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Alumínio

Revisão de 18h32min de 29 de julho de 2014 por Amanda Assunção (discussão | contribs) (→Resumo)

Alumínio - Al



  • Em temperatura ambiente, o alumínio encontra-se no estado sólido, sendo o elemento metálico mais abundante na crosta terrestre. Seus compostos acham-se concentrados nos 15 km mais externos da crosta e correspondem a cerca de 8% em massa da mesma. Seu minério mais importante é a bauxita.


  • Embora o alumínio seja agora muito mais barato do que há 100 anos, é necessária uma elevada quantidade de energia para a obtenção do alumínio – cerca de um Faraday para produzir apenas 9g do metal, por isso é tão importante o reaproveitamento de vários objetos desse metal.


  • É um metal extremamente versátil podendo ser enrolado, prensado, moldado, dando origem às várias formas.


  • Sua densidade baixa, 2,7 g/cm³, o torna útil na construção de aeronaves e, mais recentemente, nas indústrias automobilísticas. A densidade do alumínio é cerca de 1/3 da do aço, por esta razão as indústrias tem substituído o aço por este metal na fabricação de veículos.


  • O alumínio possui um aspecto cinza prateado e fosco devido à camada de óxidos que se forma rapidamente quando exposto ao ar. Não é tóxico. É um metal não magnético, puro possui ponto de fusão de 660ºC. E não cria faíscas quando exposto a atrito.


  • O alumínio puro é excelente condutor elétrico, sendo aproximadamente 2/3 da condutividade do cobre. Levando em consideração sua baixa densidade e o menor custo quando comparado com o cobre, é muito usado em linhas de transmissão de eletricidade com certas vantagens.


  • O alumínio quando puro, 99,996%, é muito mole e pouco resistente à ruptura para ser utilizado nas estruturas, mas ligas que incorporam pequenas quantidades de cobre, silício, manganês ou magnésio são bastante resistentes e duras como alguns aços.


  • O alumínio é termodinamicamente muito reativo. Suas reações a temperatura ambiente, são consideravelmente lentas por causa da formação de uma película superficial de alumina Al2O3. Essa camada superficial é lisa, forte e dura, portanto o alumínio e a maioria de suas ligas, se auto protegem do ataque do meio ambiente. Uma camada extra fina de alumina pode ser depositada eletroliticamente na superfície do alumínio no processo conhecido como anodização. A alumina pode ser colorida pela adição de vários corantes à solução anodizante e a camada colorida resultante é muito mais durável que qualquer pintura.


  • É altamente resistente ao tempo, mesmo em atmosferas industriais, que frequentemente corroem outros metais. É também resistente a vários ácidos. Os álcalis estão entre as poucas substâncias que atacam a camada de óxido e, consequentemente, podem corroer o alumínio.



Aplicações



  • Utensílios domésticos: A leveza e a durabilidade das panelas de alumínio em especial trazem segurança, conforto e praticidade a cozinhas industriais, restaurantes e residências, mas a característica mais importante é a excelente condutibilidade térmica do metal.


  • Artigos esportivos: Bicicletas e aparelhos ergométricos, acessórios e equipamentos para práticas esportivas diversas ficam mais leves, duráveis e eficientes graças às características do metal.


  • Decoração: O alumínio tem uma refletividade acima de 80%, a qual permite ampla utilização em luminárias.


  • Construção civil: Duráveis e resistentes às intempéries, os produtos de alumínio têm vida média acima de 40 anos e proporcionam um excelente acabamento – pintado ou anodizado. Não é difícil entender porque o alumínio é o material ideal para empreendimentos sustentáveis, sendo largamente aplicado como solução nos chamados “green buildings”. Ele é infinitamente reciclável e traz vantagens em ecoeficiência, uma vez que, aliado a outros materiais, propicia um ótimo padrão de isolamento térmico e, por isso, contribui para a economia no consumo de energia elétrica.


  • Automotivo e transporte: O setor de transportes é o maior consumidor de alumínio no mundo. Chapas, folhas, perfis, forjados e fundidos de alumínio derivam cada vez mais soluções eficientes para essa indústria. Graças as suas propriedades e características, o alumínio está presente em praticamente todos os sistemas e componentes utilizados na fabricação de veículos mais leves, menos poluentes e com melhor desempenho.


  • Indústria Elétrica: É através de fios e cabos de alumínio que as concessionárias transportam energia elétrica por todo o país. Só o alumínio une boa condutividade elétrica e excelente resistência mecânica com extrema leveza. Diferenciais que se revertem em maior capacidade de transmissão de energia, resistência a altas temperaturas sem perda de propriedades físicas e muita economia na montagem, manuseio e manutenção dos sistemas.


  • Embalagens: Inovações, tecnologia e serviços têm garantido a forte expansão das aplicações do alumínio no setor de embalagens, seu maior mercado consumidor. No mundo e em especial no Brasil, o mercado vem consumindo folhas e laminados em escala crescente na embalagem de produtos farmacêuticos, cosméticos e higiene, de limpeza, bebidas e produtos alimentícios.


  • Máquinas e equipamentos: As características de leveza, elevada condutibilidade térmica e resistência à corrosão do alumínio são essenciais nos trocadores de calor e aquecedores solares; bem como na fabricação de ferramentas para a mineração, em tubulações para a agricultura e indústria; em máquinas de impressão e têxteis, entre outros.


 Alumínio é o primeiro nome lembrado quando o assunto é reciclagem. A reciclabilidade é um dos principais atributos do metal e reforça a vocação de sua indústria para a sustentabilidade em termos econômicos, sociais e ambientais. O alumínio pode ser reciclado infinitas vezes, sem perder suas características no processo de reaproveitamento, ao contrário de outros materiais.O alumínio pode ser reciclado tanto a partir de sucatas geradas por produtos de vida útil esgotada, quanto por sobras do processo produtivo. Utensílios domésticos, latas de bebidas, esquadrias de janelas, componentes automotivos, entre outros, podem ser fundidos e empregados novamente na fabricação de novos produtos.

Aplicações na Engenharia Elétrica


  • A maioria dos sistemas de transmissão para grandes distâncias compõe-se de linhas aéreas, em que o uso de condutores de alumínio proporciona grande economia na altura e na resistência das estruturas de sustentação. Neste tipo de sistema de grande porte, existe a solução de utilização de ligas de alumínio com propriedades mecânicas superiores ou a combinação do alumínio com o aço, para formar a alma dos cabos.
  • Na forma de cabos isolados, o alumínio também é empregado em linhas subterrâneas para interligar subestações de transmissão, que operam em altas tensões e estão localizadas em áreas urbanas, onde há restrições de uso de linhas aéreas por causa da grande taxa de ocupação.
  • Até chegar à sua casa, o fornecimento de energia elétrica passa por várias etapas e o alumínio tem participação decisiva nesse processo. No Brasil, 95% da energia produzida provêm de usinas hidrelétricas, localizadas em pontos distantes dos principais centros urbanos, exigindo a construção de longas linhas de transmissão.
  • Essas linhas de transmissão de grande porte trazem a energia até subestações de chegada, localizadas nas imediações dos grandes centros urbanos e industriais. A interligação entre estas subestações de chegada e aquelas mais próximas aos consumidores é feita por linhas de transmissão, que já operam em tensões mais baixas e são chamadas de subtransmissão. Cabe ao transformador final compatibilizar as tensões de chegada com a da instalação do consumidor, assegurando fornecimento de energia através de circuitos de distribuição primária.
  • Neste longo circuito, a boa condutividade elétrica associada a um baixo peso específico do alumínio garantem sua presença em cabos elétricos utilizados em todas as etapas: das usinas até o abastecimento, na ponta do consumo.


Para Leitura

"[...]A maior linha de transmissão de energia elétrica do mundo está em construção no Brasil e é feita com cabos integralmente de alumínio. O projeto, que integra o Programa de Aceleração do Crescimento (PAC), do Governo Federal, representa o avanço da fronteira elétrica na região Norte do país, aquela com maior potencial hidrelétrico a explorar. A obra, que interligará Porto Velho, em Rondônia, à cidade de Araraquara, no interior paulista, é composta por duas linhas de 2.375 km de extensão cada - superando os dois mil quilômetros da, até então, maior linha de transmissão existente, a chinesa que liga a usina hidrelétrica de Xiangjiaba a Xangai.[...]"

Alumínio, Inovação e sustentabilidade. Interligado pelo alumínio. Disponível em <http://www.revistaaluminio.com.br/recicla-inovacao/27/artigo215649-2.asp>.


"[...]o fato de o Linhão do Madeira ser constituído por linhas de 600 kV de tensão, também exigiu a utilização de cabeamento especial, mais grosso do que o comumente utilizados em linhas de transmissão de 500 kV. “Os cabos de alumínio com 44,25 milímetros de diâmetro foram fabricados exclusivamente para esse empreendimento.[...]"

Revista Manutenção e Tecnologia. Avançam as obras do Linhão do Madeira. Disponível em: <http://www.revistamt.com.br/index.php?option=com_conteudo&task=viewMateria&id=1140>.

Ligas


  • O alumínio em estado puro apresenta baixa dureza e resistência mecânica, não servindo para determinadas aplicações,daí a necessidade de combiná-lo com outros metais para aumentar sua utilidade industrial.
  • A principal função das ligas de alumínio é aumentar a resistência mecânica sem prejudicar as outras propriedades. Assim, novas ligas têm sido desenvolvidas combinando as propriedades adequadas a aplicações específicas.
  • Um dos aspectos que tornam as ligas de alumínio tão atraentes como materiais de construção mecânica é o fato do alumínio poder combinar-se com a maioria dos metais de engenharia, chamados de elementos de liga, formando ligas e a partir dessa combinação ser possível obter características tecnológicas ajustadas de acordo com a aplicação do produto final.
  • Naturalmente, uma só liga não pode combinar todas as propriedades ótimas para cada aplicação, sendo necessário conhecer-se as vantagens e limitações de cada uma delas para que se possa fazer a melhor seleção.
  • O grande alcance das ligas oferece à indústria uma grande variedade de combinações de resistência mecânica, resistência à corrosão e ao ataque de substâncias químicas, condutibilidade elétrica, usinabilidade, ductibilidade, formabilidade, etc.
  • Descrever a função de cada elemento de liga é difícil porque esta se altera, não só com a quantidade dos elementos presentes na liga, mas, também, pela sua interação com outros elementos.
  • Em geral, podemos dividir os elementos entre aqueles que conferem à liga a sua característica principal (resistência mecânica, resistência à corrosão, fluidez no preenchimento de moldes, etc.), os que têm função acessória, como o controle de microestrutura e das impurezas e traços que prejudicam a fabricação ou a aplicação do produto, os quais devem ser controlados no seu teor máximo.


  • Os principais elementos de liga das ligas de alumínio incluem combinações dos seguintes elementos:
 ƒCobre (Cu);       Magnésio (Mg);         ƒSilício (Si);                Manganês (Mn);                 Zinco (Zn).

As mais importantes ligas de alumínio trabalháveis e suas principais aplicações:


Alguns exemplos de ligas de alumínio, assim como suas características, são apresentados na Tabela a seguir:

Curiosidades


Queima do pó de alumínio

  • O vídeo abaixo mostra a queima de pequenas quantidades de pó de alumínio que são ‘sopradas’ sobre uma chama de um Bico de Bunsen.

<http://www.youtube.com/watch?v=FhG2e6mpdEY>


  • No entanto, uma barra ou uma panela de alumínio não queimam porque precisariam de uma temperatura muito alta para iniciar a reação. Além disso, a presença natural de uma camada de óxido de alumínio sobre o metal dificulta muito a reação de queima.


  • Em caso de um incêndio de grandes quantidades de pó de alumínio, não é uma boa ideia tentar apagar o fogo utilizando água; pois a água poderia reagir com o alumínio quente, causando a formação de óxido de alumínio e gás hidrogênio. Esse gás hidrogênio formado pode também reagir com o oxigênio do ar, formando água, e liberando ainda mais energia.


  • A potência da reação do alumínio em presença de água foi utilizada em pesquisas de propulsão de foguetes, no projeto batizado de ALICE, que consistia basicamente na mistura de nanopartículas de alumínio e gelo. Veja uma demonstração no vídeo abaixo:

<http://www.youtube.com/watch?v=-b7siH1Ausc#t=323>


Fabricação de fios de Alumínio

  • Processo:
    • Produzido a partir do lingote de Alumínio
    • São derretidas 60 toneladas por dia a 750 graus Celsius
    • Depois de fundidos, segue-se o vazamento
    • Após o vazamento, o Alumínio solido entra no laminador
    • O produto final são rolos de 2 toneladas que vão para a trefilagem
    • Usados para condutores de cabos elétricos isolados ou cabos nús
  • Trefilagem:
    • Consiste em puxar o metal através de uma matriz, por meio de uma força de tração a ele aplicada na saída da matriz.
    • A maior parte do escoamento plástico é causada por esforços de compressão resultantes da reação do metal com a matriz.
    • Geralmente a parte metálica apresenta simetria circular, embora isto não seja um requisito obrigatório..
 Aplicações:Produção de fios elétricos, cabos, clipes de papel, corda para instrumentos musicais e raio para rodas.


Resumo


  • O aumento espetacular no consumo de alumínio é prova do que este metal significa na indústria moderna. O alumínio segue o ferro/aço entre os metais de maior consumo anual, sendo o mais importante dos metais não ferrosos. A variedade de usos do alumínio está relacionada com suas características físico-químicas, com destaque para seu baixo peso específico, comparado com outros metais de grande consumo, resistência à corrosão e alta condutibilidade elétrica/térmica.


  • O Brasil tem vocação para produção de alumínio, pois além da abundante reserva de bauxita (o Brasil detém a terceira maior reserva de bauxita do mundo), tem um alto potencial de geração de energia hidrelétrica, que é um insumo primordial para obtenção do alumínio primário através da eletrólise.


  • O rápido e notável crescimento da importância do alumínio na indústria é resultado de uma série de fatores:
  • É um metal que possui excelente combinação de propriedades úteis resultando numa adequabilidade técnica para um campo extraordinário de aplicações em engenharia;
  • Pode ser facilmente transformado, através de todos processos metalúrgicos normais, sendo assim viável à indústria manufatureira em qualquer forma que seja requerida;
  • As atividades de pesquisa desenvolvidas pela própria indústria do alumínio, pelos laboratórios acadêmicos e pelos seus usuários têm levado a um maior conhecimento das características de engenharia deste metal, além do que técnicas de fabricação, de soldagem e de acabamento têm sido desenvolvidas, fazendo com que o alumínio seja considerado um material que não apresenta dificuldade nas suas aplicações;


  • Como foi citado anteriormente, uma das vantagens mais importantes do alumínio é o fato de poder ser transformado com facilidade. O alumínio pode ser laminado em qualquer espessura e extrudado numa infinidade de perfis de seção transversal constante e grande comprimento. O metal pode ser também, forjado ou impactado. Arames de alumínio trefilados a partir de vergalhões dão origem a fios de alumínio que, após serem encordoados, transformam-se em cabos condutores.

A facilidade e a velocidade com o qual o alumínio pode ser usinado é outro importante fator que contribui para difundir o uso desse material e que também aceita, praticamente, todos os métodos de união, tais como rebitagem, soldagem, brasagem e colagem. Além disso, para a maioria das aplicações do alumínio não são necessários revestimentos de proteção.

Referência bibliográfica


  • Eduardo Motta Alves Peixoto. Elemento Químico: Alumínio. Química Nova na Escola. Nº13, Maio 2001.


  • RUSSEL, John B. Química Geral, vol 2. Makron Books, 2ª Edição.


  • Associação Brasileira do Alumínio - ABAL. Fundamentos e Aplicações do Alumínio. São Paulo: Abal, maio/2007.





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