O alumínio é o material a que um projetista recorre 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 para o aço e 8,96 g/cm³ para o 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 uma densidade de 2,70 g/cm³ (2 700 kg/m³, ou 0,098 lb/in³) à temperatura ambiente. As ligas comerciais situam-se entre cerca de 2,63 e 2,85 g/cm³ conforme o que está ligado: o 5052 a 2,68, o 6061 a 2,70, o 3003 a 2,73 e o 7075 a 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 temperamento, mas não o suficiente para importar no peso da peça, nas listas de embalagem ou nos cálculos de transporte.
Densidade das ligas que vemos nos desenhos
| Material | Densidade (g/cm³) | kg/m³ | Comparado com o 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 macio (DC01) | 7,85 | 7 850 | 100% |
| Inoxidável 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 a resposta completa para os metais que mais trabalhamos, e a parte prática é o que o número faz a jusante. O cobre é 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 macio é 7,85 e o inoxidável 304 é 8,00, por isso uma peça em aço pesa cerca de 2,9 vezes a de alumínio. Nada disto é razão para evitar um metal - é razão para pôr a densidade no cálculo antes de o desenho ficar fechado.
- Cobre, C11000 - 8,96 g/cm³, 3,3 vezes o alumínio. As peças em cobre são habitualmente escolhidas pela condutividade ou pelo acabamento, e não pelo peso: um blank de 1 000 cm³ pesa 8,96 kg contra 2,70 kg em alumínio, e essa diferença entra na rubrica de transporte em cada expedição. Ver se o cobre é magnético.
- Latão, CuZn37 - 8,44 g/cm³, 3,1 vezes o alumínio. O latão é o material habitual para conexões torneadas de sensores e porcas sextavadas, e essas peças são muitas vezes compradas ao peso, por isso a densidade faz parte do preço. Ver latão comparado com bronze.
- Aço macio, DC01 - 7,85 g/cm³. O aço é a coluna de referência da tabela acima: as linhas do alumínio são apresentadas em percentagem dele, e 7,85 é o número de onde parte qualquer cálculo de peso em chapa metálica.
- Inoxidável 304 - 8,00 g/cm³. Ligeiramente mais pesado do que o aço macio, e é o grau com que se fazem a maioria das carcaças de sensor embutidas, por isso passar uma carcaça de alumínio para inox muda o seu peso por um fator de quase três.
- Ligas de alumínio - 2,68 a 2,81 g/cm³. A dispersão importa numa peça limitada pelo peso: a mesma geometria em 7075 é cerca de 4 % mais pesada do que em 6061.
Onde a diferença aparece é no transporte e na movimentação. O transporte aéreo é cobrado por peso taxável, por isso uma peça em cobre ou latão paga a sua densidade em cada expedição: um suporte de alumínio de 500 g passa a 1,56 kg em latão. Onde o desenho permite o metal mais leve, isso é uma poupança real; onde não permite - condutividade, desgaste, um requisito magnético - a densidade é simplesmente um custo do material e pertence à cotação.
Transformar a densidade em peso da peça
O peso é igual ao volume multiplicado pela densidade, e numa peça estampada ou embutida o volume vem do blank, não da geometria acabada: espessura da chapa multiplicada pela área desenvolvida, menos o refugo que é cortado. É por isso que aproveitamento do material e peso são a mesma conversa. Numa peça plana é aritmética rápida; numa carcaça embutida vale a pena calcular a partir do blank, porque a parede afina e o rebordo engrossa, e a peça acabada não pesa exatamente o que o blank pesava. Ver conversão de espessura e calibre quando o desenho ainda está escrito em calibre.
O que a densidade do alumínio dá e o que não dá
- Peso: sim - um terço da massa para o mesmo volume, e é por isso que ganha no transporte, em dispositivos portáteis e em tudo o que tenha de ser levantado repetidamente.
- Rigidez: não - o módulo de Young é cerca de um terço do do aço, por isso uma peça condicionada pela flecha precisa muitas vezes de uma secção mais espessa ou de uma nervura, e a vantagem de peso estreita-se.
- Transporte e embalagem - uma peça mais leve é mais barata de expedir, e a poupança de transporte é dinheiro real num programa que viaja por via aérea.
- Comportamento térmico - o alumínio conduz melhor o calor do que o aço e dilata mais, e as duas coisas importam numa carcaça que tem de manter um sensor à temperatura.
- Custo por quilograma - o alumínio custa mais por quilograma do que o aço, por isso a poupança tem de vir do peso, da resistência à corrosão ou do processo, e não do preço do material.
Conversões mais usadas
| 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 de peso de primeira aproximação, 2,68 para o 5052 e 2,81 para o 7075, e 8,96, 8,44 e 7,85 para o cobre, o latão e o aço. Calcule a partir do blank e não da peça acabada em tudo o que seja embutido, e lembre-se de que o peso de um terço do aço vem acompanhado de uma rigidez de um terço do aço.
Perguntas frequentes
Qual é a densidade do alumínio em kg/m3?
2 700 kg/m³ para o alumínio puro. As ligas comerciais vão de cerca de 2 630 a 2 850 kg/m³.
O alumínio é mais leve do que o aço?
Sim, por volume: 2,70 g/cm³ contra 7,85 g/cm³ do aço macio, por isso uma secção maciça idêntica pesa cerca de um terço. Uma peça dimensionada por um limite de rigidez pode acabar 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, na prática igual à do alumínio puro para efeitos de cálculo de peso.
Como calculo o peso de uma peça em alumínio?
Multiplique o volume em cm³ por 2,70 no caso do alumínio puro ou do 6061, ou pela densidade da liga indicada no desenho. Para peças em chapa, comece pela área do blank multiplicada pela espessura.
Qual é a densidade do cobre?
8,96 g/cm³ (8 960 kg/m³) para cobre puro C11000 - cerca de 3,3 vezes a densidade do alumínio e 14 % mais do que o aço macio.
Qual é a densidade do aço?
7,85 g/cm³ para aço macio como o DC01, e 8,00 g/cm³ para o inoxidável 304. Os aços ligados situam-se entre cerca de 7,75 e 8,05 conforme os elementos de liga.
O cobre é mais pesado do que o aço?
Sim. O cobre é 8,96 g/cm³ contra 7,85 do aço macio, por isso o mesmo volume é cerca de 14 % mais pesado; o inoxidável 304 fica entre os dois, a 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 cerca de 8,4 a 8,7 g/cm³ nos graus comuns.