario

«Como promotor del proyecto estoy por supuesto muy interesado 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 puntuación muy elevada. Y además, en especial los sistemas de perfiles aislados, ayudan a mantener el coste de la energía a unos niveles aceptables. Y... además, tiene un aspecto muy agradable».

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