O alumínio é o material que o projetista busca quando o peso importa, e o número por trás dessa decisão é a densidade: 2,70 g/cm³ para o alumínio puro, contra 7,85 g/cm³ do aço e 8,96 g/cm³ do cobre. Cerca de um terço do aço, peça por peça, mas só se a peça for projetada para isso, porque o alumínio também tem um terço da rigidez.
Qual é a densidade do alumínio?
O alumínio puro tem densidade de 2,70 g/cm³ (2.700 kg/m³, ou 0,098 lb/in³) à temperatura ambiente. As ligas comerciais ficam entre 2,63 e 2,85 g/cm³ conforme os elementos de liga: a 5052 em 2,68, a 6061 em 2,70, a 3003 em 2,73 e a 7075 em 2,81. Para obter o peso de uma peça, multiplique o volume em cm³ pela densidade: um blank de 1.000 cm³ em 6061 pesa 2,70 kg, e o mesmo blank em aço pesaria 7,85 kg. A densidade varia ligeiramente com a temperatura e com o têmper, mas não o suficiente para afetar o peso da peça, a lista de embalagem ou o cálculo do frete.
Densidade das ligas que aparecem nos desenhos
| Material | Densidade (g/cm³) | kg/m³ | Comparado ao aço |
|---|---|---|---|
| Alumínio 1050 (puro) | 2,70 | 2.700 | 34% |
| Alumínio 3003 | 2,73 | 2.730 | 35% |
| Alumínio 5052 | 2,68 | 2.680 | 34% |
| Alumínio 6061 | 2,70 | 2.700 | 34% |
| Alumínio 6082 | 2,70 | 2.700 | 34% |
| Alumínio 7075 | 2,81 | 2.810 | 36% |
| Aço (doce, DC01) | 7,85 | 7.850 | 100% |
| Inox 304 | 8,00 | 8.000 | 102% |
| Cobre C11000 | 8,96 | 8.960 | 114% |
| Latão (CuZn37) | 8,44 | 8.440 | 108% |
Densidade do cobre, do latão e do aço: 8,96, 8,44 e 7,85 g/cm³
A tabela acima é toda a resposta para os metais que processamos com mais frequência, e a parte prática é o que esse número provoca adiante. O cobre tem 8,96 g/cm³ e o latão 8,44, contra 2,70 do alumínio: o mesmo volume de cobre pesa 3,3 vezes mais. O aço doce tem 7,85 e o inox 304 tem 8,00, então uma peça de aço pesa cerca de 2,9 vezes a de alumínio. Nada disso é motivo para evitar um metal: é motivo para colocar a densidade no cálculo antes de fechar o desenho.
- Cobre, C11000 - 8,96 g/cm³, 3,3 vezes o alumínio. Peças de cobre costumam ser escolhidas por condutividade ou por acabamento, não por peso: um blank de 1.000 cm³ pesa 8,96 kg contra 2,70 kg em alumínio, e essa diferença entra na linha de frete em cada embarque. Veja se o cobre é magnético.
- Latão, CuZn37 - 8,44 g/cm³, 3,1 vezes o alumínio. O latão é o material usual dos conectores de sensor torneados e das porcas sextavadas, e essas peças costumam ser compradas por peso, então a densidade faz parte do preço. Veja latão comparado ao bronze.
- Aço doce, DC01 - 7,85 g/cm³. O aço é a coluna de referência da tabela acima: as linhas de alumínio aparecem como porcentagem dele, e 7,85 é o número com que começa todo cálculo de peso em chapa.
- Inox 304 - 8,00 g/cm³. Um pouco mais pesado que o aço doce, e o grau do qual são feitas a maioria das carcaças de sensor estampadas em profundidade, então trocar uma carcaça de alumínio por inox muda o peso em quase três vezes.
- Ligas de alumínio - de 2,68 a 2,81 g/cm³. A variação importa em peça limitada por peso: a mesma geometria em 7075 é cerca de 4 % mais pesada que em 6061.
Onde a diferença aparece é no frete e na movimentação. O frete aéreo é cobrado por peso cubado, então uma peça de cobre ou latão paga sua densidade em cada envio: um suporte de 500 g em alumínio vira 1,56 kg em latão. Quando o desenho permite o metal mais leve, isso é economia real; quando não permite (condutividade, desgaste, exigência magnética), a densidade é simplesmente um custo do material e entra na cotação.
Converter densidade em peso da peça
O peso é o volume multiplicado pela densidade e, numa peça estampada, o volume vem do blank, não da geometria acabada: espessura da chapa pela área desenvolvida, menos o refugo que é aparado. Por isso aproveitamento de material e peso são a mesma conversa. Numa peça plana é aritmética rápida; numa carcaça estampada vale calcular a partir do blank, porque a parede afina e a aba engrossa e a peça pronta não pesa exatamente o que o blank pesava. Veja conversão de espessura e gauge quando o desenho ainda estiver em gauge.
O que a densidade do alumínio entrega e o que não entrega
- Peso: sim - um terço da massa para o mesmo volume, e por isso vence em transporte, equipamentos portáteis e qualquer coisa que precise ser levantada muitas vezes.
- Rigidez: não - o módulo de Young é cerca de um terço do aço, então uma peça limitada por deflexão costuma exigir seção maior ou nervura, e a vantagem de peso diminui.
- Frete e embalagem - peça mais leve custa menos para enviar, e a economia de frete é dinheiro real num programa que embarca por via aérea.
- Comportamento térmico - o alumínio conduz calor melhor que o aço e dilata mais, e os dois pontos importam numa carcaça que precisa manter o sensor em temperatura.
- Custo por quilograma - o alumínio custa mais por quilo que o aço, então a economia tem de vir do peso, da resistência à corrosão ou do processo, não do preço do material.
Conversões usuais
| Unidade | Alumínio | Aço |
|---|---|---|
| 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 com 1 mm de espessura | 2,70 | 7,85 |
Ponto-chave
Use 2,70 g/cm³ para ligas de alumínio em qualquer cálculo inicial de peso, 2,68 para a 5052 e 2,81 para a 7075, e 8,96, 8,44 e 7,85 para cobre, latão e aço. Em peças estampadas em profundidade calcule a partir do blank, não da peça acabada, e lembre que um terço do peso do aço vem com um terço da rigidez.
Perguntas frequentes
Qual é a densidade do alumínio em kg/m3?
2.700 kg/m³ para o alumínio puro. As ligas comerciais ficam entre cerca de 2.630 e 2.850 kg/m³.
O alumínio é mais leve que o aço?
Sim, em volume: 2,70 g/cm³ contra 7,85 g/cm³ do aço doce, então uma seção maciça idêntica pesa cerca de um terço. Uma peça projetada por limite de rigidez pode ficar mais pesada do que a proporção ideal sugere, porque o alumínio também é menos rígido.
Qual é a densidade do alumínio 6061?
2,70 g/cm³, praticamente igual ao alumínio puro para efeito de cálculo de peso.
Como calculo o peso de uma peça de alumínio?
Multiplique o volume em cm³ por 2,70 no caso do alumínio puro ou 6061, ou pela densidade da liga indicada no desenho. Em peças de chapa, parta da área do blank multiplicada pela espessura.
Qual é a densidade do cobre?
8,96 g/cm³ (8.960 kg/m³) para o cobre puro C11000: cerca de 3,3 vezes a densidade do alumínio e 14 % mais que o aço doce.
Qual é a densidade do aço?
7,85 g/cm³ para aços doces como o DC01 e 8,00 g/cm³ para o inox 304. Os aços ligados ficam entre cerca de 7,75 e 8,05 conforme os elementos de liga.
O cobre é mais pesado que o aço?
Sim. O cobre tem 8,96 g/cm³ contra 7,85 do aço doce, então o mesmo volume pesa cerca de 14 % mais; o inox 304 fica no meio, com 8,00.
Qual é a densidade do latão?
8,44 g/cm³ para o CuZn37. A densidade do latão sobe com o teor de zinco, de aproximadamente 8,4 a 8,7 g/cm³ nos graus usuais.