Lubricantes para Mecanización

Mecanizado
de Metales
EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL
Módulo Diez
CONTENIDO
Sección Uno
El corte de metales
Introducción
Teoría del corte de metales
Herramientas de corte
Clasificación de los metales según
su maquinabilidad
Sección Dos
Fluidos para el mecanizado de metales
Funciones que deben cumplir
Aceites emulsionables
Propiedades
Efecto de la calidad del agua sobre la
emulsión
Preparación de una emulsión
Contenido de aceite de una emulsión
Monitoreo y mantenimiento de una
emulsión en servicio
pH durante el servicio
Contaminación con fugas de aceite
(Tramp Oil)
Contaminación con polvo metálico
Contaminación por bacterias y hongos
Métodos para combatir los
microorganismos
Cambiando las máquinas herramientas de
aceites puros a emulsiones
Disposición de emulsiones usadas
Proceso de disposición
Aspectos de salud e higiene
Conclusiones
Aceites puros para el mecanizado de
metales
Propiedad humectante
Propiedades de extrema presión y
lubricantes
Acción anticorrosiva sobre la
máquina y la pieza a mecanizar
Tendencia a la fotmación de humos
Sección Tres
Superlubricantes Shell para el
mecanizado de metales
Aceites emulsionables
Aceites puros
Sección Cuatro
Selección de un aceite de corte
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Mecanizado
de Metales
Sección Uno
EL CORTE DE METALES
INTRODUCCION
Cuando se mecanizan metales se genera calor
tanto en el corte como en la fricción de la viruta
a lo largo de la herramienta de corte. La temperatura alcanzada depende del balance entre la
generación de calor y su disipación o evacuación.
Con los fluidos de corte se disminuye el coeficiente de fricción, se alarga la vida útil de la
herramienta, se mejora el acabado superficial,
se incrementa la producción y se reducen los
costos.
Hay dos tipos base de fluidos de corte, los cuales se considerarán en detalle en el desarrollo
del módulo. Los fluidos miscibles con agua y
los aceites puros son las dos categorías de
lubricantes para el mecanizado de metales.
Shell dispone de un portafolio de productos que
cumplen satisfactoriamente todas las operaciones de corte y se cuenta con la tecnología necesaria para cubrir los requerimientos especiales de un determinado caso.
EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL
Módulo Diez
TEORIA DEL CORTE DE METALES
Los dos principales problemas que se presentan en el mecanizado de metales son el calor y
el rozamiento; ambos generados durante la
operación.
El calor generado puede provenir de las siguientes causas:
a. De la energía procedente de la
deformación plástica.
b. Del rozamiento de la viruta arrancada a la
pieza, cuando aquella se desliza por la cara
frontal de la herramienta.
c. Del rozamiento de la herramienta contra la
pieza metálica que se mecaniza.
De estas tres causales de generación de calor
durante el mecanizado, la primera es la que
más incidencia tiene, calculándose en las dos
terceras partes del calor total.
Herramientas de Corte
La herramienta de corte es muy importante en
un trabajo de mecanizado, puesto que si no da
el rendimiento adecuado por falta de una buena
lubricación y refrigeración, puede ocasionar
pérdidas elevadas no sólo por el valor de la herramienta que se pueda dañar y que a veces es
muy costosa como en el caso del brochado,
sino que hay que agregar el valor de las piezas
defectuosas.
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de Metales
El mayor enemigo de la herramienta es el calor
generado durante la operación, pues la temperatura más alta tiene lugar alrededor de ésta
produciéndose un reblandecimiento de la herramienta que, junto con la abrasión y la fricción, pueden destruirla rápidamente.
Esta acción el progresiva pues al ser la herramienta más blanda se necesita mayor energía
para realizar el mismo trabajo, y entonces se
aumenta la presión de la herramienta sobre la
pieza y en consecuencia la temperatura en la
zona de corte. En cualquier operación mecánica, para arrancar viruta de un metal por medio
de una herramienta de determinada dureza, el
98% de la energía consumida se convierte en
calor.
HERRAMIENTA
VIRUTA
VIRUTA
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Debido al calor generado, la viruta arrancada
por la herramienta se suelda a ella muy cerca
del filo cortante, acumulándose en esta zona
las virutas metálicas y constituyendo lo que se
denomina falso filo; que se está formando y
desprendiendo constantemente durante la operación de mecanizado, siendo precisamente una
de las funciones del fluido de corte la de controlar el crecimiento excesivo del falso filo.
Como la temperatura que se produce en el
mecanizado es alta, se van arrancando algunas partículas de la herramienta produciendo
un pequeñísimo cráter exactamente detrás del
filo cortante. Este cráter que al principio es muy
pequeño, a medida que avanza la operación va
creciendo hasta alcanzar el filo que se debilita
hasta no poder soportar la presión de trabajo y
se fractura.
En todo mecanizado, sin importar la dureza de
la pieza metálica, al arrancar la viruta se produce una deformación plástica o reblandecimiento. Este efecto mecánico del material tiene lugar en aquella zona de la pieza, anterior a la
herramienta de corte que la mecaniza, convirtiéndose también en calor la energía necesaria
para conseguir la deformación plástica, con lo
cual el problema térmico de la operación se intensifica aún más.
Para cada herramienta de corte y un material
determinado existe siempre una relación
inversamente proporcional entre los calores
generados en las operaciones de corte y remo-
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ción de la cantidad de viruta, y el ángulo de
corte de la herramienta. Esta relación está dada
por:
Cp=1/a
Donde Cp es el calor producido y a es el ángulo
de corte de la herramienta.
El ángulo está relacionado con el coeficiente
de rozamiento entre la viruta y la herramienta
de forma que a mayor ángulo menor rozamiento y cantidad de calor producido.
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CLASIFICACION DE LOS METALES
SEGUN SU MAQUINABILIDAD
Los metales se dividen en dos grandes grupos:
Ferrosos y no ferrosos.
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en mecanizados de mediana severidad se puede emplear un fluido de corte sin aditivos de
extrema presión.
Para los aceros de alta aleación, cuya
maquinabilidad es más elevada, se requiere fluidos de corte con aditivos de extrema presión.
El grupo de metales de naturaleza ferrosa está
constituido por aquellos materiales de base hierro; o mejor sus aleaciones, pues el hierro puro
tiene poca aplicación industrial.
El grupo de metales de naturaleza no ferrosa
se subdivide en:
Entre estos materiales los más importantes
son:
- Níquel o sus aleacioneS
- Cobalto
- Cobre o sus aleaciones
- Hierro fundido (con considerable cantidad de
carbono en su composición química).
- Latón (Cu-Zn)
- El acero al carbono y el de baja aleación.
- Bronces (Cu-Sn)
- Aceros de alta aleació£(e inoxidables,
martencíticos y ferríticos.
- Bronces al silicio
- Aluminio
- Aceros inoxidables austeníticos.
- Magnesio
- Aceros al carbono, aceros aleados y aceros
rápidos.
El Cobalto es un material difícil de mecanizar y
deben usarse fluidos de corte con aditivos de
extrema presión; al igual que para el Níquel y
sus aleaciones.
Si se trabaja con hierro fundido debe hacerse
una lubricación en seco o utilizar emulsiones,
con el inconveniente que se produzcan lodos,
lo que obliga a filtrar el fluido de corte con frecuencia.
Para los aceros al carbono y de baja aleación
Para materiales de latón de alta maquinabilidad,
al igual que para los bronces fosforados se requieren aceites de corte emulsionables.
Para los bronces que no son fáciles de meca-
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nizar, pues sufren los efectos de la deformación plástica, se deben emplear aceites de corte
emulsionables con aditivos
E.P. de baja o media actividad.
En el caso de materiales de Cobre y aleaciones de Níquel-Plata, se usan aceites ligeros de
media presión.
El Aluminio que posee un coeficiente de dilatación térmica muy elevado requiere alta capacidad refrigerante del fluido de corte. La
maquinabilidad del Aluminio es más fácil cuando está aleado con Cobre y difícil cuando está
aleado al Silicio.
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Sección Dos
FLUIDOS PARA EL MECANIZADO DE
METALES
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Dado que se reducen los períodos improductivos y además permiten mayores velocidades
de giro y avance se disminuyen los tiempos de
proceso.
FUNCIONES QUE DEBEN CUMPLIR
Lubricar
Una buena lubricación reduce la fricción de las
superficies en contacto lo que significa un ahorro en el consumo de energía y una menor generación de calor. Por otro lado, se elimina el
peligro de fusión de las virutas evitando la soldadura de las mismas a la herramienta y a la
pieza en elaboración.
Refrigerar
El enfriamiento de las superficies en contacto
conserva el templado de la herramienta prolongando su vida y haciendo más duradero su filo.
Se reduce la dilatación volumétrica de las masas lo que permite trabajar con tolerancias más
estrictas y mayores velocidades de giro y avance.
Limpiar
Removiendo las virutas de metal, limaduras,
etc., de la zona de ataque se consigue un mejor acabado de las superficies.
Aumentar la producción
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ACEITES EMULSIONABLES
Las emulsiones que trataremos en este módulo son aceite en agua. Estas emulsiones consisten esencialmente de un pequeño porcentaje de aceite emulsificable concentrado (menor
al 5% ) disuelto en un volumen dado de agua.
El aceite emulsificable usualmente está compuesto de una base mineral, aditivo
emulsificador y otros elementos que le aportarán características de inhibición de herrumbre
y corrosión, resistencia a la formación de espuma, y en algunos casos especiales, comportamiento de extrema presión.
Biocidas son también adicionados para prevenir y controlar el crecimiento de hongos y bacterias que degradan la emulsión y son causantes de enfermedades de la piel.
El hecho que estas emulsiones estén principalmente constituidas por agua, ofrece la ventaja de un alto poder refrigerante.
Al mismo tiempo, la presencia de aceite mineral, aditivos emulsificadores e inhibidores de
corrosión compensan las desventajas básicas
del agua como son su corrosividad y un pobre
poder de humedecimiento de los metales. Además, el aceite mineral aporta una cierta cantidad de lubricidad.
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Las emulsiones aceite en agua son particularmente útiles para operaciones de mecanizado
de metales donde el principal requerimiento es
una alta capacidad refrigerante para remover el
calor producido por la operación de corte y por
la fricción, y donde la lubricación de la herramienta no es crítica. Las principales aplicaciones de las emulsiones son, por lo tanto, en
aquellas operaciones donde las velocidades de
corte son medianamente altas y las operaciones de corte no son severas, como por ejemplo
en torneados, fresados, taladrados, corte en frío
(sierras), y rectificados.
En aplicaciones donde las velocidades son
menores, las operaciones de mecanizado más
severas y los materiales más duros, la lubricidad del fluido es más importante que su capacidad refrigerante. Por ejemplo, donde la lubricación entre la viruta y la herramienta, y entre
la herramienta y la pieza de trabajo es requerida para reducir el calor generado por la fricción
y prevenir la soldadura. Estas condiciones existen en el tallado de engranajes, brochado, taladrados profundos, entre otros. Para estas aplicaciones los aceites de corte puros son preferidos.
Así como otros tipos de fluidos de corte, las
emulsiones también arrastran las virutas del área
de corte y previenen daños a la herramienta.
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PROPIEDADES
Para responder satisfactoriamente a las exigencias de sus aplicaciones, un aceite
emulsionable debe poseer esencialmente las
siguientes características:
Emulsificadores.
Los aditivos más importantes para aceites
emulsionables, tanto en función como en cantidad, son los emulsificadores. Estos no solamente facilitan la dispersión del aceite en agua,
sino que mantienen estable la emulsión.
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como aceite libre.
Los emulsificadores se dividen en dos tipos:
Iónicos y no iónicos. Los emulsificadores
iónicos se disocian en iones positivos y negativos cuando se disuelven en agua y son descritos como aniónicos y catiónicos dependiendo
de sí su actividad a nivel superficial es desde el
anión o desde el catión, respectivamente. De
otro lado, los emulsificadores no iónicos, como
su nombre lo indica no se disocian (o ionizan)
cuando se disuelven en agua, pero son distribuidos coloidalmente.
Molécula de Emulsibilidad
AGUA
AGUA
Parte de la molécula soluble en agua
Parte de la molécula soluble en aceite
Los emulsificadores son moléculas bipolares
las cuales reducen la tensión superficial y forman películas monomoleculares relativamente
estables en la interface aceite/agua. Estas películas previenen que las gotas de aceite finamente dispersas en la emulsión se separen
ACEITE
ACEITE
No ionicas
Ionicas
La reacción de productos como, por ejemplo,
alquil fenoles y óxidos de etileno son probablemente el grupo más común de emulsificadores
no iónicos y, recientemente, su uso en aceites
emulsionables se ha incrementado debido a su
habilidad para estabilizar la emulsión.
Inhibición de herrumbre y corrosión
La habilidad para proveer buena protección contra la corrosión es una de las propiedades más
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importantes de un aceite emulsionable, la cual
se mejora con el contenido de aceite pero garantizando un adecuado rendimiento
anticorrosión en su aplicación.
Hay dos métodos de prueba estandarizados
para evaluar las propiedades anticorrosión de
un aceite emulsionable:
- El método DIN 51360, parte I, estandariza la
prueba de corrosión Herbert. En esta
prueba se utilizan virutas del fresado de un
acero sobre láminas de hierro fundido o
colado.
- El método DIN 51360 parte II, usa virutas de
hierro gris sobre papel filtrante.
Capacidad antiespumante
Como los agentes emulsificantes son
surfactantes, las emulsiones pueden tener tendencia a formar espuma. Entre mayor sea la
cantidad de emulsificador en el aceite, y la
emulsión esté más finamente dispersa, mayor
será la tendencia a formar espuma. Esta tendencia también se incrementa con la suavidad
del agua usada. Generalmente una dureza mínima de 5od (85 ppm CaCO3) es deseable para
minimizar el riesgo de espuma.
Una pequeña cantidad de espuma generalmente
no causa ningún problema, pero grandes cantidades pueden en algunas circunstancias causar serias dificultades. En estos casos un aditivo antiespumante puede ser usado para dis-
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persar la espuma. Los antiespumantes más
comunes son aquellos basados en siliconas
pero deben ser utilizados con cuidado pues
pueden afectar negativamente los subsecuentes
tratamientos superficiales de los componentes
procesados. Todos los antiespumantes son
activos sólo por periodos relativamente limitados y por ello puede requerirse una nueva adición después de un tiempo de uso.
Si el agua es muy suave, es mejor incrementar
su dureza antes de preparar la emulsión. Esto
se logra adicionando nitrato de calcio a una rata
de 30 g por 1°d (17 ppm CaCO3) por 1 m3 de
agua. Es mejor disolver el nitrato de calcio en
una pequeña parte del agua usada para la emulsión. La concentración resultante debería ser
agregada y dispersa en el volumen de agua
antes de mezclar el aceite. Solamente sales
de suficiente dureza deberían ser adicionadas
para prevenir problemas de espuma durante el
maquinado. No hay métodos de laboratorio
estandarizados para evaluar las propiedades
antiespumantes de una emulsión.
Extrema presión
Así como en los aceites puros para corte, aditivos extrema presión a base de materiales
sulfurizados o clorinados, pueden ser incluidos
en la formulación de aceites emulsificables para
darle mayor capacidad de soporte de carga y
hacerlos útiles para operaciones más severas.
Los aceites E.P. emulsionables son normalmente usados donde la habilidad lubricante es un
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factor importante. Este es el caso de
maquinados de materiales duros y con muy
bajas velocidades de corte.
En algunas operaciones, los aceites
emulsionables con extrema presión pueden reemplazar a los aceites puros inactivos o con
baja actividad.
Para obtener los beneficios de mayor soporte
de carga, los aceites emulsionables con aditivos E.P. deben ser usados en mayores concentraciones, por ejemplo un 10 a 15% de la
solución. La vida prolongada de la herramienta
y el acabado superficial obtenido con los aceites emulsionables E.P. compensan su mayor
costo.
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EFECTO DE LA CALIDAD DEL AGUA
SOBRE LA EMULSIÓN
Como se mencionó anteriormente, las
emulsiones usadas en operaciones de mecanizado de metales son usualmente del tipo aceite en agua, es decir agua con un pequeño porcentaje de aceite concentrado disperso en ella.
Así las peculiaridades del agua usada pueden
tener un efecto significativo sobre la calidad de
la emulsión y su rendimiento. Aguas no tratadas son inutilizables por la cantidad de contaminantes y microorganismos que contienen. El
uso de agua potable es prácticamente indispensable.
Aparte de su limpieza, el agua tiene otras propiedades las cuales pueden afectar la emulsión.
Entre las más importantes están:
Dureza
Agua dura resulta de las sales de calcio y
magnesio disueltas en ella. Estas sales pueden reaccionar con los emulsificadores y otros
componentes de los aceites emulsionables para
formar compuestos los cuales son insolubles
en agua y se separan en forma de natas y depósitos pegajosos.
Puesto que algunos de los emulsificadores pueden estar involucrados en estas reacciones, la
estabilidad de la emulsión puede reducirse formando natas y separación de aceite. Esto es
particularmente probable con los aceites
emulsionables que contienen emulsificadores
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aniónicos.
Los aceites emulsionables son diseñados para
producir emulsiones estables en agua con un
cierto grado de dureza, normalmente hasta 20od
(cerca de 350 ppm CaCO3).
En muchos casos puede resultar más barato
usar agua blanda. Sin embargo, si todas las
sales duras son removidas hay una mayor tendencia de la emulsión a formar espuma y es
por lo tanto más adecuado usar aguas parcialmente blandas o mezclar aguas duras con
aguas totalmente blandas para obtener una
dureza aproximada de Ca de 5 - 10od (85 - 175
ppm CaCO3).
Aguas muy duras pueden ser ablandadas por
la precipitación del calcio y el magnesio con
químicos; por ejemplo, con fosfato trisódico o
carbonato de sodio. Actualmente es mucho
más común usar intercambiadores iónicos los
cuales son simples de operar, monitorear y
mantener.
La estabilidad de los aceites emulsionables
cuando son mezclados con agua dura es evaluada por el método DIN 51367. En este método la estabilidad es indicada por un porcentaje
del 5% de emulsión que se separa después de
24 horas, en comparación con una emulsión
fresca de la misma concentración. La emulsión
es hecha con agua cuya dureza es de 20od (cerca de 350 ppm CaCO3).
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Valor de pH
El pH de un líquido muestra si este es ácido,
neutro o alcalino. El pH del agua usada debería
ser neutro, p.e. alrededor de 7, y el pH de la
emulsión recién hecha debe estar entre 8 y 9,5
(alcalino). Si el pH es muy bajo la emulsión no
ofrece adecuada protección contra la herrumbre en el maquinado de aceros y también su
estabilidad puede ser menor. Si por el contrario
la emulsión es muy alcalina tenderá a remover
las grasas naturales de la piel y a destruir el
recubrimiento acídico que sirve para protegerla, facilitando la penetración de bacterias causantes de enfermedades como la dermatitis.
Por otra parte, la concentración de
microorganismos en una emulsión depende del
valor de pH y su rata de propagación es afectada por este valor.
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cesario usar agua desalinada para reemplazar
aquella que se pierde por evaporación.
Contenido de sales
El nivel normal de sales minerales en el agua,
como cloritos y sulfatos, generalmente tienen
un muy pequeño efecto sobre las propiedades
de una emulsión, pero en operaciones de mecanizado donde el calor generado es excesivo,
las pérdidas de agua por evaporación son altas
y obligan a efectuar rellenos frecuentes.
Bajo estas condiciones la concentración de
sales en la emulsión se puede incrementar, disminuyendo su estabilidad y por causa de la
separación tener una vida de servicio más corta. El incremento en el contenido de sales puede también reducir las propiedades preventivas
de corrosión y donde esto ocurra se hace ne-
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PREPARACION DE UNA EMULSION
Para la preparación correcta de una emulsión
deben tenerse en cuenta los siguientes pasos:
1. Poner el agua en un recipiente.
2. Agregar el aceite lentamente al agua en un
volumen determinado para obtener la
relación aceite / agua requerida.
3. Agitar (mezclar) lentamente hasta obtener
una emulsión homogénea.
Si el procedimiento es invertido, es decir el agua
se agrega al aceite se obtiene una emulsión
agua en aceite, pero resultará imposible convertirla en una emulsión homogénea aceite en
agua aún con periodos prolongados de mezcla. Esto conlleva a inestabilidad de la emulsión con pérdida de propiedades lubricantes y
mayor corrosividad sobre los metales.
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Ya se ha dicho que el aceite en una emulsión
provee una cierta cantidad de lubricidad y junto
con otros componentes previene la corrosión,
pero para que sea efectivo la emulsión debe
contener mínimo 1% de aceite emulsificable
concentrado.
Para operaciones de esmerilado, un contenido
de aceite del 1 a 2% es usado con el objeto de
prevenir el pulido de la piedra de esmerilar. Sin
embargo, para usos generales en talleres la
emulsión contiene en promedio entre un 2 y
5% de aceite. Donde se requiere un nivel alto
de protección contra la herrumbre y lubricidad
extra, las emulsiones pueden contener hasta
un 10% o más de aceite. En conclusión, las
propiedades lubricantes de una emulsión pueden incrementarse mediante la adición de aceite
cuando se están mecanizando materiales más
resistentes al corte. La gráfica siguiente ilustra
el rendimiento de la herramienta de corte para
el mecanizado de diversos materiales y con
diferentes relaciones aceite/agua en la emulsión.
De la gráfica se deduce que con un acero
Ck 45 la vida óptima de la herramienta se obtiene con un 5% de aceite en la emulsión, y para
mecanizar un acero X10 Cr Ni Mo Ti 1810 hay
menor desgaste de la herramienta usando una
emulsión con un 25% de aceite. Así mismo el
Ck 45 es relativamente más fácil de procesar y
Módulo Diez
2000
VIDA DE LA HERRAMIENTA
CONTENIDO DE ACEITE EN UNA
EMULSION
EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL
C k 45Steel
1500
1000
4 2 Cr Mo 4 Steel
500
x 10 C r N i M o T i 1 8 1 0 Steel
5
10
15
20
25
30%
Contenido de Aceite de la Emulsión
la vida de la herramienta disminuye a medida
que aumenta el contenido de aceite en la emulsión. Esto confirma el efecto combinado del enfriamiento y la lubricación sobre el desgaste de
la herramienta de corte. De acuerdo con la dureza del material y la severidad del mecanizado es necesario establecer cuál de los dos factores, lubricación o enfriamiento, es más importante para la vida de la herramienta.
La influencia del contenido de aceite sobre la
vida de la herramienta es particularmente marcada a bajas velocidades de corte. A mayores
velocidades este efecto cae apreciablemente y
el impacto de la refrigeración es
significativamente más importante.
Cuando se emplean aceites emulsionables que
contienen biocidas, es esencial que la emulsión tenga una mínima concentración recomen-
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de Metales
EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL
Módulo Diez
500
VIDA DE LA HERRAMIENTA
v=45 m/min
400
300
v=72 m/min
200
v=90 m/min
100
2
10
20
30%
Contenido de Aceite de la Emulsión
dada de aceite para asegurar que el biocida
resulte efectivo en el control de bacterias y hongos; pero al mismo tiempo esta concentración
no debe ser excesiva de tal modo que se prevenga cualquier riesgo de irritación de la piel
causada por el mismo biocida.
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Módulo Diez
MONITOREO Y MANTENIMIENTO DE UNA
EMULSION EN SERVICIO
Concentración
Durante las operaciones de mecanizado de metales parte de la emulsión se pierde y a su vez la
concentración aceite/agua cambia. En el
maquinado, el contenido de aceite de la emulsión en servicio generalmente decrece debido a
que el aceite tiene una gran afinidad con los metales y proporcionalmente más aceite que agua
es retirado con los residuos o virutas del mecanizado. Donde las temperaturas de mecanizado son
muy altas, habrá rápida evaporación de agua y el
contenido de aceite se incrementará. Por lo anterior, es absolutamente necesario que las
emulsiones sean regularmente monitoreadas para
verificar el contenido de aceite. Estos chequeos
son particularmente importantes en emulsiones
cuyo contenido inicial de aceite está por debajo
del 1 ó 2%, debido a que cualquier pérdida
desproporcionada de aceite hará que la concentración alcance niveles en los que la protección
anticorrosiva es inapropiada.
Un balón aforado o tubo calibrado puede ser utilizado para chequear el contenido de aceite de una
emulsión. El equipo usualmente consiste en un
tubo provisto de una escala graduada y un tapón
de vidrio, el cual es llenado con 100 cm3 de emulsión y posteriormente se agrega ácido clorhídrico
concentrado. La emulsión se separa entonces y
después de un corto lapso de tiempo el contenido de aceite puede ser leído sobre la escala.
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de Metales
En forma alternativa, el contenido de aceite de
una emulsión puede ser medido más rápidamente con un refractómetro el cual, de hecho,
mide el índice refractivo. No obstante, el índice
refractivo está relacionado con el contenido de
aceite y así las variaciones en concentración
pueden ser determinadas con los cambios en
el índice refractivo.
EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL
Módulo Diez
Donde se utilice el refractómetro para monitorear
constantemente una emulsión, es aconsejable
hacer chequeos ocasionales con un balón
aforado, por ejemplo usando ácido.
El tanque debe mantenerse lleno con emulsión
hasta el nivel recomendado. Esto requiere completar nivel regularmente, lo cual se hace agregando aceite emulsionable fresco o emulsión.
Una vez medida la concentración, esta se debe
corregir agregando una emulsión correctora de
concentración conocida.
La cantidad a agregar se puede conocer mediante la regla de la Cruz de San Andrés.
CE
PCE
CR
Este método resulta más preciso y seguro en
la medida en que la emulsión esté más finamente dispersa. De hecho, resultados absolutamente seguros solamente pueden ser obtenidos para soluciones; pero de cualquier modo
es un método suficientemente preciso para el
monitoreo de emulsiones en servicio dado que
los instrumentos se calibran para cada aceite
emulsionable o solución usada. La presencia
de espuma debe ser removida y la emulsión
filtrada para eliminar los contaminantes.
CC
PCC
CR: Concentración recomendada.
CE: Concentración que hay en el depósito.
CC: Concentración correctora.
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PCE: Volumen de emulsión.
PCC: Volumen emulsión correctora a agregar
por cada volumen de emulsión existente.
Entonces:
PCE= CC-CR
PCC= CE-CR
En general, es preferible completar nivel con
emulsión fresca. Si por el contrario, el contenido de aceite en la emulsión se ha incrementado
es necesario usar un debilitador de emulsión,
cuyo volumen también está limitado por la concentración requerida en el sistema.
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PH DURANTE EL SERVICIO
Como ya se ha mencionado, el pH de una emulsión es el principal factor que afecta su rendimiento en operación. El pH de una emulsión
nueva oscila generalmente entre 8 y 9.5, pero
puede reducirse durante el servicio debido a
contaminación con material ácido remanente
de las operaciones previas de mecanizado o
como consecuencia de la degradación bacterial
del aceite emulsionable. Para que las propiedades anticorrosivas y la estabilidad de la emulsión se mantengan es vital asegurar que el pH
esté siempre en el rango previamente definido.
Por tal razón, el pH de la emulsión debería
monitorearse a través de toda su vida en servicio.
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CONTAMINACION CON FUGAS DE
ACEITE (TRAMP OIL)
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do se pone en marcha el sistema después de
una parada.
Los lubricantes de la máquina herramienta tales como el aplicado en las guías y el aceite
hidráulico, p.e., el procedente de los cilindros
de filtrado casi inevitablemente van a parar al
sistema de fluido de corte. Donde éste contiene aceite puro, la adición de tales lubricantes
no afecta dramáticamente la eficacia del aceite
de corte o su vida, ya que se compensan estas
fugas con los rellenos y cambios de aceite nuevo. Por el contrario, si la máquina utiliza
emulsiones aceite en agua como fluido de corte, la eficacia y su vida útil puede ser seriamente afectada. Una pequeña cantidad de lubricante puede ser emulsificado, pero la mayor
parte de éste, llamado "Tramp Oil", permanece
en forma de gotas que eventualmente forman
una capa flotante en la superficie del fluido en
el tanque de almacenamiento.
Grandes gotas de aceite pueden conducir a
gradientes de enfriamento erróneos y desiguales; también pueden causar embotamiento de
las muelas de rectificar, y de aquí un acabado
superficial inaceptable.
La estabilidad de la emulsión puede también
ser afectada de forma adversa por el influjo de
aceite lubricante, y la capa de aceite que cubre
la superficie del fluido en el tanque, es un campo de cultivo para las bacterias anaeróbicas.
Un rápido signo de esta condición es el olor
desagradable a sulfídrico que se origina cuan-
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de Metales
CONTAMINACION CON POLVO
METALICO
La operación de mecanizado esta siempre
acompañada por la transformación del metal
desechado en virutas u otras partículas de variadas formas y tamaños. En el rectificado también se desalojan partículas de arena y de agente aglomerante de las muelas de rectificar. Si
no se toma acción para eliminar estas partículas de metal y otros sólidos del fluido de corte
su eficacia se reducirá. Donde la velocidad de
flujo de las gotas del refrigerante es objeto de
fuerzas centrífugas, algunas de las partículas
se separarán y si esto sucede en las tuberías,
p.e., en curvas pronunciadas, el flujo del refrigerante eventualmente empeorará, lo cual conduce a menos enfriamiento de la herramienta y
a menor efectividad de desplazamiento de las
virutas. Esto da lugar a temperaturas más elevadas, un mayor desgaste de la herramienta y
deficientes acabados superficiales.
Hay varias formas de conseguir este grado de
limpieza, combinando medios para separar el
polvo metálico como los ciclones, filtros de malla
de alambre, de metal sinterizado o de papel,
filtros de fibras y centrífugas. La combinación
requerida depende del tipo de operación y del
tipo de fluido de corte. Así, un torneado de acabado fino o un rectificado requieren un fluido
más limpio que una operación de tallado o fresado.
EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL
Módulo Diez
Emulsión Limpia
Emulsión Sucia
Vertedero
Bafle
Sección de
Sedimento
Sección de Emulsión Limpia
Plato
Lodo
Tanque de separación de contaminantes por gravedad
Filtración de una emulsión
El método simple de limpieza o separación de
sólidos contaminantes por gravedad mediante
una trampa de sedimentos, ilustrado anteriormente, es raramente empleado debido a su
pobre eficiencia y a que la remoción de los lodos
del fondo del tanque es difícil y costosa.
La instalación de bandas o correas raspadoras
permite un retiro continuo de lodos y partículas
lo que disminuye el tiempo de contacto de la
emulsión con los contaminantes, pero la eficiencia en la limpieza es todavía pobre.
Emulsión Sucia
Motor
Emulsión Limpia
Vertederos
Contenedor de
Lodo
Correa Raspadora
Sección de
Emulsión Limlia
Tanque equipado con bandas raspadoras para remover lodo
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Mecanizado
de Metales
EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL
Módulo Diez
La separación por gravedad puede ser mejorada
y acelerada si la emulsión se somete a fuerza
centrífuga. Este principio es usado en los
separadores tipo ciclón, centrífugas y
separadores centrífugos.
Emulsión Sucia
Trampa de Aceite
- Fase Liviana
Emulsión Limpia
- Fase Liviana
Platos
Separados
Emulsión Sucia
Material
Sólido
Emulsión Limpia
Emulsión Limpia
Separador Centrífugo
Trampas de
“Mugre”
Material Sólido
Clarificador Centrífugo
Clarificador centrífugo
En el caso de los separadores tipo ciclón, la
emulsión contaminada es alimentada
tangencialmente por la parte superior de un recipiente cónico invertido. La alta aceleración
centrífuga debida a la trayectoria circular que
sigue la emulsión causa que las partículas sólidas se separen de ella hacia los lados del cono
y luego desciendan hasta el fondo del ciclón
como lodo espeso. La emulsión limpia retorna
al centro del cono y sale por la parte superior
del separador. Los hidrociclones son frecuentemente usados en los sistemas de máquinas
para operaciones de esmerilado trabajando con
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de Metales
EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL
Módulo Diez
aceros. Estos son menos útiles en el maquinado
de hierro fundido porque las partículas de grafito del metal son relativamente livianas y difíciles de separar; en consecuencia, el grafito tiende
a acumularse en la emulsión.
Emulsión Limpia
Emulsión Sucia
Emulsión Limpia
Pantalla
Emulsión Sucia
Barras
Magnéticas
Material Sólido Lanzado
Hacia la Periferia del Cono
por la Acción de la
Fuerza Centrífuja
La Emulsión Limpia Sube
por el Centro del Cono
El Material Sólido Cae
al Fondo del Cono para
su Remoción
Hidrociclone
Hidrociclone
Los filtros magnéticos han sido efectivos para
la remoción de las virutas durante el mecanizado de metales ferrosos. Sin embargo, son menos efectivos cuando las partículas de metal
se adhieren a ellos formando capas gruesas
que obligan a una limpieza regular para mantener su eficiencia.
Filtro magnético
Los filtros de cilindro y banda magnética son
automáticos porque las partículas de metal son
continuamente removidas cuando el rodillo o
cilindro gira. Experimentos han demostrado que
los separadores magnéticos son también capaces de remover del sistema algunas de las
impurezas no metálicas, por ejemplo arenilla y
residuos de la piedra de esmerilar, atrapándolas junto con las partículas ferrosas. Los filtros
magnéticos son ampliamente usados para el
tratamiento de aceites de corte.
Otro tipo exitoso de filtro es el de banda o correa, en el que papel, membranas o telas tupidas pueden ser usadas como medio filtrante.
El flujo de líquido a través de la banda puede
ser por gravedad, pero otros tales como los filtros de vacío usan succión para incrementar el
flujo.
Con emulsiones, los filtros de alimentación por
gravedad tienen una capacidad aproximada de
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Mecanizado
de Metales
EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL
Módulo Diez
Rodillo Triturador
Emulsión Sucia
Tambor Magnético
Desprendedor
Partículas de Metal
Ferrosas y Lodos
Emulsión Limpia
120 l/min por cada m2 de área filtrante. Los filtros de banda con vacío, usando el mismo medio filtrante, pueden manejar cerca de cuatro
veces el caudal anterior.
Los filtros de banda son automáticos y pueden
ser usados para prácticamente todos los fluidos y con un amplio rango de relaciones de
filtración. El hecho que diferentes medios
filtrantes pueden emplearse significa que los filtros son adaptables a requerimientos específicos.
Filtro de cilindro o tambor Magnética
Emulsión Limpia
Emulsión Sucia
Flotador de Accionamiento por
Correa Conductora
Lodos Depositados
en el Filtro
Emulsión Sucia
Distribuidor
Emulsión Sucia
Banda de Soporte del Filtro
Banda Magnética
Emulsión Filtrada
Contenedor de Lodo
Rodillo de Papel Filtrante
Filtro de cilindro o tambor Magnética
Partículas de Metal
Ferrosas y Lodos
Filtro de banda o correa magnética
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Mecanizado
de Metales
CONTAMINACION POR BACTERIAS
Y HONGOS
Es importante reconocer que los microorganismos
encontrados en los sistemas de aceites de corte
normalmente provienen de otras fuentes que del
aceite en sí mismo. Se ha demostrado que los
hongos y las bacterias procedentes de suciedad, agua y materias orgánicas son contaminantes comunes de los fluidos de corte. También son producidos por malos hábitos de higiene de los operarios de las máquinas herramientas, ya que en ocasiones se ha encontrado que utilizan los tanques de almacenamiento
como depósito de residuos de comida, colillas
de cigarrillo y excrementos.
En ausencia de agua, los fluidos de corte no
son susceptibles de crecimiento de bacterias.
Así, aceites que son usados puros probablemente no tendrán estos problemas a menos
que sean contaminados con agua.
De igual forma tampoco existirán problemas
con los aceites emulsionables durante su almacenamiento antes de proceder a su dilución.
No obstante, una vez que están en forma de
emulsiones pueden empezar a ser vulnerables
al ataque.
Tipos de microorganismos
El crecimiento de bacterias en los sistemas de
aceite de corte, se dividen en dos grupos principales: Aeróbicas y anaeróbicas.
EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL
Módulo Diez
Las bacterias aeróbicas se encuentran en sistemas que están bien aireados y normalmente
su temperatura es de 30oC aprox. Sin embargo, pueden existir un tipo de bacterias aeróbicas
a temperaturas más altas variando de 55 a 60oC.
Ambos tipos degradan el aceite de corte a pHs.
de 4,5 a 6,5.
Las bacterias anaeróbicas se multiplican en
condiciones donde no hay aire, particularmente cuando la emulsión tiene en su superficie
una capa de aceite que impide la entrada de
aire. Entonces actúan como sulfato reductores,
conduciendo a la formación de sulfídrico.
Moho (hongos) y fermentos se encuentran también en los sistemas de aceite de corte, generalmente, cuando la dureza del agua es muy
baja.
Factores influyentes en el crecimiento de
microorganismos
El medio ambiente de trabajo de los fluidos para
mecanizado de metales puede afectar considerablemente el tipo de crecimiento de las bacterias. Los principales factores son:
- El rango ideal de pH para el crecimiento de
microorganismos está entre 6 y 9.
Las bacterias prefieren el límite superior del
rango (9), mientras que los hongos el valor
bajo (6).
- La concentración de la solución también
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afecta considerablemente el crecimiento de
bacterias. En general, en las soluciones más
débiles se multiplicarán más rápidamente las
bacterias y hongos.
Sin embargo, proporciones de 20-50:1 son
las óptimas para el crecimiento de bacterias
y en proporciones superiores a 50:1 la
concentración de materias oxidables
(alimento potencial por las bacterias) es el
principal factor con respecto al crecimiento.
- Hay una gran relación entre la dureza del
agua y el deterioro de los fluidos de corte.
La dureza afecta el mecanismo de la
descomposición y hay evidencias que
demuestran que el uso de agua dura como
diluyente puede causar un incremento en el
crecimiento de bacterias. Contrariamente,
los hongos pueden ser detenidos por el
incremento de la dureza del agua.
- Los efectos de la orina en el crecimiento de
bacterias en diferentes refrigerantes han
sido cuidadosamente estudiados. En
cualquier caso este tipo de contaminación
conduce a un incremento en la degradación
del aceite, cuyos efectos son particularmente
perceptibles en los ensayos de corrosión.
Comidas y otros materiales similares tienen
un efecto semejante.
EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL
Módulo Diez
Significancia de la Descomposición del
Aceite en la Práctica
Pérdida de la estabilidad de la emulsión
Las emulsiones consisten esencialmente en
millones de pequeñas gotas de aceite
emulsificadas en la fase agua. El tamaño de
las partículas de estas gotas es suficientemente
pequeño para poder moverse en el área de lubricación, entre la viruta y la herramienta, y
actuar como reductoras de fricción.
Uno de los efectos del desarrollo bacterial es la
descomposición de los agentes emulsificantes.
Esto conduce a la aglomeración de partículas
de aceite formando gotas más grandes. La efectividad de éstas últimas partículas como
reductoras de fricción es muy inferior debido a
su menor movilidad y por consiguiente, en la
zona de lubricación comienza a escasear el
aceite, incrementándose la fricción y la temperatura, con el consecuente deterioro de la herramienta y del acabado superficial de la pieza.
Pérdida de las propiedades lubricantes
La mayoría de los fluidos de corte contienen
componentes que les imparten propiedades
lubricantes, como p.e., aceites minerales,
ésteres de ácidos grasos, aceites animales y
vegetales. También se usan humectantes para
aumentar la propiedad del agua para mojar las
herramientas y piezas mecanizadas.
Estos componentes lubricantes son directamente atacados por las bacterias y su efectividad disminuye rápidamente lo que conduce a
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de Metales
un aumento en la fricción y reducción en su
dispersión.
Filtración y bloqueo del sistema
La viscosidad de los aceites de corte se puede
incrementar grandemente como resultado de la
actividad bacteriológica, conduciendo a la destrucción de filtros, clarificadoras y bombas.
En el caso de sistemas de fluido de rectificado,
los filtros de papel se pueden estropear de tal
forma que no eliminan el polvo lo que produce
un acabado superficial deficiente, embotado de
las muelas de rectificar y "quemado" de la pieza rectificada.
Manchas y corrosión
El material corrosivo producido por la degradación del aceite puede corroer las piezas mecanizadas. El grado de extensión de la corrosión
depende del desarrollo bacteriológico, la composición del aceite y el tipo de metal a mecanizar.
Entre los efectos más importantes de la corrosión están los siguientes:
- Corrosión de metales amarillos por sulfuros.
- Corrosión de aluminio por complejos de
amonio.
- Corrosión del cobre y bronces por ataque de
amoníaco formado por la descomposición de
los compuestos anticorrosivos tipo amina.
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Módulo Diez
- Corrosión de metales amarillos y ferrosos
debido a la rápida descomposición del nitrito
sódico y/o aminas.
Efectos en los sistemas de circulación
Los sistemas de circulación y tanques son muy
vulnerables a la corrosión procedente de los
productos descompuestos. Esto puede causar
fugas de fluido y potencial ataque a superficies
metálicas y estructuras de cemento y hormigón, a menos que estén apropiadamente tratadas.
El hormigón es vulnerable a tales ataques después que su pH se reduzca a 8,5 aprox. por la
reacción del óxido de calcio libre del cemento
con dióxido de carbono de la atmósfera.
Olor
El olor a sulfídrico en un sistema de aceite de
corte puede atribuirse siempre a la descomposición del aceite. Sin embargo, hay olores que
pueden ser causados por los componentes del
aceite.
Irritación de la piel
La irritación de la piel puede sobrevenir por una
combinación de la acción desengrasante de los
aceites de corte y una abrasión física con el
polvo metálico de los sistemas.
Se debe puntualizar que la irritación de la piel
por si misma no es indicación de infección
bacteriana. Pieles sensibles pueden tener problemas con fluidos en perfectas condiciones, y
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bactericidas de tipo no adecuado o usados a
altas concentraciones, pueden agravar esta situación.
Reducción de la vida del aceite
Aparte de los inconvenientes operacionales que
se deducen de la descomposición de los fluidos de corte, los costos adicionales en que se
incurren son también importantes. El uso de
bactericidas puede prolongar la vida útil de un
fluido con tal que estén presentes en concentraciones que puedan controlar el crecimiento
bacteriológico. Sin embargo, si la infección prevalece, la vida del fluido se reduce
drásticamente.
Identificación de microorganismos
Muestreo de la emulsión
Es necesario monitorear la contaminación con
bacterias de modo que se prevenga su proliferación. La muestra de emulsión debe ser representativa del sistema. Las siguientes notas dan
una orientación sobre la toma de muestras:
Si hay algún problema, se deben tomar muestras semanales o más frecuentemente; siempre estando el fluido en circulación.
Si el sistema no está en funcionamiento, se
deben encender las bombas y mantener el fluido circulando durante diez minutos como mínimo, antes de tomar la muestra.
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Módulo Diez
Esto debido a que las bacterias pueden alojarse en el barro del fondo o emigrar a la crema de
la capa superficial y por lo tanto la muestra no
contendrá una representación real de la población bacteriana.
Donde sea posible la muestra se toma del punto de mecanización, de una línea de retorno, o
desde el sitio donde el fluido de retorno fluye al
depósito.
Las muestras se deben tomar en botellas estériles de vidrio o de plástico. Para tomar la muestra, se abre la botella e inmediatamente se coloca bajo el fluido hasta que se llene totalmente cerrándola a continuación.
Las muestras se deben examinar lo más rápidamente posible ya que las bacterias son afectadas por condiciones ambientales como temperatura, luz, materias orgánicas y partículas
metálicas. Algunas bacterias son más fuertes
y sobreviven en condiciones en que otras mueren en un plazo de uno a tres días.
Métodos para la determinación de la población
bacteriana
Hay varios procedimientos adecuados para determinar "in situ" la población bacteriana. Sin
embargo, la correlación entre los ensayos de
laboratorio y los realizados "in situ" no es muy
clara en muchos casos.
Uno de los métodos más usados es el conocido como "inmersión de platina".
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de Metales
El ensayo utiliza una platina o placa esterilizada, que contiene dos o tres partes nutrientes,
la cual se sumerge en el fluido a ensayar, preferiblemente donde éste fluye para refrigerar la
pieza mecanizada. Posteriormente, la platina
se seca y se coloca en un recipiente incubador
que controla la temperatura al nivel adecuado.
En la mayoría de los casos una temperatura de
37oC durante toda la noche es suficiente para
producir un cultivo satisfactorio. La densidad de
las colonias cultivadas en el medio se compara
con los patrones estándares.
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Módulo Diez
Niveles de rechazo
El nivel de la población de bacterias que justifica el rechazo del fluido o la necesidad de tratamiento es casi subjetivo. No obstante, a término general se recomienda lo siguiente:
- 105 bacterias/ml es un nivel al cual se debe
hacer un tratamiento del fluido.
- 107 bacterias/ml o más es un nivel al cual el
fluido debería ser reemplazado.
La necesidad de establecer niveles precisos en
cada sistema depende de la velocidad de crecimiento de las bacterias y de la práctica operacional.
Levaduras
Hongos
Bacterias
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METODOS PARA COMBATIR LOS
MICROORGANISMOS
Los siguientes factores tienen un efecto significativo en la reducción del riesgo de contaminación bacteriana.
Diseño del sistema de circulación
Las emulsiones están en continua circulación
durante el servicio y el sistema debe ser diseñado de modo que su contenido pueda ser
chequeado fácil y correctamente. La parte más
importante del sistema de circulación es el tanque. Los tanques de almacenamiento de
emulsiones para corte de metales construidos
dentro de la base o pedestal de las máquinasherramientas, en general no conducen a buen
mantenimiento de las emulsiones.
Esto se debe al limitado acceso al interior del
tanque para su limpieza y también por el espacio “muerto” y las cavidades formadas, por ejemplo, por las bandas o varillas de refuerzo, que
hacen imposible remover toda la emulsión vieja
cuando se drena el sistema, antes de introducir una nueva carga. Los depósitos permanecen y las bacterias proliferan en estos espacios inaccesibles para contaminar la nueva carga y reducir su vida.
Las máquinas que tienen sistemas de circulación individuales deberían ser abastecidas de
emulsión desde un tanque separado el cual fuese fácilmente accesible y simple su limpieza.
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Módulo Diez
Los sistemas de circulación grandes, que sirven para abastecer de emulsión a un número
de máquinas, preferiblemente de un tipo similar ejecutando operaciones similares, proveen
condiciones favorables para prolongar la vida de
la emulsión. Los tanques son generalmente divididos en compartimentos, los cuales minimizan la turbulencia ocasionada por el flujo de
emulsión y permiten que los contaminantes
sólidos, incluso los de menor tamaño, sean
atrapados por el filtro. Los depósitos remanentes pueden ser removidos cuando la emulsión
es cambiada.
Si no hay filtros en la línea de retorno antes del
tanque, debe incorporarse en éste una trampa
de sedimentos para remover las virutas y otros
residuos sólidos. Esta trampa de sedimentos
debe ser limpiada manualmente cuando se cambia la emulsión. No obstante, este no es un
método muy satisfactorio debido a que el residuo retenido en el tanque ocupa espacio que
debería ser ocupado por la emulsión. También
se puede reducir la vida de la emulsión al mantenerse en contacto con los contaminantes.
Las trampas de sedimentos deben tener preferiblemente una correa o banda raspadora de
modo que los residuos separados sean removidos continuamente. El uso de una banda
raspadora elimina la necesidad de costosos y
arduos trabajos de limpieza manual, y también
contribuye a incrementar tanto la vida de la
emulsión como su rendimiento en operación.
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de Metales
El tanque usado en un sistema de circulación
debe ser suficientemente grande para almacenar una cantidad igual a 10 veces la máxima
capacidad de la bomba de circulación. Esto
significa que si la emulsión circula cerca de seis
veces en una hora, el tanque contiene 10 minutos de suministro. Esto debe ser tomado como
un mínimo requerimiento y tanques de tamaños mayores deben usarse donde limpiadores
de emulsión y largas vida de servicio son requeridos.
Uso de biocidas
Los biocidas varían en efectividad de acuerdo
con su tipo y concentración. Algunos son demasiado específicos y en muchos casos se
degradan rápidamente, sin resolver completamente el problema.
Para que los biocidas sean realmente efectivos
y aceptables deben cumplir los siguientes criterios:
- Deben ser compatibles con el fluido en que
se usan. De lo contrario, pueden darse
interacciones entre los componentes del
fluido y el biocida causando degradación del
aceite.
- El biocida debe tener un espectro de
actividad amplio para que sean efectivos
contra bacterias, hongos y levaduras.
- El nivel necesario de dosificación del biocida
debe ser tal que no resulte insuficiente ni
EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL
Módulo Diez
tampoco excesivo. Si la concentración es
muy baja, por ejemplo por debajo de la dosis
letal, la efectividad del biocida se reduce
drásticamente y los microorganismos
pueden sobrevivir y desarrollar resistencia; si
la concentración es muy alta, hay mayor
riesgo de irritación en la piel de los
operarios.
- Algunas veces los bactericidas y fungicidas
son mezclados para obtener los efectos
globales requeridos. La práctica general es
adicionar un paquete biocida a la emulsión
con intervalos de tiempo establecidos para
obtener protección continuada.
- Como los microorganismos pueden
desarrollar resistencias a las sustancias
usadas para su control resulta necesario
cambiar de biocida con cierta periodicidad.
Tratamiento del sistema con ozono
Otro método de esterilización es el basado en
las bien conocidas propiedades antibacterianas
del ozono, que puede resultar interesante en
grandes sistemas centralizados.
La técnica de ozonización comprende la inyección directa en el seno de la emulsión de aire
conteniendo ozono generado "in situ".
Limpieza del sistema
Hay varios productos en el mercado desarrollados especialmente para la limpieza de sistemas de aceites de corte. La acción de la ma-
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de Metales
yoría de estos limpiadores es similar y los principios generales para su uso son:
Aplicación
El limpiador se añade al depósito en la proporción recomendada (aprox. 2%). Se deja en circulación durante seis u ocho horas y luego se
vacía el sistema. Es preferible volver a limpiar
el sistema con una solución nueva de agua limpia y caliente.
Precauciones de manejo
Los sistemas limpiadores son mezclas de compuestos químicos en solución, por lo cual deben ser tratados con precaución y nunca utilizados sin diluir.
Es, por supuesto, muy importante verificar que
cualquier limpiador usado en esta forma sea
especialmente formulado de tal modo que no
afecte el rendimiento de la emulsión o imponga
alguna restricción sobre su subsecuente disposición.
También, se recomienda usar guantes y gafas
protectoras cuando las soluciones se usan para
la limpieza de las superficies externas de la
máquina.
Prácticas generales de taller
A continuación se reseñan los principales aspectos a tener en cuenta para que los sistemas de aceite de corte, tanto puros como
emulsiones, permanezcan en buena condición.
EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL
Módulo Diez
- Asegurar que las bombas, recipientes,
mangueras y embudos usados para el
vaciado o cargue de los depósitos de las
máquinas herramientas son conservados en
condiciones de limpieza y no se empleen
para labores diferentes donde puedan
contaminarse.
- Si por alguna razón una máquina
herramienta que emplea emulsiones va a ser
parada por un período de tiempo superior a
una semana, debe ser drenada hasta
evacuar totalmente el fluido de corte. No
dejar el fluido refrigerante estancado en la
máquina por ningún motivo.
- No hacer adición alguna de desinfectantes a
los fluidos de corte, debido a que puede
resultar más perjudicial.
- No arrojar al fluido materias de desecho
como comida, colillas de cigarrillo, papeles,
tapas de botellas, etc., o escupir en los
tanques de almacenamiento.
- Donde hay sistemas centralizados de fluido
de corte se debe evitar el ingreso de
suciedad a través de las tapas cuando se
realiza la limpieza de los sitios de trabajo.
- No permitir que haya excesivas fugas de
aceite mineral a los fluidos de corte. Esto
puede reducir considerablemente la vida útil
del fluido y a menudo son causa de malos
olores.
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de Metales
- Almacenar los tambores de aceite
emulsionable bajo techo para que no estén
expuestos a los efectos de extremo calor o
frío intenso.
EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL
Módulo Diez
- Los tambores de uso continuo deben
mantenerse en posición horizontal, sellados
herméticamente y con las tapas formando
una línea paralela al suelo.
- No almacenar los tambores en forma vertical
con las tapas hacia arriba. La parte superior
del tambor se puede llenar de agua y debido
a que éste "respira" con los cambios de
temperatura, el agua puede llegar a ser
absorbida a través de los tapones.
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de Metales
EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL
Módulo Diez
CAMBIANDO LAS MAQUINAS
HERRAMIENTAS DE ACEITES PUROS A EMULSIONES
Cuando las máquinas herramientas son convertidas de utilizar aceites de corte puro a
emulsiones es importante tener cuidado especial para prevenir que la emulsión contamine,
ya sea por fugas o salpique, las guías de desplazamiento de los carros portaherramienta y
de esta forma remueva el lubricante normal utilizado en estos puntos, conduciendo a incremento en el desgaste y corrosión. De igual forma, no se debe permitir que la emulsión ingrese a las cajas de engranajes o al sistema hidráulico. Los sellos, mangueras y molduras
deben ser resistentes a las emulsiones, por lo
que a menudo estos tienen que ser cambiados
cuando las máquinas herramientas son convertidas.
Aún siguiendo las recomendaciones mencionadas anteriormente, las máquinas herramientas que usan emulsiones deben ser inspeccionadas y reparadas más frecuentemente. En particular, el desgaste de las guías de los carros
es generalmente más alto con emulsiones que
con aceites de corte puros.
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DISPOSICION DE EMULSIONES
USADAS
Las emulsiones usadas no deben ser vertidas
en los sistemas de desagüe, alcantarillas o ríos.
Todas las sustancias que son de alguna manera biodegradables deben ser separadas. El
método de separación usado depende de:
- La composición del agua típicamente usada
en los fluidos de corte.
- Su condición.
- Las condiciones particulares de operación,
por ejemplo el nivel de contaminación y el
tipo de contaminantes.
- La legislación local.
Inicialmente hay que dar un tiempo prudencial
de reposo a la emulsión para permitir que cualquier aceite libre (trampa de aceite o aceite
separado de la emulsión) llegue a la superficie
donde puede ser removido.
Los separadores mecánicos, por ejemplo los
separadores multi-plato, han probado ser muy
efectivos en la separación preliminar de aceite.
Cualquier cantidad de aceite que pueda ser removida de esta forma, reduce la carga sobre
los equipos especializados usados para la separación de la emulsión y así se reducen los
costos.
EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL
Módulo Diez
Proceso de disposición de
emulsiones usadas
El proceso normal de disposición de
emulsiones puede dividirse así:
Disposición a través de contratistas.
Este es el método más barato para pequeñas
fábricas y antes de instalar una planta de separación deberían efectuar un análisis comparativo de costos con respecto a lo que se indica a
continuación.
Separación de emulsiones.
La mayoría de las emulsiones usadas en el
maquinado de metales pueden ser separadas
mediante la adición de ácidos, en forma similar
al procedimiento usado para determinar el contenido de aceite en una emulsión.
Lo más común, sin embargo, son las plantas
donde las sales de los ácidos fuertes son el
agente de separación. Los residuos de estas
plantas son menos ácidos que los de aquellas
que usan ácidos puros y por lo tanto su neutralización puede no ser necesaria.
Los agentes de separación más comunes son:
1. Cloruros de magnesio.
2. Sulfato de hierro.
3. Sulfato de aluminio.
4. Sales comunes.
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Módulo Diez
Después de la separación, la fase de aceite
puede ser removida manteniendo la emulsión
en tanques de asentamiento y recogiendo el
aceite separado en la superficie, o empleando
el método de centrifugación.
La separación tiene la ventaja que el aceite y el
agua son separados como líquidos pero como
la fase agua usualmente contiene partículas de
aceite dispersas por encima de los límites aceptables para su disposición, un tratamiento adicional es requerido para su eliminación. Además, la fase agua también contiene materiales
solubles en ella provenientes del aceite
emulsionable y de los agentes de separación,
los cuales pueden requerir neutralización.
El tratamiento adicional de la fase agua usualmente incluye la formación de un FLOC de hidróxido metálico (generalmente de sulfato de
hierro o aluminio). El aceite es absorbido por el
FLOC y luego es sumergido en el fondo del tanque, como un lodo, o elevado hacia la superficie por los gases producidos por la electrólisis
de la fase agua. El lodo resultante o la espuma
(natas) son removidos y sometidos a un proceso de secado, para luego ser quemados o descargados como basura industrial. El contenido
de aceite en el agua después de la floculación
generalmente satisface los requerimientos de
la legislación ambiental.
El siguiente diagrama muestra el tratamiento
adicional de la fase agua por floculación en una
planta de separación por sales o ácido.
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EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL
Módulo Diez
1. Tanque receptor de emulsión usada.
6. Tanque de agentes neutralizadores.
2. Intercambiador de calor.
7. Tanque del agua de desecho.
3. Tanque de agente de separación.
8. Tanque de floculación.
4. Tanque de separación: donde el agente de
9. Tanque de lodos húmedos.
separación y la emulsión son mezclados.
10. Filtro prensa para el secado de los lodos.
5. Centrífuga.
Agente de
Separación
Emulsión Usada
2
1
Agua Separada por el
Tratamiento Posterior
6
Agitador
“Chaqueta” de
Calentamiento
3
Floculantes
4
Aceite
Separado
5
Aceite
Separado
Lodo
8
7
9
Lodo
Transportador
de Tornillo
10
Filro
Prensa
Agua
Limpia
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Tratamiento por absorción
Una emulsión también puede ser separada
mediante la combinación de agentes de separación y absorción. Los componentes solubles
del agente de separación separan la emulsión,
y el aceite separado es capturado por el agente de absorción (ácido silícico hidrofóbico microdispersado). La filtración, subsecuente, produce agua muy limpia, con un contenido residual
de aceite el cual es usualmente aceptable para
su disposición en alcantarillas. Los lodos
residuales que contiene el aceite pueden ser
secados y luego quemados.
El equipo requerido para este proceso es relativamente barato pero el costo de los agentes de
separación es alto y se incrementa con el contenido de aceite en la emulsión. Este proceso
es, por lo tanto, muy útil para empresas que
manejen pequeñas cantidades de emulsión y
sobre todo con bajos contenidos de aceite. Este
proceso también puede ser empleado para el
tratamiento final del agua que ha sido separada
de una emulsión.
Evaporación de la fase de agua
Un método obvio de separación de emulsiones
es sometiéndola a calentamiento para retirar el
agua, dejando el aceite solo. Hay una gran variedad de equipos disponibles para este propósito, como son los quemadores de combustión
sumergida, evaporadores rotatorios,
evaporadores de película delgada, etc.
EL TUTOR DE LUBRICACION SHELL
Módulo Diez
El principal problema con los métodos de evaporación es el diseño del equipo para mantener
el consumo de energía en un nivel económico.
Los métodos de evaporación resultan ventajosos desde el punto de vista medioambiental
debido a que no es necesario el uso de químicos adicionales, como los agentes de separación, que contribuyen a incrementar el volumen
de desechos en la disposición final. Prácticamente todo el aceite y otros contaminantes son
separados cuando el agua es evaporada. No
obstante, el condensado contiene algunas gotas de aceite finamente dispersadas las cuales son arrastradas en la corriente y tienen que
ser removidas con el uso de filtros de carbón
activado.
Los procesos de evaporación son principalmente útiles para empresas con operaciones continuas que emplean emulsiones con altos contenidos de aceite. Ellos son económicos para
operar donde grandes volúmenes de emulsión
están presentes y su creciente importancia radica en su gran aceptación medioambiental.
Combustión
Las emulsiones que no contienen más del 30%
de agua pueden ser quemadas en quemadores
especiales. Si el contenido de agua está por
encima de este nivel, es posible agregar la
emulsión al aceite combustible nuevamente sin
exceder un máximo contenido de agua del 30%.
La combustión de emulsiones puede ser un
buen medio para su disposición, pero antes de
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Módulo Diez
ponerlo en práctica es indispensable obtener
mayor información pues se tiene el riesgo de
corrosión y otros daños a la caldera u horno
causados por cualquiera de sus componentes.
Ultrafiltración por membrana de separación
Las emulsiones de aceite en agua pueden ser
separadas mediante un proceso de
ultrafiltración, el cual emplea una membrana
semi-permeable para efectuar la separación.
La permeabilidad (o tamaño del poro) de la
membrana permite que el agua, las sales solubles en el agua y los emulsificadores presentes en la emulsión, pasen a través de ella, pero
las moléculas de aceite son retenidas.
Membrana
Agua
Sal
La ultrafiltración requiere de una presión baja,
entre 15 y 150 psi, para que tenga una rata de
flujo razonable a través de la membrana. Debido a la circulación bajo presión sobre la membrana, el agua y los elementos solubles en el
agua pasan a través de ella y la concentración
de la emulsión se incrementa. Cuando la concentración ha alcanzado valores cercanos al
50%, la emulsión puede mezclarse con otros
aceites usados y luego quemados como combustibles de hornos o calderas.
Si no se aplica la alternativa anterior, el contenido de agua en la emulsión puede ser reducido, aún más, para obtener una mayor concentración y proceder a su disposición por otros
medios como los contratistas.
La ultrafiltración no requiere químicos adicionales y es por esto que tiene gran aceptación
medioambiental. El agua separada por este
método está virtualmente libre de aceite y es
posible su reutilización en algún proceso sin
tratamiento adicional. Si la intención es
reutilizarla para preparar emulsiones nuevas, es
aconsejable hacer un chequeo previo para asegurar que su contenido de sales no es
significativamente alto para causar problemas.
La ultrafiltración es particularmente útil para
grandes empresas en las que el agua de desecho de otras plantas, por ejemplo de pintura,
es también reutilizada. Si el agua separada no
es utilizada, se requiere entonces efectuarle un
tratamiento adicional para remover las sales
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solubles. La ósmosis reversible, un proceso
similar a la ultrafiltración pero usando membranas con tamaño de poro más pequeño y altas
presiones, puede ser usada.
Colector
Permeable
Elemento Tubular para Ultrafiltración
Carcaza en PVC
Salida del Agua y Sales
Solubles en Agua
Tubería de Acero para
Soporte del Elemento
Las diferentes composiciones de las emulsiones
desechadas a nivel industrial hacen que los
métodos de absorción y separación, los cuales funcionan con emulsiones sin usar, no necesariamente sean aplicables después que han
sido usadas. Es por tal razón aconsejable que
se determine mediante pruebas de laboratorio
sobre emulsiones usadas cuáles son los agentes de separación o absorción más efectivos,
antes de adoptar su uso en grandes escalas
de tratamiento.
Los resultados de los procesos de evaporación,
combustión y ultrafiltración no dependen de la
calidad de la emulsión usada y pueden ser
empleados en prácticamente todos los casos
sin necesidad de pruebas preliminares.
Molécula de Agua
Molécula de Aceite
En el caso de emulsiones que contengan nitrito
de sodio, debe hacerse un chequeo para verificar que su nivel cumple con la regulación local,
antes de arrojarlo a las alcantarillas. Si el nivel
de nitrito es muy alto, debe realizarse un tratamiento para convertirlo en un compuesto no
tóxico. Por ejemplo, la adición de ácido aminosulfónico convierte el nitrito a sulfonato acompañado de nitrógeno gaseoso, pero de cualquier
modo, este tratamiento no reducirá el contenido total de sales.
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ASPECTOS DE SALUD E HIGIENE
INDUSTRIAL EN EL MANEJO DE
EMULSIONES
Como ya se ha mencionado, una emulsión está
compuesta por un aceite emulsionable dispersado en agua, en ocasiones con la adición de
un biocida. Por lo regular, no es posible modificar significativamente el balance químico de
una emulsión sin el riesgo de tener efectos adversos sobre su estabilidad y rendimiento. Es
posible, por supuesto, que cualquiera de los
componentes contenga elementos que sean
irritantes para pieles sensibles.
En general, los fluidos Shell para el mecanizado de metales están formulados con bases
minerales que no representan riesgo para los
usuarios cuando son manejados correctamente, y unos buenos estándares de higiene personal e industrial son adoptados. Estos fluidos
son ligeramente irritantes de la piel pero son
bien tolerados si hay contactos normales. Sin
embargo, el contacto frecuente y prolongado
con aceites minerales puede en algunos casos
causar diferentes formas de irritación de la piel
(dermatitis) y, en circunstancias excepcionales, condiciones más serias como cáncer de
piel. Los aceites de corte emulsionables son
normalmente alcalinos y pueden remover las
grasas naturales de la piel humana causando
resequedad y erupciones.
Los desórdenes en la piel están convirtiéndose
en un problema serio para la medicina indus-
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trial y debe tener una solución integral si los
directivos de la empresa, los operarios de las
máquinas y los médicos trabajan conjuntamente
para prevenir su ocurrencia. Una gran variedad
de experiencias han mostrado que es más fácil
y barato tomar acciones preventivas en vez de
tratamientos médicos prolongados y también
incapacidades laborales.
Pero cuál es la causa de los problemas de la
piel? Muchos trabajos en ingeniería de producción envuelven riesgos de daño en la piel debido a la abrasión, laceración, penetración de materiales extraños, como las virutas y exposición a calor excesivo o frío extremo. No obstante, la exposición a químicos, agentes
desengrasantes o solventes, agentes de limpieza en frío y componentes de resinas sintéticas como los agentes de curado, representan
la principal causa.
El níquel y cromo pueden causar irritación particularmente cuando están en forma de sales y
compuestos químicos encontrados en operaciones de electroniquelado, pero también cuando se mecanizan aceros que contienen cromo.
Se concluye de lo anterior que hay muchas
fuentes potenciales de problemas de piel aparte de los aceites para corte de metales.
La irritación de la piel es más común con el
uso de aceites emulsionables que con aceites
minerales puros. Esto es debido a que las
emulsiones son generalmente alcalinas y pueden remover la capa grasa protectora conlle-
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vando a resequedad en la piel. Si no se adopta
el tratamiento adecuado la resequedad puede
convertirse en inflamación y erupciones rojas.
El nombre dado a esta condición es dermatitis,
y no debe ser confundida con los efectos de
una alergia.
Las alergias son menos comunes y más difíciles de curar completamente. La dermatitis se
controla mediante acciones preventivas tales
como la aplicación de una crema protectora
antes de empezar el trabajo, y al finalizar la
jornada lavándose cuidadosamente y aplicarse, de ser necesario, una crema
acondicionadora.
Para el propósito de este módulo, es suficiente
limitar la discusión sobre reglas de higiene y
aspectos de salud en el manejo de emulsiones
al control de la dermatitis. Los síntomas externos empiezan con asperezas, resequedad y
rasquiña. Si no se toma ninguna acción, esto
conduce a inflamación, enrojecimiento de la
zona afectada, picazón y algunas veces a la
formación de ampollas. El nombre común para
esta condición es “eczema por lubricante” y se
presenta regularmente en las palmas de las
manos, en los dedos y antebrazos.
Donde la piel es afectada en esta forma hay un
gran riesgo que microorganismos puedan agravar esta condición. A menudo los gérmenes de
los grupos de estreptococos, estafilococos y
en particular el sporovibrio desulfuricans (un
grupo que puede ser causante del rompimiento
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de la emulsión) penetran en la piel.
Cuando los microbios son la principal causa de
esta enfermedad, se le da el nombre de eczema microbial.
Las siguientes recomendaciones proporcionan
una guía sobre la manipulación de aceites
emulsionables:
- El contacto entre la emulsión y la piel debe
evitarse o restringirse al mínimo necesario
para llevar a cabo la tarea.
- No lavarse los brazos y las manos con
emulsión.
- Prevenga posibles heridas en la piel con
residuos metálicos, virutas o refrigerantes
rociados a alta presión. Las virutas y los
contaminantes sólidos deberían ser
removidos de la emulsión por una filtración
efectiva y la limpieza exhaustiva de la
máquina.
- Si se emplean biocidas debe tenerse
especial cuidado de no exceder la
concentración recomendada por el
fabricante para evitar irritación de la piel.
- Erupciones o cortaduras en la piel deben
recibir atención médica inmediata.
- El uso de guantes protectores, aunque
deseable, no es siempre posible, porque a
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veces se trabaja con piezas pequeñas y su
manipulación se dificulta. Bajo estas
circunstancias es aconsejable emplear una
crema protectora repelente de aceite.
Las cremas protectoras deben aplicarse
regularmente antes de empezar el trabajo, y
después de cada lavada de manos y brazos.
Estas cremas se utilizan para prevenir la
irritación de la piel y no deben ser utilizadas
como tratamiento de enfermedades.
- Delantales o petos resistentes al aceite
deben emplearse para proteger tanto el
abdomen como los muslos, del contacto con
la emulsión y con superficies aceitosas de la
máquina.
- Trapos o estopas mojados con emulsión,
que pueden tener virutas y otros materiales
abrasivos, no deben usarse en la limpieza
de las manos.
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- Lavar cuidadosamente las manos, brazos y
cualquier otra parte del cuerpo expuesta al
refrigerante, usando abundante agua
caliente para remover de la piel todas las
trazas de aceite.
- Evitar el uso de pastas abrasivas ásperas o
desengrasantes en polvo para efectuar él
restregado de la piel. Usar limpiadores de
manos no abrasivos o jabones que sean
ligeramente ácidos al reaccionar (nunca
emplear jabones fuertemente alcalinos).
- Nunca usar emulsiones o solventes para
hacer prelavados de las manos y brazos.
- Secar la piel con toallas limpias o
preferiblemente con papel toalla desechable
para evitar posible recontaminación de la
piel con aceite o pedazos de viruta retenidos
en toallas usadas.
- Para prevenir el contacto prolongado de
partes del cuerpo con refrigerante, las ropas
mojadas deben cambiarse tan pronto como
sea posible. Por la misma razón, los trapos o
estopas humedecidos con aceite no deben
mantenerse dentro de los bolsillos de los
pantalones o camisas de trabajo.
De igual importancia para la protección de la
piel son aquellos cuidados que se tengan cuando se finaliza el turno o día de trabajo, algunas
de las precauciones a tomar son:
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CONCLUSIONES
La economía resultante de utilizar una emulsión se ve afectada por diversos factores. Los
principales problemas se derivan del hecho que
las emulsiones son una mezcla de dos componentes que no son inherentemente compatibles.
Por otra parte, como el principal componente
es el agua es más probable que se presente la
contaminación con microorganismos y suciedad.
Entre mayor sea el contenido de aceite, la
emulsión es más costosa. Por tal razón, se
requieren numerosas y exigentes pruebas a las
emulsiones para obtener una que ofrezca óptimo rendimiento con el menor contenido de aceite posible. Sin embargo, no es el precio del
aceite emulsionable el único factor a considerar como criterio de selección de una marca,
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sino los costos totales en que se incurre durante toda la vida en servicio de la emulsión.
Estos costos totales incluyen desde el precio
del aceite emulsionable hasta los rellenos requeridos para completar nivel.
El costo total de cambiar una emulsión es relativamente alto porque no solamente involucra
la compra de aceite emulsionable nuevo sino
también el costo de limpieza del sistema, de
los materiales y elementos, la mano de obra y,
por supuesto, la disposición de la emulsión
usada.
En vista de lo anterior, es generalmente más
económico usar aceite emulsionable de alta
calidad y poner especial cuidado al mantenimiento de la emulsión para obtener una extensa vida de servicio.
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ACEITES PUROS PARA EL
MECANIZADO DE METALES
les, pero proveen mejor lubricación bajo condiciones de carga altas.
Los aceites puros para corte de metales son
usados sin la adición de agua. Ellos consisten
en aceites minerales refinados que contienen
una proporción variable de aditivos de extrema
presión y aceites grasos seleccionados, cuya
actividad depende del tipo de material mecanizado y la severidad de la operación de corte.
En las formulaciones de aceites de corte se
usan frecuentemente aceites grasos seleccionados que son tratados con azufre y mezclados con otros componentes en condiciones
cuidadosamente controladas y usados como
aditivos de aceites minerales.
Las máquinas herramientas automáticas y
semiautomáticas incorporan complejos mecanismos en la zona de corte, la cual está expuesta al flujo del aceite. El diseño es de tal
forma que con frecuencia resulta difícil excluir
completamente el fluido de corte del sistema
de engranajes cerrados y por lo tanto los aceites puros son preferidos para estas máquinas.
Los aceites puros son fundamentales para
operaciones como tallado de engranajes y el
brochado, donde un buen acabado superficial
es esencial y la vida de la herramienta de corte
es el principal factor de costo.
Los aceites minerales refinados son muy estables y proveen una excelente lubricación hidrodinámica, pero son inertes ante los metales y
aleaciones; y no siempre resuelven las condiciones de altas cargas que se presentan al
mecanizar los metales.
Las características principales que debe cumplir un aceite puro son:
Propiedad humectante (mojante)
Buenas propiedades de fluidez y capacidad de
“mojar” a fin de asegurar un caudal adecuado,
así como un íntimo contacto con la herramienta y la pieza a mecanizar permitiendo por lo
tanto una buena lubricación y enfriamiento.
Un aceite mineral altamente refinado “no moja”
la superficie del metal limpio y quedan en ella
glóbulos similares a gotas de agua.
El ángulo de contacto de la gota de aceite con
el metal varía con la tensión interfacial del aceite. A medida que este ángulo se hace más
agudo y se aproxima a cero, el aceite se extiende más ampliamente, mojándose la superficie más eficientemente.
Los aceites grasos son menos estables, se
vuelven rancios y pueden atacar algunos meta-
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Propiedades de extrema presión y
lubricantes
Los aceros más tenaces imponen condiciones
de temperatura y presión muy severas, especialmente a alta velocidad de corte. Dichas condiciones provocan la soldadura de partículas de
metal en la punta de la herramienta que dan
lugar a un reborde, generalmente, denominado
falsa cuchilla. Si bien un pequeño reborde es
aceptable y protege el filo, uno mayor origina
un mal acabado superficial de las piezas trabajadas.
El proceso de formación de la viruta se inicia
cuando el metal que se encuentra inmediatamente delante de la punta de la herramienta es
sometido a elevada tensión, se distorsiona y
eventualmente se corta en partículas. La carga
sobre la herramienta es más alta en la punta
de la misma, y operando con aceros de alta
resistencia a la tracción ésta no puede ser soportada por el aceite; por lo tanto, la viruta tiende a soldarse sobre la herramienta formando la
“falsa cuchilla”, y este fenómeno debe ser controlado por el uso de aditivos de extrema presión.
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de la viruta.
Los lubricantes de extrema presión se clasifican como “activos” e “inactivos”, según se manchen o no los metales amarillos y aleaciones
(bronce, cobre, etc.) a temperatura ambiente.
Solamente los activos son capaces de actuar
positivamente en las operaciones de mecanizado más severas. No obstante, hay ciertos
aceites Shell que se usan en las condiciones
más severas y son formulados de tal manera
que pueden utilizarse en el mecanizado de
metales amarillos.
Para demostrar las propiedades de extrema
presión se someten los aceites al ensayo denominado “Test Shell de las cuatro bolas” . En la máquina utilizada se hace girar a
velocidad constante una bola de acero templado de media pulgada de diámetro sujeta por un
mandril y en contacto con otras tres bolas similares. Estas últimas se mantienen fijas y en
contacto unas con otras en un recipiente metálico con el aceite a ensayar. La carga puede
variar en un amplio rango.
El uso de aceites de extrema presión apropiados controlará este defecto y mejorará el acabado de la pieza y la vida de la herramienta.
Estos tipos de aceites contienen aditivos especiales que actúan sobre la superficie altamente cargada para formar películas submicroscópicas
de un lubricante sólido que limita la soldadura
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Si se tiene en cuenta que la presión ejercida
por la viruta sobre la herramienta, que es máxima en la punta, cae a cero cuando termina el
contacto, es lógico concluir que entre las posiciones de presión máxima y cero hay otras
donde la película de aceite no puede ser lo suficientemente gruesa como para soportar la
carga y tampoco el aditivo de extrema presión
es efectivo porque la temperatura no es suficiente (está por debajo de 50oC). Por tal razón,
en estas zonas de contacto son vitales las propiedades lubricantes del aceite, de manera que
resulta esencial un cuidadoso balance entre
las propiedades de extrema presión y la lubricidad, para lograr un buen acabado de la pieza
mecanizada y una mayor vida útil de la herramienta.
Mientras la bola superior gira, la carga aplicada
incide inicialmente en áreas muy pequeñas. De
esta manera se forman huellas de desgaste
donde las bolas se encuentran, haciendo que
las áreas de contacto aumenten y permiten
soportar la carga.
La capacidad de carga del aceite puede ser
evaluada por las medidas de las huellas de desgaste a diferentes cargas.
A pesar de la gran importancia que tiene una
buena capacidad de carga bajo condiciones de
extrema presión, este no es el único criterio
para evaluar la calidad de un aceite de corte.
Esto se ha conseguido en los aceites Shell,
gracias a una selección de aditivos especiales
que les confieren estas propiedades.
Acción anticorrosiva sobre la máquina y la pieza a mecanizar
Ha sido demostrado el valor de los aditivos de
extrema presión, y que estos reaccionan en
cierto grado con la superficie del metal. Si son
demasiado activos o resultan activos a baja temperatura, la reacción puede llegar a producir
corrosión. Por ejemplo, el azufre libre puede
atacar los metales amarillos y dañar al bronce
y otras aleaciones no ferrosas de cojinetes de
máquinas herramientas.
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Los agentes E.P. (azufre, cloro, fósforo, etc.)
deben estar presentes de tal forma que únicamente se vuelvan activos a las altas temperaturas que se alcanzan en los puntos donde la
presión es más elevada por la acción de corte.
Para establecer el efecto de la acción corrosiva
sobre las partes de metal amarillo, de la máquina o pieza trabajada, se utiliza el ensayo
"corrosión lámina de cobre". En este test, una
lámina de cobre, limpia y pulida con papel
esmeril fino, se sumerge en el aceite a ensayar
durante tres horas a 21oC. Al finalizar la prueba
se observa si la lámina ha sufrido alguna mancha, por ejemplo, con sulfuro de cobre, producida por el ataque del azufre sobre la superficie
de cobre, o si por el contrario la lámina permanece brillante y libre de manchas.
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tes mojantes eficientes y asegurándose que el
aceite de corte terminado tenga adecuado poder lubricante para el servicio a que está destinado.
Las pruebas prácticas en un taller mecánico
demuestran que los aceites Shell para mecanizado de metales reducen el humo, particularmente en operaciones severas como tallado de
engranajes, mediante la provisión de una película altamente adhesiva con gran poder lubricante.
Tendencia a la formación de humos
A altas velocidades de corte, en materiales de
gran tenacidad, se generan muy altas temperaturas. A menos que la herramienta de corte
sea cuidadosamente diseñada y el flujo del refrigerante suficiente, el humo es inevitable debido a la descomposición y volatilización del
aceite. Esto se produce especialmente cuando las virutas calientes caen sobre superficies
mojadas en aceite, no habiendo sido completamente enfriadas por el flujo del aceite. Aún
en estas condiciones puede hacerse mucho
para reducir el humo mediante una selección
cuidadosa del aceite base, incorporando agen-
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Sección Tres
SUPERLUBRICANTES SHELL PARA
EL MECANIZADO DE METALES
ACEITES EMULSIONABLES
SHELL BRUMOL SP
Shell Brumol SP es un lubricante emulsionable,
producido a partir de bases minerales refinadas a las cuales se les agrega un paquete de
aditivos para mejorar su desempeño.
Shell Brumol SP se usa en la mayoría de las
operaciones de maquinado, como son:
- Taladrado, torneado, fresado y corte de
metales en frío.
- Pulido de metales, excepto acero inoxidable,
aleaciones resistentes al calor, terrajado y
roscado de aleaciones no ferrosas.
- En la industria del concreto es utilizado
como desmoldante para lograr dar el
acabado requerido a la formaleta y proteger
los moldes.
Estos aceites se encuentran libres de cloro,
nitrito y fenoles, lo que permite una operación
más segura, previene irritaciones de la piel y la
formación de olores molestos.
Además, tiene incorporados biocidas de alto
espectro que previenen la formación de
microorganismos que degradan el aceite.
Las concentraciones pueden variar entre 1 y
5% dependiendo de los requerimientos de lubricación y refrigeración.
SHELL DROMUS B
Los lubricantes Shell Dromus son mezclas de
aceites minerales refinados, emulgentes y otros
aditivos especialmente seleccionados para asegurar que una vez mezclado con agua proporciona una emulsión estable que satisfará los
requerimientos de diversas operaciones de
mecanizado.
Como las emulsiones de Shell Dromus B en
agua son excepcionalmente estables, retienen
sus excelentes propiedades anticorrosivas por
mayores períodos de tiempo proporcionando
continua protección a la máquina. En concentraciones al 2 % de agua cumple los requerimientos 4 x 0-0 del test I.P. 125 de corrosión.
En contraste a muchas marcas competidoras
más baratas, Shell Dromus B no contiene compuestos fenólicos que causan irritación de la
piel y tienen un olor muy fuerte que es bastante
molesto para el operario de la máquina.
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Se usa normalmente en las operaciones de taladrado, fresado, torneado, corte en frío y bruñido de la mayoría de los metales, excepto de
los aceros inoxidables y aleaciones resistentes al calor, terrajado y roscado de aleaciones
no ferrosas.
mecanización de todo tipo de aleaciones no
ferrosas y metales amarillos, en tornos automáticos, tallado de engranajes, rectificado de
roscas, roscado, roscado por laminación, taladrado, brochado profundo, etc.
Se emplean generalmente en concentraciones
del 1 al 15%. En operaciones de laminación de
cobre en caliente se emplea en concentraciones al 2% y en frío al 6%.
SHELL GARIA C
Otra de sus aplicaciones es como inhibidor de
corrosión en sistemas hidráulicos con agua, o
en sistemas de refrigeración de motores. Su
concentración puede oscilar entre el 1 y el 5%.
ACEITES PUROS
SHELL MACRON B
Los superlubricantes Shell Macron son aceites
transparentes de extrema presión moderada.
Se fabrican a partir de la mezcla de aceites
minerales altamente refinados, con aceites
grasos sulfurizados cuidadosamente seleccionados, que los hace útiles para el mecanizado
de aceros de resistencia media (de bajo porcentaje de carbono), especialmente cuando se
trabaja con máquinas herramientas automáticas.
Debido a que Shell Macron B está formulado
con aditivos del tipo inactivo es ideal para la
Son aceites de mecanizado, transparentes, del
tipo extrema presión activos. Shell Garia C está
constituido por una mezcla de aceites minerales altamente refinados con aditivos especiales que les confieren excelentes cualidades
lubricantes bajo las condiciones de trabajo más
severas.
Por la calidad de los componentes empleados
tienen un olor muy suave, son estables y no
se oxidan. Así mismo, reducen a un mínimo su
actividad hacia los componentes metálicos
amarillos de las máquinas herramientas.
Shell Garia C es un aceite multifuncional.
Su economía y versatilidad lo hace ser el más
usado de la familia Shell Garia Oils.
Sus aplicaciones típicas incluyen:
- Mecanización automática de aceros aleados
(50/70 tons uts, 80/110 Kp/mm2), aceros
inoxidables y aleaciones resistentes al calor.
- Fresado de engranajes de acero (20/50 tons
uts, 30/80 Kp/mm2) y aceros aleados (50/70
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tons uts, 80/110 Kp/mm2).
- Terrajado y roscado, roscado por laminación
y barrenado profundo de aceros (20/50 tons
uts, 30/80 Kp/mm2) y aceros aleados (50/70
tons uts, 80/110 Kp/mm2)
- Brochado de acero (20/50 tons uts, 30/80
Kp/mm2).
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Sección Cuatro
SELECCION DEL ACEITE DE CORTE
En el cuadro siguiente se encuentran las recomendaciones generales para la correcta elección de aceites para el mecanizado de metales.
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Metales no ferrosos
Aceros
Fácilmente
maquinables
Tenaces
Operaciones muy severas
(p.e. brochado)
20 a 30
30 a 50
50 a 80
Shell Macron B
Shell Macron 32
Shell Garia C
Shell Garia C o
Shell Garia D
Shell Garia D
-----
Roscado
(con macho o terraja)
Shell Macron B
Shell Macron 32
Shell Garia C o
Shell Macron 32
Shell Garia C o
Shell Garia D
Shell Garia C o
Shell Garia D
Shell Garia D
Roscado
(laminado)
Shell Macron B
Shell Macron 32
Shell Garia C o
Shell Macron 32
Shell Garia C o
Shell Garia D
Shell Garia C o
Shell Garia D
Shell Garia D
Fresado de engranajes
Shell Macron B
Shell Macron 32
Shell Garia C o
Shell Macron 32
Shell Garia C o
Shell Garia D
Shell Garia C o
Shell Garia D
Shell Garia D
Rectificado de roscas
Shell Macron B
Shell Macron 32
Shell Garia C
Shell Garia C
Shell Garia C
Shell Garia D
Operaciones automáticas
Shell Macron 32 o
Shell Macron B
Shell Macron 32 o
Shell Macron B
Shell Macron 32 o
Shell Macron B
Shell Macron 32
Shell Garia C
Shell Garia C o
Shell Garia D
Agujereado y alesado profundo
Shell Macron B o
Shell Brumol SP
Shell Macron B o
Shell Brumol SP
Shell Garia C o
Shell Macron 32
Shell Garia C
Shell Garia C
-----
Escariado
Shell Macron B o
Shell Brumol SP
Shell Macron B o
Shell Brumol SP
Shell Macron B o
Shell Brumol SP
Shell Macron B o
Shell Brumol SP
Shell Garia C o
Shell Garia D
Shell Garia D
Shell Brumol SP o
Shell Macron B
Shell Macron B o
Shell Brumol SP
Shell Macron B o
Shell Brumol SP
Shell Garia C o
Shell Brumol SP
Shell Garia C
Shell Garia D
Fresado
Shell Brumol SP
Shell Macron B o
Shell Brumol SP
Shell Brumol SP
Shell Garia C o
Shell Brumol SP
Shell Garia C o
Shell Brumol SP
Shell Garia C o
Shell Garia D
Torneado
Shell Brumol SP
Shell Macron B o
Shell Brumol SP
Shell Macron B o
Shell Brumol SP
Shell Garia C o
Shell Brumol SP
Shell Garia C o
Shell Brumol SP
Shell Garia C o
Shell Garia D
Serruchado en frío
Shell Brumol SP
Shell Brumol SP
Shell Brumol SP
Shell Brumol SP
Shell Garia C o
Shell Brumol SP
Shell Garia C o
Shell Garia D
Cepillado y limado
Shell Brumol SP
Shell Brumol SP
Shell Brumol SP
Shell Brumol SP
Shell Brumol SP
Shell Brumol SP
Rectificado
Shell Brumol SP
Shell Brumol SP
Shell Brumol SP
Shell Brumol SP
Shell Brumol SP
Shell Brumol SP
Agujereado
Resistencia a la tracción (Ton. cortas /Pulg2)
Inoxidables;
alta
resistencia
calor, etc.
Operaciones de maquinado
1. Shell Macron 32 y Shell Garia D son producidos bajo pedido o importación.
2. Shell Dromus B puede ser empleado en las mismas operaciones en que se utiliza Shell Brumol SP.
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Isabel Gil Alonso
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Tel 91 831 90 81
c\ Circunvalación 2
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30 años de experiencia a su servicio
Lubricantes Industriales, herramientas de corte, abrasivas y consumibles para electroerosión