Calor específico y conductividad térmica del zamak

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Al diseñar un componente de fundición a presión, la atención suele centrarse en resistencia mecánica, tolerancias y acabado. Sin embargo, dos propiedades menos visibles —el calor específico y la conductividad térmica del zamak— determinan directamente la rapidez con la que la pieza solidifica en el molde, cuánto cuesta producirla y si podrá cumplir una función de disipación térmica. En esta guía analizamos el significado técnico de estas magnitudes, los valores típicos de las aleaciones ZAMAK (ZP3, ZP5, ZP2, ZP8) y sus implicaciones en el diseño de moldes para fundición a presión en cámara caliente.

Qué son el calor específico y la conductividad térmica: definiciones aplicadas al zamak

El calor específico (medido en J/kg·K) expresa la cantidad de energía necesaria para elevar un grado la temperatura de un kilogramo de aleación. Es una propiedad de capacidad térmica: indica cuánto «calor» almacena o cede una pieza de zamak durante el calentamiento y el enfriamiento. Un calor específico más alto implica que se necesita más energía para llevar la aleación a temperatura de colada, pero también que el metal retiene más calor que evacuar durante la solidificación.

La conductividad térmica (en W/m·K), en cambio, describe la rapidez con la que el calor atraviesa el material. Es una propiedad de transporte: cuantifica la velocidad con la que la energía térmica migra de las zonas calientes a las frías de una pieza. En fundición a presión, esto se traduce en la velocidad con la que el calor del metal líquido llega a las paredes del molde y es evacuado por el sistema de refrigeración.

En los metales, conductividad térmica y eléctrica tienden a ir de la mano: ambas dependen en gran medida del movimiento de electrones libres. Como resume la literatura técnica sobre el tema, los metales presentan valores elevados de ambas, con notables excepciones como el diamante, que conduce bien el calor pero mal la electricidad. Esta correlación explica por qué el zinc —base de las aleaciones de zinc y su composición— resulta interesante tanto para aplicaciones térmicas como para blindajes electromagnéticos.

Valores típicos de las aleaciones ZAMAK (ZP3, ZP5, ZP2, ZP8) y las aleaciones ZA

El zinc puro posee una excelente conductividad térmica a temperatura ambiente. Las aleaciones ZAMAK, que añaden principalmente aluminio (~4%), además de magnesio y cobre en cantidades menores, mantienen un buen comportamiento térmico, aunque inferior al del metal puro: los elementos de aleación introducen barreras al movimiento electrónico y reducen ligeramente tanto la conductividad térmica como la eléctrica.

La composición influye en los valores. El cobre, presente en el Zamak 5 con adición de cobre (~1%) y aún más en el Zamak 2 (~3%), aumenta resistencia y dureza pero tiende a reducir la conductividad térmica respecto al Zamak 3, la aleación base. Las aleaciones con alto contenido de aluminio de la familia ZA (como la ZA-8, ~8% Al) muestran un perfil termofísico aún distinto, con densidad inferior (~6,3 g/cm³ frente a ~6,6 g/cm³ del zamak tradicional).

Aleación	Elementos distintivos	Efecto térmico esperado	Nota de diseño
Zamak 3 (ZP3)	base ~4% Al, Cu ≤0,10%	Conductividad térmica de referencia, la más alta de la familia ZP	Aleación más dúctil, estándar en más del 70% de las piezas norteamericanas
Zamak 5 (ZP5)	~4% Al + ~1% Cu	Conductividad ligeramente inferior a ZP3	+10% de resistencia respecto a ZP3
Zamak 2 (ZP2)	~4% Al + ~3% Cu	Conductividad reducida por el alto contenido de cobre	La más dura y resistente, la menos dúctil
ZP8 / ZA-8	~8% Al + ~1% Cu	Perfil térmico modificado por el alto aluminio	Densidad inferior (~6,3 g/cm³)

Por qué importan en el diseño de moldes para fundición a presión en cámara caliente

En la fundición a presión en cámara caliente, el metal líquido se inyecta en la cavidad y debe solidificar de forma controlada antes de la apertura del molde. La velocidad con la que esto ocurre depende de las propiedades termofísicas de la aleación: conductividad térmica y calor específico determinan cuánta energía debe extraerse y con qué rapidez.

El dimensionamiento de los canales de refrigeración es la traducción práctica de estos parámetros. El enfriamiento de la pieza se garantiza mediante un sistema de circulación de líquido dentro del molde: el diseñador debe calibrar diámetro, posición y caudal en función del calor a evacuar. Una aleación con calor específico más alto almacena más energía térmica, requiriendo circuitos más eficientes o tiempos de enfriamiento más largos.

El impacto en el tiempo de ciclo es directo: cuanto más eficazmente se evacúa el calor, más rápido se puede abrir el molde y extraer la pieza, aumentando la productividad. La cámara caliente resulta especialmente ventajosa porque el zamak es compatible con este proceso: por debajo de los ~450 °C, el aluminio contenido en la aleación reduce drásticamente el ataque corrosivo del metal fundido sobre los materiales férreos del molde, haciendo posible la inmersión del grupo de inyección en el baño de metal. El diseño de moldes debe, por tanto, equilibrar extracción térmica, integridad de la pieza y vida útil del utillaje.

Efecto de la velocidad de enfriamiento sobre la microestructura y las propiedades finales

Las propiedades mecánicas y físicas de las piezas de zamak no dependen solo de la composición de la aleación, sino también de las condiciones de colada que influyen en la velocidad de enfriamiento. Es un principio metalúrgico consolidado: las condiciones que favorecen un enfriamiento rápido en el molde producen los valores más altos de resistencia y dureza.

De ahí se deriva una consecuencia práctica sorprendente: las secciones delgadas resultan proporcionalmente más resistentes que las secciones gruesas. Una pared delgada se enfría más rápido, desarrolla una microestructura más fina y, por tanto, mecánicamente más eficiente. Este comportamiento está gobernado precisamente por las propiedades termofísicas vistas: alta conductividad y calor específico contenido favorecen transitorios térmicos rápidos.

La relación entre propiedades termofísicas y condiciones de colada es, por tanto, bidireccional: las propiedades del material definen los límites térmicos, mientras que los parámetros de proceso —temperatura de inyección, temperatura del molde, eficiencia del enfriamiento— determinan cuánto de ese potencial se traduce en el rendimiento final de la pieza.

Difusividad térmica: el vínculo entre calor específico, densidad y conductividad

Para predecir el comportamiento térmico transitorio de una pieza, un único parámetro resume las tres magnitudes fundamentales: la difusividad térmica. En termodinámica se define como la conductividad térmica dividida por el producto de densidad y calor específico a presión constante, con unidad de medida en m²/s.

α = k / (ρ · c_p)   [m²/s]

La difusividad mide la rapidez con la que una variación de temperatura se propaga dentro del material. Un material con alta difusividad alcanza rápidamente el equilibrio térmico; uno con baja difusividad responde más lentamente a los cambios. Esto es crucial para los transitorios térmicos: la velocidad con la que una pieza de zamak se enfría en el molde, pero también la rapidez con la que un componente en servicio responde a un pico de calor que disipar.

Material	Densidad indicativa	Comportamiento térmico cualitativo
Zamak (ZAMAK)	~6,6 g/cm³	Buena conductividad, densidad elevada: respuesta térmica equilibrada, ideal para geometrías complejas
Aluminio	~2,7 g/cm³	Conductividad muy alta, densidad baja: difusividad elevada, disipación rápida pero requiere cámara fría
Hierro / acero	~7,8 g/cm³	Conductividad inferior a las dos anteriores: respuesta térmica más lenta

La comparación es cualitativa: los valores exactos varían con la temperatura y la composición. El punto es conceptual: la difusividad explica por qué dos materiales con densidad y densidad de las aleaciones de zinc distintas pueden comportarse de forma diferente incluso con la misma conductividad.

Zamak como material para disipadores de calor: comparación con el aluminio

La excelente conductividad térmica y eléctrica del zinc, unida a tolerancias de colada precisas, convierte a las aleaciones de zamak en una opción ideal para disipadores de calor, componentes eléctricos y aplicaciones que requieren blindaje electromagnético. No es solo teoría: es la razón por la que el zamak compite directamente con el aluminio en el ámbito electrónico.

Criterio	Zamak (cámara caliente)	Aluminio (cámara fría)
Conductividad térmica	Buena	Muy alta
Tolerancias de colada	Muy precisas	Menos ajustadas
Complejidad geométrica	Elevada, paredes delgadas	Más limitada
Blindaje EMC	Excelente	Bueno
Proceso	Cámara caliente, ciclo rápido	Cámara fría

La ventaja decisiva del zamak en la gestión térmica no es la conductividad pura —donde el aluminio destaca—, sino la combinación de conductividad adecuada, tolerancias precisas y capacidad de fabricar geometrías complejas con paredes delgadas a costes contenidos. Un disipador o una carcasa con aletas densas, contrasalidas y detalles integrados se produce en zamak mediante fundición a presión en cámara caliente de forma más eficiente que en aluminio. Profundizamos en las diferencias entre zamak y aluminio fundido a presión en un artículo dedicado.

La elección del zamak resulta natural cuando el componente debe integrar varias funciones: disipación térmica, blindaje electromagnético, precisión dimensional y fijaciones mecánicas en una sola pieza. Es el caso típico de muchas carcasas para instrumentación y sensores.

Impacto de los acabados (secuencia Cu-Ni) en la disipación térmica

Un componente de zamak destinado a disipar calor casi siempre se recubre, por razones anticorrosivas y estéticas. La secuencia galvánica de referencia para el niquelado decorativo es el ciclo cobre-níquel (Cu-Ni): una subcapa de cobre (undercoat) es indispensable porque, sin ella, el níquel atacaría el zinc. El cobre actúa como barrera y como base de adherencia.

Cada capa añade una resistencia térmica de contacto: el calor debe atravesar los recubrimientos antes de llegar al ambiente o a la interfaz de disipación. Cobre y níquel son conductores, pero el espesor total del depósito influye en el recorrido térmico. Para componentes cuya función principal es disipar calor, hay que equilibrar protección superficial y conductividad deseada.

A nivel de diseño, esto implica dialogar previamente sobre el espesor de los recubrimientos, el área de contacto térmico y la posible opción de enmascarar las superficies funcionales. Nuestros acabados galvánicos para piezas de zamak se externalizan a socios cualificados, mientras que el ciclo Cu-Ni sigue siendo el fundamento técnico de todo acabado decorativo duradero sobre zamak.

Casos de aplicación Micrometal: gestión térmica en electrónica y automoción

Desde 1991, Micrometal, con sede en Erbusco (Brescia, Italia) y certificación ISO 9001, traduce estas propiedades termofísicas en decisiones productivas concretas. Nuestro parque de máquinas incluye 11 unidades —7 prensas de cámara caliente (Agrati, Italpresse y Frech) y 4 islas robotizadas— con fuerza de cierre de 20 a 90 toneladas.

Nuestra oficina técnica diseña los circuitos de refrigeración del molde teniendo en cuenta precisamente el calor específico y la conductividad de la aleación seleccionada, para optimizar los tiempos de ciclo sin comprometer la integridad de la pieza. Es en esta fase donde las propiedades termofísicas dejan de ser valores tabulados y se convierten en caudal del refrigerante, posición de los canales y geometría de la cavidad.

Los ámbitos de aplicación típicos incluyen carcasas para electrónica con requisitos de blindaje EMC y disipación, y componentes para sistemas de refrigeración en los que el zamak combina precisión dimensional, complejidad geométrica y comportamiento térmico controlado. En ambos casos, la combinación entre la conductividad de la aleación y el acabado Cu-Ni representa una ventaja de diseño, además de estética y anticorrosiva.

Si estás evaluando el zamak para un componente con requisitos de gestión térmica, nuestro equipo técnico puede ayudarte en la selección de la aleación y en el diseño del molde: solicita una consultoría técnica o llama al +39 030 7760830.

Revisión técnica: Marco Sega