La limpieza de piezas es un paso en diversos procesos industriales , ya sea como preparación para el acabado de superficies o para salvaguardar componentes delicados. Uno de esos procesos, la galvanoplastia , es particularmente sensible a la limpieza de las piezas, ya que incluso las capas finas de aceite pueden dificultar la adhesión del recubrimiento .
Los métodos de limpieza abarcan la limpieza con disolventes , la limpieza con detergentes alcalinos calientes , la electrolimpieza y el grabado ácido . En entornos industriales, la prueba de rotura de agua es una práctica común para evaluar la limpieza de la maquinaria. Esta prueba implica enjuagar minuciosamente y sostener verticalmente la superficie. Los contaminantes hidrofóbicos , como los aceites, hacen que el agua forme gotas y se rompa, lo que provoca un drenaje rápido. Por el contrario, las superficies metálicas perfectamente limpias son hidrófilas y retienen una lámina de agua intacta sin formar gotas ni escurrirse. Es importante tener en cuenta que es posible que esta prueba no detecte contaminantes hidrófilos, pero pueden desplazarse durante el proceso de galvanoplastia a base de agua. Los tensioactivos como el jabón pueden reducir la sensibilidad de la prueba y deben enjuagarse bien.
Para las actividades aquí descritas, a menudo se encuentran los siguientes términos: limpieza de metales, limpieza de superficies metálicas, limpieza de componentes, desengrasado, lavado de piezas y limpieza de piezas. Están bien establecidos en el uso del lenguaje técnico, pero tienen sus deficiencias. La limpieza de metales puede confundirse fácilmente con el refinamiento de metales no purificados. La limpieza de superficies metálicas y la limpieza de metales no consideran el uso cada vez mayor de plásticos y materiales compuestos en este sector. El término limpieza de componentes excluye la limpieza de perfiles y chapas de acero y, finalmente, desengrasar sólo describe una parte del tema, ya que en la mayoría de los casos también hay que eliminar virutas, finos, partículas, sales, etc.
Los términos "limpieza de piezas comerciales e industriales", "limpieza de piezas en el sector artesanal e industrial" o "limpieza de piezas comerciales" probablemente describan mejor este campo de actividad. Hay algunos especialistas que prefieren el término "limpieza de piezas industriales", porque quieren excluir el mantenimiento de edificios, habitaciones, áreas, ventanas, pisos, tanques, maquinaria, higiene , lavado de manos, duchas y otros objetos no comerciales.
Las actividades de limpieza en este sector sólo pueden caracterizarse suficientemente mediante la descripción de varios factores. Estos se describen en la primera imagen de arriba.
Primero, considere las piezas a limpiar. Pueden contener perfiles, chapas y alambres sin procesar o apenas procesados, pero también piezas mecanizadas o componentes ensamblados que necesitan limpieza. Por tanto, pueden estar compuestos de diferentes metales o diferentes combinaciones de metales. Los plásticos y los materiales compuestos se encuentran con frecuencia y, de hecho, van en aumento porque, por ejemplo, la industria del automóvil , entre otras, utiliza cada vez más materiales y más ligeros.
La masa puede ser muy importante para la selección de métodos de limpieza. Por ejemplo, los pozos grandes de los barcos suelen limpiarse manualmente, mientras que los pozos pequeños de los aparatos eléctricos suelen limpiarse en masa en plantas altamente automatizadas.
Igualmente importante es la geometría de las piezas. Uno de los mayores retos en este campo técnico son los agujeros roscados largos, finos, ramificados y que podrían contener virutas atascadas. La alta presión y el proceso de lavado a presión son una forma de eliminar estas virutas, así como los robots , que están programados para lavar exactamente los agujeros perforados bajo alta presión.
Las piezas suelen estar cubiertas de sustancias no deseadas, contaminantes o suciedad. La definición utilizada es bastante diferente. En ciertos casos, estos recubrimientos pueden ser deseables: por ejemplo, es posible que no se desee eliminar una capa de pintura sino sólo el material de encima. En otros casos, cuando es necesario proteger contra grietas, hay que quitar la capa de pintura, ya que se considera una sustancia no deseada.
La clasificación de la suciedad sigue la estructura de capas, partiendo del material base:
Ver ilustración 2: Estructura de una superficie metálica [1]
Cuanto más cerca esté una capa de la superficie del sustrato, más energía se necesitará para eliminarla. En consecuencia, la limpieza en sí se puede estructurar según el tipo de aporte energético: [1]
La capa de contaminación puede luego clasificarse según:
La Sociedad Americana de Pruebas y Materiales ( ASTM ) presenta seis grupos de contaminaciones en su manual "Elección de un proceso de limpieza" y los relaciona con los métodos de limpieza más comunes, se discute la idoneidad de los métodos de limpieza para la eliminación de un contaminante determinado. [2] Además, enumeran procesos de limpieza ejemplares para diferentes aplicaciones típicas. Dado que a la hora de elegir un proceso hay que tener en cuenta muchos aspectos diferentes, esto sólo puede servir como una primera orientación. Los grupos de contaminantes se indican:
Para seleccionar el equipo y los medios adecuados también se debe saber qué cantidad y qué rendimiento se debe manejar. En las fábricas más grandes, prácticamente siempre se limpian pequeñas cantidades de forma económica [ se necesita aclaración ] . Además, es necesario determinar el método de fijación de precios. A veces es necesario fijar las piezas sensibles en cajas. Cuando se trata de grandes cantidades, se puede utilizar la carga a granel, pero es difícil lograr un nivel suficiente de limpieza con piezas planas pegadas entre sí. El secado también puede resultar complicado en estos casos.
Otra consideración es el lugar de limpieza. La limpieza en un taller requiere métodos diferentes a la limpieza que se realiza en obra, como puede ser el caso de los trabajos de mantenimiento y reparación.
Normalmente la limpieza se realiza en un taller. Varios métodos comunes incluyen el desengrasado con solventes , el desengrasado con vapor y el uso de un limpiador de piezas acuoso . Las empresas suelen querer que la carga, carga y descarga se integren en la línea de producción, que es mucho más exigente en cuanto a tamaño y capacidad del sistema de limpieza.
Estos sistemas de limpieza suelen cumplir exactamente los requisitos en cuanto a piezas, contaminantes y métodos de carga (producción especial). Generalmente se utilizan equipos de limpieza central, a menudo construidos como sistemas multitarea. Estos sistemas pueden adaptarse a diferentes requisitos de limpieza. Ejemplos típicos son los lavabos o las pequeñas máquinas de limpieza , que se encuentran en muchas instalaciones industriales.
En primer lugar, se pueden diferenciar entre las siguientes técnicas (ordenadas de mayor a menor avanzada tecnológicamente):
El proceso se puede realizar en un solo paso, lo cual es especialmente cierto para la limpieza manual, pero normalmente requiere varios pasos. Por lo tanto, no es raro encontrar de 10 a 20 pasos en plantas grandes, por ejemplo, para la industria médica y óptica. Esto puede ser especialmente complejo porque en instalaciones de este tipo se pueden integrar pasos no relacionados con la limpieza, como la aplicación de capas protectoras contra la corrosión o la fosfatación . La limpieza también puede ser sencilla: los procesos de limpieza se integran en otros procesos, como es el caso de la galvanoplastia o la galvanización , donde suele servir como paso de pretratamiento.
El siguiente procedimiento es bastante común:
Cada uno de estos pasos podrá realizarse en su propio baño, cámara o, en caso de limpieza por aspersión, en su propia zona (equipo de línea o multicámara). Pero a menudo estos pasos pueden tener una única cámara a la que se bombean los respectivos medios (instalación de una sola cámara).
Los medios de limpieza juegan un papel importante ya que eliminan los contaminantes del sustrato.
Para medios líquidos, se pueden utilizar los siguientes limpiadores: agentes acuosos, agentes semiacuosos (una emulsión de solventes y agua), solventes a base de hidrocarburos y solventes halogenados. Normalmente, estos últimos se denominan agentes clorados, pero también se pueden utilizar sustancias bromadas y fluoradas. Los agentes clorados tradicionalmente utilizados, TCE y PCE , que son peligrosos, ahora sólo se aplican en plantas herméticas y los modernos sistemas de cambio de volumen limitan las emisiones. En el grupo de disolventes a base de hidrocarburos, hay algunos agentes recientemente desarrollados como ésteres de ácidos grasos hechos de grasas y aceites naturales, alcoholes modificados y ésteres dibásicos .
Los limpiadores acuosos son principalmente una combinación de diversas sustancias como mejoradores alcalinos, tensioactivos y agentes secuestrantes. Con la limpieza de metales ferrosos, se agregan inhibidores de óxido al limpiador acuoso para evitar la oxidación repentina después del lavado. Su uso va en aumento ya que sus resultados han demostrado ser tan buenos o mejores que los limpiadores de hidrocarburos. Los residuos generados son menos peligrosos, lo que reduce los costes de eliminación.
Los limpiadores acuosos tienen ventajas en cuanto a partículas y contaminantes polares y solo requieren mayores aportes de energía mecánica y térmica para ser efectivos, mientras que los solventes eliminan más fácilmente aceites y grasas pero tienen riesgos para la salud y el medio ambiente. Además, la mayoría de los disolventes son inflamables y generan riesgos de incendio y explosión. Hoy en día, con equipos de lavado de piezas industriales adecuados , se acepta que los limpiadores acuosos eliminan el aceite y la grasa tan fácilmente como los disolventes.
Otro enfoque es con medios de limpieza sólidos (granallado), que comprende el proceso de hielo seco con CO 2 : para requisitos más exigentes, se utilizan pellets mientras que para materiales o componentes más sensibles se aplica CO 2 en forma de nieve. Un inconveniente es el alto consumo de energía necesario para fabricar hielo seco.
Por último, pero no menos importante, existen procesos sin medios como vibración, láser, cepillado y sistemas de soplado/escape.
Todos los pasos de limpieza se caracterizan por los medios y las temperaturas aplicadas y su agitación/aplicación individual (impacto mecánico). Existe una amplia gama de diferentes métodos y combinaciones de estos métodos:
Finalmente, cada paso de limpieza se describe por el tiempo que las piezas a limpiar pasan en la zona, baño o cámara respectiva y, por lo tanto, el medio, la temperatura y la agitación pueden afectar la contaminación.
Cada elemento del equipo de limpieza necesita lo que se denomina periferia. Este término describe medidas y equipos, por un lado, para el mantenimiento y control de baños y, por otro, para la protección de las personas y el medio ambiente.
En la mayoría de las plantas, los agentes de limpieza circulan hasta que su poder de limpieza finalmente disminuye y alcanza el nivel máximo de contaminante tolerable. Para retrasar al máximo el cambio del baño, se utilizan sofisticados accesorios de tratamiento que eliminan los contaminantes y los agentes agotados del sistema. Es necesario complementar con agentes de limpieza nuevos o partes de ellos, lo que requiere un control del baño. Esto último se facilita cada vez más online y permite así un cambio de bañera asistido por ordenador. Con la ayuda de separadores de aceite, agentes desemulsionantes y evaporadores se pueden realizar procesos acuosos "sin aguas residuales". El cambio completo de los baños sólo es necesario cada 3 a 12 meses.
Cuando se utilizan disolventes orgánicos, el método preferido para lograr una larga vida útil del baño es la destilación, un método especialmente eficaz para separar contaminantes y agentes.
La periferia también incluye medidas para proteger a los trabajadores como encapsulamiento, corte automático del suministro eléctrico, recarga y afilado automático de medios (por ejemplo, técnica de lanzadera de gas), medidas de prevención de explosiones, ventilación por extracción, etc., y también medidas para proteger el medio ambiente, por ejemplo captura de solventes volátiles, embalses, extracción, tratamiento y disposición de los desechos resultantes. Los procesos de limpieza basados en disolventes tienen la ventaja de que la suciedad y el agente limpiador se pueden separar más fácilmente, mientras que en los procesos acuosos es más complejo.
En procesos sin medios de limpieza, como la ablación por láser y la limpieza por vibración, solo se debe eliminar la suciedad eliminada, ya que no se utiliza ningún agente de limpieza. En procesos como la voladura de CO 2 y la limpieza automática con cepillo se generan muy pocos residuos a expensas de mayores costes energéticos.
Es difícil estandarizar los requisitos de calidad para las superficies limpias en relación con el siguiente proceso (p. ej. revestimiento, tratamiento térmico) o desde el punto de vista de la funcionalidad técnica. Sin embargo, es posible utilizar clasificaciones generales. En Alemania se intentó definir la limpieza como una subcategoría del tratamiento de metales (DIN 8592: Limpieza como subcategoría de procesos de corte), pero esto no permite abordar todas las complejidades de la limpieza.
Las reglas bastante generales incluyen la clasificación en limpieza intermedia, limpieza final, limpieza de precisión y limpieza crítica (ver tabla), que en la práctica se considera sólo una pauta general.
Por lo tanto, se sigue la regla general de que se cumplen los requisitos de calidad si el proceso posterior (ver más abajo) no causa ningún problema. Por ejemplo, una capa de pintura no se desprende antes de que finalice el período de garantía.
Cuando esto no es suficiente, especialmente en el caso de pedidos externos, debido a la falta de normas, a menudo existen requisitos específicos del cliente en cuanto a suciedad restante, protección contra la corrosión, manchas y nivel de brillo, etc.
Por lo tanto, los métodos de medición para garantizar la calidad no juegan un papel importante en los talleres, aunque existe una amplia gama de métodos diferentes, desde el control visual hasta métodos de prueba simples (prueba de rotura de agua, prueba de limpieza, medición del ángulo de contacto, tintas de prueba, cinta test, entre otros) hasta métodos de análisis complejos ( ensayo gravimétrico , recuento de partículas, espectroscopia infrarroja , espectroscopia de descarga luminiscente, análisis de rayos X de energía dispersiva , microscopía electrónica de barrido y métodos electroquímicos, entre otros). Sólo existen unos pocos métodos que se pueden aplicar directamente en la línea y que ofrecen resultados reproducibles y comparables. No fue hasta hace poco que se lograron mayores avances en esta área [5]
Entretanto, la situación general ha cambiado debido al drástico aumento de los requisitos de limpieza para determinados componentes de la industria del automóvil. Por ejemplo, los sistemas de frenos y los sistemas de inyección de combustible deben equiparse con diámetros cada vez más pequeños y deben soportar presiones cada vez más altas. Por lo tanto, una contaminación por partículas muy pequeña puede provocar grandes problemas. Debido a la creciente velocidad de la innovación, la industria no puede darse el lujo de identificar posibles fallas en una etapa relativamente tardía. Por ello, se desarrolló la norma VDA 19/ISO 16232 'Vehículos de carretera - Limpieza de componentes de circuitos de fluidos' que describe métodos que pueden controlar el cumplimiento de los requisitos de limpieza.
A la hora de elegir técnicas de limpieza, productos de limpieza y procesos de limpieza, son de especial interés los procesos posteriores, es decir, el procesamiento posterior de las piezas limpias.
La clasificación sigue básicamente la teoría del trabajo del metal:
Con el tiempo, se establecieron valores empíricos sobre qué tan eficiente debe ser la limpieza para asegurar los procesos durante el período de garantía particular y más allá. La elección del método de limpieza suele comenzar desde aquí.
Los detalles anteriores ilustran cuán extremadamente complejo es este campo específico. Pequeñas variaciones en los requisitos pueden provocar procesos completamente diferentes. Cada vez es más importante conseguir la limpieza necesaria de la manera más rentable posible y con riesgos para la salud y el medio ambiente continuamente minimizados, porque la limpieza se ha vuelto de importancia central para la cadena de suministro en la fabricación. [6] Las empresas solicitantes suelen confiar en sus proveedores, quienes, debido a su gran experiencia, sugieren equipos y procesos adecuados, que luego se adaptan a los requisitos detallados en estaciones de prueba en las instalaciones del proveedor. Sin embargo, están limitados a su alcance tecnológico. Para que los profesionales estén en condiciones de considerar todas las posibilidades relevantes que satisfagan sus necesidades, algunos institutos han desarrollado diferentes herramientas:
SAGE: Desafortunadamente, el sistema experto integral para limpieza y desengrase de piezas, que ya no está en funcionamiento, proporcionó una lista clasificada con procesos relativamente generales de solventes y alternativas de proceso. Desarrollado por el Programa de Limpieza de Superficies del Research Triangle Institute , Raleigh, Carolina del Norte , EE. UU., en cooperación con la EPA de EE. UU. (antes estaba disponible en: http://clean.rti.org/).
Cleantool: Base de datos de 'Best Practices' en siete idiomas con procesos integrales y específicos, registrados directamente en las empresas. Contiene además una herramienta de evaluación integrada, que cubre las áreas de tecnología, calidad, salud y seguridad en el trabajo, protección del medio ambiente y costes. También se incluye un glosario completo (siete idiomas, enlace ver más abajo).
Bauteilreinigung: un sistema de selección para la limpieza de componentes desarrollado por la Universidad de Dortmund , que ayuda a los usuarios a analizar sus tareas de limpieza con respecto a los procesos de limpieza y agentes de limpieza adecuados (solo en alemán, ver enlace a continuación).
TURI, Instituto para la Reducción del Uso de Tóxicos: Departamento de la Universidad de Lowell, Massachusetts (EE.UU.). El laboratorio de TURI ha estado realizando evaluaciones de productos de limpieza alternativos desde 1993. La mayoría de estos productos fueron diseñados para la limpieza de superficies metálicas. Los resultados están disponibles en línea a través de la base de datos del laboratorio del Instituto.
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