CONTENIDO.

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2 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 Sección Tres Propiedad humectante Propiedades de extrema presión y lubricantes Acción anticorrosiva sobre la máquina y la pieza a mecanizar Tendencia a la fotmación de humos Superlubricantes Shell para el mecanizado de metales Aceites emulsionables Aceites puros Sección Cuatro Selección de un aceite de corte

3 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. 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.

4 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. 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. HERRAMIENTA VIRUTA VIRUTA 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-

5 ción de la cantidad de viruta, y el ángulo de corte de la herramienta. Esta relación está dada por: C p =1/a Donde C p 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.

6 CLASIFICACION DE LOS METALES SEGUN SU MAQUINABILIDAD Los metales se dividen en dos grandes grupos: Ferrosos y no ferrosos. 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. Entre estos materiales los más importantes son: - Hierro fundido (con considerable cantidad de carbono en su composición química). - El acero al carbono y el de baja aleación. - Aceros de alta aleació (e inoxidables, martencíticos y ferríticos. - Aceros inoxidables austeníticos. - Aceros al carbono, aceros aleados y aceros rápidos. 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 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 no ferrosa se subdivide en: - Cobalto - Níquel o sus aleaciones - Cobre o sus aleaciones - Aluminio - Magnesio - Latón (Cu-Zn) - Bronces (Cu-Sn) - Bronces al silicio 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. 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

7 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.

8 Mecanizado Sección Dos FLUIDOS PARA EL MECANIZADO DE METALES FUNCIONES QUE DEBEN CUMPLIR Dado que se reducen los períodos improductivos y además permiten mayores velocidades de giro y avance se disminuyen los tiempos de proceso. 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

9 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. Así como otros tipos de fluidos de corte, las emulsiones también arrastran las virutas del área de corte y previenen daños a la herramienta. 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.

10 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. 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 ACEITE No ionicas ACEITE Ionicas 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 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

11 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 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 5 o d (85 ppm CaCO 3 ) 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 dispersar 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 m 3 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

12 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.

13 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 aniónicos. Los aceites emulsionables son diseñados para producir emulsiones estables en agua con un cierto grado de dureza, normalmente hasta 20 o d (cerca de 350 ppm CaCO 3 ). 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 5-10 o d ( ppm CaCO 3 ). 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 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 20 o d (cerca de 350 ppm CaCO 3 ).

14 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. 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 necesario usar agua desalinada para reemplazar aquella que se pierde por evaporación.

15 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.

16 CONTENIDO DE ACEITE EN UNA EMULSION 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. VIDA DE LA HERRAMIENTA x 10 Cr Ni Mo Ti Steel Ck 45Steel 42 Cr Mo 4 Steel 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 % 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

17 500 v=45 m/min VIDA DE LA HERRAMIENTA v=72 m/min v=90 m/min % 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.

18 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.

19 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. 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.

20 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.

21 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.

22 CONTAMINACION CON FUGAS DE ACEITE (TRAMP OIL) 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. 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 cuando se pone en marcha el sistema después de una parada. 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.

23 CONTAMINACION CON POLVO METALICO Emulsión Limpia Emulsión Sucia 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. Sección de Emulsión Limpia Vertedero Sección de Sedimento Lodo Bafle 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. Contenedor de Lodo Emulsión Sucia Motor Vertederos Correa Raspadora Emulsión Limpia Sección de Emulsión Limlia Tanque equipado con bandas raspadoras para remover lodo Plato

24 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 Clarificador Centrífugo Clarificador centrífugo Material Sólido 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

25 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 Emulsión Sucia 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. Pantalla Barras Magnéticas 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

26 Emulsión Sucia Emulsión Limpia Rodillo Triturador Tambor Magnético Desprendedor Partículas de Metal Ferrosas y Lodos 120 l/min por cada m 2 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 Sucia Emulsión Limpia Flotador de Accionamiento por Correa Conductora Lodos Depositados en el Filtro Distribuidor Emulsión Sucia Emulsión Sucia Banda Magnética Banda de Soporte del Filtro 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

27 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. Las bacterias aeróbicas se encuentran en sistemas que están bien aireados y normalmente su temperatura es de 30 o C aprox. Sin embargo, pueden existir un tipo de bacterias aeróbicas a temperaturas más altas variando de 55 a 60 o C. 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

28 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. 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

29 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. - 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

30 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. 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".

31 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 37 o C 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. Levaduras 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: bacterias/ml es un nivel al cual se debe hacer un tratamiento del fluido 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. Hongos Bacterias

32 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. 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.

33 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 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

34 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. - 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.