Calculadora de fusión eutéctica para metales en restos de incendio

Esta calculadora de fusión eutéctica muestra si dos metales que se encuentran juntos en los restos de un incendio pueden fundirse o alearse a una temperatura estimada del fuego. El cobre y el aluminio pueden formar un líquido donde se tocan desde 548.2 °C (1,018.8 °F), muy por debajo del punto de fusión del cobre, de 1,084.6 °C. En el ejemplo resuelto, a 650 °C toda mezcla de cobre y aluminio con 4.3 a 61.1 % en peso de cobre queda totalmente líquida, aunque ninguno de los dos metales puros se funde.

Cómo usar la calculadora

Elija los dos metales que están fundidos juntos o en contacto, capture su estimación de la temperatura local en ese punto en °C o °F y, si un laboratorio midió la composición de la mezcla fundida, marque la casilla y captúrela en porcentaje en peso. El resultado indica si alguno de los metales puros se funde a esa temperatura, la temperatura más baja a la que el par forma un líquido donde se toca, qué mezclas quedan totalmente líquidas y la fracción líquida de su composición. El diagrama muestra el diagrama de fases simplificado con su temperatura y su composición, y los resultados completos enumeran cada valor con los pasos.

Cómo comprobar si dos metales se alearon en un incendio

1. Identifique los metales. Anote qué metales están fundidos juntos y de dónde vino el segundo metal, por ejemplo la carcasa de aluminio de una luminaria sobre un conductor de cobre, una pieza de zinc fundida a presión o una unión soldada.
2. Estime la temperatura local. Use los patrones de fuego, otros materiales fundidos y el desarrollo del incendio para estimar la temperatura que alcanzó el metal en ese punto. Una pieza de metal va por detrás de los gases o las llamas que la rodean.
3. Compare con los puntos de fusión. Revise si alguno de los metales puros pudo fundirse a esa temperatura.
4. Compare con el eutéctico. Si la temperatura está en o por encima de la temperatura más baja con líquido del par, la aleación por contacto puede formar un líquido que disuelve al otro metal, aunque ninguno de los dos metales se funda por sí solo.
5. Confirme con la evidencia física. La aleación es una posibilidad, no una conclusión. Confírmela con la ubicación del daño respecto a la fuente de aluminio o zinc, un corte transversal y un análisis elemental como SEM/EDS.

Ejemplo resuelto

La carcasa de aluminio fundido de una luminaria de techo se funde y escurre sobre un conductor de cobre de un circuito derivado. La temperatura local estimada es de 650 °C (1,202 °F), por encima de los cerca de 600 °C que se suelen tomar como flashover (combustión súbita generalizada).

• El aluminio puro se funde a 660.3 °C y el cobre puro a 1,084.6 °C, así que ninguno de los dos metales puros se funde a 650 °C. Las aleaciones comerciales de aluminio fundido empiezan a fundirse a menor temperatura que el aluminio puro por su silicio y su cobre, y así es como el aluminio fundido llega al conductor.
• El cobre y el aluminio forman líquido desde 548.2 °C, el eutéctico con 32.7 % en peso de cobre, 101.8 °C por debajo de 650 °C.
• A 650 °C el líquidus queda por debajo de la temperatura del incendio desde 4.3 % en peso de cobre (entre los puntos citados de 2 % en peso y 656 °C y de 5 % en peso y 648 °C) hasta 61.1 % en peso de cobre (entre 59.6 % en peso a 625 °C y 70.2 % en peso a 804 °C). Toda mezcla en ese intervalo queda totalmente líquida, así que el aluminio fundido puede seguir disolviendo el cobre que toca hasta que la mezcla local pasa de cerca de 61 % en peso de cobre.
• Un laboratorio encuentra 20 % en peso de cobre en la masa solidificada. Su líquidus es de 603 °C y empieza a fundirse en el eutéctico de 548.2 °C, así que a 650 °C estaba totalmente líquida.

El resultado es compatible con una aleación: un conductor de cobre puede adelgazarse, mellarse o formar perlas donde el aluminio fundido lo tocó, a una temperatura muy inferior a su propio punto de fusión. No muestra cómo se formó la perla. Eso lo deciden la ubicación respecto a la carcasa y un examen de laboratorio del conductor.

Puntos eutécticos y de fusión de metales que se encuentran en restos de incendio

El cobre y el aluminio tienen además un segundo eutéctico del lado del cobre, a cerca de 1,035 °C y 92 % en peso de cobre. La soldadura de estaño y plomo se suele citar a 183 °C y 61.9 % en peso de estaño; la tabla da los valores calculados por el NIST. Los puntos de fusión de los metales puros son los puntos fijos de la ITS-90 del estaño, el zinc, el aluminio, la plata y el cobre.

Temperaturas de incendio como referencia

Valores de V. Babrauskas, Temperatures in flames and fires (Fire Science and Technology Inc.), quien también señala que las temperaturas de incendio medidas con termopares en edificios pueden ser imprecisas y que un objeto junto a una llama no adquiere su temperatura de inmediato. Úselos para juzgar si una estimación es razonable, no para fijar la temperatura de un punto en particular.

Qué significa esto al interpretar un conductor

La aleación puede dejar perlas, muescas, adelgazamientos u orificios en un conductor de cobre que parecen daño por arco, a temperaturas a las que el cobre solo no se fundiría. Antes de interpretar un conductor fundido como un sitio de arco, revise si había aluminio, zinc o estaño encima o en contacto, busque el segundo metal en la superficie y haga un corte de la pieza: el SEM/EDS muestra si la zona fundida contiene aluminio o zinc, y la radiografía puede mostrar el conductor dentro de una masa de metal fundido antes de cortarla. La NFPA 921 trata la aleación entre los efectos de fusión que un investigador debe distinguir del arco eléctrico. Nuestro artículo sobre las diferencias entre daño por arco y daño por fusión describe las características de cada uno.

Preguntas frecuentes

¿Qué es la fusión eutéctica?

Dos metales en contacto pueden disolverse uno en otro y formar una aleación que se funde a menor temperatura que cualquiera de los dos metales por separado. La temperatura más baja de ese tipo es el punto eutéctico. Para el cobre y el aluminio es de 548.2 °C, unos 110 °C por debajo del punto de fusión del aluminio y más de 500 °C por debajo del del cobre.

¿Puede un incendio en una casa fundir el alambre de cobre?

Un incendio de habitación totalmente desarrollado suele estar entre 900 y 1,000 °C, por debajo del punto de fusión del cobre, de 1,084.6 °C, pero se presentan temperaturas locales más altas y con frecuencia se encuentran conductores de cobre fundidos. La aleación con aluminio, zinc o estaño es una de las formas en que el cobre se consume a temperaturas mucho más bajas, y por eso el cobre fundido por sí solo no prueba una temperatura alta ni un arco.

¿Por qué la calculadora usa porcentaje en peso?

Los informes de laboratorio de restos fundidos, como los resultados de EDS, suelen dar porcentaje en peso. Algunas de las fuentes de los diagramas de fases usan porcentaje atómico; esos valores se convirtieron a porcentaje en peso para la calculadora.

¿Qué tan exacta es la fracción líquida?

Los diagramas están simplificados: líneas rectas entre puntos citados de diagramas de fases evaluados, así que la fracción es aproximada entre esos puntos, sobre todo donde las curvas reales se arquean. Los restos reales también contienen otros elementos de aleación y óxidos, y quizá no lleguen al equilibrio en el poco tiempo de un incendio. Tome la fracción como una estimación preliminar.

¿Por qué el latón y el acero no están en la lista?

El cobre y el zinc, los metales del latón, no forman un eutéctico: su diagrama de fases tiene en cambio una serie de reacciones peritécticas, y el primer líquido aparece donde se funde el zinc, a 419.5 °C. El acero se funde muy por encima de las temperaturas típicas de un incendio en un edificio. La calculadora cubre pares con un diagrama de dos metales evaluado y publicado.

Cuándo contratar a un ingeniero

Un diagrama de fases indica qué puede fundirse a una temperatura, no qué causó una perla o una falla. Los ingenieros profesionales con licencia de Dreiym examinan conductores y restos metálicos de escenas de incendio, documentan su ubicación y usan cortes transversales, SEM/EDS y radiografía para distinguir el daño por arco de la fusión por el fuego y de la aleación. Consulte nuestros servicios de investigación de incendios y explosiones y ingeniería eléctrica forense, la tabla de corrosión galvánica para metales en contacto que no se funden, o póngase en contacto con nosotros para recibir una cotización gratuita. Normalmente respondemos en un día hábil.