El aluminio es el material al que recurre un diseñador cuando el peso importa, y el número que respalda esa decisión es la densidad: 2,70 g/cm³ para el aluminio puro, frente a 7,85 g/cm³ del acero y 8,96 g/cm³ del cobre. Cerca de un tercio del acero, pieza por pieza, pero solo si la pieza está diseñada para ello, porque el aluminio también tiene un tercio de la rigidez.
¿Cuál es la densidad del aluminio?
El aluminio puro tiene una densidad de 2,70 g/cm³ (2.700 kg/m³, o 0,098 lb/in³) a temperatura ambiente. Las aleaciones comerciales se sitúan entre 2,63 y 2,85 g/cm³ según los elementos de aleación: la 5052 en 2,68, la 6061 en 2,70, la 3003 en 2,73 y la 7075 en 2,81. Para obtener el peso de una pieza, multiplique el volumen en cm³ por la densidad: un blanco de 1.000 cm³ en 6061 pesa 2,70 kg, y el mismo blanco en acero pesaría 7,85 kg. La densidad cambia ligeramente con la temperatura y con el temple, pero no lo suficiente para afectar el peso de la pieza, las listas de empaque ni el cálculo del flete.
Densidad de las aleaciones que vemos en los planos
| Material | Densidad (g/cm³) | kg/m³ | Comparado con el acero |
|---|---|---|---|
| Aluminio 1050 (puro) | 2,70 | 2.700 | 34% |
| Aluminio 3003 | 2,73 | 2.730 | 35% |
| Aluminio 5052 | 2,68 | 2.680 | 34% |
| Aluminio 6061 | 2,70 | 2.700 | 34% |
| Aluminio 6082 | 2,70 | 2.700 | 34% |
| Aluminio 7075 | 2,81 | 2.810 | 36% |
| Acero (dulce, DC01) | 7,85 | 7.850 | 100% |
| Inoxidable 304 | 8,00 | 8.000 | 102% |
| Cobre C11000 | 8,96 | 8.960 | 114% |
| Latón (CuZn37) | 8,44 | 8.440 | 108% |
Densidad del cobre, el latón y el acero: 8,96, 8,44 y 7,85 g/cm³
La tabla anterior es toda la respuesta para los metales que trabajamos con más frecuencia, y lo práctico es lo que ese número provoca después. El cobre tiene 8,96 g/cm³ y el latón 8,44, frente a 2,70 del aluminio: el mismo volumen de cobre pesa 3,3 veces más. El acero dulce tiene 7,85 y el inoxidable 304 tiene 8,00, así que una pieza de acero pesa unas 2,9 veces la de aluminio. Nada de esto es una razón para evitar un metal: es una razón para meter la densidad en el cálculo antes de cerrar el plano.
- Cobre, C11000 - 8,96 g/cm³, 3,3 veces el aluminio. Las piezas de cobre suelen elegirse por conductividad o por acabado, no por peso: un blanco de 1.000 cm³ pesa 8,96 kg frente a 2,70 kg en aluminio, y esa diferencia aparece en la línea de flete en cada embarque. Vea si el cobre es magnético.
- Latón, CuZn37 - 8,44 g/cm³, 3,1 veces el aluminio. El latón es el material habitual de los racores de sensor torneados y las tuercas hexagonales, y esas piezas suelen comprarse por peso, así que la densidad forma parte del precio. Vea latón comparado con bronce.
- Acero dulce, DC01 - 7,85 g/cm³. El acero es la columna de referencia de la tabla anterior: las filas de aluminio se expresan como porcentaje de él, y 7,85 es el número con el que empieza todo cálculo de peso en chapa.
- Inoxidable 304 - 8,00 g/cm³. Algo más pesado que el acero dulce, y el grado del que se fabrican la mayoría de las carcasas de sensor embutidas, así que pasar una carcasa de aluminio a inoxidable cambia su peso casi por un factor de tres.
- Aleaciones de aluminio - de 2,68 a 2,81 g/cm³. La variación importa en una pieza limitada por peso: la misma geometría en 7075 pesa alrededor de un 4 % más que en 6061.
Donde la diferencia se nota es en el flete y la manipulación. El flete aéreo se cobra por peso volumétrico, así que una pieza de cobre o latón paga su densidad en cada envío: un soporte de 500 g en aluminio son 1,56 kg en latón. Cuando el plano permite el metal más ligero, eso es un ahorro real; cuando no lo permite (conductividad, desgaste, un requisito magnético), la densidad es simplemente un costo del material y va en la cotización.
Convertir la densidad en peso de la pieza
El peso es el volumen multiplicado por la densidad, y en una pieza estampada o embutida el volumen sale del blanco, no de la geometría terminada: espesor de chapa por área desarrollada, menos el desperdicio que se recorta. Por eso el aprovechamiento del material y el peso son la misma conversación. En una pieza plana es aritmética rápida; en una carcasa embutida conviene calcular desde el blanco, porque la pared se adelgaza y el reborde se engrosa y la pieza terminada no pesa exactamente lo que pesaba el blanco. Vea conversión de espesor y calibre cuando el plano todavía está en calibre.
Lo que la densidad del aluminio le da y lo que no
- Peso: sí - un tercio de la masa para el mismo volumen, y por eso gana en transporte, equipos portátiles y cualquier cosa que haya que levantar muchas veces.
- Rigidez: no - el módulo de Young es aproximadamente un tercio del del acero, así que una pieza limitada por deflexión suele necesitar más sección o un nervio, y la ventaja de peso se reduce.
- Flete y empaque - una pieza más ligera cuesta menos enviar, y el ahorro de flete es dinero real en un programa que viaja por aire.
- Comportamiento térmico - el aluminio conduce mejor el calor que el acero y se dilata más, y ambas cosas importan en una carcasa que debe mantener un sensor a temperatura.
- Costo por kilogramo - el aluminio cuesta más por kilo que el acero, así que el ahorro tiene que venir del peso, de la resistencia a la corrosión o del proceso, no del precio del material.
Conversiones habituales
| Unidad | Aluminio | Acero |
|---|---|---|
| g/cm³ | 2,70 | 7,85 |
| kg/m³ | 2.700 | 7.850 |
| lb/in³ | 0,098 | 0,284 |
| lb/ft³ | 169 | 490 |
| kg por m² con 1 mm de espesor | 2,70 | 7,85 |
Punto clave
Use 2,70 g/cm³ para las aleaciones de aluminio en cualquier cálculo inicial de peso, 2,68 para la 5052 y 2,81 para la 7075, y 8,96, 8,44 y 7,85 para el cobre, el latón y el acero. En piezas embutidas calcule desde el blanco y no desde la pieza terminada, y recuerde que un tercio del peso del acero viene con un tercio de su rigidez.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la densidad del aluminio en kg/m3?
2.700 kg/m³ para el aluminio puro. Las aleaciones comerciales van de unos 2.630 a 2.850 kg/m³.
¿El aluminio es más ligero que el acero?
Sí, por volumen: 2,70 g/cm³ frente a 7,85 g/cm³ del acero dulce, así que una sección maciza idéntica pesa cerca de un tercio. Una pieza diseñada por límite de rigidez puede acabar más pesada de lo que sugiere la proporción ideal, porque el aluminio también es menos rígido.
¿Cuál es la densidad del aluminio 6061?
2,70 g/cm³, prácticamente igual que el aluminio puro para efectos de cálculo de peso.
¿Cómo calculo el peso de una pieza de aluminio?
Multiplique el volumen en cm³ por 2,70 si es aluminio puro o 6061, o por la densidad de la aleación indicada en el plano. En piezas de chapa, parta del área del blanco multiplicada por el espesor.
¿Cuál es la densidad del cobre?
8,96 g/cm³ (8.960 kg/m³) para el cobre puro C11000: unas 3,3 veces la densidad del aluminio y un 14 % más que el acero dulce.
¿Cuál es la densidad del acero?
7,85 g/cm³ para aceros dulces como el DC01 y 8,00 g/cm³ para el inoxidable 304. Los aceros aleados se sitúan entre 7,75 y 8,05 según los elementos de aleación.
¿El cobre es más pesado que el acero?
Sí. El cobre tiene 8,96 g/cm³ frente a 7,85 del acero dulce, así que el mismo volumen pesa alrededor de un 14 % más; el inoxidable 304 queda en medio, con 8,00.
¿Cuál es la densidad del latón?
8,44 g/cm³ para el CuZn37. La densidad del latón sube con el contenido de zinc, de aproximadamente 8,4 a 8,7 g/cm³ en los grados habituales.