De-sanding /Lavado de bloques y culatas(o cabezas) de motor de automóvil después de la fundición y pre-mecanizados( cubing o Hypercubing)2/2

(Edición en español)(English versión will be edited later) .

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 Continuo con el examen de los puntos problemáticos indicados en mi anterior Post.

 

3) Acumulación de contaminación en el fondo de la cuba. 

Se produce por el propio efecto que se busca, es decir la eliminación de la contaminación de las piezas, la cual queda depositada en el fondo de la cuba de lavado por ultrasonidos.

La contaminación como la energía, es proporcional a la producción y las dificultades para eliminarla es considerable.

Además hay que tener en cuenta que cuanta más contaminación hay en el baño, mas energía se necesita para el lavado de las piezas ya que parte de la misma se deriva para el “lavado” de la contaminación depositada en la cuba.

Hay también diversos métodos para eliminar la contaminación del fondo de la cuba, pero ninguno de ellos da una satisfacción completa.

La utilización de transportadores dragantes, aumenta la masa a poner en vibración y al mismo tiempo el paso de las palas de la draga provoca distorsiones en las ondas ultrasónicas, lo que crea frecuencias audibles que aparte  de ser muy molestas, pueden fácilmente aumentar el nivel de ruido permitido en el edificio donde se ubica la máquina, creando en consecuencia la necesidad de insonorizar abundantemente la máquina.

El utilizar una bomba para la filtración en derivación del baño, crea además de los problemas expuestos anteriormente para la bomba de refrigeración, la dificultad de que no se puede garantizar la filtración de la totalidad del líquido con lo que siempre queda una contaminación residual en suspensión en el baño, que en determinadas circunstancias puede contaminar una pieza considerada limpia.

Cuando la pieza salga del baño puede volver a ser contaminada con la suciedad en suspensión en el baño.

La filtración no es un filtración en línea sino sólo una filtración en paralelo o derivación.

 

4) Generación de ondas de frecuencia audible.

Debido a que los ultrasonidos utilizan frecuencias próximas al umbral audible, los armónicos de estas frecuencias entran el campo de frecuencias audibles, siendo este fenómeno más acusado a medida que se aumenta la potencia del generador de ultrasonidos.

Este fenómeno que es sobradamente conocido por los especialistas, obliga a insonorizar los equipos con las consiguientes consecuencias de dificultad en la accesibilidad a los equipos.

Si debido a la masa y cantidad de piezas a lavar, la instalación necesita de una alta potencia de ultrasonidos, necesita en consecuencia una insonorización muy completa, con el consiguiente coste de inversión y superficie utilizada.

Hay que construir una “caja insonorizante “ completa alrededor de la maquina.

 5) Fiabilidad de los sistemas de transporte continuo

Las maquinas de lavado de pequeñas piezas trabajan habitualmente con las piezas en cestas y lo que se manipulan son cestas .Para pequeñas producciones se pueden utilizar entonces manipuladores, “gantry” o rodillos  para automatizar las cargas y descargas. pero para altas producciones los sistemas mas utilizados son los de cadena “pater noster” que trasladan y sumergen las piezas en las cubas en continuo . Estos transportadores tienen problemas ya que son de elevada longitud , no son precisos y se estiran con el tiempo 

 

6) Fiabilidad de los sistemas de carga/descarga para producción elevada 

Para las producciónes habituales de unas 100 piezas / hora es necesario cargar como mínimo 2 piezas en cada carga para tener un mínimo mayor a 1 minuto de tratamiento . Como el sistema de transporte no es preciso y la pieza no está totalmente mecanizada, el método de carga y descarga debe ser empujando las piezas en la carga y extrayéndolas en la descarga, guiándolas lateralmente. Este sistema tiene forzosamente juegos mecánicos para que pueda funcionar y ello produce inevitablemente atascos y averías. 

7) Alta energía instalada.

Es evidente que una instalación para el desarenado de piezas de motor a una cadencia de 100 piezas por hora o más necesita una gran cantidad de energía  en una maquina de ultrasonidos teniendo en cuenta la necesidad de potencia para los ultrasonidos , la calefacción necesaria , las bombas de filtración , transportadores y eventual refrigeración de los baños . que aplicada de otra manera, por ejemplo con agua a alta presión, produce los mismos o mejores resultados sin tener que soportar los inconvenientes mencionados anteriormente. 

 

8) Imposibilidad de control automático de la eficiencia de los transductores de ultrasonidos.

Las ondas de ultrasonidos en los baños  de lavado son creadas por unos “Generadores de Ultrasonidos “ o unidades de potencia situadas en el armario eléctrico de la máquina o en un armario aparte , que generan unas ondas eléctricas convertidas en ondas ultrasonoras por unas placas que se sumergen en el baño de lavado . Estas placas se llaman “Transductores” y pueden ser planos o tubulares en función de la potencia a transmitir .

Los transductores sumergidos en el liquido generan las ondas ultrasónicas que van a alcanzar las piezas que se introduzcan en los baños.

Sin embargo para el control del proceso es fácil el controlar eléctricamente que el generador funcione pero no es tan fácil controlar que el transductor en la cuba genere las ondas a pleno rendimiento . Estos transductores pierden eficacia con el tiempo y es necesario el cambiarlos periódicamente .

Para controlar su eficiencia durante los últimos 50 años se ha intentado encontrar algún sistema que permitiera el control en automático de su eficacia del mismo modo que por ejemplo se controla la presión  de una bomba con un manómetro .

Sin embargo hasta ahora no parece que haya sido posible encontrarlo y el único método fiable sigue siendo el de sumergir en el baño una fina hoja de papel metálico que debido al efecto de las ondas de ultrasonidos se produce una cavitación en la superficie de la hoja y la misma se micro perfora .

Comparando el numero de perforaciones en la hoja de metal con un  transductor nuevo con el numero de perforaciones obtenidas en una hoja similar pero con el transductor que queremos controlar podemos evaluar su estado .

Como se entiende este sistema para máquinas de gran producción es muy engorroso y poco práctico. Por ello se considera uno de los problemas típicos de mantenimiento  de estas maquinas al no poderse controlar en automático.

 

CONCLUSIONES

Por todas estas razones consideramos que si bien el sistema de lavado con ultrasonidos es un sistema que funciona bien tanto con agua como con solventes o hidrocarburos para pequeñas piezas o pequeñas producciones es una técnica que en la aplicación de desarenado y alta producción necesita de un gran mantenimiento , superficie ocupada ,potencia instalada y bajo rendimiento ,con una dificultad grave de no poder controlar la calidad del proceso de un modo automático y por lo tanto desaconseja su utilización en el desarenado a alta producción .

 

 

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Edicion en español ( English edition will be edit later)

 

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Recibo la consulta de un manufacturero de culatas y bloques motor en fundición de aluminio que desea limpiar las piezas de las virutas del mecanizado y de la arena procedente de la fundición.

Tiene dudas sobre la utilización de ultrasonidos en vez de la aspersión y alta presión para el lavado de estas piezas.  

Como este tema, es un tema que resurge repetitivamente en el tiempo entre la Industria de la Fundición de Aluminio he decidido publicar mi parecer en el Blog. Este estudio constará de varias partes que irán saliendo en días sucesivos.

 Voy a intentar ayudar en sus decisiones:

 El lavado de piezas metálicas por ultrasonidos, es un método utilizado industrialmente desde hace unos 50 años y que da buenos resultados especialmente en piezas pequeñas y con cantidades de contaminación reducidas comparadas con el peso de la pieza, asimismo los sistemas están concebidos para tiempos de ciclo de varios minutos. 

En lo que respecta al lavado de piezas de grandes dimensiones y masa tal como es el caso de culatas(cabezas) o bloques de motor, las dificultades aparecen como consecuencia de la industrialización del proceso, es decir el tratar altas producciones del orden de 80 piezas / hora o superiores y con cantidades de contaminación horaria elevadas.

  

Las Instalaciones de Ultrasonidos en estas aplicaciones según mi parecer presentan varios problemas  

 

 

Ø       Calentamiento progresivo del baño de ultrasonidos.

Ø       Necesidad de rotar las piezas en inmersión en la cuba.

Ø       Acumulación de contaminación en el fondo de la cuba

Ø       Generación de ondas de frecuencia audible

Ø       Fiabilidad de los sistemas de transporte continuo.

Ø       Fiabilidad de los sistemas de carga/descarga para producción elevada.

Ø       Alta energía instalada.

Ø       Imposibilidad de control automático de la eficiencia de los transductores

 

Veamos uno a uno estos problemas: 

1) Calentamiento progresivo del baño.

Para el funcionamiento de la limpieza con  ultrasonidos es necesario que el baño de lavado esté caliente y por lo tanto es necesario calentar el baño hasta una temperatura determinada a partir de la cual se tiene el efecto limpiador de la  cavitación.

Sin embargo esta temperatura tiende a aumentar con el funcionamiento de la máquina.

Esto se produce debido a que la energía necesaria para generar los ultrasonidos que hacen entrar en vibración la pieza a lavar se transforma en calor (ley de Joule) y teniendo en cuenta que la energía es proporcional a la masa de las piezas y a la producción, cuanta más masa o producción se tenga más energía se necesitará y más calor se generará en el baño.

Las piezas que se lavan absorben una parte de este calentamiento calentándose ellas mismas pero si la producción es elevada no es suficiente y los baños tienden a aumentar de temperatura.

Evidentemente hay soluciones diversas para resolver este problema pero todas tienen sus inconvenientes.

Si se aumenta el volumen del baño, para tener la misma intensidad de energía ultrasónica (Watios/litro) como hay más liquido, hay más volumen y masa, y por lo tanto es necesario aumentar la potencia de ultrasonidos con lo que el problema subsiste.

Si se instala un intercambiador de calor en el baño, aparte de aumentar la masa del mismo, el intercambiador sufre las consecuencias de los ultrasonidos con lo que su vida es corta.

La solución más simple es la de bombear el líquido a un intercambiador exterior a la cuba, pero con objeto de no distorsionar las ondas ultrasónicas, la bomba de trasvase solo puede funcionar durante el tiempo de transferencia de las piezas, con lo cual hay que hacerlo cíclicamente, perdiendo eficacia. 

 

2) Necesidad de rotar las piezas en inmersión. 

Los ultrasonidos deben tener la energía suficiente para que la energía vibrante llegue al interior de las cámaras de las piezas (cámara de agua y conductos de aceite). Por otra parte es necesario que la suciedad desprendida de las paredes de la pieza sea conducida al exterior de las cámaras y otras cavidades de la pieza, para ello es necesario una rotación de la pieza durante la inmersión en la cuba.

Frecuentemente para extraer esta suciedad desprendida por los ultrasonidos, hacia el exterior de las piezas se utilizan una o dos fases suplementarias en cubas separadas que se pueden llamar enjuagues ( “rinse “ ) y cuya función es con una corriente de liquido en forma de turbulencia o por aspersión el arrastrar la suciedad desprendida por los ultrasonidos pero que continua en el interior de las piezas.

Estas etapas de enjuague están también dotadas de rotación de las piezas.

Estas rotaciones, debido a efectuarse con la pieza en inmersión pueden crear problemas de fiabilidad y mantenimiento si la máquina es de alta producción.

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( continuará)