Obtención de aluminio libre de porosidades

A partir de distintas herramientas de la ingeniería de procesos, como los modelados matemático y físico, un grupo de especialistas de la Facultad de Química diseñó un rotor o impeller que permite la obtención de aluminio libre de porosidades y con mayor calidad.

Este diseño, en camino de patentamiento, se aplica en la fase industrial conocida como desgasificado de aluminio, por medio de la cual se obtiene un metal con menores impurezas y, por lo tanto, con mayor resistencia, lo que es fundamental en áreas como la producción de motores automotrices.

Marco Aurelio Ramírez Argáez, del Departamento de Ingeniería Metalúrgica y quien está al frente del proyecto, explicó en entrevista que el aluminio es el metal no ferroso más importante en procesos de producción en el mundo y se usa industrialmente para dos fines: la elaboración de marcos de puertas, ventanas y escaleras (conocido como aleaciones de aluminio por trabajado mecánico); así como la fabricación de monobloques y pistones, además de piezas esenciales en los motores automotrices (denominado aleaciones de aluminio por fundición).

Este último tiene mucho más valor agregado y requiere de mayor calidad, la cual se mide en sus propiedades mecánicas, esto es, que sea muy resistente y no origine fallas, por ejemplo, en los motores.

“Para ello, el aluminio no debe tener defectos, es decir, impurezas, como la presencia de óxidos o elementos no metálicos, o bien, poros u hoyos. Deben ser piezas sólidas. Esos poros pueden ser porque no se solidificó adecuadamente o hay gas atrapado en el interior; en este caso, el más común y perjudicial es el hidrógeno; por ello, la desgasificación es la eliminación de hidrógeno en aluminio, lo cual se debe realizar en estado líquido”, indicó el académico.

Hay varias maneras de hacerlo, entre ellas inyectar un gas inerte al material, como nitrógeno o argón. Después se agita el material, lo cual ocasiona que el hidrógeno se desplace a las burbujas formadas, y una vez que ascienden se eliminan en la superficie del metal.

El nuevo diseño permite mejorar 25 por ciento la rapidez de desgasificado con sólo cambiar el impeller que vende la industria normal

Esto se logra con un aparato llamado rotor-inyector, el cual tiene en la punta un impeller o impulsor, también conocido como rotor, que a su vez tiene una especie de aspas y unos conductos por donde se expulsa el gas para desplazar al hidrógeno, pues al agitar el material se producen burbujas por donde se elimina éste.

“Se requiere generar burbujas pequeñas con el propósito de lograr un proceso de desgasificación más rápido. Esta línea de investigación empezó en 2002, tras ser contactados por una empresa mexicana productora de pistones para motores automotrices, misma que encontró que tenía 30 por ciento de piezas rechazadas por estos poros generados por hidrógeno. Nos llamaron y detectamos que no estaban desgasificando adecuadamente”, contó Marco Aurelio Ramírez.

“Efectuamos modelado matemático con flujo de fluidos para entender el movimiento de las burbujas y el desplazamiento de los gases; también se usó la técnica de modelado físico. Hicimos análisis y se observaron las variables para mejorar la velocidad de desgasificado.”

Modelo más efectivo

El grupo, prosiguió el universitario, se dio cuenta de que el principal problema era la forma del impeller o rotor y, a partir de entonces, con la intervención de tesistas de doctorado, maestría y licenciatura, se laboró en la geometría del impeller y se propuso un modelo con mayor efectividad.

El nuevo diseño, precisó el experto, “permite, nada más con cambiar el rotor o impeller que vende la industria normal, mejorar 25 por ciento la rapidez de desgasificado. Lo que hemos hecho en los últimos dos años es optimizar aún más el rotor al variar el número de aspas y algunas características geométricas; podemos decir que tenemos uno mucho mejor que los disponibles en la industria actualmente”, finalizó Ramírez Argáez.