Pocas actividades industriales presentan un abanico de posibilidades técnicas y operativas tan amplio como los procesos de mecanizado. Cada proceso opera en unas condiciones específicas definidas por múltiples factores de índole productivo y tecnológico. La implantación de toda medida de mejora deberá tener en cuenta la naturaleza de la operación en su sentido más profundo, valorando todos aquellos factores que definen el proceso. El impacto ambiental del proceso no es una excepción y cualquier medida de reducción o prevención del mismo deberá basarse en un análisis previo de los condicionantes del sistema productivo considerado. A continuación se recogen de manera esquemática las variables que influyen de manera más significativa en la mejora ambiental de un sistema de mecanizado 3. Variables que Afectan al Proceso de Mecanizado
Variables que afectan al proceso de mecanizado PROCESO DE MECANIZADO
1. Tipo de operación El tipo de operación ejecutada es uno de los factores que definen con mayor relevancia las condiciones de mecanizado. Las operaciones de desbaste, normalmente, requieren el empleo de fluidos de corte acuosos, ya que priman las funciones de refrigeración y de retirada de la viruta generada (fresado, torneado). En las operaciones de acabado, sin embargo, se emplean preferentemente aceites de corte (roscado, brochado, rectificado) que ofrecen una mejora del proceso de lubricación y por lo tanto, del acabado superficial obtenido.
3. Variables que Afectan al Proceso de Mecanizado
2. Las condiciones productivas de mecanizado Los procesos son diseñados con el objetivo prioritario de maximizar la producción. Este objetivo pasa por emplear la mayor velocidad de avance y profundidad de corte posibles, compatibilizadas siempre con el adecuado rendimiento de la herramienta. La reducción del empleo del fluido de corte o su eliminación total plantea como reto determinar qué condiciones del proceso pueden ser readaptadas para que se mantengan las ratios productivos deseados. 3. Variables que Afectan al Proceso de Mecanizado
3. Máquina herramienta La máquina-herramienta es un elemento cuya selección, condiciona profundamente el proceso de mecanizado. En la máquina, el fluido de corte, además de refrigerar y lubricar la zona de mecanizado, refrigera diversos componentes que le proporcionan la necesaria estabilidad térmica. La reducción o eliminación del fluido de corte, así como el empleo de fluidos menos contaminantes exige adaptaciones en la máquina herramienta para evitar los efectos perjudiciales derivados de las posibles deformaciones térmicas y ataques en las pinturas, sistemas de juntas, etc. Fotografía: Wikimedia Commons 3. Variables que Afectan al Proceso de Mecanizado
3. Máquina herramienta En máquinas de nuevo diseño, estas deformaciones se pueden evitar teniéndolas en cuenta en la fase de diseño o compensándolas mediante apropiados algoritmos implementados en el CNC de la máquina herramienta. Otros aspectos a tener en cuenta son la evacuación de la viruta de la zona de corte, o la colocación de barreras. 3. Variables que Afectan al Proceso de Mecanizado
4. Herramienta de corte y sus recubrimientos La reducción o eliminación del empleo del fluido de corte exige el replanteamiento de las funciones de la herramienta. Para garantizar el rendimiento de la misma deben optimizarse la adaptación geométrica a la pieza y la capacidad para soportar el estrés térmico, seleccionando en primer lugar el material de fabricación (acero rápido, metal duro, Cermet, Cerámica, CBN, PCD), y posteriormente, aspectos como el recubrimiento. Si bien el desarrollo de recubrimientos duros anti-desgaste (PVD, CVD) es anterior a la toma de conciencia sobre la producción limpia en los procesos de mecanizado, actualmente están jugando un papel crítico a la hora de implantar los procesos de mecanizado en seco. 3. Variables que Afectan al Proceso de Mecanizado
4. Herramienta de corte y sus recubrimientos Así, se están desarrollando nuevos recubrimientos con la función adicional de reducir el rozamiento entre la viruta y la herramienta mediante una capa lubricante combinada con la capa dura necesaria y reducir, así, el calor generado, salvaguardando en consecuencia, la vida de la herramienta. En la actualidad, la utilización de este tipo de recubrimientos está sufriendo un proceso expansivo de implantación. Acertar la combinación adecuada de tipo de recubrimiento para un material y proceso determinados será fundamental para garantizar una fabricación económica y de calidad.
3. Variables que Afectan al Proceso de Mecanizado
5. Material y maquinabilidad Las propiedades metalotécnicas (dureza, estructura, presión específica de corte, etc.) condicionan la maquinabilidad del metal, influyen sobre el balance energético de la operación y en consecuencia, establecen diferentes condiciones de trabajo. Existe un parámetro denominado “Índice de Maquinabilidad” que cuantifica esta propiedad. Éste, definido de acuerdo a la normativa AISI establece comparativamente con el acero SAE 1112 al que se le asigna el valor referencial del 100%. Algunos materiales como la fundición gris, se prestan a ser mecanizados en seco, mientras que otros como son los aceros, aleaciones de aluminio, cobre, magnesio o titanio normalmente necesitan el empleo de fluidos lubricantes. 3. Variables que Afectan al Proceso de Mecanizado
5. Material y maquinabilidad No obstante, el desarrollo tecnológico de los procesos, sobre todo en su apartado de herramientas, está haciendo posible reducir o eliminar el empleo de los fluidos de corte durante el mecanizado de algunos materiales que a priori requerían de su presencia. En general, se puede decir que a medida que las condiciones de mecanizado se hacen más extremas, se hace tanto más necesaria la utilización de fluidos de corte. 3. Variables que Afectan al Proceso de Mecanizado
6. Pieza La geometría de la pieza: La geometría de la pieza condiciona las operaciones de mecanizado requeridas y las máquinas en las que éstas deben ser ejecutadas. En unos casos será necesaria la ejecución de operaciones de desbaste, mientras que en otros, se buscará la precisión asociada a operaciones de acabado final. Tolerancias de la pieza: Cuando se requiere una elevada precisión dimensional o de forma, las deformaciones térmicas debidas a la energía calorífica desprendida en la operación del corte pueden sacar la pieza de tolerancias. El uso de fluidos de corte será inevitable para impedir estas deformaciones. Ref: Wikimedia Commons 3. Variables que Afectan al Proceso de Mecanizado
4. Problemáticas Ambientales en el Sector del Mecanizado La producción limpia y la calidad aplicada en proceso, comparten una estrategia común. La aplicación de medidas destinadas a reducir la generación de residuos o los despilfarros en proceso depende en muchos casos del correcto seguimiento de unas prácticas productivas óptimas. Un correcto conexionado entre las distintas fases de elaboración de un producto puede tener un efecto tan intenso en la reducción de residuos o consumo de materias primas, como cualquier medida interpretada desde el prisma exclusivo de la producción limpia. Es necesario comprender el proceso productivo como un todo, formado por engranajes de cuyo perfecto funcionamiento dependen no sólo resultados finales, sino gran parte del impacto ambiental del sistema. Será lógica en este sentido, la inclusión de la producción limpia en la estrategia global de mejora continua de la empresa.
4. Problemáticas Ambientales en el Sector del Mecanizado Existen múltiples factores englobados en la estrategia productiva de una empresa, con influencia directa en el impacto ambiental de ésta. En este capítulo se describen las problemáticas ambientales más comunes dentro del sector del mecanizado. Una clara definición de su origen y alcance posibilitará la correcta toma de decisiones destinada a la eliminación o, al menos, la atenuación de su impacto en el entorno.
1 2 MECANIZADO DESENGRASE METAL Fluido de corte NUEVO Energía Mecánica Aceites extraños Otros (partículas, Polvos, …) PRODUCTO PRODUCTO SEMIACABADO ACABADO Energía calorífica Subproductos no deseados (aceites, partículas, …) Subproductos Del proceso (virutas, lodos, …) Fugas, Salpicaduras, Arrastres, nieblas Arrastres, Fugas y Vapores Subproductos No deseados (aceites, Partículas, …) Baño agotado Baño nuevo ENTRADAS AL PROCESO Diagrama de flujo general de un proceso de mecanizado y desengrase SAIDAS DEL PROCESO Fluido de corte AGOTADO 4.1. Residuos de Fluido de Corte Agotado Los residuos de fluido de corte agotado, en consonancia con las materias primas que mayoritariamente predominan en sus formulaciones, pueden ser clasificados en residuos de fluido de corte acuoso y de aceite de corte. Lo diferente de su naturaleza físico-química condicionará tanto la generación de los residuos como las alternativas de gestión de los mismos. Los fluidos de corte se transforman en residuos cuando su naturaleza física y química se degrada de tal manera que no pueden cumplir aquellas funciones básicas para las que fueron destinados en un principio: lubricar, refrigerar y limpiar el área de mecanizado. 4. Problemáticas Ambientales en el Sector del Mecanizado
1 2 MECANIZADO DESENGRASE METAL Fluido de corte NUEVO Energía Mecánica Aceites extraños Otros (partículas, Polvos, …) PRODUCTO PRODUCTO SEMIACABADO ACABADO Fluido de corte AGOTADO Energía calorífica Subproductos no deseados (aceites, partículas, …) Subproductos Del proceso (virutas, lodos, …) Arrastres, Fugas y Vapores Subproductos No deseados (aceites, Partículas, …) Baño agotado Baño nuevo ENTRADAS AL PROCESO Diagrama de flujo general de un proceso de mecanizado y desengrase SAIDAS DEL PROCESO Fugas, salpicaduras, derrames, .. 4.2 FUGAS Y SALPICADURAS Independientemente de la naturaleza del fluido de corte, una de las vías más directas de acceso y contaminación del medio son las fugas, salpicaduras y derrames. A pesar de que a priori puede subestimarse su importancia debido a la baja intensidad con que se manifiestan, en todos los casos, su persistencia termina por convertirlos en uno de los factores con mayor impacto medioambiental pero también, con mayor margen de mejora. Las fugas en los sistemas de suministro de fluido de corte suelen deberse habitualmente a fallos en el cumplimiento del plan de mantenimiento del sistema. Pueden producirse a lo largo de toda la extensión del circuito de flujo del fluido de corte, aspecto éste que propicia que en ocasiones su existencia sea detectada visualmente cuando el impacto en el medio es un hecho consumado. Las altas velocidades de mecanizado, la ausencia de carenados y las tendencias de las condiciones de operación facilitan las proyecciones de fluido de corte. Este fenómeno supone un ensuciamiento del entorno inmediato del área de mecanizado y todo lo que allí se encuentra. Las salpicaduras son más comunes en máquinas sencillas en las que no se dispone de carenados, mientras que la mayoría de las máquinas modernas van equipadas con elementos de retención: carenados, cortinas, etc. 4. Problemáticas Ambientales en el Sector del Mecanizado
1 2 MECANIZADO DESENGRASE METAL Fluido de corte NUEVO Energía Mecánica Aceites extraños Otros (partículas, Polvos, …) PRODUCTO PRODUCTO SEMIACABADO ACABADO Fluido de corte AGOTADO Energía calorífica Subproductos no deseados (aceites, partículas, …) Subproductos Del proceso (virutas, lodos, …) Subproductos No deseados (aceites, Partículas, …) Baño agotado Baño nuevo ENTRADAS AL PROCESO SAIDAS DEL PROCESO Fugas, salpicaduras, arrastres, nieblas Arrastres, Fugas y Vapores 4.3 ARRASTRES Los arrastres están favorecidos por las estructuras cada vez más complejas de piezas y virutas y por el propio posicionamiento de la pieza durante el mecanizado. Los arrastres cobran mayor protagonismo cuanto mayor es la untuosidad del fluido por lo que este fenómeno, de manera opuesta a las salpicaduras, cobra especial protagonismo con la utilización de aceites de corte. El destino del fluido de corte arrastrado es muy variado, si bien entre los más habituales se encuentran: Se acumulan en los baños de desengrase tras el paso de las piezas por los mismos, reduciendo severamente su eficiencia y duración. Lixivian en los parques de almacenamiento de piezas y virutas. Este fenómeno es más importante en condiciones de intemperie donde la lluvia potencia su efecto. Manchan las zonas de manipulación y/o trasiego de piezas y virutas generando un importante riesgo higiénico y ambiental al requerir el mangueado de agua u otras medidas de limpieza para su retirada. 4. Problemáticas Ambientales en el Sector del Mecanizado Diagrama de flujo general de un proceso de mecanizado y desengrase
1 2 MECANIZADO DESENGRASE METAL Fluido de corte NUEVO Energía Mecánica Aceites extraños Otros (partículas, Polvos, …) PRODUCTO PRODUCTO SEMIACABADO ACABADO Fluido de corte AGOTADO Energía calorífica Subproductos no deseados (aceites, partículas, …) Subproductos Del proceso (virutas, lodos, …) Arrastres, Fugas y Vapores Subproductos No deseados (aceites, Partículas, …) Baño agotado Baño nuevo ENTRADAS AL PROCESO SAIDAS DEL PROCESO Fugas, salpicaduras, arrastres, nieblas 4.4. NIEBLAS Y OTRAS EMISIONES AMBIENTALES Las comúnmente conocidas como “nieblas de aceite” son una de las problemáticas ambientales con mayor impacto en la salud laboral. La alta velocidad de giro de la máquina y/o herramienta y la presión de suministro del fluido de corte, propicia la formación de gotas microscópicas de fluido de corte que se dispersan en el ambiente laboral. Por otro lado, aquellos compuestos volátiles de naturaleza hidrocarburada presentes en los fluidos de corte pueden pasar al medio atmosférico al someter el mismo a las altas temperaturas del mecanizado. Este fenómeno es habitual con el uso de compuestos alifáticos y nafténicos. La problemática ambiental en ambos casos, está asociada al potencial de ingestión por vía respiratoria de compuestos que representan riesgos para la salud. Diagrama de flujo general de un proceso de mecanizado y desengrase 4. Problemáticas Ambientales en el Sector del Mecanizado
1 2 MECANIZADO DESENGRASE METAL Fluido de corte NUEVO Energía Mecánica Aceites extraños Otros (partículas, Polvos, …) PRODUCTO PRODUCTO SEMIACABADO ACABADO Fluido de corte AGOTADO Energía calorífica Subproductos no deseados (aceites, partículas, …) Fugas, Salpicaduras, Arrastres, nieblas Arrastres, Fugas y Vapores Subproductos No deseados (aceites, Partículas, …) Baño agotado Baño nuevo ENTRADAS AL PROCESO SAIDAS DEL PROCESO Subproductos del proceso (virutas, lodos, …) 4.5 VIRUTAS Y LODOS METÁLICOS Se generan en los procesos de mecanizado que emplean herramientas de geometría definida. Su formación y estructura son objeto de estudio pues aportan información referente a la ejecución de las operaciones. Van acompañadas de una cantidad variable de fluido de corte que impregna su superficie o es arrastrado en los intersticios de su estructura. Son una mezcla de composición variable de pequeñas partículas metálicas arrancadas a la pieza, fluido de corte y material abrasivo. En este caso, no existe el concepto de arrastre como tal, y el fluido de corte es un componente más de la masa residual obtenida. El impacto de este tipo de residuos en el sistema de suministro de fluido de corte supone en una primera instancia un aumento del consumo de fluido de corte y la necesidad de someter a los mismos a un correcto proceso de gestión. Esta será tanto más compleja, cuanto mayor sea el porcentaje de fluido de corte. Diagrama de flujo general de un proceso de mecanizado y desengrase 4. Problemáticas Ambientales en el Sector del Mecanizado
4.6. CONTAMINACIÓN DEL SUELO INDUSTRIAL En la gran mayoría de las empresas que utilizan fluidos de corte, se producen episodios de contaminación del entorno de trabajo. Las razones son múltiples: goteo directo del fluido de corte arrastrado en piezas y virutas, salpicaduras, manipulación de piezas, preparación y/o trasiego del fluido de corte, etc. Este fenómeno cobra especial importancia en los parques de almacenamiento de virutas y chatarra pues la naturaleza del producto suele llevar asociadas unas condiciones de almacenamiento deficientes. En cualquier caso, el suelo es un entorno que favorece la dispersión de los contaminantes. A la intemperie, éstos son arrastrados por el agua de lluvia, pasando a contaminar los cauces acuosos mientras que, bajo cubierta esta función se realiza por el tránsito humano, típico de toda actividad industrial, y la necesaria limpieza del entorno. Esta última actividad acaba generando un volumen importante de aguas aceitosas capaces de impactar en el entorno. 4. Problemáticas Ambientales en el Sector del Mecanizado
4.7 RESIDUOS DIVERSOS DE PROCESO Existen residuos que, si bien no se generan directamente a partir del mecanizado, se producen en procesos como el mantenimiento o la limpieza de los sistemas. FILTROS Proceden básicamente de los sistemas de mantenimiento del fluido de corte. Se utilizan filtros desechables. Contienen lodos abrasivos y pequeñas virutas retenidas, además de estar completamente empapados por el fluido filtrado. También están los filtros de los sistemas de aspiración “antinieblas” que están moderadamente contaminados por los contaminantes aspirados. AGUAS ACEITOSAS DE LIMPIEZA Eeste residuo se genera en el empleo de agua durante la limpieza de las áreas afectadas por fugas y salpicaduras, y máquinas. Al objeto de aumentar la capacidad limpiadora se utilizan detergentes y desengrasantes. Su generación puede ser reducida aplicando alguna de las siguientes medidas: Utilizando detergentes no tóxicos de alta eficiencia. Utilizando medios adsorbentes de múltiple uso (esponjas y otras fibras reutilizables). Limitando el uso indiscriminado de agua. 4. Problemáticas Ambientales en el Sector del Mecanizado
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