Universidad Austral de Chile Facultad de Ciencias de la Ingeniera Escuela de Ingeniera Naval CONSIDERACIONES GENERALES EN TORNO A LA CONSTRUCCIN EN ALUMINIO PARA EMBARCACIONES Y ARTEFACTOS NAVALES Tesispara Optar al Titulo de: Ingeniero Naval Mencin Arquitectura Naval Profesor Patrocinante SR. Richard Luco Salman Dr. Ingeniero Naval LVARO FRANCISCO SAAVEDRA CASTALDINI VALDIVIA-CHILE - 2011 -0- ndice Resumen Introduccin I. CAPTULO: Antecedentes histricos 1 1- Historia del aluminio1 2- Aluminio en la construccin naval2 II. CAPTULO: Propiedades del aluminio y sus aleaciones4 1- Propiedades del aluminio4 2- Aleaciones del aluminio5 3-Propiedades mecnicas7 3.1- Dureza7 3.2- Resistencia en el ensayo de traccin8 3.3- Resistencia a la compresin, a la flexin, al corte y a la torsin8 3.4- Propiedades resistentes a temperaturas elevadas9 3.5- Caractersticas de resistencia a bajas temperaturas9 3.6- Resistencia a la fatiga10 3.7- Mecnica de la rotura. Tenacidad10 3.8- Resistencia al desgaste11 4- Propiedades mecnicas en el rea naval11 5- Resistencia a la corrosin12 5.1- Corrosin en el aluminio12 5.2- Corrosin galvnica y electroltica17 5.3- Otras propiedades20 III. CAPTULO: Ventajas del aluminio para la construccin naval21 1- Peso ligero21 2- Mayor resistencia22 3- Mayor rigidez22 4- Mejor estanqueidad23 5- Menor consumo23 6- Mayor seguridad23 7- Menor mantenimiento23 8- Menor coste de reparacin24 9- Mayor valor residual24 IV. CAPTULO: Problemas ocasionados por el aluminio en la construccin naval 25 1- Corrosin galvnica 25 2- Consideraciones generales que inciden en el costo de una naveconstruida en aluminio 26 V. CAPTULO: Consideraciones del diseo28 VI. CAPTULO: Consideraciones para la construccin31 1- Manejo y almacenaje31 2- Marcado31 3- Corte y formacin 32 3.1- Corte por arco de plasma32 3.2- Corte por rayo lser35 3.2.1-Ventajas en el uso del corte con lser37 3.2.2- Desventajas de uso del lser para cortar aluminio y sus aleaciones37 3.3- Corte con chorro de agua38 3.4- Corte mecnico39 4- Ensamblaje41 5- Materiales de construccin43 5.1- Planchas de aluminio44 5.2- Barras45 5.3- Perfiles46 5.4.- ngulos, ues y tes47 VII. CAPTULO: Unin del aluminio 48 1- Limpieza antes de soldar48 2- Equipos para soldar49 2.1- Soldadura TIG49 2.2- Soldadura MIG50 2.3- Otros procesos de soldaduras52 2.3.1- Soldadura por arco con plasma53 2.3.2- Soldadura lser53 2.3.3- Soldadura lser con un arco aumentado54 2.3.4- Soldadura de rayo elctrico55 2.3.5- Soldadura por friccin55 2.3.6- Soldadura por resistencia56 3- Norma para materiales y soldadura56 VIII. CAPTULO: Pintura57 IX. CAPTULO: Superestructuras60 1- Mtodos de unin entre superestructura de aluminio y cubierta de acero61 1.1- Unin por remaches o pernos de aluminio61 1.2- Unin a travs de metales dismiles62 2- Unin del aluminio a otros materiales62 X. CAPTULO: Mantencin63 1-Pintura63 2-Reparaciones64 Conclusiones65 Bibliografa66 Anexo 67 Resumen La presente tesis tiene como objetivo el anlisis general dela construccin en aluminio y suutilizacinenembarcacionesyartefactosnavales.Paraello,ademsdeexponerlas propiedadesdelaluminio,susorgenesyaplicaciones,locompararemosconotrosmateriales,aportandoallectorlainformacinnecesariaparaestablecerlasventajasydesventajasdela construccin de embarcaciones y artefactos navales en base al aluminio. Despusdeunacuciosoestudiodelaluminioysusaplicaciones,podemossostenersu viabilidad en la construccin naval, si bien, sus costos iniciales son altos por lo que se requerir de mayor capital para su utilizacin, stos se reducen a largo plazo, debido a las ventajas que ofrecen laspropiedadesdelaluminio,lascualesnotienenotrosmaterialesestableciendoventajas comparativas evidentes,que se irn desarrollando a lo largo de este trabajo. Abstract Thepresentthesistakesthegeneralanalysisoftheconstructionasanaiminaluminium andhisutilizationincraftsandnavalappliances.Forit,besideexposingthepropertiesofthe aluminium,hisoriginsandapplications,wewillcompareitwithothermaterials,contributingto thereaderthenecessaryinformationtoestablishtheadvantagesanddisadvantagesofthe construction of crafts and naval appliances on the basis of the aluminium. After a detailed study of aluminum and its applications, we can maintain their viability in shipbuilding, although initial costs are high so it will require more capital to use, they reduce the long term, due to advantages of the properties of aluminum, which have no other materials setting clear comparative advantages, to be developed along this work Introduccin La construccin deembarcaciones y artefactos navales utilizando aleacin de aluminio, ha mostrado un claro creciendo desde sus inicios hasta hoy en da. Desdelaaparicindelaluminio,estenofueconsideradocomomateriaprimaporlos constructores, dentro delos factores que ponan en duda la construccin con este materialeran su alto costo y la dificultad en su soldadura.El objetivo de este trabajo es demostrar que en la actualidadresulta perfectamente viable la fabricacin de embarcaciones tanto comerciales, tursticas, deportivas, etc. en base al aluminio Para ello, partiremos nuestro estudio desde laevolucin del aluminio, sealando sus propiedades ycaractersticas,ademsdecomosecomportafrenteaotrosmaterialesteniendoencuentalos distintos proceso de soldadura.Igualmentesesealaelprocesodemantenciny/oreparacindelaluminio,teniendo siempre en consideracin sus fortalezas y debilidades.Seutilizdistintasfuentesbibliogrficas,desdetextosquetratansobrelasdistintas materiasprimasutilizadasenembarcacionesyartefactosnavales,hastainformacinsobrelas ofertasquehoyexistenenelmercadorespectodelosdistintomaterialesutilizadosenla construccin naval, todo ello con el fin de dar una panormica ms amplia al lectory una visin prctica de la construccin.Actualmentelasembarcacionesdealuminionavalseutilizanentodoslosmbitos martimos,desdesofisticadostrimaranes,lanchasdepatrullajeyprcticos,pesqueros,botesde pescayhastacasasflotantes.Esporello,quedecidimosinvestigarsobreestematerialquea primera vista presenta ms inconvenientes que ventajas en su utilizacin. Porltimo,sedebesealarquelasaleacionesutilizadasenlaconstruccinde embarcaciones pertenecen a la serie 5000 y los refuerzos de aleacin 6000. Por esto, estas son las series y refuerzos que se tendrn como referencia en este trabajo. 1 I. CAPTULO: Antecedentes histricos 1-Historia del aluminio. Mientras que la mayora de los metales industriales se conocen desde hace mucho tiempo, la historia delaluminio apenas se remonta ms all del siglo XIX. Elcarctertardodeldescubrimientodeestemetalsedebeadiversasrazones.Poruna parte, si bien, es el ms extendido por la naturaleza despus del silicio, no se encuentra jams en estadonativo.Porotra,lasrocasotierrasenlascualessepresentanoofrecenlascaractersticas quellamabanlaatencindelosantiguosbuscadoresdeminerales.Escuandolosinvestigadores hacan estudios de nuevas fuentes de minerales de hierro, que descubrieron la bauxita, mientras su bsqueda estaba orientada hacia el hierro y no al aluminio. En fin, su afinidad para el oxgeno es tal,quelareduccindirectadesuxidoporelcarbnnosepuederealizarporprocedimientos clsicos. Conlaprimerapreparacindelclorurodealuminioen1821,graciasalqumicodans Oersted, se iba a dar un paso muy importante. ste ide la reaccin de una amalgama de potasio sobre el cloruro.Despus del cambio, Oersted destil en vaco la nueva amalgama para eliminar elmercurio.En1824saleairosoalsepararelaluminioporestemtodo,aunquenoparecetener determinado rigurosamente el proceso de su experiencia, hasta el punto de que se pone en duda su logro.Sealoquefuere,Oerstedfueelpionerodeunanuevaorientacinyaportlamateria bsica, el cloruro de aluminio. ElsabioalemnFriedrichWhlerhabaasistidoenCopenhaguealasexperienciasde Oersted,ydecidiprofundizarlos.Mientrastanto,J.VonLiebighabafracasadoensus experimentos de hacer pasar el cloruro de aluminio en forma de vapor sobre el potasio. Partiendo del mismo principio pero utilizando un modo operatorio diferente: calentamiento de la mezcla del cloruro de aluminio y de potasio en un cristal de porcelana. Whleren 1827 realiz de manera repetida la separacin del aluminio por reduccin del clorurodealuminioporelpotasio,yesindiscutiblementeelprimeroenrealizarestaoperacin. Deestamaneraobtieneunpolvogrisdealuminioimpuro,quecontieneademsdepotasio, clorurodealuminionoreducido.Lapresenciadexidosydeotrasimpurezasimpidequese pueda recoger este polvo en una masa nica. Whler deba, por consiguiente, mejorar su mtodo y en 1845 l mismo produjo pequeos glbulos de un metal suficientemente puro para describir con exactitud las propiedades del aluminio. 2 El6defebrerode1854Deville,sealaquesepodamedianteunamodificacin convenientedelprocesodeWhler,llegaralaobtencindeunmetalpuroenglbulos susceptibles de ser reunidos. Whler haca actuar el potasio con el cloruro de aluminio. Un primer perfeccionamiento introducido por Deville, fue reemplazar el cloruro simple por el cloruro doble dealuminioydesodio.Laspropiedadesintrnsecasdelclorurodobledealuminioydesodiole hacendesempearademsdepapeldeprimeramateriaeldefundente,quepermiteunirlos glbulosenunamasahomognea.Porfin,enlugardeutilizarelpotasiocomoagentereductor Deville sustituye este por el sodio, metal menos costoso y de una utilizacin ms fcil. Elmritoesencialdelnuevomtodoestribaenquesepuedeutilizaraescalaindustrial. Por este motivo, debemos considerar al sabio francs como el creador de la industria del aluminio. Paralelamenteasuprocedimientoqumico,Devilleinventunmododepreparacinpor electrlisis.Elmtodoencuestinhacereferenciaalapiladelclorurodealuminioydesodio fundido. LosdosprocedimientosdepreparacindeDeville,elqumicoyelelectroltico,fueron descritos con detalles por el autor ante la Academia de Ciencias el 14 de agosto de 1854. HacialamismapocaenqueDevilledabaaconoceralaAcademiadeCienciassus resultados relativos al aluminio, anuncia la puesta en marcha de un procedimiento econmico de preparacindelsodio,susceptiblederealizarseindustrialmente.Estemtodoultimadoconla ayuda de Debry, su colaborador en la Escuela Normal Superior, conduce desde su aplicacin en la industria a una baja del precio de venta del sodio de casi 1000 francosa menos de 10 francos el kilogramo.Esteltimodescubrimiento,favorececonsiderablementelaaplicacinindustrialdel procedimiento qumico para la produccin del aluminio. 2- Aluminio en la construccin naval. Elusodelaluminiocomomaterialparalaconstruccindebuquesseremontaa1890, cuandoenEuropayAmricaseconstruyeronembarcacionesdealuminio.Elprimercascode aluminio para altamar media 12 m. y correspondi al yate de vapor francs Mignon, construido en 1982, un ao antes ya se haba construido en Suiza una lancha de aluminio de 5 m. Otrasembarcacionesconstruidasposteriormentefueronlassiguientes:unbotede18m para la Armada francesa en 1894, capaz de alcanzar 21 nudos impulsada por un motor de 300 hp. y2balandrasdealuminiode13m.construidasensecciones,parautilizarlasduranteuna exploracin por el ro Nger en frica. 3 La expedicin polar de Walter Wellman en 1894, utiliz botes de aluminio de 5.5 m. para oleajeconpesode170kgcadauno.Encomparacinconlosbotessimilaresconstruidoscon maderaconelmismotamao,cuyopesoerade770kg.Dichosbotesprestaronunservicio excelente,sobretodoalresistirpresionesdelhieloquehubierandestruidootrosbotessimilares hechos con madera. Estos primeros ejemplos de embarcaciones de aluminio utilizaban siempre aluminio puro, queauncuandoposeeexcelenteresistenciacontralacorrosinenaguadelmar,notienela resistencia requerida para el servicio martimo. Nofuesinoaprincipiosdelosaostreintacuandoaparecieronnuevasaleacionescon contenidodemagnesioydemanganeso,loquepermitiampliarelempleodelaluminiopara construccin naval. Estas aleaciones de aluminio, con un contenido del 2.5% al 5% de magnesio, combinan una elevada fuerza con una excelente resistencia a la corrosin en el medio martimo y en general se conocen como aleaciones de aluminio marino. Elprimerbuquedegranenvergaduraqueutilizlasnuevasaleacionesmartimasfueel yateamotorDianaIIde16.8m,construidoenInglaterraen1931dondeseutilizaleacinde aluminiodeacuerdoconlaBritishStandardSpecificationN5,tantoenformaforjadacomode fundicin para todas las partes de la construccin, tanques, mstiles, pescantes, escaleras, soporte para el rbol de la hlice, machos para el timn, accesorios para las ventanas, puertasy cubierta, incluyendo entre ellos los candeleros de los pasamanos. El casco se formo con material de calibre 10, que hoy se considerara delgado aplicado los estndares actuales, sin embargo, el Diana II se arm hace ms de 40 aos y an presta servicio a la British Aluminium Co. en la costa occidental de Escocia. Desdeentoncessehageneralizadoelusodelaluminioparalaconstruccinnaval,sobre todoenEstadosUnidos,dondeseutilizaestematerialparabotesycanoaspequeas, embarcacionesdelujoyparacompetenciasproducidasenunejemplarnicoyengrandes nmerosdebuquesdetrabajoenunaampliavariedaddetipos,incluyendolosbuquespara personal de 30 m. y transbordadores de alta velocidad. 4 II. CAPTULO: Propiedades del aluminio y sus aleaciones 1- Propiedades del aluminio ElaluminiocuyosmboloesAl,eselelementometlicomsabundanteenlacorteza terrestre. No se halla puro, sino formando parte de otros compuestos y minerales. El aluminio es blanco o blanco grisceoy puedetener un acabado superficial desde mate hastabrillanteypulido,ademssusuperficieesfcilmentecoloreable.Sumasaatmicaesde 26,9815, su nmero atmico es 13 y se encuentra en el grupo 13 de la tabla peridica. Es un metal ligero,cuyadensidadesde2700kg/m3a20Cestoesaproximadamentelaterceraparteen comparacin al acero, lo que lo hace especialmente ventajoso cuando se pretende reducir el peso propio de las construcciones navales. El aluminio tiene un punto de fusin de 660C y un punto de ebullicin de 2519 C, al ser sutemperaturadefusintanbajaysutemperaturadeebullicintanelevada,esunmetales idneo para la fundicin, pero su uso no es recomendable en lugares con peligro de incendio. El aluminioesunmaterialnomagntico.Ademsesunbuenreflectortantodelaluzcomodel calor,porestemotivoimpidelaabsorcindelamayorpartedelaradiacinsolarincidente. Asimismo,estematerialesunbuenconductordelcalorydelaelectricidad,subuena conductividadelctricalohaceadecuadoparamuchasaplicacionesdentrodelaindustria elctrica ya que es la mejor despus del cobre. Es un metal impermeable al agua y a los olores, al mismo tiempo no desprende ni olor ni sabor. Esunmaterialfcilybaratodereciclar,dehechoelaluminioserecicladesdesu fabricacinsiendoestaunaactividadhabitual,tcnicamenteresueltayrentablequeconlleva beneficios tanto econmicos como medioambientales. A continuacin en la tabla 1 resume algunas propiedades del aluminio. 5 SmboloAl Nmero atmico13 Valencia3 Nmero de protones/electrones13 Nmero de neutrones (Istopo 27-Al)14 Estado de oxidacin+3 Electronegatividad1,61 Radio covalente ()1,18 Radio inico ()0,50 Radio atmico ()1,43 Configuracin electrnica[Ne]3s23p1 Primer potencial de ionizacin (Ev)6,00 Estructura cristalinaCbica centrada en las caras Masa atmica (g/mol)26,9815 Densidad (g/ml)2,70 Punto de ebullicin (C)2519 Punto de fusin (C)660 Tabla 1. Resumen propiedades del aluminio 2- Aleaciones del aluminio Son muchas las aleaciones de aluminio las que varan en sus propiedades mecnicas, desde el aluminio puro con baja fuerza tensil, muy elevada ductilidad y buena resistencia a la corrosin, hastalasaleacionesdealuminio,cinc,magnesio,cobre,conresistenciamuyelevada,ductilidad limitada y resistencia relativamente mala a la corrosin sobre todo en agua de mar. Sehanlogradodiferentesaleacionesdealuminioparaobtenerductilidad,facilidadenel maquinado, elevada resistencia, cualidades requeridas en la industria aeroespacialy para obtener resistenciaalacorrosin.Entrelasltimasaleacionesestnlasaleacionesresistentesalaguade mardelaseriealuminio-manganeso.Latabla2muestralasaleacionesdealuminioadecuados para su empleo en el ambiente martimo y para la construccin de buques. En la tabla 3 se indican algunos equivalentes internacionales de dichas aleaciones. 6 Designacin de la aleacin Composicin nominal (%) Caractersticas MgSiMnCr aleaciones forjadas, BS 1470-77 No tratable por calor N42.25--- Excelente resistencia ala corrosin, fuerza media, buena ductilidad: tanques y partes no estructurales. N53.5--- Similar al N4, pero con mayor fuerza. N512.75-0.750.1 Usada para componentes estructurales. N65.0---Sustituida por el N8. N84.45-0.750.12 Aleacin con fuerza mxima no tratable por calor, excelente resistencia a la corrosin: material para el casco principal. Tratable por calor H90.650.5-- Buena resistencia a la corrosin, fuerza media: utilizada para extrusiones complicadas, marcos de ventanas H300.90.950.7- Buena, resistencia a la corrosin, muy fuerte: secciones extruidas, mstiles. Aleaciones para fundicin BS 1490 LM54.5-0.5- Soldable al N8, excelente resistencia a la corrosin, difcil de moldear en formas complicadas: accesorios para cubierta LM6-11.5-- Buena resistencia a la corrosin y buenas propiedades para moldear: uso general. LM80.554.75-- Buena resistencia a la corrosin y buenas propiedades para moldear, buenas propiedades mecnicas. LM1010.25--- Gran fuerza, dctil, excelente resistencia a la corrosin, mas difcil de moldear que el LM5. Alambres de aporte, BS 2901 NG53.5---Para el N5 NG65.0--- Principal aleacin de aporte para el uso marino NG615.6-0.70.1Alternable con el NG6 NG2-11--LM6 y LM8 nicamente Tabla 2. Aleaciones de aluminio adecuadaspara aplicaciones navales. 7 BS 1470-77AA (EE.UU)ISO R209 N45052Al/Mg 2.5 N55154Al/Mg 3.5 N515454Al/Mg3/Mn N65056Al/Mg 5 -5086Al/Mg 4 N85083Al/Mg 4.5/Mn H96063Al/Mg/Si H306351Al/Mg/Si/I Aleaciones de aporte NG55254Al/Mg 3.5 NG65056Al/Mg 5 5356 NG615556 NG24045 Tabla 3. Equivalentes de las aleaciones forjadas British Standard para el uso naval y los estndares de estados unidos (Aluminium Association) e ISO 3- Propiedades mecnicas.

Las propiedades mecnicas o propiedades de resistencia mecnica, sirven en la mayora de loscasoscomobaseparadecidirsobreunmaterialuotroconvistasaunfindeaplicacin concreto.Acontinuacinsedaunresumendelaspropiedadesmecnicasmsimportantesdel aluminio. 3.1- Dureza: La dureza esunapropiedadmecnicadelosmaterialesconsistenteenladificultadque existe para rayar (mineraloga) o crear marcas en la superficie, mediante micropenetracin de una punta (penetrabilidad). Elensayodedurezaessimpleydealtorendimiento,yaquenodestruyelamuestra, ademsresultaparticularmentetilparaevaluarpropiedadesdelosdiferentescomponentes microestructurales del material. Losmtodosexistentesparalamedicindeladurezasedistinguenbsicamenteporla formadelaherramientaempleada(penetrador),porlascondicionesdeaplicacindelacargay porlapropiaformadecalcular(definir)ladureza.Laeleccindelmtodoparadeterminarla dureza depende de factores tales como: tipo, dimensiones de la muestra y espesor de la misma. 8 La mayora de las veces se da en los materiales de aluminio la dureza Brinell a causa de la sencillezdesudeterminacin.LosvaloresdeladurezaBrinellseextiendendesdeHB=15para aluminiopursimoblandohastacasiHB=110paraAlZnMgCu1,5endurecidotrmicamente,es decir, aleacin 7075. El valor para el acero A131 es HB=450. Los valores de la dureza determinados por otros mtodos, como el Vickers o el de Knoop, apenas tienen significado prctico en este metal. De vez en cuando se utiliza la microdureza, una variante del mtodo Vickers para determinar la dureza de capas anodizadas. 3.2- Resistencia en el ensayo de traccin: Los importantsimos valores caractersticos que se obtienen enel ensayode traccin para juzgarlaspropiedadesresistentesdelosmaterialesmetlicos,engeneralsonaplicablesalos materialesdealuminio.Generalmenteestosvaloresson:ellmiteelstico0,2%,laresistencia mxima a la traccin, el alargamiento a la rotura, as como la estriccin de ruptura. Engeneral,laresistenciaaumentaconlaampliacindeloselementosdealeacin.Los dominios de la resistencia en cada aleacin surgen, ante todo, como consecuencia de los aumentos de resistencia que se consiguen por deformacin en fro o endurecimiento por tratamiento trmico. Losdistintoselementosdealeacinactandemodomuydiferenteencuantoalaumento de resistencia. Alaumentarlaresistencia,aumentaellmite0,2%msdeprisaquelaresistenciaala traccin,independientementedelmecanismoquemotiveelaumentodelaresistencia.Este aumentosenotaespecialmentecuandoelaumentoderesistenciatienelugarpordeformacinen fro. En general no se desean altas relaciones entre los lmites elsticos (lmite 0,2% y resistencia mxima)yaqueexpresanuncomportamientorelativamentequebradizodelmaterial,razn fundamentalporlaquenosepuedeaumentardeformaarbitrarialaresistenciadeunmaterial metlico. 3.3- Resistencia a la compresin, a la flexin, al corte y a la torsin: Enlosmaterialesalumnicossepuedeadmitirqueelvalordellmitedeaplastamiento 0,2%(parmetrodelaresistenciaalacompresin)esigualalvalordellmiteelstico0,2%de traccin.Laresistenciaalacompresinoellmitedeaplastamiento0,2%tienenimportancia principalmente en las piezas sometidas a compresin como ocurre con los cojinetes de friccin. 9 Laresistenciaalaflexinenlasaleacionesdealuminiosetieneencuentaparalasde fundicin,enaquelloscasosenquealrealizarelensayodetraccinnoesposibledeterminarel lmite elstico con suficiente exactitud a causa de su pequeo valor. La resistencia al cizallamiento, es importante para el clculo de la fuerza necesaria para el corteyparadeterminadasconstrucciones.Noexistenvaloresnormalizados,generalmenteest entre el 55 y 80 % de la resistencia a la traccin. Casinuncasedeterminalaresistenciaalatorsin,siseconsideraunadistribucinlineal de tensiones puede considerrsela igual a la resistencia al cizallamiento. 3.4- Propiedades resistentes a temperaturas elevadas: Alaumentarlatemperaturadisminuyenlaresistenciaalatraccin,ellmiteelsticoyla dureza, tanto que en general aumenta el alargamiento de rotura y la estriccin de rotura. El factor tiempojuegaunpapelesencialenladeterminacindevaloresderesistenciaparaaltas temperaturas. Esta influencia se exterioriza de dos maneras: Cambiosdeestado:Bajolainfluenciadetemperaturaselevadas,sepuedenproducir modificacionespermanentesenlaestructuradelosmaterialesquehanexperimentado endurecimientopordeformacinenfro,estastraenconsigounadisminucindela resistencia mecnica. Procesosdefluencia:Atemperaturaselevadaselmaterialpuedeexperimentar deformacioneslentasbajolaaccindecargasenreposo,aumentandolavelocidadenel cambiodeformaconelincrementodelatemperaturaydelatensin.Almismotiempo, pueden surgir tensiones por debajo de la resistencia a la traccin o del lmite elstico 0,2%. Estas temperaturas no son comunesenestructuras navales, pero cabe mencionarlasya que si seprodujeraunincendioalinteriordeunanave,stanotendralamismaresistenciaen comparacin al acero 3.5- Caractersticas de resistencia a bajas temperaturas: Elcomportamientodelosmetalesabajastemperaturasdependefundamentalmentedela estructuradesuredcristalina.Elaluminio,consuredFCC(CCC)tienelamismaestructura que el cobre, el nquel o los aceros austenticos, es por ello que las complicaciones no se presentan nunca en las aleaciones de aluminio a temperaturas bajas ( rpido descenso de la resiliencia, entre otras) que tienen lugar en los metales BCC, sobretodo en los aceros ferrticos. 10 3.6- Resistencia a la fatiga: Lafatigadependedeunaseriedefactores.Ademsdelacomposicin,estadoy procedimientodeobtencindelmaterial,hayqueconsiderarlaclaseyfrecuenciadelas solicitacionesyespecialmentelaconfiguracindeloselementosconstructivos(distribucinde fuerzas, tensiones mximas, superficie). La denominacin "resistencia a la fatiga", se utiliza como concepto genrico para todos los casos de solicitud alternativas. Paraelaluminioellmitedeciclosdecargaestfijadoen10.Losensayossehacencasi siemprecon5a10ciclos.Esascomolosresultadosdelosensayosdefatigaalternativa presentan siempre una dispersin que no se disminuye aunque se utilicen mtodos ms precisos de medicin.Sedebenprincipalmente,acontingenciascasualesqueintervienenaloriginarsela primera fisura y prosiguen en las fases iniciales de su expansin. Respectoalainfluenciadelmaterial,sepuedesealarquelaresistenciaalafatigase aumentamediantelaformacindesolucionescristalinasenlaconformacinenfroyel endurecimiento. En las aleaciones de aluminio para laminacin y forja existe una clara diferencia entrelasnoendureciblesylasendurecibles,dondelaaleacinAl-Mgeslanoendurecible trmicamente y la Al-Zn-Mg-Cu es la endurecible trmicamente. Porotraparte,atendidalainfluenciadelasolicitacinsepuedesealarquealjuzgarlos valoresdelaresistenciaalafatigasehadetenerencuentaeltipodesolicitacin(traccin, compresin,flexinalternativaorotativa)yantetodo,laposicindelatensinmediaola relacin de tensiones respectivamente. Adems, se ha de observar atentamente si se da la amplitud de resistencia a la fatiga o a la mxima tensin superior. Conjuntamenteconlosfactoresanteriores,tambininfluyenenlaresistenciaalafatigalos mximos de tensin o efectos de entalladura, el estado superficial y del ambiente, la soldadura y la temperatura. 3.7- Mecnica de la rotura. Tenacidad: Elcomportamientoencuantoalaresistenciaalaroturadeunmaterialesimportante, puestoqueenloselementosdeconstruccinsepresuponequeexistensiemprefisurasdeun determinadotamaoyquesedimensionanloselementos,detalmodoqueestasfisurasno sobrepasanunamagnitudcrticadentrodeunperododevidaprevistoysobretodo,queno aumentendemodoinestable.Lacargapuedesermontona,estticauoscilante.Tambinse puedetenerencuentalacargadefluencia(mtodomsapropiadoparalosmaterialesde aluminio) o las grietas de corrosin bajo tensin. ElvalorcaractersticoutilizadoconmsfrecuenciaeseldelatenacidadalasfisurasK, definidoparaelestadodetensionesuniformecomolaconcentracindetensionescrticaenla punta de la fisura que ocasiona la continuacin del crecimiento de la misma. Los valores altos de 11 Ksignificanaltatenacidad,siendofavorablescuandotambinsonelevadoslosvaloresde resistencia a la traccin y el lmite elstico. Entre los valores de resistencia habituales obtenidos del ensayo de traccin y la tenacidad a lasfisuras,noexisteengeneralningunadependencia.Desdeelpuntodevistacualitativo,la tenacidad a las fisuras desciende al aumentar la resistencia. El objetivo de la investigacin de los materiales, consiste en desarrollar aquellos que tengan ms resistenciay al mismo tiempo mayor tenacidad a la rotura. 3.8- Resistencia al desgaste: La resistencia a la abrasin o al desgaste de los materiales de aluminio es particularmente bajaenelrozamientoenseco.Esimportantesealar,quenoexisterelacinentredurezay resistencia mecnica por un lado y resistencia a la abrasin por el otro. Losmaterialesdealuminiosometidosarozamientoendeterminadascircunstanciasde funcionamiento,muestranuncomportamientoaceptablecomopruebanlasnumerosas aplicacionesquetienenencojinetesdefriccinymbolos.Debemencionarsetambinqueel desgaste se puede reducir drsticamente por un tratamiento superficial apropiado. 4 Propiedades mecnicas en el rea naval. Las aleaciones marinas del aluminio combinan una razonable resistencia mecnica con una baja densidad. En la tabla 4, se presenta una combinacin entre la resistencia y el peso de algunos materiales que se utilizan por lo general, para construir buques y botes. En ella, se observa que el aluminio tiene una muy buena razn resistencia/peso si se compara con otros materiales. Elaluminioesduro,elsticoypresentaunaelevadaresistenciaalasabolladuras,loque permitealasembarcacionesdealuminioconservarseenbuenestadoduranteunusocomercial normal y resistir el continuo golpear del mar. Esto se debe al mdulo de Young comparativamente bajo del aluminio 69 GN/m2, aproximadamente la tercera parte del correspondiente del acero (200 GN/m2). Por esta razn, el aluminio se torcer mas elsticamente que el acero al estar sometido a esfuerzos de impacto. La energa del impacto de disipa ms gradualmente que cuando se aplica a unmaterialmenoselstico.Elaluminiosedeformaplsticamenteantesdefracturarse, absorbiendomuchamsenergaalimpactoqueunmaterialquebradizocomolafibradevidrio. Deestamanera,encasodeunaccidentegraveelaluminioquedaraposiblementedeformado,en lugar de perforarse como ocurrira con un material menos dctil. Elaluminio,comoocurreconlamayoradelosmetales,seendureceportrabajoal deformarse.Cuandountablerosesobrecargaysufredeformacinpermanente,elmaterial deformadoseharobustecidosinocasionardaosalaseguridaddelaestructura.Uncascomuy abolladopuedeutilizarseconabsolutaseguridadhastaqueresulteconvenienteeliminarlas 12 abolladurassinpreocuparseporlaseguridaddelaestructura,contaldequenosehayan producido grietas en la plancha o en la cuaderna de refuerzo. MaterialPeso, kg/m3 Fuerza tpica N/mm2 Resistencia/peso N/mm2 / kg/m3 Tensin de rotura Limite elstico Aleacin de aluminio N4-1/4H2657 224 1540.084 N8-M2657 316 208 0.12 H30-TF2716 324 294 0.12 Acero dulce (BS 15) 7750 464 232 0.06 Fibra de vidrio1938 172 _0.089 Cemento armado2630 37 _0.014 Tabla 4. Comparaciones entre los pesos y resistencias de varios materiales para la construccin naval. 5- Resistencia a la corrosin. 5.1- Corrosin en el aluminio. El aluminio tiene buenaresistenciaa la corrosin en la atmsfera, incluso a temperaturas relativamente altas y en muchos medios acuosos. Asimismo, es muy activo como se deduce de su posicinenlaserieelectroqumicadepotencialesnormales,perosepasivasimplementeconla exposicin al agua o al aire. Lacapapasiva,originadaporexposicinalairetieneunespesorentre20y100.En muchos medios oxidantes, si se daa la capa pasiva vuelve a regenerarse rpidamente. El xido de estacapapasivatieneunvolumenmolecular1,5vecesmayorqueeldelaluminio,conloque trabajaacompresin.Porestemotivo,puedesoportarciertadeformacindelsustratosin romperse.Cualquierfactorquemejorelaadherenciaeintegridaddeestacapamejorala resistencia a la corrosin. 13 Las condiciones de estabilidad termodinmica de esta capa pueden determinarse utilizando eldiagramadePourbaixquesemuestraenlaFig.1.Elaluminiopasivadoconunapelculade hidrargillita(Al2O3 3H2O),permanecepasivoenaguaenelrangodepHde4a8,5 aproximadamente. Los lmites de esta pasividad dependen de la temperatura y de la estructura de la capa de xido, la cual depende de las condiciones ambientales existentes durante su formacin. Figura 1. Diagrama de Pourbaix para el aluminio con una capa de higrargillita (Al2 O3 3H2O) a 25C. valores de potencial frente a un electrodo normal de hidrgeno (ENH). H. P. Godard, sugiere que el producto inicial de la corrosin del aluminio en un ambiente acuosoeshidrxidodealuminio,elcualdarlugaralaformacindeunxidohidratadoouna mezcladexidos.Comolaformacindelrecubrimientoprotectoresunprocesocomplejoy dependientedelmedio,Godardsugierequelabayerita(-Al2O3 3H2O)eselconstituyente mayoritario de la capa pasiva formada en medio acuoso. El comportamiento frente a la corrosin del aluminio es sensible a pequeas cantidades de impurezas en el metal, muchas de las cuales a excepcin del magnesio tienden a ser catdicas con relacinalaluminio.Engeneral,elmetaldealtapurezaesmuchomsresistentealacorrosin que el metal de pureza comercial que a su vez, es ms resistente que las aleaciones de aluminio. 14 Elaluminiotiendeaatacarselocalmenteenmediosquecontienencloruros(Cl),en particularenresquiciosyenreasdeestancamiento,enlasquedesaparecelapasividadporla formacindepilasdeaireacindiferencial.Laspequeascantidades(trazas)deCu2+(entan pequeacantidadcomo0,1ppm)odeFe3+(porserdemenortamaoqueelFe2+)enelagua, tambinsoneficacesparaalterarlapasividaddebidoalaformacindepilasgalvnicasentreel aluminioyelcobreohierrodepositados(porreaccionesdedesplazamiento),queestimulanla disolucin del aluminio en reas locales. Es as como en las aleaciones que contienen magnesio y siliciopuedenproducirseprecipitadosdeMg2Si.Estecompuestoinico,ligeramenteandico respectoalamatrizyquesedisuelveendisolucionescidas,tieneunpequeoefectoenel potencialdeelectrodo.Detodasformas,lacorrosinintergranulardecrececuandolarelacin magnesio/silicio es significativamente distinta de la requerida para la estequiometra del Mg2Si o, cuando existe una cantidad significativa de impurezas catdicas Elaluminiosecorroeconmayorrapidezenmedioscidosoenlcalisqueenmedio neutro.Deestaformalavelocidaddecorrosinenmedioscidosdependedelanaturalezadel anin. En general, el aluminio resiste bien frente a la corrosin en los siguientes medios: NH4OH, cidoacticoymuchoscidosorgnicos,cidosgrasos,cidontrico>80%,aguadestilada, atmsferanomarina,azufreyatmsferassulfurosasygasesrefrigerantessulfurados.Porel contrario,laresistenciaalacorrosindelaluminioesbajaen:cidosfuertes(talescomoHCl, HBr,H2SO4yHF),lcalis,mercurioysussales,aguademar,aguasconionesdemetales pesados, disolventes clorados y alcoholes a temperaturas elevadas. Tambindedebetenerencuentaadems,losfactoresambientalestalescomola temperatura o la turbulencia de la disolucin, los cuales pueden provocar un profundo efecto en la resistencia a la corrosin. En general, las aleaciones de aluminio presentan comportamientos similares a los descritos para elaluminio, aunque comoya se ha dicho laresistencia a la corrosin suele ser algo menor. Factores tales como, relacin superficie/volumen, acabado superficial, cantidady propiedades de losaleantesydefectossuperficialesmodificanlaresistenciaalacorrosindelasaleacionesde aluminio.Lacomposicin,volumen,localizacinypotencialdelosmicroconstituyentestienen tambinunainfluenciadirectaenlacantidad,formaydistribucindelataqueporcorrosin.Sin embargo,eldaoqueseproducealacoplardosmetalesnopuedepredecirseapartirdelos potenciales galvnicos, ya que depende tambin del grado en que se polaricen. Lacorrosinporpicadurarepresentalaformamscomndecorrosindelaluminio, particularmente en soluciones quecontienen cloruros. Ello ocurre bajocondiciones en las que la 15 capa pasiva no es completamente protectora. Es as como las picaduras son consecuencia de una accin localizada en presencia de un electrolito frecuentemente en condiciones neutras, cuando la capa pasiva es estable se ha propuesto que la capa de xido se re-pasiva continuamente, teniendo en cuenta dems quela presencia de iones agresivos dificulta la re-pasivacin. La respuesta electroqumica de un metal a un potencial aplicado se representa en la Fig. 2 (curvadepolarizacin),dondesedetallanlasposicionesrelativasdelpotencialdecorrosin (Ecor), el potencial de picadura (Epic) y el potencial de pasivacin (Eprot). Algunosautoressugierenquelapicaduradelasuperficiesloseiniciaporencimadel Epic. Una vez iniciada la picadura se propaga a potenciales menores que Epic, pero mayores que elpotencialdepasivacinEprotenelcualsere-pasivan.ElEpicpareceestarafectadoporla concentracin de oxgeno en la solucin, variaciones moderadas de temperatura, y la presencia de elementos de aleacin en forma de precipitados. Es por ello, que los autores sugieren que el Epic nodebeserutilizadocomocriterioparadeterminarlasusceptibilidadalacorrosindelas aleaciones de aluminio, pero s para determinar el lmite de la proteccin catdica. Las curvas de polarizacin, se utilizan tambin como ensayo acelerado para comparar el comportamiento frente alacorrosindelosmateriales,aunquenopareceadecuadoasumirquevayaaproducirseuna respuestasimilarcuandoelcomponentedealuminioseencuentreenservicio,dondelas condiciones son usualmente diferentes. Figura 2.- curva de polarizacin. 16 Elpuntodeiniciacindeunapicaduraesunnodo,elcualestrodeadodeunamatriz catdicaqueprovocaladisolucindelmetal.Dondeelmetalformaunhidrxidoinsoluble aumentalaacidez.Lasolucinenlavecindadquecorrespondeazonacatdicadevieneen alcalina,sinembargo,comolasolucinadyacentealasuperficiecatdicaestexpuestaala solucin,elgradodealcalinidadsemantieneenungradodemagnitudequivalentealdela picadura.UnejemploesquemticosemuestraenlaFigura3.Cuandoapareceunapicadurase observaquelosproductosinsolublesdelacorrosinformanunadefensaqueactacomouna barrera fsica a la difusin del oxgeno al nodo, por otro lado el ctodo tiene acceso al oxgeno de toda la solucin. Lasdistintasaleacionesdealuminiotienendistintasusceptibilidadalacorrosinpor picadura. Algunas sufren slo temporalmente este tipo de corrosin hasta que las fases catdicas alcanzanlasuperficiedecorrosinostaquedarecubiertaporelhidrxidodealuminio.Las aleacionesmssusceptiblesalacorrosinsonlasdelafamilia2000debidoalcobre,porla formacin del compuesto catdico CuAl2. Entrelascausasmscomunesdeformacindeestasceldaslocalespuedendestacarse impurezas en el metal presencia de compuestos inter-metlicos, grietas locales, heterogeneidades del medio, diferencias en la concentracin, composicin o velocidad, desgaste o rotura de la capa protectora por efecto de tensiones o abrasiones. Figura 3.- Mecanismo de corrosin en una picadura. El metal M se corroe en una disolucin aireada de NaCl, disolvindose. El oxgeno se reduce en las superficies catdicas adyacentes. 17 Unavezproducidalapicaduraeiniciadosuavance,lacontinuidaddelataquelocalizado puede explicarse por la combinacin de factores tales como, la proteccin catdica en los bordes delapicadura,elmantenimientodeunambientecidoenelinteriordelapicadurayporla deposicin de los productos insolubles de corrosin sobre ella. 5.2- Corrosin galvnica y electroltica. El aluminio por si solo es totalmente inoxidable, en estricto rigor lo que ocurre es que se oxidaunacapamicromtricacreandounxidoadealuminioqueesmuyduroyadems protegelapiezadeposterioresoxidaciones.Estexidoeselquedaeltonogristantpicodel aluminio (fig. 4), puesto que el aluminio pulido y sin oxidar es tan brillante como un espejo. Figura 4.- Casco de aluminio oxidado Lacorrosingalvnicaseproducecuandosejuntandosmetalesdistintos.Sediceque tienendistintopotencialelectroqumico,locualvieneadecirquecuandoseponeencontacto aluminioyotrosmetalesseformaunaespeciedepilaelctrica,lacualefectivamenteproduce electricidad a cambio de consumir el metal de menor potencial electroqumico. Frente al cobre o el acero, ser el aluminio el que se consuma, pero frente al zinc sern stos los que se consuman y no el aluminio. Por esta razn, se utilizan los denominados nodos de sacrificio, metales siempre demenorpotencialelectroqumicoydeahsucalificativodesacrificio.Adems,cuando existencorrienteselctricasdebidoafallosenuncircuitoelctricodelbarco,seproducirla temida corrosin electroltica que puede ser muy destructiva, pero sin embargo es fcil de evitar si se es cuidadoso con la instalacin. 18 En la siguiente tabla 5 se muestran algunos nodos ms usados por la industria naval. Tabla 5. nodos de zinc o de sacrificio nodos de Aluminio - Aleacin Aloline para Cascos TipoABCD Dimensiones de Pletina Peso Neto Peso Bruto W131 300200 953220 x 31.21.3 W130 3502701503240 x 62.63.2 W111 5004001503240 x 64.05.0 W114 6505501305040 x 68.09.2 W117 6505501306550 x 610.111.6 W119 6505501307550 x 612.614.1 W118 6505501309550 x 616.518.0 W12410159201305050 x 613.015.4 W12610159201307550 x 621.024.0 W1281015920130 10550 x 630.033.0 nodos de Zinc - Aleacin Zincoline para Cascos TipoABCD Dimensiones de Pletina Peso Neto Peso BrutoWP3300 2009530 40 X 33.13.2 W6Z350 270 150 32 40 X 66.57.1 W11Z500 400 150 32 40 X 610.811.8 W14Z650 550 130 50 40 X 621.322.5 W17Z650 550 130 65 50 X 625.026.5 W19Z650 550 130 75 50 X 633.034.5 nodos de Aluminio - Aleacin Aloline para Cascos TipoW-0W-2W-3W-5W-10 Medidasmm.mm.mm.mm.mm. A195295310350390 B120220235275310 C488590115150 D3045485870 d1010101010 E3030303030

Peso Neto1,252,004,00 Peso Bruto1,622,424,46 nodos de Zinc - Aleacin Zincoline para Cascos TipoABCD Dimensiones de Pletina Peso Neto Peso BrutoWP0200120402510 x 30.50.55 WP1260180603220 x 31.01.1 WP2300220753820 x 32.152.3 WP5380290 100 5030 x 54.555.0 W10Z400280 150 7540 x 610.010.7 W16Z520420 160 7040 x 615.016.0 19 Si la instalacin elctrica es correcta, la electrlisis deja de ser un problema en los barcos dealuminio.Noobstante,sedebetenercuidadoyserprecavidosparaevitarproblemasque puedensermuygravesperofcilesdeevitarsiseactadeformacorrecta.Porestarazn,los constructores diligenteshacen instalacioneselctricas totalmenteaisladas del casco, de tal forma quenoseusaelcascocomomasayloscablesparaelpolonegativodetodoslosdispositivos instaladossoncableadosjuntoconelpositivo,sinaprovecharelcircuitodetierraquepodra usarseconelcascometlico(comoporejemplosehaceenlosautomviles).Enlatabla6se indica su posicin, as como la de otros materiales que en general se utilizan en forma comercial en relacin con el aluminio en la serie electroltica. Metal acoplado al aluminio Potencial negativo vs. Ag/AgCl Efecto galvnico Cobre y sus aleaciones0.29 0.4En general, estos metales son catdicos en relacin con el aluminio y sus aleaciones, los que sufren un ataque preferente cuando se produce la corrosin. La gravedad del ataque disminuye al avanzar en la lista.Nquel y sus aleaciones0.22 0.28 Acero, hierro fundido0.61 Plomo, estao0.50 0.42 Aluminio y sus aleaciones0.79 En general no se produce ataque entre las aleaciones mencionadas en esta tesis. Cadmio0.70En general, estos metales son andicos con el aluminio y sufren ataque preferente, protegiendo al aluminio Cinc y sus aleaciones1.03 Magnesio y sus aleaciones1.50 Este material sufre corrosin grave. Puede ocurrir un estado alcalino, ocasionndose ataque del aluminio. Titanio0.10 Estos metales forman pelculas protectoras que tienden a reducir la corrosin, cuando esta ocurre, el aluminio es atacado Acero inoxidable pasivo0.08 activo0.53 Placa de cromo- Tabla 6. Efecto bimetalito en las juntas con aluminio 20 5.3- Otras propiedades. Elaluminionoesinflamable,auncuandotieneunpuntodefusinmsbajoqueeldel acero aproximadamente 600C (1110F) comparados con 1350C (2460F) de este ltimo. En caso deunincendio,elaluminiosefundirperonocontribuiralfuegoporentrarelmismoen combustin.Adems,elaluminionoproducechispasypuedeutilizarseconseguridadenzonas con alto riesgo de incendio. Asimismo, el aluminio tiene alto calor especfico, a la vez que alta conductividad trmica lo que significa que se requiere intenso calor para llevar al aluminio a su punto de fusin. Por esta razn,elaluminionosefundeenunincendiotanrpidamentecomosugieresubajopuntode fusin. Resulta relevante sealar que el aluminio es no magntico, y por lo tanto, los instrumentos magnticos y los compases no resultan afectados por la estructura en aluminio que los rodee. Lasconductividadeselctricasytrmicasdelaluminiosonaltas.Lapuestaatierradel radio y de otros equipos por conducto del casco es buena, sin tener que recurrir a placas especiales para puesta a tierra. El calor del sol o de incendios menores es conducido por la estructura hacia el agua, reduciendo as el aumento de temperaturas en el buque. Sin embargo, la alta conductividad trmica requerir que se recubran los alojamientos a fin de evitar la condensacin. Como ocurre con el acero, el aluminio esta disponible en grandes placas de composicin y resistenciagarantizadas.Losbotesyotrasestructurasseformanaplicandopiezasgrandesy probadas, mtodos de prueba no destructivos entre ellos la radiografa, los cuales pueden aplicarse paradeterminarlacalidaddelasunionesdelaestructuraencualquiermomento.Lacalidadde otrosmaterialespuedefrecuentementecomprobarsemedianteuncontrolconstantedurantela construccin. Por lo tanto, las comprobaciones posteriores relativas a los controles de calidad son difciles de llevar a cabo. 21 III. CAPTULO: Ventajas del aluminio para la construccin naval. Existenmuchosmaterialesdeconstruccinapropiadosparalacreacindecascosy embarcaciones,desdelamadera,elfibro-cemento,acero,fibradevidrio,aluminio,ytodauna serie de nuevas aleaciones metlicas, acero inoxidable, incluso titanio o Monel (aleacin al 65 de Nquel y cobre), sobre el que es incluso innecesario utilizar antifouling. Pero entre todos ellos, y si se tiene en consideracin elementos tales como, las prestaciones mecnicasconseguidas,lasimportantescuestionesdelcosteylafacilidaddetrabajo, conjuntamente con ello,cuestiones como factores de envejecimiento, mantenimiento, y perdidas devaloracinporelpasodeltiempo,elaluminioseperfilacomounodelosmaterialesde construccin naval ms ventajosos.

1- Peso ligero. La principal razn para utilizar el aluminio es su alta razn resistencia-peso. Es as, como esposibleconstruiruncascotanrgidoytanligerocomoelqueseobtienesiseutilizael aluminio,siendefectodesteseempleaporejemplo,maderacontrachapada,yaseasencillao moldeadaenfro,ofibraconespuma,estosmaterialessufrenporsuescasaresistenciatotaly porque su abrasin, su resistencia al impacto y su dureza, en general, son muy inferiores a las del aluminio. Para embarcaciones de alta velocidad, el efecto que se obtiene al reducir el peso del casco, esacumulativo,comoseobservaenlatabla7,sinembargo,estasventajasseaplicanenmenor grado al desplazamiento. 22 EfectoOcasionaResultado en Menos potencia para unavelocidad dada Mas velocidad sin gasto extra Reduce los tiempos para viaje, ahorros en salarios Motor(es) menor(es) para la misma velocidad Costo en capital reducido. Nueva reduccin en el peso. Motores mas pequeos Menos consumo de combustible Costos de operacin reducidos. Carga reducida en combustible para un mismo alcance: nueva reduccin en el peso Mayor radio de accin sin perdida en la carga o en la velocidad. Peso muerto menor Carga til en aumentoMayor fuerza ganancial Calado reducido Ampliacin de los limites para navegar en zonas de poco fondo Tabla 7. Efectos de la reduccin del peso en la economa. 2- Mayor resistencia. Es evidente que el aluminio tiene mayor resistencia que la fibra, esto se traduce en menos averas,igualmente,notieneproblemasdesmosis,nifisuracin,yportantoesmenorelgasto de mantenimiento.Unchoquecontraunosbajosderocaounroceenunosarrecifes,enfibra supondranunaaveraposiblementeimportanteydereparacinmuycostosa.Encambio,el aluminio, gracias a su elevada ductilidad, es uno de los metales que menos se fracturan, y no tiene problemas de fisuracin. 3- Mayor rigidez. Los cascos fabricados en aluminio y tambin en acero, al realizarse mediante soldadura de todassuspiezaestructuralesystasasuvezconlaschapasderecubrimiento,adoptauna estructuratotalmentecompactaqueproduceunagranrigidezestructural,traducindoseen menores fatigas del material y por tanto en una mayor seguridad y posibilidad de soportar estados de la mar ms duros. No en vano, cada vez se utilizan ms los cascos de acero y aluminio para las embarcacionesdestinadasasoportarcondicionesadversasdelamar.Esporelloquemuchos navegantestransocenicosaconsejanembarcacionesdecascosmetlicosporsusmltiples ventajas. 23 4- Mejor estanqueidad. El aluminio como el acero es ciertamente tan impermeable como la fibra, pero los cascos metlicos en acero o aluminio permiten soldar los distintos elementos de la cubierta o del interior directamenteasuestructura.Deestamaneranoesnecesarioperforarlascubiertasoelementos estructuralespara,porejemplo,fijarmediantetornillospasantesuncarrildeescotasocualquier elementoosoporteparauna jarcia,inclusounamesainteriorocualquierotromecanismo, componenteodispositivo. Aleliminarunaparteimportantedeperforaciones,disminuye proporcionalmente las posibilidades de perder estanqueidad. 5- Menor consumo. Elaluminioesmsligeroquelafibra,siendolasdiferenciasmayoresamedidaque aumentaeltamaodelaembarcacin.Estosuponemejormaniobrabilidad,ascomomayores prestaciones y lo que es ms importante, menor consumo de combustible. 6- Mayor seguridad. El aluminio no arde con el fuego, puesto que un incendio en una lancha de fibra puede dar conlaembarcacinenelfondodelmar,yaquestaseconsumeconfacilidad.Encasodeun choque contra un fondo rocoso, la fibra se rompe y eso supone una va de agua en la embarcacin, impidiendolanavegacinalllenarseelcascodeagua.Porelcontrario,elaluminiograciasasu elevada ductilidad y baja fragilidad, se deforma y no se fisura, por lo que no hay va de agua, por el contrario, para romper el aluminio el golpe tiene que ser extraordinariamente violento. 7- Menor mantenimiento. El aluminio no necesita ser pintado pues es prcticamente inmune a la corrosin. Por ello, esnormalvercascostotalmentedesnudosybrillantescomoacabadofinalparatales embarcaciones, aunque por cuestin de gustos si se quiere pintar, puede tambin hacerse, siempre ycuandoutilicemoslasbasesyprocesosnecesarios.Laobravivanecesitarnecesariamentela aplicacin de antifouling,adems su rendimiento es mayor al de un casco de fibra, pues el poder de incrustacin de organismos vivos es menor en el aluminio. 24 8- Menor coste de reparacin. La reparacin en aluminio es muy sencilla, puesto que una abolladura en el casco se puede repararentanslounashoras,cortandolachapaysoldandounanueva,devolviendola embarcacin a su estado original con total garanta de resistencia del casco. Sin embargo, en fibra, ungolpeproduceelfenmenocomplejoconocidocomofisuracin,yobligaareparaciones parciales y muy costosas que no garantizan la resistencia original, ya que, la fibra como su propio nombre indica, no est compuesta por piezas enteras donde la tensin superficial es la misma en todos los puntos. 9- Mayor valor residual. Elaluminionosedeterioraporlaexposicinpermanentealosrayossolares.Tampoco sufrelosefectosdelasmosis,yresistemuchomejorlaincrustacindeorganismosmarinos cuando la embarcacin lleva mucho tiempo inactiva. El transporte en remolque acaba fisurando la fibra,noaselaluminio.Estosuponequedespusdelosaos,lasembarcacionesdealuminio mantienensuscondicionesiniciales,yporello,elvalordesegundamanoesmayor,yla depreciacin, menor. 25 IV. CAPTULO: Problemas ocasionados por el aluminio en la construccin naval. 1- Corrosin galvnica. La corrosin galvnica es el problema ms importante en las aleaciones de aluminio en un ambientemarino.Paraellodebenrealizarsetodoslosesfuerzosparaevitarelempleodeotros materialesjuntoconelaluminio,enespeciallasaleacionesdecobre.Estoesparticularmente importante en el caso de los accesorios situados bajo el agua. Enlamayoradeloscasosesposiblesustituirlosmoldeadosolasfabricacionesde aluminioconparteshechas,porlogeneral,debronce,asocurreporejemplo,conlostubosde popapuedensersoldados,lostubosconparedesgruesasdealuminio,recubiertascontufnol, tambinpuedenmaquinarseconaluminiolosprensaestopasyloscojinetesCutlass.Amenosde queesteprohibidoporunasociedadclasificadorauotroorganismooficialanlogo,pueden utilizarselasvlvulasparatomadeaguadelmarhechasconPVCoaleacindealuminio, aplicadoalavlvuladebolacomoseutilizanenlaindustriaqumica.Seatornillanparamejor resultadoaloscasquillossoldadossobrelaplanchadelcasco.Deestamaneraseeliminanlos pernos y es posible cambiar las vlvulas sin necesidad de poner en seco la embarcacin. Cuandoseainevitableelempleodealgunosaccesoriosdeotrosmateriales,debenestar totalmenteaisladosdelaluminio.Entreelaccesorioyelaluminiodeberncolocarsejuntasde algnmaterialinertenoabsorbente,talcomoNeopreneoPVC,debiendoestarlospernosde sujecin igualmente aislados con tubo de plstico y arandelas del mismo material, para obtener un aislamientoelectrolticocompletoentreelaccesorioyelaluminio.Enloslugaresprotegidos puede utilizarse masilla en reemplazo de juntas. ParalosrbolesdelashlicesdebeusarseaceroinoxidableometalMonel,siendoel bronce-aluminio el mejor material para las hlices, an cuando las de aluminio pueden utilizarse dondenohayaprobabilidaddequesedaen.Elbronce,aluminiooelaceroinoxidabledeben utilizarseparalostimonesenembarcacionesdealtavelocidad,peropuedeaplicarseelaluminio enlasembarcacionesdebajavelocidad.Esquizelacero,normalogalvanizado,elmejor material para los soportes de los rboles. Sin embargo, se debe tener presente que estos materiales deben aislarse del casco en el punto de su unin, pero estar unidos al mismo en algn lugar seco, deben utilizarse zonas amplias de nodos de cinc, por logeneral de aproximadamente 50 mm (2 pulg.) de ancho por 1500 mm (5 pies) de largo. El nmero depende del tamao del casco y deben tenerse siempre en consideracin las indicaciones de un especialista. 26 Lapintura,usualmenteconsideradacomoproteccin,puedesertambinorigende corrosingalvnicaenelaluminio.Esporello,queunapinturaantiinscrustantesquecontenga mercurionodebeaplicarsenuncaalaluminio.Asimismo,laspinturasquecontengancobreo grafito se deben evitar. Muchas pinturas modernas antiinscrustantes contienen como veneno xido de estao tributil, ste es perfectamente seguro para emplearse en el aluminio. Laspinturasbasequecontenganplomouotrosmetalespesadostambindebenevitarse, puestoquelapinturabasedeberserinerteyapruebadeagua(epoxyoprotectora),con contenido de cinc o de compuestos de cinc. 2- Consideraciones generales que inciden en el costo de una nave construida en aluminio. Confrecuencia,elcostoinicialdeunaembarcacindealuminiopareceeliminardicho materialdelproyecto,peroloscostosposterioresdeoperacintambindebenconsiderarse.No solamente se reduce el consumo de combustible, aumentando tal vez la carga por transportar, sino que tambin desminuyen los costos de mantenimiento y el tiempo que se invierte en este. Enlatabla8,secomparanlospesosyloscostosdetransportadoresdepersonaldealta velocidad, construidos en aluminio y acero. En dicha tabla puede observarse que el casco de acero pesa aproximadamente 10 toneladas ms que el aluminio, requiriendo casi 280 hp ms para lograr la misma velocidad, teniendo en cuenta adems que debe ser una embarcacin de tamao superior debido a su mayor desplazamiento y al volumen en aumento requerido para el combustible y los motores. En este ejemplo, relativo a un buque para personal con velocidad de 20 nudos, hay poca diferencia aparenteen el costo inicial correspondiente a embarcaciones anlogas.Los ahorrosen el costo del casco correspondiente al buque en acero se cancelan por el costo ms elevado de los motores,loquepermiteunahorroenelcasodelbuquedealuminiologradoenloscostosde combustibleymantenimiento.Laventajadelaluminioparaestetipodeembarcacin,ser proporcional a la velocidad requerida. 27 aluminioAcero Pesos en kg: Casco y superestructura Maquinaria (para los hp) Equipo y accesorio Pasajeros (50) Combustible (24 h a de pot) Total 5000 2750 1000 3600 1450 13800 13000 3650 1000 3600 2400 23650 Ventaja en peso del casco del aluminio9850 (41.65%) Costos en combustible: Hp para 20 nudos Consumo de combustible a de potencia, litro/h (gal/h) Combustible utilizado/ao (8h/da,300dias/ao), litro (gal) 400 74,6 (16.4) 179.040 (39.280) 680 125 (27.4) 300.000 (65.790) Ahorro en combustible con el casco de aluminio $120.960 (26.510)(40.3%) Ahorro en costos a 500 pesos/litro $60.310.000 Costos Estructura del casco: material trabajado Instalaciones:equiposyaccesorios trabajado Motores principales: $86.025.000 $57.750.000 $10.300.000 $41.625.000 $55.000.000 $20.700.000 Total: Diferencia: $154.075.000 $36.750.000 (23.852%) $117.325.000 Tabla8.Comparacinentreelaluminioyelaceroaplicadosaunbuqueparatransportede50 personas (departamento oftrade, clases IV a VI), eslora total 14.3 m. 28 V. CAPTULO: Consideraciones del diseo. Muchas naves actualmente en uso, construidos en aluminio, se han diseado por el mtodo de sustitucin de fuerza equivalente.Los escantillones de las embarcaciones actualmente en uso, hechasdemaderaodeaceroconunmismotamaoytipo,sonlosquesetrataranylos escantillonesdelasembarcacionesdealuminiosedeterminansustituyendomiembrosdeuna resistenciaequivalente.Estopuedebasarseenunacomparacindelafuerzafinalorendimiento enfuerzadelosmateriales,osobrelabasedelmdulodeYoungenloqueserefiereala deflexin. Usualmente, este mtodo no produce los mejores resultados en el caso del aluminio; sin embargo,esmuchomejorquecomenzardesdeelprincipio.Comoladeterminacindelos escantillonesmedianteelclculoesunprocedimientosuficientementeprolongado,nose examinaraaqu.Comogua,enlatabla9aparecenlosespesorestpicosqueseutilizanen embarcaciones en uso construidas con aluminio y de distintos tamaos. Rango de eslora (m) 7 - 99 - 1212 - 15 Planchas (mm): Fondo Costados Cubierta Espejo de popa Cabina 4 5 3 5 3.5 4 5 3.5 5 4 5 4 5 4 5 3 4 6 7 6 5 5 6 4 5 Cuadernas (mm): Transversales del fondo, en ngulo Separacin Longitudinales del fondo, en ngulo Separacin Transversales altas Separacin Longitudinales altas Separacin 100X40X3.5 750 50X25X5 250 75X40X5 750 40X25X5 350 124X50X5 900 65X40X5 300 100X40X5 900 50X25X5 400 150X50X5 900 75X50X6 400 125X50X5 900 65X40X5 500 Tabla 9. Escantillones tpicos para buques de trabajo con casco de aluminio. La construccin de los cascos de aluminio sigue las normas aplicadas a los cascos de acero engeneral,ancuandodebidoalmdulodeelasticidadmsreducidoserequierecontarcon cuadernas superiores en nmero y en espesor para lograr la misma rigidez. 29 Enlafigura5,semuestralacomparacindelosescantillonestpicoscorrespondientesa unaembarcacinde14m(46pies),tantoenaluminiocomoenacero,parapasajeros.Estn basados en las recomendaciones del Reglamento Lloyd's Register of Shipping, 1931 Reglas para construccinenaluminio,ypuedenmuybienaumentarseligeramenteenelcasodelosbuques de trabajo, para que puedan soportar un manejo ms pesado. Figura 5. Seccin transversal tpica de un buque de 14 m (46 pies) para transporte de personal mostrando los escantillones en acero y en aluminio para comparacin. Por logeneral, se emplea para loscascos una combinacin decuadernaslongitudinalesy transversales,deloqueapareceunejemplotpicoenlafigura6,elconjuntodecuadernas principalesestformadoporelespejodepopaylosmamparosprincipales,unidosmediante longitudinales con mayor espesor que forman la quilla y los lechos para el motor. Otras cuadernas msreducidasyotraslongitudinalesintermediasdividenlazonadelastracasenpaneleslo suficientementepequeosparaqueresistanlosesfuerzosdediseooparaquecontrolenla distorsin. Para reducir esta ltima al mnimo, el largo/grueso de los paneles debe estar entre 88 y 100, es decir, para tracas de 5 mm (0.19 pulgadas), el espacio de los refuerzos deber ser de 440 a 500 mm (17.3 a 19.7 pulgadas), an cuando se requerir una separacin menor en el fondo de los cascosparaplanear,afinderesistirlaspresionesocasionadasporlosgolpes.Esimportante mantenerlacontinuidadentodalaestructura,yevitarpuntosdurosquepuedanocasionarfallas por fatiga.Los miembros de lascuadernas nunca deben detenerseen la mitad de un tableroyes 30 importanterecordarloanteriorenelcasodelosmiembrosexternos,talescomolasdefensas contra la espuma, las cuales deben terminar siempre en lnea con la cuaderna interior. Figura 6. Embarcacin de trabajo 15 m (49.2 pies). En aluminio, mostrando las cuadernas, mamparos y longitudinales 31 VI. CAPTULO: Consideraciones para la construccin. 1- Manejo y almacenaje. Elaluminioesmssuavequeelaceroydebertenersecuidadodurantesumanejoysu almacenamiento, a fin de proteger la superficie del mismo. Los daos superficiales pueden causar dificultadesdesoldaryserorigendecorrosindurantelavidadeserviciosdelaestructura,a consecuencia de las partculas que puedan quedar incrustadas. Elaluminiodeberalmacenarsebajotecho,depreferenciaenunambientecontrolado, mantenindoloalejadodelaceroydeotrosmetales.Laslminasylastracasnodebernquedar nunca en el exterior dentro de sus cajas de empaque, sino que deben desempacarse y separarse de cualquierotromaterialsituadoentreellas;paraello,secolocanverticalmenteenarmadurasde madera o de aluminio, pero nunca de acero o de concreto. Unafallaenelalmacenadopuedeocasionarmanchascausadasporelagua(unoxido hidratadogrueso),locualsedebeeliminarantesdeprocederasoldar,obienunacorrosin galvnica debido a las partculas de otros metales incrustadas en el aluminio. Nuncadebernaplicarsepuosdentadosparamoverlasplacas,yaque,marcanlas superficies, as es como se prefiere utilizar puos suaves o almohadillas de vaco. La mayora de las seccionesextruidas la pueden transportar fcilmente 2 o 3 hombres, con lo que se efecta un considerable ahorro de tiempo en su manejo. 2- Marcado. El marcado del aluminio puede hacerse mediante medicin directa de los glibos sobre el aluminioobientransportandolasformasmedianteplantillasotrazos.Puedeahorrarsetiempo usando los glibos o trazando directamente las formas sobre las hojas grandes de pelcula plstica paradibujo.Estapelculaesmuyestabledimensionalmenteypuedeutilizarseparamarcarenel metal,yaseapunzandoatravsdelapelcula,dondeseanecesario,ocolocandopapelcarbn entre la pelcula y el material. El aluminio puede marcarse con lpiz, con marcadores de pintura o punzn para trazar. Sin embargo,resultamuyimportantemarcarlaslneasdecorte,yaquelalneayatrazadapuede ocasionar fractura durante el doblaje o puede producir problemas de fatiga. 32 3- Corte y formacin. Elaluminiopuedecortarseutilizandolamayoradelosinstrumentosdecortedemetales normalesmordedores,trazadores,tenazas,guillotinas,etc.-,peronosepuedecortarconllama utilizando oxiacetileno. Probablemente el aserrado es el mtodo ms habitual entre los utilizados para cortar el aluminio destinado a la construccin de buques. Las sierras de banda con garganta amplia y velocidades de corte de 1.500-1.800 m/min (5.000-6.000 pies/min), pueden aplicarse en lamayoradeloscasosenqueseutilizasierra.Lassierrascircularesdealtapotenciamanuales, tal como las que se utilizan para la madera pero equipadas con dientes de carburo, pueden dar un corte de buena calidad de hasta 1.500 mm/min (5 pies/min) en lneas rectas o en curvas de mucho radio,siemprequeselubriquenadecuadamente.Lassierrasdemanodevaivn,sonmuytiles paracortesinterioresycurvascerradas,perosuvidaresultabrevecuandosecortanplacasde5 mm (0,19 pulgadas) o ms. Lostrazadores,tantodemanocomodebrazoradial,producenunbuencorteavelocidad razonable, pero requieren de buenas plantillas para obtener los mejores resultados. Esto limita su empleo enlas lneas de produccin. 3.1- Corte por arco de plasma. El mejor mtodo para cortar el aluminio es el que utiliza el corte por arco de plasma, con el se cortan las aleaciones de aluminio fcilmente, Sin embargo, el equipo es costoso y su empleo solamentesejustificaporlacantidaddetrabajoporrealizar.Existeunaampliavariedadde sopletesmanualesomecnicosparaelcortedealuminio,hastaungruesode100mm(4 pulgadas). Enlatabla10,seilustraunejemplodelmargendecortesydevelocidadesutilizando sopletes manuales o mecnicos. 33 Tabla 10. Velocidades tpicas en el corte del aluminio con arco de plasma Lossopletesparacorteconplasmapuedenutilizarseentodoslostiposdemquinasde perfilarqueoperenconunavelocidadsuficientementeelevada,deaproximadamente1500 mm/min (5 pies/min) como mnimo (vase la figura 7). Pueden utilizarse sopletes manuales, de la mismaformaquelosdecorteconoxiacetileno,peroselimitanporrazndelavisibilidad reducidadeunsopletegrandeyporladificultaddeconservaramanounavelocidadrpidade corte. En la figura 8 se muestra un soplete con arco de plasma en uso. 34 Figura 7. Soplete mecnico para corte con arco de plasma montado en una mquina guiada para el corte de perfiles. Figura 8. Soplete manual para corte de arco de plasma, utilizado a mano libre. 35 3.2- Corte por rayo lser. Unlser(luzamplificadaporlaestimulacindeemisionesderadiacin),generaunrayo de luz consistente en una longitud de onda esencialmente constante; cuando este rayo es fijado en unasuperficie,haysuficienteenergaconcentradaenestepuntoqueelmaterialpuedeser fusionado o vaporizado; esto da la posibilidad de cortar o soldar.

La luz del lser se produce por la excitacin de un medio de accin lser, esto puede ser un slido o un gas; la excitacin es provista por el paso de una corriente elctrica o por medio de luz de alta intensidad. Estos son comnmente el lser con CO2 y el lser con cristal en estado slidoNd-YAG(neodymiumdopedyttriumaluminiumgarnet);delosdosmencionados,ellser con CO2 es el ms poderoso con una potencia desalida de 50 Kw. Ambos tipos de lser pueden disearse para proveer una salida constante, un lser con luz de onda continua (OC) o en un modo pulsado de salida, en este ltimo caso el poder de salida en los peak del pulso puede ser hasta 20 veces la potencia promedio. LalongituddeondadelaluzprovenientedellserconCO2esde10,6micrones (micrmetros)yestalongituddeondaesfcilmenteabsorbidaporlamayoradelosslidos permitiendo al lserconCO2 usarse en unaamplia variedad de materiales; estagran longitud de ondatieneunadesventajalacual,nopuedesertransferidaporcristalofibrapticasinoque requiere de espejos reflectantes de metal para manipular el rayo y materiales , seleniuro de zinc o arseniurodegalioparaenfocarellente.LaluzdellserconNd-YAGdisponedemagnitudes menoresde1,06micronespermitiendoelusodelentesdecristalparaenfocarycablesdefibra ptica para transmitir el rayo, esto da una clara ventaja sobre el lser con CO2 puesto que permite launindeequiposdemanipulacincomercialmentedisponibles,talescomo,elsoportede control numrico (CN) o robots con lser; el poder de salida actualmente disponible para el lser con Nd-YAG est limitado alrededor de 6 Kw., sin embargo se debe restringir los espesores que se deban cortar.

Con el lser de ondas continuas hay ms derretimiento que vaporizacin y un gas asistente seusaparasoplarelvaporyelmetalderretido,creandouncortelimpioyangosto,claramente delineadoporelrayoalolargodelmaterial.Ellserconpulsosgeneralmenteproveebastante energa, de tal manera que imparte suficiente fuerza para que el mismo vapor remueva cualquier metal derretido. El gas asistente se introduce a travs de la boquilla de corte o co-axialmente, esto es usado no slo para soplar y eliminar cualquier metal derretido sino que adems para proteger el lente de salpicaduras o restos provenientes del corte.36 Elprocesocortantedellserconsisteenenfocarelrayoatravsdeunaboquilla,enla superficie ha ser cortada, la concentracin de energa es tal que vaporiza el material y lo corta.Ver fig. 9. Fig. 9. Esquema de las principales partes del sistema lser y el equipo en funcionamiento. [The Welding of Aluminium and its Alloys] Los gases asistentes para cortar aluminio pueden ser oxgeno, nitrgeno o aire. El oxgeno, es un gas reactivo frente al aluminio y da mayor velocidad de corte que el nitrgeno; sin embargo, elnitrgenodamejoresresultadosencalidaddecorterelacionadosconlosbordesrectosysu rugosidad comparado con el oxgeno; el aire es el ms flexible pues es el ms barato de los gases. Lapresindelgasesunavariablemuyimportante,yporlotantoesnecesariapara controlar y dar la mejor calidad de corte (las altas presiones de gas dan la ms efectiva remocin delmetal,perotambinpuededaarellentedeenfoque),comolapresindelgasasistentees incrementada, el lente tambin debe aumentar su espesor para conllevar el aumento de la presin; la presin del gas en el corte es tambin influenciada por la distancia entre la boquillay la pieza de trabajo. La relacin entre la distancia y la presin no es simple, sin embargo, en la mayora de los cortesconlsersonhechosconvelocidadessupersnicasdelgas;esesencialqueladistanciaal punto muerto y las condiciones de la boquilla sean estrictamente controladas para proveer un corte consistente y de alta calidad. En la tabla n 11 se encuentran los parmetros bsicos del corte con lser. 37 Tabla 11.- Seala los parmetros tpicos para el corte con lser, OC: onda continua. [the Welding of Aluminium and its Alloys]. 3.2.1-Ventajas en el uso del corte con lser. Bajoiniciodecalor,dandocomoresultadounamnimadistorsinyafectandouna estrecha zona de calor.Bordesquesonlisosyperpendicularesalasuperficie;amenudonorequierenlimpieza entes de soldar.Lasestrechasincisionesyzonasafectadasporelcalor,dancomoresultadoquelas terminaciones son ms eficientes y pueden lograr un ahorro de materiales.Muchos materiales delgados pueden cortarse sin distorsiones.Sehacencortesdeprecisin,dandoenunamayorfacilidaddeacopleyajustesdelas piezasasoldar,reduciendoeltiempodepreparacinyprovocandomenosdefectosdela soldadura.Losprocesosestnautomatizadosypuedefcilmenteconectarsealequipodecontrol numrico (CN). 3.2.2- Desventajas de uso del lser para cortar aluminio y sus aleaciones. El costo del equipamiento, el cual puede ser de varios cientos de miles de dlares, pues el lser interacta con un adecuado y preciso equipamiento de manipulacin.El acople del rayo con la superficie de trabajo no son buenas puesto que el aluminio puede ser altamente reflectante, esto quiere decir que un gran poder es necesario para cortar una piezadealuminiodeigualespesoraldelacero;elaluminiotambinpuedereflectarlos rayosderegresoallente,pudiendodaarlo,aunqueestosproblemassehandisminuido con el desarrollo de lentes ms precisos y sistemas de enfoque.38 El lser para cortar aluminio puede generar una gran escoria en la cara inferior del corte, la extraccin de esta lo hace un proceso no competitivo con respecto a otros. La alta presin del gas asistente reduce o elimina estos problemas.Loscantosdelcorteenlaaleacin,coneltiempopuedencontenermicrofisuras,lasque deben ser eliminadas. 3.3- Corte con chorro de agua. El corte con chorro de agua introduce un poder abrasivo de alta presin y la velocidad del chorrodeaguaescapazdecortarmaterialesmetlicosynometlicos,esencialmenteporun proceso de erosin. La velocidad del agua es de 2500 Km/h y la presin del agua entre 2109,21 a 4218,42Kg/cm(30000a60000psi).Unodelosmsimportantesusosdelcorteconaguaes eliminar la rugosidad de las piezas, con la ventaja de que no hay temperatura en el proceso, por lo queelcalornoafectaalazonadetrabajoynohaydistorsionestrmicas;laspartespueden cortarse en forma precisa y correcta, y como consecuencia el ahorro del material. La tolerancia de laspiezascortadasesmuypequea,simplificandoelacondicionamientodelafaenaparala soldadura. Aunque el aluminio sobre los 450 mm. de espesor puede cortarse utilizando este mtodo, las limitaciones del chorro de agua es la velocidad del corte, el cual puede ser la cuarta parte de la velocidaddelcorteconlser,particularmenteenestosespesores.Otraslimitacionessonlos biseles o chaflanes de la cara del corte, el cual puede ser el doble que el dejado por el lser, esto puede reducirsecon menores velocidades de corte, produciendo la desventaja de incrementar los costos, ver fig. 10. Figura 10. Equipo en funcionamiento, cortando una pieza de aluminio 39 3.4- Corte mecnico. Aunquelosmtodosmencionadospuedenseraplicadoshamuchasactividadesde fabricacin, la tcnica del corte mecanizado es usado en la mayora de los talleres de soldadura el cual esel mtodo de mayor eficienciaencostos yversatilidad. Elequipo de cortey mecanizado son ampliamente utilizados en la mayora de los talleres de fabricacin, y frecuentemente requiere demenorcapitaldeimplementacincomparadoconlossistemasdecorteconplasmaolser. Adems de los sistemas descritos en las secciones anteriores capaces de cortar solamente biseles simplesyrectos,cuandolosbiselesdoblesseanrequeridos,sedebernaplicardosomscortes necesariamente y la preparacin del bisel tipo jota no es factible. La preparacin de los bordes se puede producir de varias formas con fresadoras de alta velocidad, guimbarda (cepillo de cuchilla estrechaymuysaliente),aplanadoradebordesydistintostiposdesierras;cuandolosequipos renovadores de aire necesiten usarse, hay que asegurarse que el suministro de aire este seco y libre de aceite, para prevenir la contaminacin de la superficie, la cual dara paso a la porosidad durante la soldadura. Las guimbardas, aplanadoras y fresadoras son capases de producir los biseles en J y en U, dondesonlogradosconlasdiferentesformasdelasherramientas,losequiposparaestastareas pueden ser manuales y son muy similares a las que se emplean para trabajar en la madera, el nico requisito necesario es el ligero aumento de poder o un espacio apto para soportar gran capacidad; laaltavelocidaddecortedalaposibilidaddeprescindirdellubricanteolosenfriadoresdel material.Las mquinas rotativas de corte son idealmente apropiadas pararemoveryeliminar los excesos de soldadura, la profundidad del corte puede ser ajustaday se dispone de varios tipos de corte, incluidos el corte en V para biselado y cortes aplanados para soldaduras a tope. Laguillotinapudeusarseparacortarplanchashasta6mm.deespesor,sinnecesidadde futuras preparaciones para trabajar, sobre estos espesores es necesario arreglar los bordes del corte para lograr una buena calidad de la soldadura. El corte en aleaciones con un contenido mayor del 3,5%Mg,noserecomiendapararepararlosbordesporquesecorreelriegoquestosse endurezcanyprovoquentensiones,corrosinygrietas;losbordessoldadosluegodelcorteno sufren de estos problemas. El aserrado es un mtodo muy efectivo de corte y biselado del aluminio, usando equipos porttilesomontadosenelpiso;paralograrunabuenacalidadsenecesitadegranvelocidad, alrededorde2500m/min.(velocidadsuperficialperifricadelahojadesierracirculardelacero de corte rpido), 3500 m/min. en hojas de Tungsteno inclinado y 1800 m/min. en la hoja de sierra de cinta. 40 Es usual que las sierras de cinta tengan mayor espaciamiento entre los dientes que para el acero,estoesparaprevenirlosobstculos,esrecomendadoentre8y16dientesporcentmetro; las sierras de cinta y circular pueden producir cortes rectos y cuando la mesa es acondicionada en ngulosepuedecortarconbisel;elbordecortadoporlasierratienelatendenciaaquedarcon rugosidad,loquefacilitalaadherenciadegrasaysuciedad,hacindosedifcillalimpieza;es recomendado que la cara cortada sea pulida o limada para producir una superficie suave donde la mejorcalidaddelasoldaduraesrequerida.Eldesbasteeselmsconveniente,elcualserealiza condiscosflexiblesdexidodealuminio;senecesitatomarprecaucionesparaasegurarqueel desbasteseacontroladoynoseademasiadoagresivo.Undesbastesobredimensionadopuede agrietar o maltratar la superficie, la que puede ser embarrada, es decir, atrapando la suciedad y la grasa, aumentando la porosidad en la soldadura. La velocidad rotacional de los discos necesita ser en la regin de 8500 rpm., se debe tomar la precaucin que los esmeriles angulares mantengan esta velocidad bajo carga (algunos esmeriles son incapaces de lograr o mantener la velocidad de operacin); en estas condiciones los discos no deberanobstruirseylavelocidadderemocindelmetalnodeberaserafectada,eldesbaste puedeusarseparalimpiarlospinchazosantesdesoldarenelmetalbase,quitarlosexcesosdel metalyretrocediendoamedidaquelasoldadurapenetraysesolidifica;paralograrmejores resultadosserequieredeunaadecuadaybuenamantencindelosequiposenoperacinpor personal calificado. Laslijadorasmanualesdecintaestnampliamentedisponiblesyposibilitanterminar operaciones sin un gran riesgo de daos por la incorrecta manipulacin de estas, los ancho de las fajasqueseencuentranenelcomerciosonde3a100mm.ylamayoradelasoperacionesde mecanizado y desbaste, pueden ser hechas sin lubricacin. Todaslasherramientasnormalesparalaformacindemetalespuedenaplicarseal aluminio,perotodaslassuperficiesdecontactodelamquinaydelaszonasadyacentesdeben quedarlibresdepartculassueltasdeaceroodeotrosmetales,preferiblementelijndolascon esmeril, a fin de evitar la contaminacin del aluminio. Todas las superficies de contacto deben ser blandas, para impedir marcas en la placa ms blanda del aluminio. La mayora de las formas necesarias pueden realizarse en fro, pero el metal se endurece si setrabajaenformarpida,pudiendoresultarnecesariaunaaleacinintermedia,esporelloque resultatildoblarparadarformaenunasolaoperacin,frentealaposibilidaddehacerloen deformacionespequeas,conlasqueseaumentaelendurecimientoaltrabajo.Lamquina denominada Eckold Kraftformer es til para doblar cuadernas, formando secciones angulares o de otro tipo (figura 11). 41 Figura 11. Mquina Eckold Kraftformer utilizada para doblar un bao de la cubierta utilizando un ngulo de aluminio extruido. Laformacinencalientedeberrealizarseconprecaucin,yaquelasaleacionesde aluminio pueden daarse si se les calienta a ms de 550 C (1.022 F), no contando con cambios enelcolorqueindiquenlatemperatura.Usualmente,laformacinencalienteselimitaalas aleacionesdealuminio/magnesio,pudiendotenerlugara450-500C(842-932F).Resulta conveniente el control del calentamiento mediante lpices que indiquen temperatura o termopares, manejados por un operador con experiencia. 4- Ensamblaje. Elempleodeextrusionesespecialespuedeayudarenbuenamedidaaconstruircascosy superestructuras de aluminio. Para reducir al mnimo el efecto de la distorsin por el soldado, se juntaligeramentelatotalidaddelascuadernasydelastracasdelcasco,paraqueformenuna estructura rgida antes de llevar a cabo la operacin de soldado, de esta manera, la rigidez general delaestructuraresisteladistorsin.Loanteriorpuedeutilizarseconseguridadyaquelas aleaciones de aluminio del tipo utilizado para construir buques no son susceptibles a la corrosin por esfuerzo. Laconstruccindeembarcacionesdealuminiosesimplificaengranmedidacuando puedenutilizarseformasdesplegables.Sinembargo,ayudaengeneralevitarpanelestotalmente 42 planos,introduciendounalevecurvaturaextraenlasformas.Estopermitequelastracas envuelvan a lascuadernas, lo que compensa la contraccinde las soldaduras en los rebordes de stas. El peso ligero del aluminio constituye una ventaja durante la construccin, ya que pueden manejarse fcilmente tableros grandes y sus ensamblajes, ahorrando el tiempo de espera hasta que lleguenlasgrasqueserannecesariascuandosetrataradeinstalarelementosanlogos construidosenacero.Confrecuencialasembarcacionesdealuminio,hastade26m(85pies)o ms, se construyen en forma invertida (vase figura 13). Esto ayuda a mantener correcto en casco al aplicar las tracas, ya que las del fondo pueden situarse sobre las cuadernas, evitando tener que empujarlas desde su parte baja. Con el equipo para soldar aluminio es tambin ms fcil soldar las cuadernasalastracasenposicinhaciaarriba,queloscasosenquelaembarcacinestaensu posicin normal, en las ocasiones en que la soldadura tiene que llevarse a cabo entre los pies o en posicin arrodillada. Figura 13. Lancha de prctico, en aleacin de aluminio, de 15 metros (49 pies) mostrando su recubrimiento terminado antes de dar vuelta a la embarcacin. 43 Paraensamblarlascuadernasylastracasserequierealgunaformadedispositivo.La complejidad de este depender del tamao de la embarcacin, el nmero total requerido y el ritmo de produccin. Las cuadernas y las longitudinales pueden empalmarse, reduciendo as la cantidad de dispositivos necesarios. 5- Materiales de construccin. El recubrimiento del casco deber realizarse utilizando el tamao mximo de planchas que puedanmanejarseconfacilidad.Enmuchoscasosesposibleutilizarplacassimples,paracada tablerodelfondoydelaobramuerta.Apedidoespecial,sepuedecontarconplacasde 8500x1200x4 mm (28 pies x 4 pies x 0.16 pulgadas) o an mayores, pudiendo soldarse a mquina las placas de tamao estndar para formar tableros mayores. Enelmercadosepuedeencontrarunadiversidaddestockenmaterialesparala construccinenaluminio,dedistintasdimensionesycaractersticas,ademssepuedenpedir dimensionesespecialessinoexistieraneninventario,satisfaciendoaslasnecesidadesdel consumidorAcontinuacin,algunasplanchas,barras,perfilesypletinasmsutilizadasenla construccin naval, de acuerdo a los ofrecidos por la empresa Alu-Stock. 44 5.1- Chapas y planchas de aluminio 45 5.2- Barras 46 5.3- Perfiles 47 5.4.- Angulos, ues y tes 48 VII. CAPTULO: Unin del aluminio. Existen dos mtodos para unir el aluminio en la construccin de buques: el remachado y la soldadura. El remachado se utiliza para unir materiales delgados y tiene la ventaja de causar poca distorsin;sinembargo,requieremuchotiempoysedesperdicianmateriales,yaqueserequiere un solapeo en todas las uniones. Cabe sealar que este mtodo ya no se practica en estos das y ha sidoremplazadatotalmenteporlasoldadura,Laaccindesoldaresalavezmsrpidayms econmica en cuanto a la utilizacin del material, pero debe prestarse mucha atencin, tanto en el diseocomoenlasecuenciaenlaconstruccin,puestoqueladistorsinademantenerseaun nivelaceptable.Puedeutilizarselasoldaduratantocongas,comoconarcoparaelaluminio,no obstante que estos no son procesos importantes en la produccin. Losnicosmtodosdisponiblesparasoldaduraenlaconstruccindeembarcacionesson los de gas inerte de tungsteno (TIG) y de gas inerte de metal (MIG). En ambos procesos se utiliza gasinerte,porlogeneralargn,conelfindeprotegerdecontaminacinlazonafundidade soldadura durante el proceso de soldado. La pelcula de xido que da al aluminio su resistencia a la corrosin dificulta soldar por lo que deber eliminarse impidiendo su formacin, si se han de hacer soldaduras.La soldadura con arcodegasinerteeliminaelxidomedianteelarco,impidiendoquesevuelvaaformarporla presencia del gas inerte. Sin embargo, el grueso de la pelcula de xido deber reducirse en todo lo que sea posible, antes de proceder a soldar. La soldadura del aluminio tiende a sufrir porosidad, por lo que elhidrgeno disuelto en el metalfundidoyelmaterialquecontienehidrgeno,porejemplo,agua,aceite,pinturayotros, debeneliminarseantesdesoldar.Lalimpiezadelaluminioantesdesoldaresextremadamente importante y no debe omitirse si se pretende realizar soldaduras de calidad. 1- Limpieza antes de soldar. Laimportanciadelalimpiezaalsoldarelaluminionopodraexagerarse.Lazona adyacente a la unin debe estar libre de grasa, utilizando al limpiarla un solvente voltil, tal como acetonaoel1,1,1-tricloroetano(esdecircloroetanoNU).Nuncadebeutilizarsetetraclorurode carbono o tricloroetileno. Debe tenerse la precaucin de no depositar de nuevo la grasa o el aceite utilizandounmismotrapodurantedemasiadotiempo.Lasuciedadmuydensaylasmanchasse eliminanconunlimpiadorpatentadoparaaluminio,conbasedecido,despusserecomienda lavar con agua y se seca perfectamente. 49 Despusdedesengrasardebeeliminarselapelculadelxido.Confrecuenciase recomiendautilizarcepillosmetlicosdealambredeaceroinoxidable,perosiselijacondisco ligero es mejor. Con frecuencia, las aleaciones de aluminio/magnesio laminadas en caliente tienen unapelculagruesadexidogrisoscuroyserequiereunaaltapresinparaeliminarlamediante cepillosdealambre.Enmanosinexpertasesfcilvolverasituarelxidosobrelasuperficie, como asimismo cualquier otro contaminante presente, en lugar de eliminarlos. Despus de la limpieza deben unirse las juntas para soldarlas inmediatamente, an cuando puede permitirse un retraso de horas cuando el trabajo se lleva a cabo en un taller limpio y seco. Siellugareshmedoosuciolasjuntasdebernsoldarseinmediatamenteoprotegerlascon pelculaplsticaadheridaoutilizandounacintaconadhesivosnicamenteenlosrebordes.Es muy importante que no entre adhesivo a la unin. 2- Equipos para soldar. 2.1- Soldadura TIG. Para soldar aluminio se utilizan dos procesos principales.El primero que se aplic fue el de gas inerte de tungsteno (TIG, mencionado en ocasiones comoargonac).Elcalorparasoldarlossuministraunarcoentrelapiezaquesetrabajayun electrodonoconsumibledetungsteno.Elarcoylazonafundidadesoldaduraestnprotegidos con gas inerte que sale de una espita situada alrededor del electrodo. El metal de aporte se agrega a mano, como en la soldadura por gas. La soldadura TIG produce trabajos de alta calidad, pero el proceso es lento. Por lo general, la soldadura TIG no se aplica a las juntas principales estructurales en la construccin de las embarcaciones, pero es particularmente til en las uniones de tubos y en las que han de realizarse en lugares difciles o entre componentes de poco calibre. El equipo requerido para soldar aluminio por el mtodo TIG esta integrado por una fuente de energa TIG de corriente alterna, con alta frecuencia y controles interconstruidos, y un soplete para soldadura TIG enfriado por agua. Adems, se requerir un suministro de agua para enfriar y otrodeargnconreguladordepresinymedidordeflujo.Sedisponedevariosjuegospara convertir los transformadores para soldar con corriente alterna para utilizarlos en soldaduras TIG. En la figura 14 puede observarse un equipo tpico aplicado en este mtodo. 50 Figura 14.- Soldadura a mano con TIG. El operador mantiene el soplete para soldar con una mano, mientras se agrega material de aporte con la otra. 2.2- Soldadura MIG. La soldadura con gas inerte de metal (MIG) es un proceso mucho ms rpido que el de la soldaduraTIG.EnlasoldaduraMIGelcalorsesuministraporunarcoentrelapiezaenquese trabaja y un alambre de aportacin de aleacin de aluminio. El alambre de aportacin se alimenta por medio de un carrete, utilizando un motor impulsor que lo hace pasar por un tubo flexible hacia el soplete de soldar, en donde capta corriente por medio de un tubo gua de cobre. Una vez mas, la zona fundida de soldadura esta protegida mediante una atmosfera de gas inerte. La soldadura MIG esadecuadaparatodoslosgruesosdealuminiodesde3mm(0.12pulg.)enadelante.Sin embargo,unrecienteavanceenesteproceso,eldesoldaduraporarcopulsado,permiteusarel procesoMIGconaluminiotandelgadocomo1.5mm(0.06pulg.).Lamayorvelocidadquese obtieneconlasoldaduraMIGnoslomejoralaeconomaalsoldar,sinoqueproducetambin mucha menos distorsin que la soldadura TIG. En la figura 15 se muestra una unidad convencional formada con una fuente de energa en corriente directa, el alimentador y control del alambre, el soplete para soldar y el cilindro de argn con regulador de presin y medidor de flujo. En la figura 16, aparece el alimentador de alambre, con su motor impulsor, los rodillos impulsores del alambre, el control y un carrete de alambre de 51 300mm(12pulg.).Elmotorimpulsordelalambreempujaaste,retirndolodelcarretey envindoloporunconductoflexiblerecubiertoconnylonhaciaelsopletesoldador.El alimentador de alambre puede operar a una distancia considerable de la fuente de energa pero no puedeempujaralalambremsde4m(13pies)haciaelsoplete,debidoalafriccineneltubo conductor. Figura 15.- Equipo para soldar MIG tipo de empuje mostrando la fuente de energa, la unidad impulsoradelalambre,elsopleteencuellodegansoylabotelladeargnconreguladorde presin/medidor de flujo. Figura 16.-Unidad impulsora del alambre mostrando el motor impulsor, los rodillos impulsores del alambre, el control y el alambre. Las soldaduras MIG son ideales para la mecanizacin, situando el soplete en un transporte energizado, como se observa en la figura 17. 52 Figura 17.- Equipo de soldadura mecanizada (automtica). Lamecanizacindelrecorridodelsopletepermitecorrientesmselevadasyvelocidades detrabajomsaltasquelasquesonposiblesconlasoldaduramanual.Lacombinacindeuna elevadavelocidadparasoldarydeundispositivodesujecin,reducedemanerasignificativala distorsin. Es un mtodo muy bueno para prefabricar grandes paneles para los mamparos, para el tracado del casco o los lados de la superestructura, utilizando lminas de tamaos estndar. Las soldaduras automatica MIG pueden hacerse en una pasada, con una placa de respaldo ranurada de hasta 10 mm (0.39 pulg. De grueso). Por lo tanto, es innecesario voltear unas lminas grandes para darles dospasadas, lo que permite,adems, realizar ms fcilmente una inspeccin que permite la penetracin total. 2.3- Otros procesos de soldaduras. Mientras que la soldadura MIG y TIG se consideran como las ms frecuentemente usadas paralasunionesdealuminioysusaleaciones,hayungrannmerodeotrosprocesosqueson igualmente tiles y son regularmente utilizados, aunque quiz en aplicaciones ms especializadas que los convencionales procesos de fusin de soldadura.Algunos de estos procesos se discutirn a continuacin. 53 2.3.1- Soldadura por arco con plasma La soldadura por arco plasma es conocida tcnicamente como PAW (Plasma Arc Welding), y utilizalosmismosprincipiosquela soldaduraTIG,porloquepuedeconsiderarsecomoun desarrollodeesteltimoproceso.Sinembargo,tantoladensidadenergticacomolas temperaturassonenesteprocesomuchomselevadas,yaqueel estadoplasmtico sealcanza cuando un gas es calentado a una temperatura suficiente para conseguir su ionizacin, separando aselelementoenionesyelectrones.Lamayorventajadelproceso PAW esquesuzonade impactolacualesdosotresvecesinferiorencomparacinalasoldaduraTIG,porloquese convierte en una tcnica ptima para soldar metal de espesores pequeos. Enlasoldaduraporplasmalaenerganecesariaparaconseguirlaionizacinlaproporciona el arcoelctrico queseestableceentreun electrodo de tungsteno yelmetalbaseasoldar.Como soporte del arco se emplea un gas, generalmente argn puro o en ciertos casos helio con pequeas proporcionesde hidrgeno,quepasaaestadoplasmticoatravsdelorificiodelaboquillaque estrangulaelarco,dirigindosealmetalbaseunchorroconcentradoquepuedealcanzarlos 28.000 C. El flujo de gas de plasma no suele ser suficiente para proteger de la atmsfera al arco, el bao de fusiny al material expuesto al calentamiento. Por ello, a travs de la envoltura de la pistola se aporta un segundo gas de proteccin, que envuelve al conjunto. La soldadura por plasmaPAW se presenta en tres modalidades: 1. Soldadura microplasma, con corrientes de soldadura desde 0.1 Amp. hasta 20 Amp. 2. Soldadura por fusin metal a metal, con corrientes de soldadura desde 20 Amp. hasta 100 Amp. 3.SoldaduraKeyhole,porencimadelos100Amp.enelcualelarcoplasmapenetratodoel espesor del material a soldar. Principalmente, se utiliza en uniones de alta calidad tales como en construccin aeroespacial, plantas de procesos qumicos e industrias petroleras. 2.3.2- Soldadura lser La soldaduraporrayolser, esunprocesode soldadura porfusinqueutilizalaenerga aportadaporunhazlserparafundiryrecristalizarelmaterialolosmaterialesaunir, obtenindoselacorrespondienteuninentreloselementosinvolucrados.Enlasoldaduralser comnmentenoexisteaportacindeningnmaterialexternoylasoldaduraserealizaporel calentamiento de la zona a soldar, y la posterior aplicacin de presin entre estos puntos. 54 Mediante espejos se focaliza toda la energa del lser en una zona muy reducida del material. Cuando se llega a la temperatura de fusin, se produce la ionizacin de la mezcla entre el material vaporizadoyelgasprotector(formacindeplasma).Lacapacidaddeabsorcinenergticadel plasma es mayor incluso que la del material fundido, por lo que prcticamente toda la energa del lser se transmite directamente y sin prdidas al material a soldar. Laaltapresinyaltatemperaturacausadasporlaabsorcindeenergadelplasma,contina mientrasseproduceelmovimientodelcabezalarrastrandola"gota"deplasmarodeadacon material fundido a lo largo de todo el cordn de soldadura. De sta manera se consigue un cordn homogneo y dirigido a una pequea rea de la pieza a soldar,conloquesereduceelcaloraplicadoalasoldadurareduciendoaslasposibilidadesde alterar propiedades qumicas o fsicas de los materiales soldados. Dependiendo de laaplicacin de la