Chorro de arena

El chorro de arena, también conocido como chorro abrasivo, es un término genérico para el proceso de alisar, dar forma y limpiar una superficie dura mediante el proyecto de partículas sólidas a alta velocidad sobre ella. El efecto es similar al del papel de lija , pero proporciona un acabado más uniforme sin problemas en esquinas o grietas. El chorro de arena puede producirse de forma natural, generalmente como resultado de partículas arrastradas por el viento que causan erosión eólica , o artificialmente, mediante aire comprimido . Benjamin Chew Tilghman patentó un proceso artificial de chorro de arena el 18 de octubre de 1870. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Thomas Wesley Pangborn perfeccionó la idea y añadió aire comprimido en 1904. ^{[ 4 ]}

Los equipos de chorro de arena suelen constar de una cámara donde se mezclan arena y aire. Esta mezcla se proyecta a través de una boquilla manual que dirige las partículas hacia la superficie o la pieza de trabajo. Las boquillas están disponibles en diversas formas, tamaños y materiales. El carburo de boro es un material muy utilizado para las boquillas debido a su buena resistencia al desgaste abrasivo.

El chorro abrasivo húmedo utiliza agua como fluido para mover los abrasivos. Sus ventajas radican en que el agua atrapa el polvo generado y lubrica la superficie. Además, amortigua el impacto, reduciendo la pérdida de material sano.

Uno de los pioneros del proceso de abrasión húmeda a finales de la década de 1940 fue Norman Ives Ashworth, quien descubrió las ventajas de este proceso como una alternativa eficaz al granallado en seco. El proceso está disponible en todos los formatos convencionales, incluyendo cabinas manuales, cabinas de trabajo, maquinaria de producción automatizada y unidades portátiles de granallado de pérdida total. Entre sus ventajas se incluyen la posibilidad de utilizar abrasivos extremadamente finos o gruesos con densidades que van desde el plástico hasta el acero, y la capacidad de emplear agua caliente y jabón para desengrasar y granallar simultáneamente. La reducción del polvo también facilita el uso de abrasivos silíceos y la abrasión de superficies con amianto , radiactivas o tóxicas.

En general, la velocidad del proceso no es tan rápida como en el chorreado abrasivo seco convencional cuando se utiliza el mismo tamaño y tipo de abrasivo, en parte porque la presencia de agua entre el abrasivo y el sustrato que se procesa crea una capa lubricante que protege tanto la superficie como el abrasivo, reduciendo así la tasa de desgaste. La menor impregnación del material abrasivo en la superficie, la reducción del polvo y la eliminación de la electricidad estática dan como resultado una superficie muy limpia.

El granallado húmedo de acero dulce provoca una corrosión inmediata o instantánea del sustrato debido a la presencia de agua. La ausencia de recontaminación superficial también permite utilizar un mismo equipo para múltiples operaciones de granallado; por ejemplo, se pueden procesar piezas de acero inoxidable y acero dulce en el mismo equipo con el mismo abrasivo sin problemas. 

Una variante del chorro húmedo es el chorro de vapor. En este proceso, se añade aire a presión al agua de la boquilla, produciendo una niebla a alta velocidad llamada vapor. Este proceso es incluso más suave que el chorro húmedo, lo que permite limpiar las superficies de contacto sin comprometer su capacidad de acoplamiento.

El granallado es un proceso para eliminar depósitos superficiales mediante la aplicación de finas perlas de vidrio a alta presión sin dañar la superficie. Se utiliza para limpiar depósitos de calcio de azulejos de piscinas u otras superficies, eliminar hongos incrustados y realzar el color de la lechada . También se utiliza en trabajos de carrocería para eliminar pintura. En la eliminación de pintura para carrocería, se prefiere el granallado al chorro de arena, ya que este último tiende a crear un perfil superficial mayor. El granallado se utiliza a menudo para crear un acabado superficial uniforme en piezas mecanizadas. ^{[ 5 ]} Además, se utiliza para limpiar muestras minerales, la mayoría de las cuales tienen una dureza Mohs de 7 o menos, y por lo tanto se dañarían con el medio abrasivo de arena.

En el granallado con rueda, una rueda giratoria impulsa el abrasivo contra un objeto. Generalmente se clasifica como una operación de granallado sin aire porque no se utiliza ningún propulsor (gas o líquido). Una máquina de granallado con rueda es una operación de granallado de alta potencia y alta eficiencia con abrasivo reciclable (generalmente granalla de acero o acero inoxidable, alambre cortado , arena o gránulos de tamaño similar). Las máquinas de granallado con rueda especializadas impulsan abrasivo plástico en una cámara criogénica y se utilizan habitualmente para desbarbar componentes de plástico y caucho . El tamaño de la máquina de granallado con rueda, así como el número y la potencia de las ruedas, varían considerablemente según las piezas a granallar, así como el resultado y la eficiencia esperados. La primera rueda de granallado fue patentada por Wheelabrator en 1932. ^{[ 6 ] [ 7 ]} En China, la primera rueda de granallado se construyó alrededor de la década de 1950, ^{[ 8 ]} Qinggong Machinery es uno de los primeros fabricantes de ruedas de granallado. ^{[ 9 ]}

El granallado microabrasivo es un proceso de granallado abrasivo en seco que utiliza boquillas pequeñas (típicamente de 0,25  mm a 1,5  mm de diámetro) para aplicar un chorro fino de abrasivo con precisión a una pieza pequeña o a una zona reducida de una pieza más grande. Generalmente, la superficie a granallar oscila entre aproximadamente 1 ^mm²  y unos pocos cm² ^como máximo. También conocido como granallado de lápiz, el fino chorro de abrasivo es lo suficientemente preciso como para escribir directamente sobre vidrio y lo suficientemente delicado como para grabar un patrón en una cáscara de huevo . ^{[ 10 ]} El tamaño de las partículas del medio abrasivo varía desde 10 micrómetros hasta aproximadamente 150 micrómetros. A menudo se requieren presiones más altas.

Los sistemas de granallado microabrasivo más comunes son unidades comerciales de sobremesa que constan de una fuente de alimentación y un mezclador, una campana extractora, una boquilla y un suministro de gas. La boquilla puede ser manual o estar montada en un soporte para su funcionamiento automático. Tanto la boquilla como la pieza pueden moverse durante el funcionamiento automático.

El granallado automatizado consiste simplemente en automatizar el proceso de granallado abrasivo. Con frecuencia, el granallado automatizado es solo un paso dentro de un procedimiento automatizado más amplio, que generalmente incluye otros tratamientos superficiales como la preparación y la aplicación de recubrimientos. A menudo es necesario tener cuidado de aislar la cámara de granallado de los componentes mecánicos que puedan acumular polvo .

En este tipo de limpieza por chorro abrasivo, se utilizan aire comprimido y hielo seco . Los contaminantes superficiales se desprenden por la fuerza de las partículas de dióxido de carbono congelado que impactan a alta velocidad, y por una ligera contracción debida a la congelación, que rompe los enlaces de adhesión. El hielo seco se sublima , sin dejar residuos que limpiar, salvo el material eliminado. El hielo seco es un material relativamente blando , por lo que resulta menos dañino para el material subyacente que el chorro de arena.

El chorro abrasivo con cerdas, a diferencia de otros métodos, no requiere un medio abrasivo aparte. La superficie se trata con una herramienta rotativa tipo cepillo, compuesta por cerdas de alambre de acero al carbono de alta sensibilidad . El contacto repetido con las puntas afiladas y giratorias de las cerdas produce impactos localizados, rebotes y la formación de cráteres, lo que limpia y, a la vez, rugosiza la superficie.

El chorro abrasivo al vacío es un método que genera muy poco polvo y residuos, ya que la herramienta realiza un chorro abrasivo en seco y recoge simultáneamente el material abrasivo usado y las partículas sueltas de la superficie a tratar. El consumo de material abrasivo es relativamente bajo con este método, puesto que el material usado se separa automáticamente del polvo y las partículas sueltas, y se reutiliza varias veces.

Los sistemas móviles de chorro abrasivo en seco suelen funcionar con un compresor de aire diésel. Este compresor suministra un gran volumen de aire a alta presión a uno o varios depósitos de chorro. Estos depósitos son recipientes presurizados, similares a tanques, llenos de material abrasivo, que permiten introducir una cantidad ajustable de abrasivo en la línea principal de chorro. El número de depósitos viene determinado por el volumen de aire que puede suministrar el compresor. Los sistemas de chorro totalmente equipados suelen estar montados sobre semirremolques , lo que les proporciona una gran movilidad y facilita su transporte entre diferentes lugares. Otros son de tipo tolva , lo que los hace más ligeros y fáciles de transportar.

Los sistemas de chorro portátiles utilizan un recipiente a presión soldado para superar la contrapresión de la boquilla, almacenar y transferir el medio abrasivo a una manguera de chorro conectada desde una diferencia de presión mayor, o bien utilizan una tolva sin presión que emplea un proceso llamado inducción doble, el cual transporta el medio abrasivo a una boquilla de chorro en tándem mediante una bomba de chorro o eyector accionado por aire. En este proceso, el abrasivo se impulsa a través de la boquilla de chorro mediante una manguera de aire independiente conectada a la misma, lo que elimina la necesidad de un recipiente a presión. ^{[ 11 ]}

Una cabina de granallado es esencialmente un sistema de circuito cerrado que permite al operario granallar la pieza y reciclar el abrasivo. ^{[ 12 ]} Generalmente consta de cuatro componentes: la contención (cabina), el sistema de granallado abrasivo, el sistema de reciclaje de abrasivo y el sistema de recolección de polvo. El operario granalla las piezas desde el exterior de la cabina colocando sus brazos en guantes sujetos a orificios para guantes en la cabina, observando la pieza a través de una ventana de visualización y activando y desactivando el granallado mediante un pedal . Las cabinas de granallado automatizadas también se utilizan para procesar grandes cantidades del mismo componente y pueden incorporar múltiples boquillas de granallado y un sistema de transporte de piezas.

En una cabina de granallado se suelen utilizar tres sistemas. Dos de ellos, el de sifón y el de presión, son secos, y uno es húmedo:

• Un sistema de chorro abrasivo por succión utiliza aire comprimido para crear vacío en una cámara (conocida como cañón de chorro). La presión negativa aspira el abrasivo hacia el cañón, donde el aire comprimido lo dirige a través de una boquilla. La mezcla abrasiva viaja a través de una boquilla que dirige las partículas hacia la superficie o pieza de trabajo. Las boquillas vienen en una variedad de formas, tamaños y materiales. El carburo de tungsteno es el material de revestimiento más utilizado para abrasivos minerales. Las boquillas de carburo de silicio y carburo de boro son más resistentes al desgaste y se utilizan a menudo con abrasivos más duros, como el óxido de aluminio. Los sistemas de chorro abrasivo económicos y las cabinas más pequeñas utilizan boquillas de cerámica.
• En un sistema de chorro a presión, el abrasivo se almacena en un recipiente a presión y luego se sella. El recipiente se presuriza a la misma presión que la manguera de chorro conectada a su base. El abrasivo se dosifica en la manguera y se transporta mediante el gas comprimido a través de la boquilla.
• Las cabinas de granallado húmedo utilizan un sistema que inyecta la suspensión abrasiva/líquida en una corriente de gas comprimido. El granallado húmedo se suele emplear cuando el calor producido por la fricción en el granallado en seco dañaría la pieza.

Una sala de granallado es una versión mucho más grande de una cabina de granallado. Los operarios trabajan dentro de la sala para rugosizar, alisar o limpiar las superficies de un objeto según las necesidades del producto final. Las salas e instalaciones de granallado vienen en muchos tamaños, algunos de los cuales son lo suficientemente grandes como para albergar objetos muy grandes o con formas únicas, como vagones de ferrocarril, vehículos comerciales y militares, equipos de construcción y aeronaves. ^{[ 13 ]}

Cada aplicación puede requerir el uso de muchos equipos diferentes; sin embargo, existen varios componentes clave que se pueden encontrar en una cabina de granallado típica:

• Un recinto o sistema de contención, generalmente la propia habitación, diseñado para permanecer sellado y evitar que el material explosivo escape.
• Un sistema de granallado; los sistemas de granallado con ruedas y los sistemas de granallado con aire comprimido se utilizan comúnmente.
• Un recipiente de granallado: un contenedor presurizado lleno de material abrasivo para granallado ^{[ 14 ].}
• Un sistema de recolección de polvo que filtra el aire de la habitación e impide que las partículas escapen.
• Un sistema de reciclaje de materiales o recuperación de medios abrasivos para recoger los abrasivos de granallado y poder reutilizarlos; estos pueden ser sistemas mecánicos o neumáticos automatizados instalados en el suelo de la cabina de granallado, o bien los abrasivos pueden recogerse manualmente barriendo o paleando el material de vuelta al recipiente de granallado.

Se puede añadir equipo adicional para mayor comodidad y mejor usabilidad, como grúas aéreas para maniobrar la pieza de trabajo, unidades montadas en la pared con múltiples ejes que permiten al operador alcanzar todos los lados de la pieza de trabajo y materiales de amortiguación de sonido utilizados para reducir los niveles de ruido. ^{[ 15 ]}

Muchos consumidores están dispuestos a pagar más por vaqueros que parezcan usados. Para darles a las telas el aspecto desgastado adecuado, se utiliza el arenado. El arenado conlleva el riesgo de causar silicosis a los trabajadores, y en Turquía , más de 5000 trabajadores de la industria textil padecen silicosis, y se sabe que 46 personas han fallecido a causa de ella. En 2007, se demostró que la silicosis era muy común entre los antiguos arenadores de mezclilla en Turquía. ^{[ 22 ]} Un estudio de 2015 confirmó que la silicosis es casi inevitable entre los antiguos arenadores. ^{[ 23 ]} El Centro de Comercio Justo de Suecia realizó una encuesta entre 17 empresas textiles que mostró que muy pocas eran conscientes de los peligros causados ​​por el arenado manual de vaqueros. Varias empresas dijeron que eliminarían esta técnica de su propia producción. ^{[ 24 ]}

En 2013, una investigación afirmó que en China algunas fábricas que producen jeans con apariencia desgastada están involucradas en diversos incumplimientos de las normas de salud y seguridad. ^{[ 25 ]}