La limpieza de piezas es un paso en varios procesos industriales , ya sea como preparación para el acabado de superficies o para proteger componentes delicados. Uno de estos procesos, la galvanoplastia , es particularmente sensible a la limpieza de las piezas, ya que incluso capas delgadas de aceite pueden dificultar la adhesión del recubrimiento .
Los métodos de limpieza incluyen la limpieza con disolventes , la limpieza con detergentes alcalinos calientes , la limpieza electrolítica 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 a fondo y sostener verticalmente la superficie. Los contaminantes hidrófobos , como los aceites, hacen que el agua forme gotas y se rompa, lo que lleva a un drenaje rápido. Por el contrario, las superficies metálicas perfectamente limpias son hidrófilas y retienen una capa de agua ininterrumpida sin formar gotas ni escurrirse. Es importante tener en cuenta que esta prueba puede no detectar contaminantes hidrófilos, pero pueden ser desplazados durante el proceso de galvanoplastia a base de agua. Los surfactantes como el jabón pueden reducir la sensibilidad de la prueba y deben enjuagarse a fondo.
Para las actividades descritas aquí, se utilizan a menudo los términos limpieza de metales, limpieza de superficies metálicas, limpieza de componentes, desengrase, lavado de piezas y limpieza de piezas. Estos términos están muy extendidos en el lenguaje técnico, pero tienen sus defectos. La limpieza de metales se puede confundir fácilmente con el refinamiento de metales no purificados. La limpieza de superficies metálicas y la limpieza de metales no tienen en cuenta el uso cada vez mayor de plásticos y materiales compuestos en este sector. El término limpieza de componentes deja de lado la limpieza de perfiles y chapas de acero y, por último, el desengrase solo 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 la artesanía y la industria" 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 una descripción de varios factores, que se describen en la primera imagen anterior.
En primer lugar, hay que tener en cuenta las piezas que se van a limpiar. Pueden ser secciones, chapas y alambres no procesados o apenas procesados, pero también piezas mecanizadas o componentes ensamblados que necesitan limpieza. Por tanto, pueden estar compuestos de distintos metales o de distintas combinaciones de metales. Los plásticos y los materiales compuestos son muy comunes y están aumentando porque, por ejemplo, la industria del automóvil , entre otras, utiliza cada vez más materiales más ligeros.
La masa puede ser muy importante para la selección de los métodos de limpieza. Por ejemplo, los grandes pozos de los barcos suelen limpiarse manualmente, mientras que los pozos pequeños de los aparatos eléctricos suelen limpiarse en grandes cantidades en plantas altamente automatizadas.
Igualmente importante es la geometría de las piezas. Uno de los mayores retos en este campo técnico son los agujeros largos, finos, ramificados y roscados, que pueden 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 limpiar con precisión los agujeros perforados bajo alta presión.
Las piezas suelen estar cubiertas por sustancias no deseadas, contaminantes o suciedad. La definición que se utiliza es bastante diferente. En determinados casos, estas capas pueden ser deseables: por ejemplo, es posible que no se desee eliminar una capa de pintura , sino solo el material que se encuentra encima. En otros casos, cuando es necesario proteger contra grietas, hay que eliminar la capa de pintura, ya que se considera una sustancia no deseada.
La clasificación de la suciedad sigue la estructura de capas, comenzando por el 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 puede estructurarse según el tipo de entrada de energía: [1]
La capa de contaminación puede luego clasificarse además según:
La Sociedad Americana de Pruebas y Materiales ( ASTM ) presenta seis grupos de contaminantes en su manual "Elección de un proceso de limpieza" y los relaciona con los métodos de limpieza más comunes, y se analiza 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 hay que tener en cuenta muchos aspectos diferentes al elegir un proceso, esto solo puede servir como una primera orientación. Los grupos de contaminantes se indican:
Para seleccionar los equipos y los medios adecuados, también hay que saber qué cantidad y qué rendimiento hay que manejar. En las fábricas más grandes, casi siempre se limpian pequeñas cantidades de forma económica [ necesitamos una aclaración ] . Además, hay que determinar el método de fijación de precios. A veces es necesario fijar las piezas delicadas en cajas. Cuando se trata de grandes cantidades, se puede utilizar la carga a granel, pero es difícil conseguir un nivel de limpieza suficiente con piezas planas adheridas entre sí. El secado también puede resultar difícil en estos casos.
Otro aspecto a tener en cuenta es el lugar de limpieza. La limpieza en un taller requiere métodos diferentes a los que se realizan en el lugar de trabajo, como puede ser el caso de los trabajos de mantenimiento y reparación.
Por lo general, la limpieza se lleva a cabo en un taller. Algunos métodos comunes incluyen el desengrasado con disolventes , el desengrasado con vapor y el uso de un lavador de piezas acuoso . Las empresas a menudo desean que la carga, descarga 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 (fabricación especial). Se utilizan habitualmente equipos de limpieza centralizados, 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 plantas industriales.
En primer lugar, se pueden diferenciar las siguientes técnicas (ordenadas de más a menos avanzadas tecnológicamente):
El proceso puede realizarse en un solo paso, lo que 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 los pasos que no son de limpieza pueden estar integrados en tales plantas, como la aplicación de capas de protección contra la corrosión o la fosfatación . La limpieza también puede ser simple: los procesos de limpieza se integran en otros procesos, como es el caso de la galvanoplastia o el galvanizado , donde generalmente sirve como un paso de pretratamiento.
El siguiente procedimiento es bastante común:
Cada una de estas etapas puede tener lugar en su propio baño, cámara o, en el caso de la limpieza por aspersión, en su propia zona (equipo de línea o de varias cámaras). Pero a menudo estas etapas pueden tener una sola cámara en 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 los medios líquidos, se pueden utilizar los siguientes limpiadores: agentes acuosos, agentes semiacuosos (una emulsión de disolventes y agua), disolventes a base de hidrocarburos y disolventes halogenados. Por lo general, estos últimos se denominan agentes clorados, pero también se pueden utilizar sustancias bromadas y fluoradas. Los agentes clorados utilizados tradicionalmente, TCE y PCE , que son peligrosos, ahora solo 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 desarrollados recientemente, como los ésteres de ácidos grasos hechos de grasas y aceites naturales, los alcoholes modificados y los ésteres dibásicos .
Los limpiadores acuosos son en su mayoría una combinación de varias sustancias como coadyuvantes alcalinos, surfactantes y agentes secuestrantes. En la limpieza de metales ferrosos, se añaden inhibidores de óxido al limpiador acuoso para evitar la oxidación repentina después del lavado. Su uso está en aumento, ya que sus resultados han demostrado ser, en la mayoría de los casos, tan buenos o mejores que los de los limpiadores de hidrocarburos. Los residuos generados son menos peligrosos, lo que reduce los costos de eliminación.
Los limpiadores acuosos tienen ventajas en lo que respecta 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 los aceites y las grasas, pero tienen riesgos para la salud y el medio ambiente. Además, la mayoría de los solventes son inflamables y generan peligros de incendio y explosión. Hoy en día, con el equipo adecuado para lavado de piezas industriales , se acepta que los limpiadores acuosos eliminan el aceite y la grasa con la misma facilidad que los solventes.
Otro método es el de limpieza con medios sólidos (granallado), que comprende el proceso de hielo seco con CO2 : para requisitos más exigentes, se utilizan pellets, mientras que para materiales o componentes más sensibles se aplica CO2 en forma de nieve. Una desventaja es el alto consumo de energía necesario para fabricar hielo seco.
Por último, pero no por ello menos importante, existen procesos que no utilizan 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 métodos diferentes y combinaciones de estos métodos:
Finalmente, cada paso de limpieza se describe por el tiempo que las piezas a limpiar pasan en la respectiva zona, baño o cámara, y por lo tanto el medio, la temperatura y la agitación pueden afectar la contaminación.
Todo equipo de limpieza necesita un periférico, que describe las medidas y los equipos que se utilizan, por un lado, para el mantenimiento y el control de los baños y, por otro, para la protección de las personas y del medio ambiente.
En la mayoría de las plantas, los agentes de limpieza se hacen circular hasta que su poder de limpieza se ha reducido y se ha alcanzado el nivel máximo tolerable de contaminantes. Para retrasar al máximo el cambio de baño, se utilizan sofisticados accesorios de tratamiento que eliminan los contaminantes y los agentes usados del sistema. Es necesario añadir agentes de limpieza nuevos o partes de los mismos, lo que requiere un control del baño. Este último se facilita cada vez más en línea y permite así un cambio de baño asistido por ordenador. Con la ayuda de separadores de aceite, agentes demulsionantes y evaporadores, los procesos acuosos se pueden llevar a cabo "sin aguas residuales". El cambio completo de baños solo 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, apagado automático del suministro eléctrico, recarga automática y afilado 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 disolventes volátiles, balsas de retención, extracción, tratamiento y eliminación de los desechos resultantes. Los procesos de limpieza basados en disolventes tienen la ventaja de que la suciedad y el agente de limpieza se pueden separar más fácilmente, mientras que en los procesos acuosos es más complejo.
En los procesos sin medios de limpieza, como la ablación láser y la limpieza por vibración, solo es necesario eliminar la suciedad eliminada, ya que no se utiliza ningún agente de limpieza. En los procesos como el chorro de CO2 y la limpieza automática con cepillos se generan muy pocos residuos, a costa de un mayor gasto energético.
Es difícil estandarizar los requisitos de calidad de las superficies limpiadas en relación con el proceso posterior (p. ej., recubrimiento, 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 los procesos de corte), pero esto no aborda todas las complejidades de la limpieza.
Las reglas más generales incluyen la clasificación en limpieza intermedia, limpieza final, limpieza de precisión y limpieza crítica (ver tabla), que en la práctica se consideran solo como una guía general.
Por tanto, se sigue aplicando la regla general de que los requisitos de calidad se cumplen si el proceso posterior (véase más abajo) no ocasiona ningún problema. Por ejemplo, una capa de pintura no se descascara antes de que finalice el periodo de garantía.
Cuando esto no es suficiente, sobre todo en el caso de pedidos externos, debido a la falta de estándares, a menudo existen requisitos específicos del cliente en cuanto a contaminación restante, protección contra la corrosión, manchas y nivel de brillo, etc.
Por lo tanto, los métodos de medición para asegurar la calidad no juegan un papel más importante en los talleres, aunque existe una amplia gama de métodos diferentes, desde el control visual sobre métodos de prueba simples (prueba de rotura de agua, prueba de limpieza, medición del ángulo de contacto, tintas de prueba, prueba de cinta, entre otros) hasta métodos de análisis complejos ( prueba gravimétrica , conteo de partículas, espectroscopia infrarroja , espectroscopia de descarga luminiscente, análisis de rayos X de energía dispersiva, microscopía electrónica de barrido y métodos electroquímicos, entre otros). Solo hay 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 hicieron mayores avances en esta área [5].
La situación general ha cambiado debido al aumento drástico de los requisitos de limpieza para determinados componentes de la industria del automóvil. Por ejemplo, los sistemas de frenos y de inyección de combustible deben tener diámetros cada vez más pequeños y deben soportar presiones cada vez más altas. Por lo tanto, una contaminación por partículas muy pequeñas puede provocar grandes problemas. Debido a la velocidad creciente de la innovación, la industria no puede permitirse el lujo de detectar posibles fallos en una fase 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, agentes y procesos de limpieza, los procesos posteriores, es decir, el procesamiento posterior de las piezas limpiadas, son de especial interés.
La clasificación sigue básicamente la teoría del trabajo del metal:
Con el tiempo, se establecieron valores empíricos sobre la eficacia que debe tener la limpieza para garantizar los procesos durante el período de garantía y más allá. La elección del método de limpieza suele empezar desde aquí.
Los detalles anteriores ilustran la extrema complejidad de este campo específico. Pequeñas variaciones en los requisitos pueden dar lugar a procesos completamente diferentes. Cada vez es más importante conseguir la limpieza requerida de la forma más rentable posible y minimizando continuamente los riesgos para la salud y el medio ambiente, ya que la limpieza se ha convertido en un elemento central para la cadena de suministro en la fabricación. [6] Las empresas solicitantes suelen confiar en sus proveedores, quienes, gracias a su amplia 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 ámbito tecnológico. Para que los profesionales estén en condiciones de considerar todas las posibilidades relevantes que satisfagan sus requisitos, algunos institutos han desarrollado diferentes herramientas:
SAGE: Lamentablemente, ya no está en funcionamiento. El sistema integral de expertos para la limpieza y el desengrasado de piezas proporcionaba una lista clasificada con procesos relativamente generales de alternativas de disolventes y procesos. Fue 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 buenas prácticas en siete idiomas con procesos completos y específicos, registrados directamente en las empresas. Contiene además una herramienta de evaluación integrada, que cubre las áreas de tecnología, calidad, seguridad y salud en el trabajo, protección del medio ambiente y costes. También incluye un glosario completo (en siete idiomas, enlace a continuación).
Limpieza de componentes: 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 y agentes de limpieza adecuados (solo en alemán, consulte el enlace a continuación).
TURI, Toxic Use Reduction Institute: Departamento de la Universidad de Lowell, Massachusetts (EE.UU.). El laboratorio de TURI lleva 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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