Limpieza de piezas

En primer lugar, consideremos las piezas que se van a limpiar. Estas pueden incluir secciones, láminas y alambres sin procesar o con un procesamiento mínimo, así como piezas mecanizadas o componentes ensamblados que requieren limpieza. Por lo tanto, pueden estar compuestas de diferentes metales o distintas combinaciones de metales. Es frecuente encontrar plásticos y materiales compuestos , cuyo uso está en aumento, ya que, por ejemplo, la industria automotriz , entre otras, utiliza cada vez más materiales ligeros.

La masa puede ser un factor muy importante a la hora de seleccionar los métodos de limpieza. Por ejemplo, los grandes ejes de los barcos suelen limpiarse manualmente, mientras que los pequeños ejes de los aparatos eléctricos se limpian a menudo en grandes cantidades en plantas altamente automatizadas.

Igualmente importante es la geometría de las piezas. Los orificios largos, delgados, ramificados y roscados, que podrían contener virutas atascadas, representan uno de los mayores desafíos en este campo técnico. La alta presión y el lavado a presión son una forma de eliminar estas virutas, así como los robots , programados para limpiar con precisión los orificios perforados a alta presión.

Las piezas suelen estar cubiertas de sustancias no deseadas, contaminantes o suciedad. La definición utilizada varía considerablemente. En algunos casos, estas cubiertas pueden ser deseables; por ejemplo, puede que no se desee eliminar la capa de pintura , sino solo el material que la recubre. En otros casos, cuando es necesario proteger las 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 desde el material base:

• Capa límite deformada, > 1  μm
• Capa de reacción, 1–10  nm
• Capa de sorción, 1–10  nm
• Capa de contaminación, > 1  μm

Véase la 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 misma puede estructurarse según el tipo de aporte de energía: ^{[ 1 ]}

• Mecánico – abrasivo: chorro de arena, rectificado
• Mecánicos – no abrasivos: agitación, mezcla, ultrasonidos , pulverización
• Térmico-reactivo: tratamiento térmico muy por encima de 100 °C en gases reactivos.
• Térmico – no reactivo: temperatura inferior a 100 °C, aumento de la temperatura del baño, desengrasado por vapor.
• Químicos – abrasivos/reactivos: decapado en líquidos, asistido por plasma , limpieza por pulverización catódica , electropulido
• Químicos – no reactivos: disolventes orgánicos, soluciones acuosas, _CO₂ supercrítico

La capa de contaminación puede clasificarse posteriormente según:

• Origen
• Composición: por ejemplo, los lubricantes refrigerantes pueden tener composiciones diferentes. Algunos componentes individuales pueden causar grandes problemas, especialmente para los operarios de limpieza de talleres, que no tienen control sobre los procesos previos y, por lo tanto, desconocen los contaminantes. Por ejemplo, los silicatos pueden obstaculizar la nitruración .
• Estado de agregación
• Propiedades químicas y físicas

La Sociedad Estadounidense para 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, analizando la idoneidad de estos métodos para la eliminación de un contaminante determinado. ^{[ 2 ]} Además, enumeran procesos de limpieza ejemplares para diferentes aplicaciones típicas. Dado que al elegir un proceso se deben considerar muchos aspectos diferentes, esto solo puede servir como una primera orientación. Los grupos de contaminantes se indican a continuación:

• compuestos de dibujo pigmentados
• Aceite y grasa sin pigmentar
• Virutas y fluidos de corte
• Compuestos para pulir y abrillantar
• Óxido y cascarilla
• Otros

Para seleccionar el equipo y los medios adecuados, es necesario conocer la cantidad y el volumen de material a procesar. En fábricas grandes, la limpieza de pequeñas cantidades casi nunca resulta económica . Además, es preciso determinar el método de tarificación. En ocasiones, las piezas delicadas deben fijarse en cajas. Al procesar grandes cantidades, se puede utilizar la carga a granel, pero resulta difícil lograr un nivel de limpieza suficiente con piezas planas que se adhieren entre sí. El secado también puede ser complicado en estos casos.

Otro aspecto a considerar es el lugar de limpieza. La limpieza en un taller requiere métodos diferentes a los de la limpieza que se realiza in situ, como suele ser el caso en trabajos de mantenimiento y reparación.

Por lo general, la limpieza se realiza en un taller. Algunos métodos comunes incluyen el desengrase con solventes , el desengrase por vapor y el uso de una lavadora de piezas acuosa . Las empresas suelen querer que la carga, descarga y manipulación se integren en la línea de producción, lo que supone un mayor desafío en cuanto al tamaño y la capacidad del sistema de limpieza.

Estos sistemas de limpieza suelen ajustarse con precisión a los requisitos de piezas, contaminantes y métodos de carga (producción especial). Es común el uso de equipos de limpieza centralizados, a menudo integrados en sistemas multifuncionales. Estos sistemas se adaptan a diferentes necesidades de limpieza. Ejemplos típicos son las estaciones de lavado o las pequeñas máquinas de limpieza , presentes en muchas plantas industriales.

En primer lugar, se pueden diferenciar las siguientes técnicas (ordenadas de la más a la menos avanzada tecnológicamente):

• Manual
• Mecánico
• Automático
• Robot compatible

El proceso puede realizarse en un solo paso, especialmente en la limpieza manual, pero normalmente requiere varios. Por lo tanto, no es raro encontrar entre 10 y 20 pasos en grandes plantas, por ejemplo, en la industria médica y óptica. Esto puede resultar particularmente complejo, ya que en dichas plantas pueden integrarse pasos que no son de limpieza, como la aplicación de capas de protección contra la corrosión o el fosfatado . La limpieza también puede ser sencilla: los procesos de limpieza se integran en otros procesos, como ocurre con la galvanoplastia o el galvanizado , donde suele servir como paso de pretratamiento.

El siguiente procedimiento es bastante común:

1. Limpieza previa
2. Limpieza principal
3. Enjuague
4. Enjuague con agua desionizada
5. Enjuague con protección anticorrosión
6. El secado

Cada una de estas etapas puede realizarse en su propio baño, cámara o, en el caso de la limpieza por aspersión, en su propia zona (equipo lineal o multicámara). Sin embargo, a menudo estas etapas se llevan a cabo en una sola cámara a la que se bombean los respectivos fluidos (planta de una sola cámara).

Los medios de limpieza desempeñan 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 disolventes y agua), disolventes a base de hidrocarburos y disolventes halogenados. Generalmente, 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 solo se aplican en plantas herméticas y los modernos sistemas de desplazamiento de volumen limitan cualquier emisión. En el grupo de disolventes a base de hidrocarburos, existen algunos agentes de reciente desarrollo como ésteres de ácidos grasos elaborados a partir de grasas y aceites naturales, alcoholes modificados y ésteres dibásicos .

Los limpiadores acuosos suelen ser una combinación de diversas sustancias, como agentes alcalinos, tensioactivos y secuestrantes. Para la limpieza de metales ferrosos, se añaden inhibidores de óxido al limpiador acuoso para prevenir la oxidación instantánea tras el lavado. Su uso está en aumento, ya que sus resultados han demostrado ser, en la mayoría de los casos, tan buenos o incluso mejores que los de los limpiadores de hidrocarburos. Los residuos generados son menos peligrosos, lo que reduce los costes de eliminación.

Los limpiadores acuosos presentan ventajas en cuanto a la eliminación de partículas y contaminantes polares, y solo requieren un mayor aporte de energía mecánica y térmica para ser eficaces. En cambio, los solventes eliminan aceites y grasas con mayor facilidad, pero conllevan riesgos para la salud y el medio ambiente. Además, la mayoría de los solventes son inflamables y generan riesgos de incendio y explosión. Actualmente, con el equipo adecuado para el 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 consiste en utilizar medios de limpieza sólidos (chorro de arena), que incluyen el proceso de hielo seco _con CO₂ : para requisitos más exigentes, se utilizan gránulos, 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 producir hielo seco.

Por último, pero no por ello menos importante, existen procesos que no utilizan ningún medio, como la vibración, el láser, el cepillado y los sistemas de soplado/escape.

Todos los pasos de limpieza se caracterizan por los medios y las temperaturas aplicadas, así como por su agitación/aplicación individual (impacto mecánico). Existe una amplia gama de métodos diferentes y combinaciones de estos métodos:

• Voladura
• Ebullición a presión
• Limpieza con dióxido de carbono
• Circulación del baño
• Inundación
• Inyección de gas o aire en el baño
• Hidrosón
• inundación por inyección
• Megasonic, ver limpieza megasónica
• Movimiento de las piezas (giro, oscilación, pivote)
• Proceso de lavado a presión
• inundación por presión
• Rociando
• Aspersión
• Ultrasonido, véase limpieza ultrasónica

Finalmente, cada paso de limpieza se describe por el tiempo que las piezas a limpiar permanecen en la zona, baño o cámara correspondiente, por lo que el medio, la temperatura y la agitación pueden afectar la contaminación.

Cada elemento del equipo de limpieza necesita un sistema periférico. Este término describe las medidas y el equipamiento necesarios, por un lado, para el mantenimiento y control de los baños y, por otro, para la protección de las personas y el medio ambiente.

En la mayoría de las plantas, el agente de limpiezaLos productos se hacen circular hasta que su poder de limpieza disminuye y alcanza el nivel máximo tolerable de contaminantes. Para retrasar al máximo el cambio de baño, se utilizan accesorios de tratamiento sofisticados que eliminan los contaminantes y los agentes usados ​​del sistema. Es necesario reponer agentes de limpieza nuevos o partes de ellos, lo que requiere un control del baño. Este control se realiza cada vez más en línea, lo que permite un cambio de baño asistido por ordenador. Con la ayuda de separadores de aceite, agentes desemulsionantes y evaporadores, los procesos acuosos pueden llevarse a cabo sin generar aguas residuales. El cambio completo de los 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 de trabajo es la destilación, un método especialmente eficaz para separar contaminantes y agentes.

La periferia también incluye medidas para proteger a los trabajadores, como encapsulación, desconexión automática del suministro eléctrico, recarga y afilado automáticos de los medios (por ejemplo, técnica de transporte de gas), medidas de prevención de explosiones, ventilación por extracción, etc., y también medidas para proteger el medio ambiente, como la captura de disolventes volátiles, depósitos de almacenamiento, extracción, tratamiento y eliminación de los residuos resultantes. Los procesos de limpieza con 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 procesos sin agentes de limpieza, como la ablación láser y la limpieza por vibración, solo se desecha la suciedad eliminada, ya que no se utiliza ningún agente de limpieza. En procesos como el chorro de CO₂ y la limpieza automática con cepillos, se generan muy pocos residuos, _aunque a costa de un mayor consumo energético.

Resulta difícil estandarizar los requisitos de calidad para las superficies limpiadas en lo que respecta al proceso posterior (por ejemplo, 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 procesos de corte), pero esta definición no abarca todas las complejidades de la limpieza.

Las reglas, bastante generales, incluyen la clasificación en limpieza intermedia, limpieza final, limpieza de precisión y limpieza crítica (véase la tabla), que en la práctica se consideran solo una guía general.

(1) Relacionado con la suciedad total; (2) Solo relacionado con el carbono

Por lo tanto, se sigue aplicando la regla general de que se cumplen los requisitos de calidad si el proceso subsiguiente (véase más abajo) no causa ningún problema. Por ejemplo, que la pintura no se desprenda 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 estándares, a menudo existen requisitos específicos del cliente en cuanto a la contaminación restante, la protección contra la corrosión, las manchas y el nivel de brillo, etc.

Por lo tanto, los métodos de medición para garantizar la calidad no desempeñan 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 ruptura de agua, prueba de frotis, medición del ángulo de contacto, tintas de prueba, prueba de cinta, entre otros) hasta métodos de análisis complejos ( prueba gravimétrica , 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). Solo 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 ].}

La situación general ha cambiado debido al drástico aumento de los requisitos de limpieza para ciertos componentes en la industria automotriz. Por ejemplo, los sistemas de frenos y de inyección de combustible deben tener diámetros cada vez menores y soportar presiones cada vez mayores. Por lo tanto, una mínima contaminación por partículas puede ocasionar graves problemas. Debido al ritmo acelerado de la innovación, la industria no puede permitirse el lujo de detectar posibles fallos en una fase tardía. Por ello, se desarrolló la norma VDA 19/ISO 16232 «Vehículos de carretera: limpieza de componentes de circuitos de fluidos», que describe métodos para controlar el cumplimiento de los requisitos de limpieza.

A la hora de elegir las técnicas, los agentes y los procesos de limpieza, los procesos posteriores, es decir, el procesamiento adicional de las piezas limpiadas, revisten especial interés.

La clasificación sigue básicamente la teoría del trabajo del metal:

• Mecanizado
• Corte
• Unión
• Revestimiento
• Tratamiento térmico
• Ensamblaje
• Medición, prueba
• Reparación y mantenimiento

Con el tiempo, se establecieron valores empíricos sobre la eficacia que debe tener la limpieza para garantizar los procesos durante el período de garantía correspondiente y posteriormente. La elección del método de limpieza suele comenzar por aquí.