¿Qué materiales de extrusión de aluminio son más eficientes energéticamente?

Cuando los costes energéticos aumentan y la sostenibilidad es importante, la extrusión de aluminio puede parecer un sumidero de energía oculto para los fabricantes. Elegir los materiales adecuados puede aliviar esa presión.

Seleccionar la aleación de aluminio y la mezcla de materiales adecuadas puede reducir drásticamente el consumo de energía durante la extrusión y el impacto medioambiental en general.

Si quiere reducir costes y disminuir su huella de carbono, siga leyendo. La elección de los materiales es importante.

¿Qué aleaciones ofrecen mayor eficiencia energética en la producción?

Cuando se elige la aleación incorrecta, el derroche de energía aparece rápidamente: chatarra fundida, calor desperdiciado, extrusión lenta.

Los grados de aluminio más sencillos y de menor aleación suelen necesitar menos energía para extruirse que los de alta resistencia.

No todas las aleaciones son iguales cuando se trata de la energía necesaria para la extrusión. Las aleaciones de aluminio con menos elementos añadidos -por ejemplo, las basadas principalmente en aluminio puro con pequeñas cantidades de magnesio o silicio- suelen requerir temperaturas de extrusión más bajas y menos fuerza. Una temperatura más baja y un flujo más fácil significan que la prensa consume menos energía por kilogramo.
Las aleaciones fuertes de alto rendimiento añaden cobre, magnesio o zinc para aumentar la resistencia; estas adiciones hacen que el metal sea más difícil de empujar y a menudo requieren temperaturas de extrusión más altas o velocidades más lentas. Eso añade demanda de energía.

A continuación se muestra una sencilla comparación de las aleaciones de aluminio extruido más comunes. Muestra la demanda relativa de energía de extrusión por kilogramo (suponiendo parámetros de extrusión típicos) y el punto de fusión / rango de extrusión típicos.

Esta tabla simplificada muestra que el aluminio puro o la aleación de la serie 1000 consumen menos energía por kg porque fluyen más fácilmente y se funden con menos energía. La serie 6000, como la 6063, está cerca, pero las aleaciones de alta resistencia, como la serie 7000, cuestan bastante más energía de extrusión.

Dado que muchas aplicaciones, como los marcos de ventanas, los perfiles arquitectónicos y las piezas industriales estándar, no necesitan una resistencia muy elevada, el uso de aluminio de las series 6000 o 1000 puede ahorrar energía. En grandes volúmenes de producción, el ahorro es considerable.

Sin embargo, la resistencia y la durabilidad también importan. Si una aleación más resistente reduce la chatarra o mejora la vida útil del producto, la compensación energética puede merecer la pena. La energía por kg es sólo una parte de la cuestión.

¿Cómo afecta el contenido reciclado al consumo de energía?

La chatarra de aluminio parece barata, literalmente y desde el punto de vista energético. Utilizar aluminio reciclado reduce la energía en comparación con el aluminio procedente de minerales. Eso es muy importante.

El aluminio fabricado a partir de chatarra reciclada suele consumir hasta 95% menos energía que la producción primaria a partir de mineral, lo que hace que el contenido reciclado sea mucho más eficiente desde el punto de vista energético.

Cuando el aluminio procede de mineral en bruto, el proceso incluye la extracción, el refinado de la bauxita para obtener alúmina y su posterior fundición en aluminio metálico, un paso que consume una enorme cantidad de energía, a menudo entre 150 y 200 megajulios (MJ) por kilogramo de aluminio primario. En cambio, para reciclar la chatarra de aluminio basta con refundirla y refinarla, lo que consume mucho menos: entre 5 y 15 MJ por kilogramo, según la instalación y la pureza de la aleación. La diferencia es dramática.

Al extruir perfiles de aluminio, empezar con tocho reciclado significa evitar el alto consumo de energía de la minería y la fundición. Para grandes pedidos, como perfiles arquitectónicos o marcos de iluminación, el uso de contenido reciclado puede reducir la demanda total de energía a más de la mitad a lo largo de la vida útil del producto.

El uso de contenido reciclado también reduce las emisiones de gases de efecto invernadero y otros impactos ambientales asociados a la extracción de minerales, el uso del suelo y los residuos del refinado.

Sin embargo, la calidad de la chatarra es importante. Si la chatarra está contaminada o tiene aleaciones mixtas, puede ser necesario refinarla o clasificarla más. Esto añade energía al proceso. Además, la aleación reciclada puede tener propiedades mecánicas diferentes, lo que afecta a los ajustes de extrusión y posiblemente al consumo de energía.

En la práctica, muchas plantas de extrusión mezclan aluminio reciclado y primario para equilibrar el ahorro de energía y mantener una calidad constante. El ahorro energético exacto depende de la pureza de la chatarra, del tipo de aleación y de la cantidad de contenido reciclado que se utilice.

Dado que la demanda energética de la chatarra de aluminio puede ser tan baja como ~10 MJ/kg frente a los ~200 MJ/kg del aluminio primario, la reutilización de la chatarra ofrece una gran ventaja energética. Cuanto mayor sea el contenido reciclado, menor será la huella energética total, si los controles de calidad son sólidos.

¿Es más sostenible producir perfiles más finos?

Menos material significa menos extrusión. Los perfiles más finos pueden ayudar a ahorrar energía y reducir el uso de material. Pero más fino no siempre es más eficiente.

Producir perfiles de aluminio más finos suele reducir el uso de material y energía por pieza, pero los beneficios dependen del diseño, las necesidades de resistencia y la eficiencia de la producción.

Los perfiles más finos utilizan menos aluminio por pieza. Esto por sí solo reduce la cantidad de metal fundido, transportado y extruido. Menos aluminio significa menos energía para la fundición, el recalentamiento, la extrusión y la logística. Por pieza, esto supone un ahorro de energía, sobre todo si se necesitan muchas piezas.

Sin embargo, las paredes más finas pueden ser más difíciles de extruir sin defectos. La prensa puede necesitar velocidades más lentas o refrigeración adicional, lo que aumenta el consumo de energía por kilogramo. Si el perfil es demasiado fino para la resistencia requerida, la pieza puede fallar o necesitar refuerzos o pintura adicionales, lo que anula las ventajas.

Además, los perfiles más finos pueden requerir un control dimensional más estricto. Esto aumenta los desechos o rechazos durante la extrusión o el mecanizado posterior. Los desechos añaden desperdicio y pérdida de energía.

Desde el punto de vista de la sostenibilidad, los perfiles más finos son mejores sólo si mantienen la función y la calidad sin provocar mayores tasas de rechazo. Se trata de un equilibrio.

Por último, las piezas más finas reducen el peso del envío. La reducción del peso del envío disminuye la energía y las emisiones del transporte en toda la cadena de suministro. A lo largo de todo el ciclo de vida -desde la materia prima hasta el uso final-, los perfiles más finos pueden reducir la demanda total de energía si se diseñan bien.

¿Qué datos del ciclo de vida apoyan la selección de materiales?

Las buenas decisiones necesitan buenos datos. Las métricas del ciclo de vida muestran cómo afectan las opciones de aluminio a la energía, las emisiones y el uso de recursos a lo largo de toda la vida del producto.

Los estudios del ciclo de vida demuestran que el uso de aluminio reciclado y aleaciones eficientes reduce significativamente tanto el consumo de energía como las emisiones de CO2 frente a la aleación virgen o los perfiles pesados.

El análisis del ciclo de vida (ACV) de la extrusión de aluminio abarca el abastecimiento de materiales, la fundición o refundición de tochos, la extrusión, el acabado, el transporte, el uso y el reciclado al final de la vida útil. Las métricas clave incluyen la energía total por kg producido, las emisiones de gases de efecto invernadero por kg y el uso de recursos.

Muchos estudios publicados demuestran que la refundición de chatarra de aluminio utiliza sólo 5-10% de la energía de la fundición primaria. Además, la energía de extrusión por kg depende de la aleación y de la eficacia del proceso. Cuando se utiliza palanquilla reciclada en una aleación de la serie 6000, la energía total incorporada por kg puede disminuir en más de 60% en comparación con el perfil pesado extruido de aleación virgen de alta resistencia.

A continuación se presenta una visión simplificada de la energía incorporada y la huella de carbono para diferentes opciones de materiales y producción.

Esta tabla muestra que los perfiles de aluminio reciclado necesitan mucha menos energía y emiten mucho menos CO2 a lo largo de su ciclo de vida. Si la aleación estándar reciclada con perfil medio o fino es factible para el producto, se obtienen fuertes ganancias de sostenibilidad.

Los datos del ciclo de vida también incluyen el reciclaje al final de la vida útil. El aluminio puede reciclarse indefinidamente con pérdidas mínimas. Esto significa que las piezas fabricadas con aluminio reciclado suelen volver al flujo de chatarra después de su uso, reiniciando el ciclo de bajo consumo energético. A lo largo de muchos ciclos de reutilización, el ahorro acumulado de energía y emisiones aumenta.

En el caso de los componentes de construcción o las luminarias, que pueden sustituirse o reciclarse al final de su vida útil, el uso de aluminio reciclado cierra el círculo. Reduce la demanda de aluminio primario y disminuye la huella medioambiental a largo plazo.

Al seleccionar los materiales, combine el tipo de aleación, el contenido reciclado y el grosor del perfil con los datos del ciclo de vida. Eso ayuda a elegir la mejor solución.

A veces, las necesidades de resistencia o durabilidad prevalecen sobre el ahorro de energía. En ese caso, el análisis de las ventajas y desventajas resulta esencial. Pero los datos del ciclo de vida ofrecen una base común.

Conclusión

Elegir aleaciones de aluminio, contenido reciclado y perfiles bien diseñados es un camino claro hacia el ahorro energético y la sostenibilidad. La elección inteligente de materiales reduce la demanda de energía, disminuye las emisiones y favorece la eficiencia a largo plazo.