Mecanizado por Electroerosión

El mecanizado por electroerosión, o por descarga eléctrica, es un proceso de mecanizado por arranque de viruta para materiales conductores de la electricidad que emplea chispas controladas con precisión producidas entre un electrodo, generalmente de grafito -que puede considerarse como la herramienta de corte– y una pieza de trabajo, en presencia de un fluido dieléctrico.
El origen del mecanizado por electroerosión se remonta a mediados del siglo XVIII, cuando se descubrió el efecto erosivo de las descargas eléctricas. Casi 200 años después y en plena Segunda Guerra Mundial, los científicos soviéticos B. y N. Lazarenko aprovecharon ese efecto con el objeto de desarrollar un proceso controlado para el mecanizado de aquellos materiales que fueran conductores. Con esa idea nació el proceso de electroerosión en 1943. Los Lazarenko perfeccionaron dicho proceso y diseñaron un circuito que llevaba su nombre y que consistía en una sucesión de descargas que se producían entre dos conductores separados entre sí por una película de líquido no conductor llamado dieléctrico. Hoy en día, muchas máquinas de electroerosión utilizan una versión avanzada del circuito Lazarenko.
La electroerosión se diferencia de la mayoría de las operaciones de mecanizado por arranque de viruta
en que el electrodo extrae el material sin tener contacto físico con la pieza de trabajo. Esta característica elimina la fuerza propia de la herramienta que se ejerce, por ejemplo, con una fresadora o una rectificadora y, por tal razón, con la electroerosión se pueden producir formas que romperían las herramientas de corte convencionales o que estas podrían romper.

Fundamento

La electroerosión es un proceso de mecanizado que emplea energía térmica, es decir, el material se extrae por calor, el cual es introducido en forma de chispa por el flujo eléctrico entre el electrodo y la pieza de trabajo.
¿Cómo sucede todo esto? Veamos primeramente los componentes esenciales del proceso en la figura siguiente.

Mecanizado por Electroerosión

Una fuente de alimentación pulsada controla el tiempo y la intensidad de las cargas eléctricas, así como el movimiento del electrodo en relación con la pieza de trabajo. Para que se pueda formar una chispa, el electrodo debe estar siempre separado de la pieza por una cierta distancia. Esta distancia, conocida como distancia de chispeo, sobrecorte o más sencillamente, del inglés, “gap”, se mantiene gracias a un fluido dieléctrico que, dependiendo del tipo de máquina empleada para la electroerosión, puede ser parafina, aceites minerales ligeros o agua desionizada.
El fluido dieléctrico se comporta como aislante hasta que se aplica el voltaje suficiente para transformarlo en conductor. Como la superficie tanto del electrodo como de la pieza contiene pequeñas irregularidades, el campo eléctrico generado entre los puntos más cercanos entre el electrodo y la pieza es más intenso y, por lo tanto, se establece una descarga entre ambos puntos, tal como vemos en la figura siguiente.

Mecanizado por Electroerosión

Bajo el efecto de este campo eléctrico, los electrones y los iones libres positivos se aceleran a altas velocidades y rápidamente forman una columna ionizada de fluido dieléctrico que conduce la electricidad. En esta etapa, la corriente puede fluir y entre el electrodo y la pieza se forma una chispa, provocando una gran cantidad de colisiones entre las partículas.
Durante este proceso se forma una burbuja de gas, cuya presión se eleva constantemente hasta originar una zona de plasma. La zona de plasma alcanza rápidamente temperaturas muy altas, entre los 8.000 y 12.000 ºC, debido al efecto cada vez mayor de la cantidad de colisiones. Esto provoca la vaporización local instantánea de una cierta cantidad de material en la superficie del electrodo y en la de la pieza.
Cuando la chispa se apaga, el fluido dieléctrico se desioniza, vuelve a ser aislante y la reducción repentina de la temperatura provoca la implosión de la burbuja de gas, lo que desprende material vaporizado de la pieza, formando una nube en el dieléctrico y dejando un pequeño cráter sobre la superficie erosionada de la pieza (de ahí el nombre electroerosión).
Esa nube suspendida en el dieléctrico se enfría, solidifica en forma de pequeñas esferas denominadas viruta de electroerosión y es extraída del área de formación de chispas por el mismo flujo del dieléctrico. El proceso en que el fluido dieléctrico se transforma de aislante a conductor y retorna nuevamente a aislante se repite para cada chispa formada y, por lo tanto, es sumamente dinámico. En la figura siguiente observamos tres instancias de este proceso.

Mecanizado por Electroerosión

Resumiendo, el fluido dieléctrico cumple funciones muy importantes en el proceso de electroerosión, que son:

• Controlar el espaciado del “gap” entre el electrodo y la pieza.
• Enfriar el material calentado para formar la viruta de electroerosión.
• Extraer las virutas de electroerosión de la zona de chispeo.

Aplicaciones y generalidades

La electroerosión se utiliza para producir piezas muy pequeñas y precisas, así como grandes piezas tales como matrices de estampado para automóviles y componentes para el fuselaje de aviones. Todos los materiales que se someten a mecanizado por electroerosión deben ser eléctricamente conductores o semiconductores, sin zonas de corte no conductoras. Estos materiales incluyen aceros endurecidos y con tratamiento térmico, carburo, diamante policristalino, titanio, aceros laminados en caliente y en frío, cobre, bronce y aleaciones de altas temperaturas.
Son muchas las ventajas que reúne el mecanizado por electroerosión, entre las que podemos citar:

• Es un proceso sin contacto que no genera vibración ni fuerzas de corte, lo que permite la producción de piezas muy pequeñas, frágiles y de formas complejas.
• Se pueden obtener tolerancias más estrictas, detalles intrincados y acabados de calidad superior en una amplia gama de materiales que son difíciles o imposibles de fabricar con los procesos tradicionales.
• Se producen bordes sin rebabas.
• Se pueden trabajar metales muy duros porque el proceso vaporiza el metal en lugar de cortarlo.
• Pueden mecanizarse materiales explosivos o inflamables, porque el proceso tiene lugar dentro de un fluido.
• Las máquinas electroerosionadoras dotadas de una función de conocimiento de proceso permiten producir piezas complejas con una mínima intervención del operador.

Como todo proceso de fabricación, la electroerosión también presenta algunas desventajas o limitaciones, por ejemplo:

• No puede aplicarse en materiales no conductores.
• Posee bajas tasas de remoción del metal en comparación con métodos tradicionales del mecanizado por arranque de viruta.
• Se requiere un tiempo de elaboración para producir formas específicas de electrodos de grafito. Además, el grafito es un material frágil, por lo que la manipulación de los electrodos debe ser muy cuidadosa.
• Después del proceso suele quedar una capa superficial de metal fundido, frágil y de extrema dureza, que debe eliminarse en las piezas que requieran resistencia a la fatiga.
• EI acabado superficial rugoso no es perfecto, ya que es más rugoso sobre las caras planas que sobre Ias paredes verticales.

la electroerosión es un proceso de erosión térmica en el cual se extrae metal mediante una serie de descargas eléctricas recurrentes entre una herramienta de corte que actúa como electrodo y una pieza conductora, en presencia de un fluido dieléctrico. Esta descarga se produce en un hueco (“gap”) de voltaje entre el electrodo y la pieza. El calor de la descarga vaporiza partículas diminutas del material de la pieza y del electrodo, que seguidamente se eliminan del hueco por el dieléctrico que fluye continuamente.
La expansión del mecanizado por electroerosión en los últimos 45 años ha dado origen a los tres tipos principales que se enumeran a continuación, aunque los más utilizados son los dos primeros.

• Electroerosión por penetración
• Electroerosión por hilo
• Electroerosión por perforación (o rectificado por electroerosión)

Electroerosión por penetración

Este es el tipo convencional que emplearon las primeras máquinas electroerosionadoras y se basa en el proceso que ya describimos oportunamente (CITAR ENLACE DEL ARTÍCULO SOBRE MECANIZADO POR ELECTROEROSIÓN). En pocas palabras, el electrodo se une al cabezal de la máquina que está conectado a un polo -por lo general el polo positivo- de una fuente de alimentación pulsada. La pieza de trabajo se conecta al polo negativo y se ubica de manera que haya un hueco entre esta y el electrodo. Posteriormente, el hueco se inunda con fluido dieléctrico. Cuando se conecta la fuente de alimentación, el hueco es atravesado por miles de impulsos de corriente continua por segundo formando chispas y dando comienzo al proceso de erosión tal como lo detallamos en el artículo sobre mecanizado por electroerosión (CITAR ENLACE DEL ARTÍCULO SOBRE MECANIZADO POR ELECTROEROSIÓN). A medida que la erosión continúa, el electrodo avanza sobre la pieza mientras mantiene una dimensión constante del hueco.

Detalle de electroerosion por penetracion

La pieza terminada puede exhibir varias capas distintas. La capa superficial presenta pequeños glóbulos de metal extraído de la pieza, así como partículas del electrodo adheridas que se eliminan fácilmente. La segunda capa se denomina “capa blanca” o “capa refundida“, donde la electroerosión ha alterado la estructura metalúrgica de la pieza. La tercera capa es la zona afectada por el calor o “capa recocida“, la cual ha sido calentada pero no fundida. La distribución, extensión y profundidad de estas capas tienen una influencia muy importante en la calidad del acabado superficial y se ven afectadas por:

• Los ciclos de activación y desactivación del proceso.
• El ciclo de trabajo, que es la relación entre el ciclo de activación y el tiempo de ciclo total.
• La distancia de separación, hueco o “gap” entre la pieza de trabajo y el electrodo.

El electrodo, por lo general de grafito o cobre electrolítico, se fabrica con la imagen inversa o negativa de la pieza que se desea obtener, por lo cual genera cavidades en la pieza.

Electroerosion por penetracion Formacion de cavidades en la pieza

Entre las características principales de la electroerosión por penetración podemos mencionar:

• El fluido dieléctrico es aceite mineral, aunque algunas máquinas pueden usar agua u otros líquidos especiales.
• Pueden obtenerse tanto formas pasantes como formas ciegas de geometrías complicadas.
• Capacidad de extracción en aceros: hasta 2000 mm3/min.
• Rugosidad mínima en aceros: hasta menos de 0,4 μm Ra.
• Aplicaciones: fabricación de moldes y troqueles de embutición.

Electroerosión por hilo

El desgaste del electrodo usado en el sistema por penetración, sumado a los costos para fabricarlo impulsó el proceso de electroerosión por hilo a comienzos de los años ’70. En este proceso, el electrodo de grafito se sustituye por un hilo consumible, cargado eléctricamente y controlado por CNC, capaz de efectuar cortes muy finos e intrincados.
El principio de funcionamiento del sistema por hilo es el mismo que el tipo de penetración, ya que emplea una serie de descargas de corriente continua que forman chispas entre el hilo y la pieza de trabajo, ambos en contacto con el fluido dieléctrico. En algunos casos, el hilo y la pieza se sumergen totalmente en el dieléctrico, aunque esto puede provocar corrosión electrolítica en algunos materiales.

Formacion de la entalla en electroerosion por hilo

La diferencia fundamental entre la electroerosión por hilo y la electroerosión por penetración es que la forma del electrodo no influye directamente en la forma de la pieza a obtener, puesto que lo único que se pretende es realizar un corte en la pieza y no obtener una copia con la forma del electrodo.

Detalle electroerosion por hilo

El proceso es particularmente útil para cortar detalles finos en matrices pre-endurecidas de estampado y troquelado. Un mecanismo de alimentación continua suministra hilo nuevo, de manera que el desgaste del electrodo no es un problema. Los diámetros típicos de hilo van de 0,005 cm a 0,035 cm. Estos hilos producen una entalla un poco más grande que su propio diámetro, por ejemplo, un hilo de 0,03 cm deja una entalla de 0,04 cm. Los hilos para electroerosión pueden funcionar durante largos períodos sin atención del operador.
Entre las características principales de la electroerosión por hilo podemos citar:

• Se generan geometrías únicamente pasantes en la pieza, en función de la trayectoria recorrida por el hilo, pudiendo realizarse cortes rectos y cortes cónicos.
• El fluido dieléctrico es agua desionizada.
• Dado que el hilo es muy delgado, la energía utilizada es limitada y las tasas de extracción son bajas.
• Velocidad de corte en aceros: hasta 500 mm2/min.
• Capacidad de extracción de metal: aprox. 350 cm3/hora.
• Rugosidad mínima en aceros: menos de 0,3 μm (cortes de repaso).
• Aplicaciones: conjuntos punzón-matriz, insertos para moldes, componentes electrónicos, como así también para medicina y relojería.

Electroerosión por perforación (o rectificado por electroerosión)

Un tercer tipo de electroerosión está diseñado para la perforación de orificios pequeños (de entre 0,015 cm y 0,65 cm aprox.) pero muy profundos, con una relación de profundidad a diámetro de 30 a 1, o superior. Para ello, se emplean electrodos rotatorios concéntricos de hasta 30 cm de largo que giran a unas 100 rpm y perforan la pieza de trabajo.
Básicamente los electrodos realizan las mismas funciones que un taladro de columna, excepto que a) la extracción del material se realiza mediante descargas eléctricas sin contacto directo entre electrodo y pieza, b) la dureza del material es irrelevante y c) la precisión del orificio terminado es muy superior a lo que cualquier taladro podría producir. A medida que se generan las descargas eléctricas, la rotación ayuda al lavado y provee un desgaste parejo del electrodo.

Detalle electroerosion por perforacion

Por el momento, el campo de aplicación de la electroerosión por perforación es muy reducido y su uso más común reside en perforar orificios para comenzar la electroerosión por hilo en materiales ya endurecidos, así como orificios muy pequeños y precisos para industrias como la de los equipos médicos y aeroespaciales.

Materiales según la norma ISO

La norma ISO divide los grupos de materiales estándar en 6 tipos distintos. Cada tipo cuenta con propiedades únicas de acuerdo a la maquinabilidad y las preparaciones que plantean distintas exigencias sobre la herramienta.

materiales de acuerdo a normas ISO

ISO P = Acero

La mayor variedad de tipos distintos de piezas se encuentra probablemente encuadrada en la “P”, que abarca distintos sectores industriales. Suelen ser de viruta larga y presentan un lujo de formación de viruta continuo, relativamente uniforme. Las variaciones suelen depender del contenido en carbono.

• Bajo contenido en carbono = material tenaz y pastoso.
• Alto contenido en carbono = material quebradizo.

La fuerza de corte y la potencia necesarias varían muy poco.

¿Qué es el acero?

• El acero es el grupo más amplio del área de mecanizado.
• El acero puede ser no templado o templado y revenido con una dureza de hasta 400 HB.
• El acero es una aleación cuyo componente principal es el hierro (Fe). Se fabrica mediante un proceso de fundición.
• Los aceros no aleados tienen un contenido de carbono inferior al 0,8 % y sólo contienen Fe, pero no otros elementos de aleación.
• Los aceros aleados tienen un contenido de carbono inferior al 1,7% y elementos de aleación como Ni, Cr, Mo, V, W.

Características del mecanizado en ISO P / Acero:

• Material de viruta larga.
• Control de la viruta relativamente fácil y uniforme.
• El acero de bajo contenido en carbono es pastoso y requiere filos agudos.
• Fuerza de corte específica kc:1500–3100 N/mm2.
• La fuerza de corte y la potencia requerida para mecanizar materiales ISO P, permanecen dentro de un margen limitado.

ISO M = Acero Inoxidable

Encuentra gran parte de su aplicación en el sector de procesamiento, bridas, tubos, petróleo y gas, y en el sector farmacéutico. Durante el mecanizado, forma una viruta laminar e irregular porque las fuerzas de corte son más altas que en el acero normal. Existen diversos tipos de acero inoxidable.

La rotura de la viruta varía en función de las propiedades de aleación y del tratamiento térmico, desde virutas fáciles hasta otras que es imposible romper.

¿Qué es el acero Inoxidable?

• Los aceros inoxidables son materiales aleados con un mínimo de un 11–12% de cromo.
• El contenido de carbono suele ser reducido(puede bajar hasta 0.01%).
• Las aleaciones son principalmente de Ni(níquel), Mo (molibdeno) y Ti (titanio).
• La capa de Cr2O3 que se forma en la superficie del acero lo hace resistente a la corrosión.

Características del mecanizado en ISO M / Acero Inoxidable:

• Material de viruta larga.
• El control de la viruta es regular en el ferrítico y llega a ser difícil en el austenítico y en el dúplex.
• Fuerza de corte específica: 1800–2850 N/mm2
• El mecanizado genera elevada fuerzas de corte, filo de aportación y superficies con endurecimiento térmico y mecánico.

ISO K = Fundición

Principalmente se trata de piezas para automotriz, la fabricación de maquinaria y la producción con acero. La formación de viruta de los materiales ISO-K varía desde virutas casi pulverizadas a virutas de largas. La potencia necesaria para mecanizar este grupo de materiales suele ser reducida.

Es importante tener en cuenta que hay una gran diferencia entre la fundición gris (casi polvo) y el acero dúctil que a menudo presenta una rotura de la viruta similar a la del acero.

¿Qué es la fundición?

• Hay 3 tipos principales de fundición: gris (GCI), nodular (NCI) y granito compactado (CGI).
• Se denomina fundición a un compuesto de Fe-C con un contenido relativamente elevado de Si (1–3%).
• El contenido de carbono es superior al 2%, que es la máxima solubilidad del C en la fase austenítica.
• Cr (cromo), Mo (molibdeno) y V (vanadio) forman carburos que incrementan la resistencia y dureza, pero reducen la maquinabilidad.

Características del mecanizado del ISO K / Fundición:

• Material de viruta corta.
• Buen control de la viruta en todas las condiciones.
• Fuerza de corte específica: 790–1350 N/mm2.
• El mecanizado a alta velocidad genera desgaste por abrasión.
• Fuerzas de corte moderadas.

ISO N = Aluminio

La industria aeroespacial,  la aviación y los fabricantes de llantas de aluminio para el sector automotriz se encuentran entre los principales usuarios de este material. A pesar de que necesitan menos potencia por mm3, debido a la elevada velocidad de arranque de viruta, sigue siendo recomendable calcular la potencia máxima necesaria.

¿Qué es un material no ferroso (ej: aluminio)?

• Este grupo contiene metales blandos no ferrosos, con un dureza inferior a 130 HB.
• Las aleaciones de aluminio (Al) con menos de un 22% de silicio (Si) representan la parte más amplia.
• Cobre, bronce, latón, plástico, compuestos como el Kevlar

Características del mecanizado del ISO N / No Ferroso:

• Material de virtuta larga.
• Control de la viruta relativamente fácil, si está aleado.
• El aluminio (Al) es pastoso y requiere filos agudos.
• Fuerza de corte específica: 350–1350 N/mm2.
• La fuerza de corte y la potencia requerida para mecanizar materiales ISO N permanecen dentro de un margen limitado.

ISO S = Super Aleaciones Termo-resistentes

Se trata de materiales de difícil mecanización, dentro de la clasificación “S”, se pueden encontrar aplicaciones vinculadas al sector aeroespacial, de turbinas de gas y de generación de energía.
Aunque la gama es amplia, por lo general, están presentes fuerzas de corte elevadas.

¿Qué son las super aleaciones termo-resistentes?

• Las superaleaciones termo-resistentes (HRSA, del inglés Heat Resistant Super Alloys) incluyen un gran número de materiales de alta aleación a base de hierro, níquel, cobalto o titanio.
  GRUPOS:
  – base de Fe: Recocido o con tratamiento en solución, envejecido.
  – base de Ni: Recocido o con tratamiento en solución, envejecido, fundición.
  – base de Co:Recocido o con tratamiento en solución, envejecido, fundición.
  – aleaciones de titanio.
• Propiedades: Mayor contenido de aleación (más Co que Ni), lo cual ofrece mejor resistencia térmica e incrementa la resistencia a la tracción y a la corrosión.

Características del mecanizado del ISO S / Super Aleaciones Termo-resistentes:

• Material de viruta larga.
• Control de la viruta difícil (viruta segmentada).
• Se requiere un ángulo de desprendimiento negativo si se utiliza cerámica y positivo si se utiliza metal duro.
• Fuerza de corte específica: 2400–3100 N/mm2 para HRSA y 1300–1400 N/mm2 para titanio.
• Las fuerzas de corte y la potencia requerida son bastante elevadas.

ISO H = Material Endurecido

Los materiales endurecidos clasificados como “H” se pueden encontrar en gran variedad de sectores, que van desde el automotriz hasta la fabricación de maquinaria o en el segmento de fabricación de moldes y matrices. A menudo presentan una viruta continua, rojo incandescente.

¿Qué es el material endurecido. ej: acero templado?

• El acero templado es el grupo más reducido desde el punto de vista del mecanizado.
• Este grupo incluye acero templado y revenido con una dureza >45–65 HRC.
• Sin embargo, el torneado de piezas duras habitual se encuentra dentro del rango 55–68 HRC.

Características del mecanizado del ISO H / Material Endurecido:

• Material de viruta larga.
• Control de la viruta regular.
• Se requiere un ángulo de desprendimiento negativo.
• Fuerza de corte específica: 2550–4870 N/mm2.
• Las fuerzas de corte y la potencia requerida son bastante elevadas.

Relación entre el material ISO y la viruta en el mecanizado

¿Qué es el metal duro?

El metal duro es un material metalúrgico en polvo que está formado por:

• Partículas duras de WC (carburo de tungsteno)
• Un metal aglutinante, cobalto (Co)
• Partículas duras de Ti, Ta, Nb (carburos de titanio, tantalio, niobio)

Una calidad representa la dureza o tenacidad de la plaquita y está determinada por la mezcla de ingredientes que forman el sustrato.

Microestructura del metal duro

El metal duro está formado por partículas duras (carburos) en una matriz aglutinante.
El aglutinante suele ser en casi todos los casos cobalto (Co), pero también puede ser níquel (Ni). Las partículas duras están formadas principalmente por carburo de tungsteno (WC) con la posible adición de una fase gama (nitruros y carburos de Ti, Ta, Nb).
Fase gama (TiC)
La fase gama tiene mejor resistencia al calor y es menos reactiva a alta tempera- tura, por ello se suele utilizar en calidades donde la temperatura de corte puede
ser alta. El WC tiene mejor resistencia al desgaste por abrasión.

Elementos que componen el metal duro

Características fundamentales del Metal Duro

Además del tamaño del grano de WC, la cantidad de fase aglutinante (cobalto) es un factor importante para determinar las características del carburo.
Un incremento de contenido en Co y del tamaño del grano de WC incrementa la tenacidad en el núcleo, pero también reduce la dureza. Como resultado, el sustrato tendrá menos resistencia a la de- formación plástica y esto implica menos resistencia al desgaste/menor vida útil práctica de la herramienta.

Relación entre aglutinante y tenacidad del Metal Duro

Fabricación de metal duro

La fabricación de plaquitas de metal duro es un proceso diseñado cuidadosamente en donde se equilibran geometría y calidad para ofrecer un producto que se ajuste perfectamente a la aplicación.

Proceso de pulverización

Dos son los elementos principales de una plaquita de metal duro:
– WC = carburo de tungsteno
– Co = cobalto
Otros elementos de uso habitual son los carburos de titanio, tantalio y niobio. El diseño de distintos tipos de pulverización y diferentes porcentajes de cada elemento es lo que diferencia las calidades.
El polvo se tritura y deshidrata por aspersión, se tamiza y se vierte en contenedores.

Proceso de Fabricación del Metal Duro

Polvo de tungsteno

Tamaño de los granos de carburo de tungsteno

La principal materia prima para la fabricación de metal duro es el concentrado
de mineral de tungsteno. El polvo de tungsteno se produce a partir de óxido túngstico derivado químicamente de la materia prima. Modificando las condiciones de reducción es posible preparar polvo de tungsteno con distinto tamaño de grano. El granulado de carburo después del secado por evaporación es de tamaño reducido y varía en tamaño según la calidad.

Tamaño de los granos de carburo de tungsteno

Propiedades básicas del metal duro

Además del tamaño de grano de WC, la cantidad de fase aglutinante es un factor importante para determinar las características del carburo. Un incremento en el contenido de Co y en el tamaño del grano de WC incrementa la tenacidad, pero también reduce la dureza y con ella la resistencia al desgaste del sustrato.

Prensado de polvo compactado

La operación de prensado cuenta con varias herramientas:
– Embutidores superior e inferior
– Espiga central
– Cavidad

Procedimiento de prensado

– Se vierte el polvo en la cavidad
– Los embutidores superior e inferior se unen (20-50 toneladas)
– Un robot recoge la plaquita y la deposita sobre una bandeja de granito
– Se realiza un control SPC aleatorio, para comprobar el peso
La plaquita presenta en esta fase una porosidad del 50%
Sinterizado de las plaquitas prensadas
El sinterizado consta de las siguientes fases:
– Carga de las bandejas de plaquitas en un horno de sinterizado
– La temperatura se eleva hasta ~1400 °C
– Este proceso funde el cobalto que actúa como aglutinante
– La plaquita se contrae un 18% en todas las direcciones durante la fase de sinterizado, lo que supone una reducción de volumen del 50%

Baterías ¿Cómo y en función de qué elegirlas?

En la actualidad, muchos fabricantes de herramientas eléctricas comercializan su línea inalámbrica sin sus baterías. Esto nos permite ampliar la búsqueda de herramientas sin tener que pagar baterías costosas cada vez que realizamos una compra. Pero al mismo tiempo nos plantea un debate extenso acerca de qué batería nos conviene elegir ante la diversidad que encontraremos en el mercado.
Está claro, sin embargo, que una buena batería beneficiará a nuestra herramienta inalámbrica. Dado que la batería es la que permite el funcionamiento de la herramienta, la elección del tipo de tecnología de batería es casi tan importante como la elección de la herramienta en sí.
Por ejemplo, si la capacidad, el tiempo de carga o las características de almacenamiento de la batería no coinciden con el usuario o el trabajo a realizar, la herramienta más costosa y sofisticada podría resultarnos totalmente inútil.
Hoy en día las herramientas inalámbricas tienen una amplia aplicación y constantemente surgen modelos cada vez más potentes y versátiles. Esto genera una continua evolución de la tecnología de las baterías que usan, por lo que el potencial comprador debe tener conocimiento sobre diseños, rendimiento, especificaciones y características de las baterías para mantenerse al día con la industria.
La información de este artículo nos brindará la ventaja inicial que necesitamos a fin de elegir los tipos adecuados de batería para nuestras herramientas inalámbricas con el objeto de garantizar el máximo aprovechamiento.

Tipos y características de las baterías

En De Máquina y Herramientas ya señalamos los tres tipos de batería que actualmente se comercializan para herramientas inalámbricas, así como sus ventajas y desventajas.
En adición a ello, hay algunos términos y características de las baterías con las que debemos familiarizarnos antes efectuar una compra. Además del costo, los aspectos que afectan el ciclo de vida y el funcionamiento de una batería son generalmente los factores determinantes que intervienen en nuestra decisión, así que la mayoría de las características explicadas a continuación tienen su influencia sobre la duración de una batería.
Analicemos una por una.
Ciclo de vida: generalmente, la vida útil de una batería se expresa como la cantidad de ciclos de carga que puede soportar antes de perder completamente su capacidad de carga o la capacidad de transferencia de energía. Todas las baterías recargables se desgastan, a pesar de que lo hacen por razones diferentes. Dependiendo de su tipo, antigüedad, uso y efecto memoria, todo ello puede contribuir al inevitable agotamiento de una batería.
Como usuarios, nuestra elección más frecuente oscilará entre un ciclo de vida largo y otras características atractivas, tales como el tiempo de funcionamiento. Por ejemplo, puesto que pueden funcionar por más tiempo entre carga y carga que otros tipos de batería, el menor ciclo de vida de las baterías de iones de litio no suele ser un problema si buscamos tener nuestra herramienta en funcionamiento durante períodos largos.
Auto-descarga: todas las baterías recargables pierden lentamente su carga cuando no están en uso, pero algunas la pierden mucho más rápido que otras.
Para algunos usuarios, las baterías con altas velocidades de auto-descarga no constituyen un problema, especialmente si su herramienta está en uso continuo. Por el contrario, las baterías con una menor velocidad de auto-descarga son importantes para aquellos que planean un uso ocasional de su herramienta.
Voltaje: el voltaje determina la cantidad de energía que una batería produce en un momento dado. En pocas palabras, las herramientas inalámbricas con mayor voltaje son más poderosas.
Generalmente, las baterías están compuestas por un grupo de celdas individuales. El voltaje combinado de las celdas determina la voltaje total de la batería; sin embargo, diferentes tipos de baterías (Ni-Cd, Ni-MH, Li-Ion) tienen diferentes capacidades de voltaje de sus celdas individuales. Por ejemplo, una batería de litio para un taladro inalámbrico de 18 V consistiría en unas 4 celdas individuales de Li-Ion, ya que las baterías de Li-Ion pueden suministrar normalmente de 3,6 V a 4,2 V por celda. El voltaje por celda individual en las baterías de Ni-Cd y Ni-MH es de 1,2 V y 1,4-1,6 V, respectivamente.
En términos muy generales, la escala para equiparar el voltaje de la herramienta a la carga de trabajo es la siguiente:

En términos más particulares, al final de este artículo brindaremos una serie de consejos adicionales sobre el voltaje de las baterías para herramientas eléctricas.
Capacidad: representa el tiempo que una batería puede hacer funcionar nuestra herramienta entre carga y carga. La capacidad de una batería se expresa normalmente como la cantidad de amperios por hora (Ah) que puede ofrecer.
“Ah” es diferente del amperaje total de la herramienta (es decir, la corriente a la que esta funciona) ya que representa la cantidad de flujo energético que la batería puede mantener y no el nivel de corriente durante el funcionamiento.
Cuando vayamos a adquirir una herramienta inalámbrica y su batería, debemos tener en cuenta que un mayor “Ah” significa un uso más prolongado de la batería entre carga y carga.
Descarga total: esto significa permitir que una batería agote por completo su carga mediante el funcionamiento normal. La descarga total puede ser un problema para algunas baterías y reducir drásticamente su ciclo de vida y capacidad. Otras baterías requieren periódicamente una descarga total para mantenerse en buen estado. Este mantenimiento adicional puede ser tedioso para los usuarios que no usan frecuentemente su herramienta.
Efecto memoria: como ya indicamos oportunamente, el efecto memoria se produce cuando una batería se carga una y otra vez sin que se le permita agotarse completamente. La idea es que, de alguna manera, la batería “recuerda” cuál es su carga remanente y luego adopta como nueva capacidad de carga el menor intervalo de carga.
Curiosamente, las baterías de níquel que son susceptibles al efecto memoria retienen mejor su capacidad cuando se cargan después de caer a solo el 70 % de esta. Sin embargo, debe permitirse periódicamente su descarga total para que “recuerden” su verdadera capacidad.
Ahora que conocemos las características principales que debemos considerar para una batería de herramienta eléctrica, veamos un resumen de dichas características aplicadas a cada tipo de batería.

Tipos de Baterías

Diseño de las baterías

Los efectos de los diseños de las baterías sobre el desempeño real de las mismas es nominal, pero pueden afectar la preferencia del usuario por la forma en que contribuyen al equilibrio general de la herramienta. Los tres diseños más comunes de baterías son los siguientes:
*Batería estilo varilla
*Batería estilo torre
*Batería estilo deslizable
Las baterías de Li-Ion son especialmente apreciadas por los usuarios, porque la forma en que se fabrican no las limita al tipo bloque y pueden ser contorneadas para proporcionar un mejor equilibrio de la herramienta.
Como compradores, debemos considerar estos diseños de batería cuando evaluamos el peso y el equilibrio de una herramienta en nuestras manos. En el momento de adquirir baterías de repuesto, conocer el diseño de la batería nos ayudará a encontrar el repuesto exacto.

Cargadores para baterías

Los cargadores también deben seleccionarse con mucho cuidado, porque la calidad del cargador puede determinar en gran medida el tiempo de duración de la batería.
La pérdida de capacidad y la reducción del ciclo de vida que experimentan las baterías proviene principalmente de cargarlas incorrectamente o del daño producido por el calor durante la carga. Los cargadores de mayor calidad presentan una electrónica compleja y sensores mucho más sensibles para asegurar que las baterías se carguen de manera óptima.
Los cargadores para baterías de Ni-Cd y Ni-MH se pueden dividir en tres categorías principales de velocidad:

Lentos: demoran 14-16 horas para cargar las baterías de Ni-Cd y son menos costosos que otros cargadores.

Moderados: el tiempo de carga es de 3-6 horas. Es importante contar con una unidad de calidad, capaz de proseguir con una “carga lenta” cuando la batería está casi completa. Esto es importante, ya que la sobrecarga es una de las causas principales del efecto memoria en las baterías de Ni-Cd.

Rápidos: pueden cargar las baterías de Ni-Cd en aproximadamente 1 hora. La carga rápida es mejor para las baterías de Ni-Cd y Ni-MH, ya que reduce el efecto memoria. La selección de una buena unidad que cambie a “carga lenta” en el momento adecuado también es importante en los cargadores rápidos.

Por su parte, las baterías de litio sólo se pueden cargar de manera segura en aproximadamente 3 horas. Debemos desconfiar de las unidades que sugieren cargas más rápidas y menor pérdida de capacidad, ya que generalmente estas unidades sólo cargan la batería a aproximadamente el 70 % de capacidad y dañan su rendimiento a largo plazo.
Resumiendo, si vamos a elegir un cargador para batería, tengamos en cuenta lo siguiente:

Elegir Cargador de Batería

Otras consideraciones sobre el voltaje y el tipo de batería

Es muy importante, a la hora de comenzar a descartar las baterías que no nos servirán para nuestro propósito, abordar con mayor profundidad algunos de los detalles particulares mencionados anteriormente.
Para ello es conveniente plantearse la siguiente pregunta simple: ¿qué tipo de batería se está convirtiendo en obsoleta?
La primera respuesta a dicha pregunta es: las baterías basadas en la tecnología del níquel. La tendencia general del mercado actual va en detrimento de las baterías de Ni-Cd y Ni-MH para favorecer las baterías de Li-Ion, en función de su peso más ligero y su mayor tiempo de funcionamiento. Por lo tanto, aunque el precio de las baterías de Li-Ion es el más elevado de todos, sería conveniente considerar un tipo de batería que no significará un límite en nuestras opciones a largo plazo.
La segunda respuesta a esa pregunta está relacionada con el voltaje de la batería. Ello nos permitirá reducir la cantidad de las diversas categorías de voltaje, pudiendo eliminar los voltajes que no responden exactamente a nuestras necesidades. Por ejemplo, la categoría de 14,4 V tiende a desaparecer. Por otra parte, las categorías de 24 V y 36 V aplican a herramientas de grado profesional. Esto puede reducir la elección entre las categorías de 12 V y 18 V, que son las más usadas en las herramientas inalámbricas actuales.
Para determinar el voltaje correcto de la batería es fundamental tener en cuenta su uso. Los profesionales pueden obtener mayores beneficios si optan por una mejor tecnología de batería, así como una mejor construcción de la herramienta. Sin embargo, en herramientas que se usan para proyectos hogareños y otras tareas de bricolaje, se puede elegir algo mucho más asequible que se adapte al propósito de la herramienta. Por ejemplo, una batería de 12 V es la más indicada para este tipo de práctica y funciona perfectamente con, por ejemplo, taladros, llaves de impacto y sierras circulares. Para proyectos de mayor envergadura, como el corte de varias hojas de madera contrachapada o la construcción de depósitos para herramientas o gabinetes para garajes, sin embargo, la mejor batería es una de 18 V. Este voltaje es más versátil porque no solo puede manejar herramientas más pesadas como amoladoras, rotomartillos e ingletadoras, sino también herramientas más pequeñas.

Batería

Consejos finales

Muchos fabricantes ofrecen paquetes de herramientas inalámbricas a precio razonable, lo que constituye un excelente motivo para comenzar a armar nuestra propia colección. Sin embargo, si el paquete completo puede cargarse con una sola batería, la oferta es aún mucho más atractiva. Por lo tanto, si nuestras posibilidades lo permiten, hagamos buen uso de esta nueva tecnología aprovechando las baterías universales que permiten cargar un gran número de herramientas diversas.
También, si podemos afrontar el gasto, la compra de baterías con conectividad Bluetooth significará una gran inversión, cuyas características y ventajas detallamos en este artículo.
Por último, asegurémonos de que el conjunto herramienta-batería elegido se sienta muy cómodo en nuestra mano. Para ello debemos probar varios, prestar atención al equilibrio, accesibilidad del gatillo y peso total, y seleccionar uno cuya empuñadura se adapte mejor a nuestros movimientos de torsión de la muñeca que realizamos en el trabajo habitual.

Introducción a la tecnología CNC

En la actualidad, encontramos máquinas CNC en casi todas partes, que ya no solo abarcan los grandes establecimientos industriales, sino también talleres de todo tipo, tanto de pequeña como mediana envergadura. Prácticamente no existe ámbito alguno de un proceso de fabricación que no dependa de estas poderosas y versátiles máquinas.
Sin embargo, a pesar de su amplia aplicación, pocos fuera del entorno industrial están familiarizados con el fundamento de la tecnología CNC y desconocen su funcionamiento y utilidad. Por lo tanto, en este artículo vamos a desarrollar una breve exposición para informar y brindar algunos conceptos útiles.

Antes y después del control numérico (CNC)

La explosiva expansión industrial desde comienzos del siglo XX y el empleo masivo de maquinaria impulsada por energía motriz demandó una búsqueda constante de procesos cada vez más eficientes. Hasta hace unos 60-65 años, la mano de obra requerida en las tareas industriales era densa, lo cual no sólo exigía enormes dotaciones de obreros, sino que además afectaba la calidad, precisión y repetibilidad, encarecía los costos y disminuía la producción.
¿En qué medida? Podemos verlo con un ejemplo simple. Muchos de los que trabajan en un taller mecánico, por ejemplo, conocen una de las operaciones más sencillas de manufactura, es decir, perforar orificios en una chapa metálica con un taladro manual de columna. Para ello, el operario debe realizar una multiplicidad de tareas: ubicar la chapa en la mesa del taladro, colocar una broca en el mandril y asegurarla al husillo, seleccionar la velocidad de rotación mediante un cambio de poleas, activar el husillo y accionar la palanca, o el volante de avance, para dirigir la broca hacia la chapa a mecanizar.
Ahora imaginemos la viabilidad de un proceso como este en un entorno industrial donde deben realizarse cientos de orificios en cientos de chapas, en el menor tiempo posible, al menor costo y con la máxima calidad de producción. Ese fue precisamente el desafío que enfrentaron las industrias durante la primera mitad del siglo XX y, por lo tanto, los avances tecnológicos cobraron impulso hacia la automatización de los procesos de manufactura, es decir, hacia el diseño de máquinas capaces de programarse para realizar automáticamente todas las tareas manuales de un operario.
Es así como ya entrada la década del ’50 se introdujo en Estados Unidos el concepto de control numérico (CN) en una fresadora, que usaba tecnología de válvulas de vacío y la carga de datos se realizaba mediante tarjetas perforadas. Ya en los años ’60 la válvulas de vacío eran reemplazadas por transistores, hasta que la introducción de las computadoras en la década del ’70 sentó las bases definitivas de lo que hoy conocemos como tecnología del control numérico computarizado (CNC).
Los microprocesadores revolucionaron el mundo del control numérico, permitiendo integrar prestaciones tales como, entre otras, ayudas avanzadas de la programación, presentación gráfica de la trayectoria de la herramienta, subprogramas y ciclos fijos, y comunicaciones e integración en redes. A comienzos de los ’90 se introdujo la tecnología de control numérico abierto, que posibilita su personalización y la incorporación de conocimientos propios, programación gráfica interactiva, comunicación digital con los accionamientos y otro nutrido etcétera que nos ofrece las notables ventajas actuales de la maquinaria CNC.
En pocas palabras, el control numérico computarizado es el uso de una computadora para controlar y monitorear los movimientos de una máquina herramienta. Entre esas máquinas herramienta, tanto estáticas como portátiles, podemos mencionar: fresadora,torno, rectificadora, máquina de corte por láser, por chorro de agua o por electroerosión, estampadora, prensa, brazo robotizado, etc. Las máquinas de gran porte cuentan con una computadora dedicada que forma parte del equipo, y la mayoría dispone de un sofisticado sistema de realimentación que monitorea y ajusta constantemente la velocidad y posición de la herramienta de corte. Las máquinas menos exigentes usadas en talleres admiten el uso de una computadora personal externa. El controlador CNC trabaja en conjunto con una serie demotores (servomotores y/o motores paso a paso), así como componentes de accionamientopara desplazar los ejes de la máquina de manera controlada y ejecutar los movimientos programados.
Una máquina CNC, por lo tanto, consiste en seis elementos principales:

• Dispositivo de entrada
• Unidad de control o controlador
• Máquina herramienta
• Sistema de accionamiento
• Dispositivos de realimentación (sólo en sistemas con servomotores)
• Monitor

La siguiente figura muestra un diagrama de bloques de una máquina CNC típica, provista de servomotores.

¿Cómo funciona una máquina CNC?

Como observamos en la figura anterior, básicamente, el controlador de las máquinas CNC recibe instrucciones de la computadora (en forma de códigos G y códigos M) y mediante su propio software convierte esas instrucciones en señales eléctricas destinadas a activar los motores que, a su vez, pondrán en marcha el sistema de accionamiento.
Para comprender en términos generales cómo funciona una máquina CNC vamos ahora a examinar algunas de las funciones específicas que pueden programarse.
a) Control de movimiento
Todas las máquinas CNC comparten una característica en común: tienen dos o más direcciones programables de movimiento llamadas ejes. Un eje de movimiento puede ser lineal (en línea recta) o rotatorio (en una trayectoria circular). Una de las primeras especificaciones que implica la complejidad de una máquina CNC es la cantidad de ejes que tiene. En términos generales, a mayor cantidad de ejes, mayor complejidad.
Los ejes de una máquina CNC son un requisito para generar los movimientos necesarios para el proceso de fabricación. Si seguimos con el ejemplo de un taladro industrial, los ejes ubicarían la herramienta sobre el orificio a mecanizar (en dos ejes) y efectuarían la operación (con el tercer eje). Los ejes se denominan con letras. Los nombres más comunes de los ejes lineales son X, Y y Z, mientras que los más comunes de los ejes giratorios son A, B y C.
El control de movimiento puede realizarse mediante dos sistemas, que pueden funcionar individualmente o combinados entre sí:

• Valores absolutos (código G90), donde las coordenadas del punto de destino son referidas al punto de origen de coordenadas. Se usan las variables X (medida del diámetro final) y Z (medida en dirección paralela al eje de giro del husillo).
• Valores incrementales (código G91), donde las coordenadas del punto de destino son referidas al punto actual. Se usan las variables U (distancia radial) y W (medida en dirección paralela al eje de giro del husillo).

b) Accesorios programables
Una máquina CNC no sería útil si solo contara con un control de movimiento. Casi todas las máquinas son programables de varias otras maneras. El tipo específico de máquina está directamente relacionado con sus accesorios programables apropiados, por lo que puede programarse cualquier función requerida en una máquina CNC. Así, por ejemplo, un centro de mecanizado contará al menos con las siguientes funciones específicas programables:

• Cambiador automático de herramienta: la mayoría de los centros de mecanizado puede tener muchas herramientas diferentes ubicadas en un portaherramientas. Cuando se requiera, la herramienta necesaria puede colocarse automáticamente en el husillo para efectuar el mecanizado correspondiente.
• Velocidad y activación del husillo: la velocidad del husillo (en rpm) se puede especificar fácilmente y el husillo puede girar no sólo en un sentido horario o antihorario, sino que además, puede puede detenerse.
• Refrigerante: muchas operaciones de mecanizado requieren de refrigerante para lubricar y enfriar. El refrigerante puede activarse y desactivarse durante el ciclo de trabajo de la máquina.

c) Programa CNC
Este es un listado secuencial de instrucciones que ejecutará la máquina. Esas instrucciones se conocen como programa CNC, el cual debe contener toda la información requerida para el mecanizado de la pieza.
El programa CNC está escrito en un lenguaje de bajo nivel denominado G y M, estandarizado por las normas 6983 de ISO (Organización Internacional de Normalización) y RS274 de EIA (Alianza de Industrias Electrónicas) y compuesto por instrucciones Generales (código G) yMisceláneas (código M). El programa presenta un formato de frases conformadas por bloques, encabezados por la letra N, tal como vemos en la figura de abajo, donde cada movimiento o acción se realiza secuencialmente y donde cada bloque está numerado y generalmente contiene un solo comando.

El código G describe las funciones de movimiento de la máquina (por ejemplo, movimientos rápidos, avances, avances radiales, pausas, ciclos), mientras que el código M describe las funciones misceláneas que se requieren para el mecanizado de la pieza, pero que no corresponden a los movimientos de la máquina (por ejemplo, arranque y detención del husillo, cambio de herramienta, refrigerante, detención del programa).
A su vez, cada código contiene variables (direcciones), identificadas con otras letras y definidas por el programador para cada función específica. Por ejemplo, F define la velocidad de avance, S la velocidad del husillo, T la herramienta seleccionada, X, Y y Z el movimiento de los ejes, I, J y K la localización del centro de un arco, etc.
Debemos tener en cuenta que, dado que todas son diferentes, cada máquina tendrá su propio programa CNC, ya que, por ejemplo, una plegadora de chapas no tiene husillo ni requiere de refrigerante. A tal efecto, la tabla ilustrativa que sigue muestra los códigos G y M más usados para un torno CNC.

Conforme a la tabla anterior, y a modo de ejemplo, un bloque como este:
N0040 G01 X25.000 Z32.000 F500
Indicaría lo siguiente:

• Número del registro: 0040
• Procedimiento a realizar: G01, es decir, trasladarse al punto (X=25 mm, Z=32 mm) a través de una línea recta.
• Avance: 500 (mm/rev o mm/min, según se haya especificado previamente).

d) Controlador CNC
Este componente clave interpreta un programa CNC y acciona la serie de comandos en orden secuencial. A medida que lee el programa, el controlador activa las funciones apropiadas de la máquina, impulsa el movimiento de los ejes, y en general, sigue las instrucciones dadas en el programa.
Además de interpretar el programa CNC, el controlador tiene varios otros propósitos, por ejemplo:

• Modificar (editar) los programas si se detectan errores.
• Realizar funciones de verificación especial (como el funcionamiento en vacío) para confirmar la exactitud del programa CNC.
• Especificar ciertas entradas importantes del operador, tales como los valores de longitud de las herramientas.

e) Programa CAM
En este artículo mencionamos la importancia de un programa CAM (fabricación asistida por computadora) cuando se dificulta la escritura del programa CNC, ya sea por desconocimiento del operario o ante aplicaciones complicadas. En muchos casos, el programa CAM funciona conjuntamente con el diseño asistido por computadora (CAD). Esto elimina la necesidad de redefinir la configuración de la pieza de trabajo para el programa CAM. El programador CNC simplemente especifica las operaciones de mecanizado a realizar y el programa CAM crea automáticamente el programa CNC.
f) Sistema DNC
Una vez que se desarrolla el programa CNC (ya sea manualmente o con un programa CAM), debe cargarse en el controlador y para ello se usa un sistema de distribución de control numérico (DNC).
Un sistema DNC es una computadora conectada en red con una o más máquinas CNC. Tradicionalmente la transferencia de los programas se efectuaba mediante un protocolo rudimentario de comunicaciones seriales (RS-232C). Sin embargo, la tecnología ha avanzado para dotar a los controladores actuales con mayores capacidades de comunicación, de manera que puedan conectarse en red de maneras más convencionales, por ejemplo, mediante Ethernet.
Oportunidades laborales que ofrece la tecnología CNC
Con la expansión de las máquinas CNC resulta sorprendente la gran escasez de personal capacitado para operar dichas máquinas. Por lo tanto esta es un área prometedora en la que se puede acceder a buenos salarios y desarrollar una carrera gratificante. Los que siguen son algunos de los puestos de trabajo de mayor oferta para todos aquellos que buscan oportunidades dentro del campo de las máquinas CNC.

Puntos clave para lograr que las herramientas alcancen un máximo desempeño y entreguen productos de mayor calidad con una mejor relación de costo y tiempo.

a relación intrínseca entre la máquina, la herramienta y el producto, es clave para lograr los estándares de calidad requeridos en el mercado. Las herramientas de corte están en constante evolución y en la búsqueda lograr mayor precisión, certeza y confiabilidad en el corte. En el presente artículo, el autor resalta puntos clave para lograr que las herramientas alcancen un máximo desempeño y nos entreguen productos de mayor calidad con una mejor relación de costo y tiempo. Son, de hecho, las mismas máquinas y los métodos actuales de maquinado los que hoy nos ofrecen los mecanismos para dar seguimiento del desgaste de las herramientas de corte. Lo invitamos a reflexionar con el autor si estamos haciendo lo correcto para mantener  nuestras herramientas “en buen estado”, logrando así desbastes con un mayor grado de “perfección”.
En muchas ocasiones no se presta suficiente atención al efecto de las desviaciones geométricas de las herramientas de corte en la precisión final de las piezas producidas. Desde el punto de vista de la precisión alcanzable en una pieza a fabricar, la tendencia en una cadena de manufactura es pensar desde la herramienta hacia adelante, sin tener en cuenta que esta también tuvo que ser fabricada de alguna manera.
En el caso de las herramientas de carburos cementados, después de un proceso de sintetizado, los filos son pre-cortados por electroerosión de hilo y afilados finalmente mediante procesos de rectificado. En un paso final, las herramientas de corte pueden ser recubiertas con una o varias capas de diferentes compuestos para mejorar su rendimiento. Toda esta cadena entrega finalmente un determinado valor de tolerancia geométrica, que en ningún caso es igual a cero.
Por otro lado, los insertos de corte, siguiendo la norma ISO 1832-1991 que rige su nomenclatura, la tercera posición en el código de cada uno de ellos, se refiere al tipo de tolerancias dimensionales que tiene el inserto mismo. Se pueden conseguir herramientas de tipo A, con tolerancias que van entre ± 5 y 25 µm, hasta insertos con tolerancia de tipo U, que en tamaños superiores a los 25 mm pueden tener tolerancias entre los 250 y 380 mm. ( Ver Diagrama 1)
Cuando se trata de herramientas sólidas, como fresas o brocas, además de la tolerancia del diámetro de corte, que se encuentra normalmente en valores de -20 a -60 µm para herramientas de más de 3 mm, se deben revisar los valores de concentricidad del eje que a su vez llegan a ser de 10 a 20 µm. Herramientas de mayor precisión, pueden alcanzar valores de tolerancia en el diámetro y de concentricidad por debajo de 5 µm, aumentando su costo, pero también la seguridad de que la pieza saldrá de la máquina cumpliendo las tolerancias especificadas.
Todas estas tolerancias, más otras que deben ser informadas por los vendedores de herramientas, como la del radio de la punta de la herramienta en escariadoras, o del radio de la esfera en fresas de bola, suman a la incertidumbre de la medición final de la pieza que se quiere fabricar. Y por esto es necesario instalar equipos de verificación geométrica de herramientas en el taller. Dentro o fuera de la máquina, dependiendo de la productividad del proceso, pero sin este paso, se está perdiendo gran parte de la información necesaria para obtener un producto de buena precisión.
Pero de nada sirve tener excelentes herramientas si la máquina que las utiliza no tiene buena precisión de posicionamiento y la robustez estática y dinámica que garantice que las piezas fabricadas van a tener una buena calidad.
La empresa F.V. – Área Andina S.A. fabricantes de grifería, sanitarios y complementos con sede en Quito, Ecuador, es un excelente ejemplo de la aplicación de buenas prácticas de manufactura mediante la combinación de maquinaria de última tecnología con herramientas de excelente calidad.
Incluso capaces de fabricar sus propias herramientas especiales de carburos cementado
Con la puesta en marcha de nuevas máquinas multitarea basadas en torno de Mazak, se han logrado mejoras de productividad de hasta un 50% en aplicaciones para piezas de latón para grifería, mediante el uso del doble husillo y la doble torreta, haciendo 10 procesos en una misma máquina. Este proceso reemplaza el trabajo hecho anteriormente en dos máquinas separadas. Miguel Pantalano, gerente de la planta de grifería de F.V. asegura que “los costos claves en este negocio son el minuto productivo y el costo de la materia prima. Al reducir tiempos muertos al no tener que pasar de una máquina a otra, tener mayor velocidad y menor cantidad de operaciones, se logra mayor versatilidad para productos complejos y se logra capacidad para sacar piezas casi listas, reduciendo así costos clave.” ( Ver Figura 2 )

La importancia de mantener la presión del agua en el funcionamiento eficiente de las instalaciones de sistemas de calefacción

La calidad del agua en sistemas de calefacción central, es un tema que cada vez está de más actualidad

Los problemas más evidentes surgen principalmente ante la necesidad de renovación de las calderas existentes, por calderas de alto rendimiento, donde las exigencias de calidad del agua son cada vez mayores. Un sistema de mantenimiento de presión, combinada con el tratamiento adecuado de agua de reposición es la mejor garantía para un funcionamiento fiable de una instalación.
Reflex, especializada en este sector, en base a la Directiva alemana VDI 2035, analiza.

En los sistemas de calefacción la calidad del agua puede ser problemática

Desde hace algún tiempo, la calidad del agua en sistemas de calefacción central a menudo plantea algún problema, causando gran preocupación, con especial incidencia en las medianas y grandes instalaciones. En primer lugar, los fabricantes de calderas se han vuelto cada vez más exigente con respecto a la calidad del agua, por otra parte, también existe un conjunto creciente de dispositivos de control y protección cada vez más importantes en la gestión de los sistemas de calefacción El problema no es exclusivo de España o Portugal. En Alemania, por ejemplo, un país que ha incorporado antes la tecnología a las instalaciones de calefacción, es donde este sector se enfrenta a estas experiencias y dificultades desde hace más tiempo. El instituto VDI (Asociación de Ingenieros Alemanes) ha emitido la Directiva 2035, que describe las soluciones al problema.
Reflex, como fabricante alemán de sistemas de mantenimiento de presión, está en condiciones de responder con conocimientos y soluciones técnicas para la renovación de las instalaciones existentes y para las nuevas instalaciones de calefacción central.

Los circuitos cerrados pueden ser eficientes

En resumen se puede afirmar que las instalaciónes bien ejecutadas en los sistemas de calefacción cerrado evitan, por sí mismas, muchos problemas. La directiva VDI 2035 explica claramente que, si la instalación se realiza correctamente, aunque no tenga un tratamiento específico del agua, no debería generar una corrosión excesiva, siempre que no haya entrada de oxígeno. En la práctica, es evidente que el contenido de oxígeno, la conductividad (salinidad) y el pH (dureza) de agua de llenado se estabiliza de forma relativamente rápida al inicio del funcionamiento de la instalación, por lo que es recomendable comprobar la calidad del agua, preferiblemente dos o tres meses después de la puesta en marcha y, al menos, durante el mantenimiento anual.
No mucho tiempo después nos enfrentaremos con el problema de formación de cal. Será fundamental observar la evolución de sus efectos, en primer lugar en los puntos más calientes o en la práctica en el cuerpo de la caldera. Obviamente, la formación de cal conduce a la disminución de transferencia de calor y por lo tanto la pérdida de eficiencia. Para agravar la situación tenemos que las calderas modernas tienen constructivamente conductos de menor sección, lo que los hace aún más vulnerable a la obstrucción.
Ingenieros consultores y técnicos exigen extremar la precaución, conscientes de que en las instalaciones de calefacción medianas y grandes se producen los fenómenos descritos anteriormente. En el agua de llenado del sistema, en función de su dureza, puede ser aconsejable, su descalcificación. Lo mismo se aconseja para el agua de compensación. Reflex dispone de unidades Fillsoft de descalcificación de agua adaptada a los sistemas de calefacción, tanto para el llenado inicial del sistema, como para el agua de compensación. Las unidades Fillsoft operan con cartuchos de resina, reemplazables, y corrigen la dureza del agua. Su instalación es sencilla, tanto en instalaciones simples como soluciones integradas Fillcontrol. Para el tratamiento automático del agua de compensación, con estos sistemas, se evita la acumulación de incrustaciones sobre las superficies de las calderas, al disponer de la máxima seguridad de buen funcionamiento al mantener el pH del sistema estable. Reflex ofrece también varias opciones que permiten la optimización de su funcionamiento, como el Softmix para ajustar automáticamente la dureza deseada y Fillmeter para determinar el estado de los cartuchos, incluyendo alarma acústica y visual cuando se requiere reemplazo.

Mantenga la presión del agua en los sistemas de calefacción como una solución contra la corrosión

Reflex lo tiene claro la mejor manera de prevenir la entrada de oxígeno es asegurar el mantenimiento adecuado de la presión en el sistema. Los vasos de expansión estática deben dimensionarse adecuadamente, así mismo la presión inicial debe ser calcula correctamente, para que todos los puntos del circuito de la instalación estén sometidos a presión, y nunca en depresión, eliminando así el riesgo de entrada de oxígeno. En este contexto, Reflex siempre sugiere un ligero sobredimensionamiento de los vasos de expansión. Si las fugas, y la consiguiente reducción de la presión no se controla, lo que por desgracia ocurre con demasiada frecuencia, el sobredimensionamiento del vaso tiene su razón de ser, y puede garantizar la presión adecuada durante un período más largo.
Para grandes instalaciones se recomiendan sistemas dinámicos por transferencia de masa, por compresor o bomba para asegurar la presión del sistema. Los sistemas de presurización dinámicos por transferencia de masa tipos Reflex, Reflexomat, Variomat o Gigamat, el tamaño del vaso requerido están siempre muy por debajo del tamaño del depósito de expansión estática calculado para la misma instalación.

Para garantizar el funcionamiento operativo de los sistemas de transferencia de masa de Reflex se desarrollaron dos tipos de Unidades de Control comunes a todos sus sistemas de presurización.
Control S Básico, con las siguientes características, pantalla LCD con dos líneas, visualización de estado, control de los parámetros, y modo de trabajo automático / manual así como un interfaz RS-485, para conectar un módulo de comunicación Bus y poder unir a Sistemas de Control Centralizados.
El Touch Control, representa un sistema más avanzado e innovador, con pantalla táctil.

Sistemas de expansión controlada por compresor

Reflex ofrece sistemas de presurización dinámicos por transferencia de masa con compresor Reflexomat. Estos están constituidos esencialmente por una unidad de control cuya presurización se efectúa por el compresor de aire, complementado con un vaso principal con membrana de butilo.
Las versiones con un compresor pueden ser utilizados en instalaciones con calderas hasta 12 MW, mientras que las versiones con dos compresores se pueden utilizar en instalaciones hasta 24 MW. El sistema Reflexomat está diseñado para llevar a cabo las siguientes funciones principales:
Mantenimiento de la presión: el compresor actúa en el lado del aire del vaso de expansión. La funcionalidad operativa del sistema se lleva a cabo por la Unidad de Control, que garantiza la presión deseada en ± 0,1 bar, y compensando las variaciones a consecuencia de los cambios de volumen.
Agua de compensación: en el caso de pérdidas de agua en el sistema, la compensación está integrada en el sistema de control, y se lleva a cabo mediante el control del volumen de agua en el vaso principal , utilizando para ello una sonda.

Sistemas de expansión controlados por bomba

Reflex dispone del sistema de transferencia de masa con bomba Variomat para aquellos sistemas de calefacción que requieren soluciones más avanzadas. Este sistema permite controlar la presión del sistema a través de un grupo de bombeo, y además asegurar la desgasificación del agua. En otras palabras, además de la presurización, se elimina la existencia de gas libre contenido en la instalación y es especialmente importante la eliminación del oxígeno responsable de la corrosión, además también elimina los gases disueltos en el agua, como describe la ley de Henry. La solubilidad máxima del gas en el agua cambia con la presión y la temperatura. Por lo tanto, el oxígeno disuelto en agua, se libera al reducir la presión y aumentar la temperatura.
El Variomat está constituido por la unidad de control, grupo de bombeo de una o más bombas y un vaso principal con membrana de butilo, en caso de volúmenes de dilatación muy grandes o por limitaciones de altura se puede instalar uno o varios vasos en batería. ,
En versiones estándar, el Variomat con una bomba, se puede utilizar hasta potencias de caldera 2 MW. Mientras que con dos bombas que puede ser utilizado hasta 10 MW. En los sistemas de calefacción con una potencia instalada de la caldera superior, podemos usar las versiones estándar de Gigamat de diseño idéntico, complementado con una serie de unidades no estándar, desarroyado de acuerdo con las necesidades de cada proyecto, hasta potencias de 270 MW.
Los sistemas de expansión Variomat y Gigamat permiten asegurar, esencialmente, las siguientes funciones principales:
Mantenimiento de la presión: La funcionalidad operativa del sistema se lleva a cabo por la actuación de un grupo de bombeo comandado por la Unidad de Control que garantiza la presión deseada en ± 0,2 bar, y compensando las variaciones a consecuencia de los cambios de volumen.
Agua de compensación: la perdida de volumen debido al gas eliminado del sistema, así como las pérdidas de agua se compensan automáticamente con agua desgasificada por el propio Variomat. La medición del nivel de agua se lleva a cabo midiendo el volumen en el vaso, utilizando para ello una sonda. El agua de reposición, que entra en el sistema a través del vaso principal se controla mediante una detección de fugas y se interrumpe en caso de avería.
Desgasificación: parte del agua del sistema se libera al vaso básico y es desgasificada. En fase de arranque del sistema, esta operación se lleva a cabo de forma continua hasta que todo el agua del sistema ha sido completamente desgasificada. Después de esta fase de puesta en marcha, el sistema entra en régimen automático, operando sólo por períodos cortos según sea necesario, y también puede trabajar de forma controlada de acuerdo con una programación

Conclusiones
Teniendo en cuenta lo anterior, las opciones técnicas disponibles permiten una selección muy amplia, dependiendo de los objetivos establecidos para cada proyecto. La inversión realizada en estas instalaciones de sistemas de calefacción, para la presurización adecuada, desgasificación y agua de reposición automática, es de poca importancia en comparación con la inversión total del sistema. Del mismo modo, también esta inversión debe compararse con la disminución de costos necesarios de mantenimiento para reducir al mínimo los problemas ocasionados por la falta de presurización y desgasificación, y adicionalmente los costos de sustitución temprana de los equipos principales.
Aunque a veces se hace difícil justificar la inversión de dichos equipos, sobre todo en los nuevos proyectos, ante la dificultad de cuantificar los costos evitables inherentes a las pérdidas de eficiencia de calderas por la formación de incrustaciones, así como la corrosión de las tuberías, accesorios, equipos auxiliares y costes de supervisión y funcionamiento mantenimiento más frecuente. Se recomienda por tanto, un análisis de costes teniendo en cuenta el ciclo de vida (ACCV) de la instalación.
Este análisis permite justificar la sostenibilidad de las inversiones al integrar todos los costos, con especial importancia el consumo de energía, mantenimiento, paros y sustitución de componentes dañados

FUNCIONAMIENTO DE UN PUENTE DE MANOMETROS CON 4 TOMAS Y CUATRO VALVULAS

VISITA DEL CIFP HESPERIDES A LAS INSTALACIONES DEL HOSPITAL SANTA LUCIA...

Papel

El papel es un material de pequeño espesor formado por el entrecruzamiento de fibras vegetales a partir de una suspensión acuosa pastosa denominada pulpa, obtenida por diversos métodos a partir de materias vegetales fibrosas (provenientes directamente de dichas fuentes o de material reciclado).
Las fibras del papel están unidas tanto físicamente, por estar entrelazadas a modo de malla, como químicamente por puentes de hidrógeno.

El papel en la actualidad

La importancia del papel y de los productos papeleros en la vida moderna es evidente, pues es el medio más utilizado como soporte para la producción y difusión de la información, aspecto crucial en el desarrollo de la civilización a lo largo del tiempo, pues el conocimiento científico y la cultura son dos parámetros característicos del nivel de desarrollo de un pueblo y de su bienestar social. Incluso se puede establecer una relación directa entre el consumo per capita de papel con el grado de desarrollo de un país, comprobándose que a la cabeza se encuentran países como EEUU, Canadá, Suecia, Suiza, Noruega, Japón y Reino Unido, los cuales se encuentran también a la cabeza mundial del desarrollo. En los países denominados del primer mundo, el consumo de papel por habitante se sitúa sobre 170 kg/año.
La cantidad consumida de papel en el mundo ha ido avanzando con el tiempo, aumentando siempre al ritmo que la tecnología permitía, pues ello significa siempre una adquisición de información, por veces valiosísima, la cual podía ser esparcida allende las fronteras y compartida con cada vez mayor número de individuos. Todo el saber acumulado a lo largo de los tiempos por pueblos primitivos era transmitido generación tras generación por vía oral, lo cual significaba a veces la alteración del mensaje e incluso la desaparición del mismo en caso de catástrofes que aniquilaban a la población. Es por ello que el conocimiento que tenemos sobre las civilizaciones antiguas es por medio de restos arqueológicos, en cambio, tras la invención de la escritura y sobre todo del papel, la información acumulada por estos pueblos quedó registrada y documentada, pudiendo ser revisada y estudiada años más tarde por generaciones posteriores, que se enriquecieron del conocimiento de sus antecesores.
De ahí la enorme importancia del papel como soporte de transmisión y acumulación del conocimiento, pues es bien sabido que de no existir comunicación entre diferentes descubridores, sería dificilísimo el avance científico y la expansión de las ideas, los cuales provocan el avance de la civilización.
En este texto se van a describir los procesos de obtención del papel, caracterizando cada método y analizando ventajas e inconvenientes de cada uno de ellos en función de la aplicación que se desee, tanto en términos de costos como de calidad del producto finalizado.

Origen del papel

La obtención de la pulpa de papel a partir de las materias vegetales se puede llevar a cabo de muy distintas formas, según la aplicación final y sobre todo de la materia prima. Antiguamente, las materias primas eran exclusivamente telas y trapos viejos, procesados costosamente y convertidos en papel de características heterogéneas. Debido a la escasez de estos recursos, y a partir del descubrimiento de los procesos que utilizaban madera de árbol como materia prima, los procesos de obtención de pulpa fueron totalmente modificados.
Ya que el objetivo en el procesado de la madera (u otras materias vegetales) es el de obtención de las fibras que los componen, para producir el papel, es conveniente estudiar como es el tipo de fibra que está contenida en cada tipo de árbol y el modo como está dispuesta en su interior, es decir, conocer la estructura de la madera.
La pulpa de madera proviene principalmente de dos árboles. Los pinos, de buen por precio y buena calidad de fibra, ya que poseen una fibra muy larga, y de eucaliptos por ser una fibra muy barata y resistente.

A lo largo de todos los tiempos, el papel ha sido el material más profusamente empleado por los hombres para dibujar y escribir, dos rasgos diferenciales del grado de civilización del ser humano con respecto al resto de componentes de la naturaleza. La aparición del papel se vio forzada por la necesidad de un nuevo soporte de transmisión de información de fácil obtención, manejo y almacenamiento, ventajas indudables que el papel presenta sobre otros soportes como eran anteriormente lajas de piedra y superficies de edificios.
Se cree que la invención de la escritura y de la numeración fueron inducidas por la necesidad de inventariar y contabilizar los excedentes de cosechas almacenados en épocas de bonanza por las primitivas culturas sedentarias y agrícolas de Mesopotamia, pero no es hasta el año 3000 a.C. cuando se estima que se descubrió, por parte de los egipcios, de la técnica de obtención de hojas de fibra rudimentarias, las cuales podían ser empleadas para la escritura. Estas hojas estaban confeccionadas a partir de una planta que crecía a la orilla del río Nilo, el papiro. El proceso de obtención de papel consistía en cortar los tallos de papiro y dejarlos reblandecer durante más de 30 días en las fangosas aguas del Nilo, aumentando entonces su flexibilidad. Una vez retiradas del agua, se disponían las fibras de forma entrecruzada, y formando ángulos rectos entre ellas, sobre una rejilla del mismo material y se dejaba secar al sol o cerca de una hoguera hasta su completo secado. El resultado era un soporte propicio para la escritura y de un peso y dimensiones óptimas para su manejo y transporte. El proceso era lento, pues los moldes no se podían reutilizar hasta que la anterior hoja no se hubiese secado, lo que suponía una lenta producción. Aún así, el papiro fue utilizado tanto por las civilizaciones egipcia como griega y romana en lo sucesivo para recoger valiosos textos jurídicos y espirituales.
Se tienen noticias que durante el mismo período histórico, se descubrieron técnicas similares de confección de papel (de modo similar al conocido hoy) en otras culturas (Centroamérica, Himalaya, Sudeste asiático, China...), aunque existen discrepancias sobre si éstos materiales podrían denominarse papel tal y como lo entendemos hoy.
La invención del papel tal y como lo conocemos hoy corresponde sin embargo a Ts’ai Lun, oficial de la corte del emperador, del que se tiene noticias de que en el año 105 a.C. había descubierto un método de obtención de papel más refinado que el papiro. El método consistía en mezclar diferentes tipos de fibras, como corteza de morera, cáñamo y trapos con agua, machacar la mezcla hasta conseguir la completa separación de las fibras, y luego disponerlas sobre un molde rectangular poroso y prensarlas para separar el agua y conseguir la unión solidaria de las fibras. Éste es pues, con todo derecho, el predecesor del papel existente en nuestros días, que con diferentes métodos y técnicas es producido a partir de fibras vegetales.
Sobre el siglo III d.C., el secreto de la preparación del papel salió de China y se extendió por los territorios vecinos, llegando a Corea, Vietnam y Japón hacia el siglo VI de nuestra era. A partir de ahí, el conocimiento de la técnica papelera fue avanzando hacia occidente, pasando por Asia central, Tibet, India, hasta llegar a manos de los musulmanes, los cuales, en su expansión por Asia Menor, y el norte de África fueron introduciendo el papel en sus dominios y mejorando la técnica. La entrada del papel en Europa se realizó en el siglo VIII, con la invasión árabe de España. Se tienen noticias de que el primer centro de producción de papel en Europa estaba situado en Xátiva, en España, y fue fundado alrededor del año 1000. Tras la expulsión árabe de la península ibérica, el conocimiento de la técnica del papel fue exportada hacia la Europa cristiana, existiendo importantes centros de producción de papel en Italia en el siglo XIII, en donde se introdujeron importantes mejoras, como la utilización de la energía hidráulica en el proceso de fabricación, las prensas con alimentación continua,... A partir de esas fechas, la importancia del papel en toda Europa como medio de comunicación y expresión fue en espectacular aumento, por lo que el pergamino (pieles tratadas de animales), sucesor del papiro, cayó inmediatamente en desuso. La expansión del papel por Europa siguió por Francia, país que se convirtió en gran productor y exportador, y por Alemania.
Si antes de este período, la escasez de papel impedían la difusión de información, en esta época de abundancia de soporte papelero , era la velocidad de los escribientes la que ralentizaba la producción de textos; este problema tuvo pronta solución cuando en 1453 Gutenberg inventó la imprenta, momento a partir del cual la impresión de textos creció de forma exponencial, lo que produjo que los conocimientos de los sabios europeos circulasen a gran velocidad por todo el continente, lo que supuso un avance espectacular en todos los campos del saber.
En el siglo XVI la técnica del papel se introduce en Inglaterra, y en el año 1680 se funda la primera fábrica de producción de papel en el continente americano, en Culhuacan, México, de la mano de los españoles.
En el viejo continente, durante este período, el mayor problema planteado era el de satisfacer el volumen de producción demandado, pues hasta ahora la materia prima utilizada en la fabricación de papel eran trapos viejos de algodón u otras telas, lo cual suponía una serie de inconvenientes, tanto en cantidad requerida de materia prima como en disponibilidad o costes e impuestos sobre las mismas. Fue por ello que, durante el siglo XVIII se hizo imprescindible la búsqueda de nuevas fuentes de materias primas para independizar la producción de la disponibilidad temporal de los tejidos usados.
Hacia el año 1720 el francés Ferchault de Reaumur sugirió que podría utilizarse la madera como fuente de fibras vegetales para la confección del papel. Otro de los inconvenientes existentes, la lentitud en la fabricación de papel fue resuelto a finales de siglo, cuando apareció la primera máquina de producción continua de papel, inventada por Nicholas Robert y comercializada por los hermanos Fourdrinier. A partir de ese momento la velocidad de obtención de papel aumentó considerablemente, y la automatización de todas las tareas fue un hecho en la mayor de las fábricas papeleras, siendo, pudiéndose obtener grandes bobinas de papel en un proceso en cadena continuo, el cual era fácilmente transportable y utilizable por las editoriales. A su vez, el problema de escasez de materias primas se acabó cuando en el año 1850 el alemán Friedrich Gottlob Séller concibió un método para obtener papel a partir de la pulpa de madera, método perfeccionado más tarde por los descubrimientos de técnicas de obtención de pulpa a partir de la madera mediante métodos químicos, tales como el método al sulfito y al sulfato.
A partir de estos excepcionales descubrimientos, la producción de papel a gran escala y a precios económicos provocó la expansión de los nuevos métodos químicos, a escala mundial, y el número de fábricas experimentó un aumento increíble, al igual que la producción de papel acabado, del orden de los 2,5 millones de toneladas al año, lo que supuso un boom en cuanto a aparición de nuevos periódicos y revistas de amplia tirada, los libros aparecieron masivamente en el todos los ámbitos sociales, sobre todo en la educación, donde la calidad y cantidad de los textos escritos mejoró el carácter universal del acceso a la cultura.
Durante todo el siglo XX, los métodos de obtención de papel no han sido modificados sustancialmente, pero sí la eficiencia, costo y el respeto al medioambiente de los mismos, gracias al gran avance en nuevos materiales y optimización de procesos (recuperación energética, recuperación reactivos, cogeneración,...). Además se han establecido multitud de variedades de papel, cartón y materiales de embalaje, por lo que cada una de estas clases se obtiene a partir de un proceso determinado, con un tratamiento específico de la materia prima en cada uno de los pasos del proceso, para obtener más fácilmente las características requeridas de resistencia, color, rugosidad,...
Los nuevos campos de investigación en nuestros días se basan en la posibilidad de mejorar los procesos ya existentes, descubrir nuevos procesos para utilizar mayor diversidad de materias primas, tanto nuevas especies vegetales accesibles, como desechos forestales o materiales reciclados.

Las fibras vegetales requeridas para la producción de papel están compuestas por largas cadenas de un polímero natural, la celulosa, el cual está formado por la repetición sucesiva de una unidad individual de celobiosa, la cual a su vez está constituida por dos unidades de un polisacárido denominado glucosa. Así, la fórmula molecular de la celulosa se puede expresar como (C₆H₁₀O₅)_n, siendo n el número de unidades que forman la cadena (también se denomina grado de polimerización, GP). La mayoría de las fibras utilizadas en la fabricación de papel tienen un GP de entre 600 a 1500. Este tipo de fibras utilizables suelen presentar un diámetro de entre 10 y 40 μm, y su longitud se sitúa entre 0,5 y 30 mm.
Las fibras celulósicas se disponen en el interior de la madera unidas entre sí, ordenadamente, formando regiones cristalinas, y dichos aglomerados cristalinos se unen a su vez entre sí por medio de fibras sobresalientes, creando entonces zonas amorfas de unión y zonas cristalinas. Las propiedades que hacen de la fibra celulósica el material idóneo para la confección del papel son las siguientes:

• Gran resistencia mecánica a tensión
• Buena flexibilidad, natural y adquirida
• Resistencia a la deformación plástica
• Insolubilidad en agua de la fibra
• Hidrofilia
• Amplio rango de dimensiones
• Facilidad inherente a enlazarse
• Facilidad para absorber aditivos modificantes
• Estable químicamente
• Relativamente incolora

En la estructura de la madera también aparecen otro tipo de fibras con base de polisacáridos, denominadas hemicelulosa; sus longitudes son menores, y las unidades de que están formados son diferentes: glucosa, manosa, galactosa, xylosa y arabinosa, dependiendo de la planta considerada.
Tanto las fibras de celulosa como las de hemicelulosa están unidas entre sí por una sustancia polimérica de estructura amorfa denominada lignina, la cual actúa como cemento de unión de las mencionadas fibras, dando consistencia y rigidez a la planta. La lignina se sitúa formando una capa externa alrededor de las fibras, y dicha capa externa se une a la existente en las demás fibras por medio de enlaces covalentes y de puente de hidrógeno. La estructura química de la lignina es extremadamente complicada, pero se basa en la unión tridimensional de unidades de fenilpropano, cuyos sustituyentes varían en función de la planta considerada. Las uniones entre los monómeros han de ser quebradas para poder separar las fibras celulósicas necesarias en la obtención de la pulpa.
Además de los anteriores componentes, existen en las maderas pequeñas cantidades de otros materiales de diferente naturaleza, los cuales son fácilmente extraídos durante el procesado de la pasta de papel: terpenos, resinas, fenoles ácidos grasos,... Su porcentaje varía de unas maderas a otras (entre 2 y 8%), pero en cualquier caso no representan ningún problema en el proceso de fabricación. La Figura 3.1 muestra un esquema aproximado de la composición química de la madera.

Composición química de la madera

La distinción entre maderas duras y suaves se basa en la estructura interna de la madera, sobre todo por la densidad y la longitud de fibra.

Características físico-químicas de la madera

Las características químicas de los tres componentes principales de la madera, esto es, celulosa, hemicelulosa y lignina, son muy diferentes, y en consecuencia, su comportamiento ante agentes químicos y procesos mecánicos es diferenciado, y precisamente, aprovechando estas diferencias, se establecen los procesos de separación, que es al fin y al cabo el objetivo de la fabricación de la pulpa.
El comportamiento frente al agua es muy diferente; la celulosa es altamente hidrofílica, debido a la presencia de grupos polares (grupo hidroxilo); cuando las cadenas de celulosa se ponen en contacto con el agua, las fibras absorben moléculas de agua (se hidratan) y se hinchan, mejorando simultáneamente su flexibilidad y la capacidad de enlace con otras fibras adyacentes. La absorción de agua es más eficiente en las zonas amorfas de la celulosa que las zonas cristalinas, por lo que es beneficioso intentar destruir las estructuras cristalinas (usualmente por procedimientos mecánicos).
Las hemicelulosas presentan cualidades mecánicas más débiles que la celulosa, y durante el procesado de la pulpa, ven modificadas drásticamente sus propiedades. Además son fácilmente solubles en gran cantidad de disolventes, pues su estructura no les confiere marcadas características hidrofílicas o hidrófobas. Debido a esto, una gran proporción de las hemicelulosas iniciales son retiradas durante el procesado de la pulpa.
Por su parte, la lignina es un compuesto básicamente hidrófobo, característica frecuente en los compuestos aromáticos. Por ello, no puede ser disuelto en un medio acuoso, a no ser que se introduzcan en su estructura grupos sustituyentes polares mediante reacciones químicas, los cuales sean capaces de estabilizar las disoluciones de lignina en agua. Éste procedimiento se lleva a cabo en ocasiones, haciendo reaccionar la lignina con compuestos derivados del azufre, que introducen sustituyentes sulfonados en la estructura de la lignina, haciéndola entonces soluble.
El objetivo de la obtención de una buena pulpa es el de separar eficientemente las fibras celulósicas de la lignina sin modificar las características iniciales de la celulosa, la cual puede verse alterada durante el proceso; la resistencia mecánica del papel confeccionado depende en gran medida del tamaño de fibra, siendo más resistentes los papeles de fibra larga, pero también es importante la facilidad de unión entre fibras en el procesado, pues ello redundará en un papel más robusto. La eficiencia de la unión entre fibras depende a su vez en gran medida de la cantidad de lignina retenida en la superficie de las fibras y del estado de las fibras.

Origen de las fibras papeleras

Del total del consumo mundial de madera para diferentes fines, el 19% se emplea en la fabricación de pastas vírgenes, lo que supone que el 42% de toda la madera extraída para usos industriales (todos excepto el combustible).
Se estima que en la actualidad, el 55% de las fibras para la producción de pasta de papel proceden de madera virgen (en España la industria papelera consume al año 5 millones de m³ de madera). Actualmente la mayoría de la madera procede de plantaciones forestales de especies de crecimiento rápido, aunque aún se siguen explotando los últimos bosques vírgenes boreales y tropicales que existen en el planeta.
Para conseguir un abastecimiento sostenible de materiales celulósicos, no es posible basar los aprovisionamientos en la tala indiscriminada y masiva de bosques, pues de no realizarse de forma controlada, puede ocurrir que dichas zonas no se regeneren, con lo que las materias primas escasearían cada vez más.
Una posible alternativa a la extracción de madera de los bosques pueden ser las plantaciones forestales, siempre que se gestionen con criterios sostenibles. En la actualidad se están introduciendo sistemas de gestión forestal sostenibles, que intentan reducir los problemas de degradación del entorno, desertización y plagas.
Dependiendo de su origen, las fibras celulósicas empleadas para la obtención de papel pueden clasificarse en dos grupos, fibras madereras y no madereras.

Fibras madereras

Provienen de especies vegetales que desarrollan un tronco donde se acumulan preferentemente las mejores fibras. En función del tamaño de las fibras que proporcionan las diferentes especies se puede realizar una nueva clasificación:

Fibras cortas

Corresponden a árboles de madera dura, como el eucalipto y algunas especies de frondosas (abedul, chopo, arce o haya), y su longitud está comprendida entre los 0,75 mm. y los 2 mm. de largo, conteniendo además un porcentaje más elevado de celulosa.

Fibras largas

Provienen de árboles de madera blanda, fundamentalmente coníferas como el abeto y el pino, y su longitud está comprendida entre los 3 y 5 mm., resultando la pasta de papel más resistente.

Fibras no madereras

Son originarias de diferentes especies de arbustos. En los países industrializados se utilizan para producir papeles especiales, sin embargo, en otros países son la principal materia prima para la fabricación de papel (P ej. en China suponen el 60% de las fibras utilizadas para la producción de papel). Estas fibras presentan un gran potencial de desarrollo para sustituir a las fibras madereras. Las especies más utilizadas son:

Algodón

Cuyas fibras tienen una longitud superior a los 12 mm y se utilizan en la fabricación de papeles finos de escritura.

Cáñamo

Con fibras de longitud superior a los 5 mm, procedentes de cordeles viejos y otros desperdicios. Sirven como materia prima para la producción de papel de fumar.

Lino

Sus fibras tienen una longitud entre 6 y 60 mm y se usan para fabricar papel moneda.

Paja de cereales

Cuyas fibras se utilizan en la producción de envases para huevos, botes y tubos de papel.

Fibras recuperadas

Las fibras presentes en el papel y cartón viejo pueden volver a utilizarse para fabricar papel y cartón de nuevo. A través del proceso de reciclado se pueden recuperar la mayoría de las fibras de celulosa que contiene el papel, aunque este proceso no se puede repetir indefinidamente, pues las fibras recuperadas pierden resistencia, siendo necesario aportar según la resistencia del papel que se quiera fabricar, una proporción de fibras vírgenes al proceso de reciclado, ya sea procedentes de madera o de otras fibras vegetales.

Para la obtención del papel, es necesaria la obtención de la suspensión de fibras celulósicas con unas características determinadas en cuanto a tamaño de fibras, distribución de tamaños, composición, flexibilidad, resistencia,... Para obtener estas características, se aplicará sobre las materias primas diferentes procedimientos encaminados a obtener una pulpa de características adecuadas, tratando siempre de obtener el mayor rendimiento posible, es decir, cantidad de pulpa obtenida por tonelada de madera empleada y cantidad de reactivos empleados para obtener una tonelada de pulpa. Existen muchos procedimientos, los cuales se han ido desarrollando y mejorando a lo largo del tiempo, los cuales presentan ventajas e inconvenientes que han de ser evaluados conforme al tipo de producto final que se desea obtener, teniendo en cuenta parámetros tales como resistencia mecánica del papel a la rotura, al rasgado, al rozamiento, al plegado, rugosidad, blancura, deteriorabilidad, etc. Además de costo unitario del proceso, impacto medioambiental de la producción, tipo de materia prima disponible, etc.
Ya que la materia prima más utilizada en la fabricación del papel son las pulpas de madera virgen, se describirá el proceso de fabricación de pulpa a partir de fibras vegetales madereras.

Acondicionamiento de materias primas

Cualquiera que sea el método utilizado en el procesamiento de la madera para obtener la pulpa, ésta necesita unas operaciones previas que tienen como fin que en el proceso de deslignificación (separación de la fibras celulósicas) no se introduzcan impurezas que puedan perjudicar el proceso. Éste es un tratamiento estándar para todo tipo de maderas, aunque dependiendo del tipo específico empleado, cada uno de los tratamientos será más o menos crítico.

Lavado de la madera

Este tratamiento se realiza mediante aspersión de agua a presión para tratar de retirar cualquier partícula adherida a la madera, de forma natural o durante el transporte, para evitar impurezas en la línea de proceso.

Descortezado

La importancia de esta operación radica en que la cantidad de corteza que debe utilizarse tiene que ser mínima, ya que produce un efecto debilitador indeseable en la pasta de papel. Durante este proceso se pierde una mínima fracción de madera, pero esto es admisible en aras de la superior calidad de la pulpa obtenida.
Una vez acondicionada la madera, se introduce en la unidad correspondiente para separar las fibras que constituyen el esqueleto de la madera.
Existen tres grandes grupos de procesado de la madera para la separación de las fibras y la lignina, que se clasifican en función de la naturaleza de la separación; estos son:

Procesos mecánicos

La única acción separadora es la aplicación de fuerzas mecánicas de compresión y cizalladura para conseguir la separación de las fibras.

Procesos semiquímicos

Se utiliza una combinación de tratamientos mecánicos con la adición de ciertos reactivos químicos que aceleran y optimizan la separación.

Procesos químicos

Están basados en tratamientos puramente químicos, adicionando a la madera reactivos químicos que producen por sí solos la separación de la lignina de la celulosa. Normalmente son llevados a cabo a alta temperatura y presión.

Las actuales limitaciones medioambientales, debidas a la mayor conciencia ecológica social, han provocado la disminución del consumo de los recursos naturales para su utilización industrial, y el subsector de la pulpa y el papel no es una excepción, pues constituye un claro ejemplo de esta tendencia, como muestra su evolución hacia el uso de materias primas fibrosas recicladas y/o alternativas, hacia un menor consumo de agua y hacia la disminución de la calidad del agua de alimentación a la planta.
Las acciones encaminadas a la consecución de estos objetivos no son más que distintas etapas para mejorar la gestión del agua hasta llegar al equilibrio entre las necesidades de producción en fábrica y los requisitos medioambientales. Las motivaciones más importantes para la mejora de la gestión del agua en la industria papelera son varias:

• Cada vez más estricta regulación de los vertidos
• La opinión pública
• La imagen en los mercados
• La pérdida de fibra
• La escasez y el coste del agua bruta
• El coste del tratamiento de los efluentes
• Problemas de fabricación originados por la calidad del agua de proceso

El uso de fibras secundarias y/o alternativas como materia prima para la industria papelera, si bien presenta numerosas ventajas medioambientales y económicas, tiene también graves inconvenientes, debido a la gran variedad de contaminantes que dichas materias primas introducen en el proceso. Estos problemas se ven agravados corno consecuencia del cierre de los circuitos de aguas (recirculación de los efluentes acuosos una vez acondicionados), que tiene a su vez como consecuencia inmediata la acumulación en el sistema de materia disuelta y coloidal y sólidos en suspensión.
Para corregir dichos problemas, se utiliza un mayor número de aditivos en el proceso de fabricación, los cuales cumplen inicialmente la función para la que han sido diseñados, aunque a su vez se convierten en contaminantes potenciales cuando se introducen nuevamente en el proceso con las fibras recicladas, lo que representa a la larga un nuevo inconveniente.
Sin embargo, no todas las consecuencias del cierre de los circuitos de aguas en la fabricación de papel y cartón son negativas. Frente a los inconvenientes citados, cuando se realiza una gestión adecuada del agua, el cierre de los circuitos también supone numerosas ventajas, entre las cuales cabe mencionar:

Ventajas económicas

Menores costes del agua de alimentación, menores costes de tratamiento del agua de alimentación y del efluente, menores costes de operación, etc.
Ventajas en el proceso
Condiciones de operación más estables; menores pérdidas de fibras, finos, cargas y aditivos; mejora de la eficacia de producción; incremento de la productividad; posible mejora en la eficacia de los procesos de encolado, etc.

Ventajas medioambientales

Menor impacto sobre el medio ambiente debido a una menor necesidad de recursos naturales, menor vertido de efluentes, ahorro de energía, etc.
Todo ello pone de manifiesto la necesidad que tiene la industria papelera de herramientas que faciliten una mejor gestión de agua, con el fin de encontrar el equilibrio entre las ventajas e inconvenientes asociados al uso otras materias primas y el cierre de los sistemas de aguas.
Esta ambiciosa tarea lleva en muchos casos a complicar las condiciones de los circuitos de agua en fábrica. La gestión de los cambios requiere aplicar la mejor tecnología existente (BAT; Best Available Technology) en un amplio espectro desde el tratamiento de las aguas blancas hasta completar la gestión del agua de proceso.
Obviamente, la solución finalmente aplicada debe mantener el buen funcionamiento de las instalaciones y la calidad del producto, al tiempo que debe ser competitiva por minimizar la inversión y el coste operativo.
El volumen de agua consumida depende de numerosos factores (lo cual explica la disparidad de los datos encontrados), entre los que cabe destacar tres principales: el tipo de fibra utilizada como materia prima, el producto fabricado y la tecnología del proceso de producción. En una fábrica papelera, el agua tiene diferentes utilidades, siendo las más importantes las citadas en el siguiente cuadro.

Utilización de las aguas en la industria papelera

Usos	Función	Ejemplos
Agua de proceso	Transporte	Transporte de fibras, aditivos, cargas, etc.
	Dilución	Ajuste de la consistencia, preparación de aditivos
Agua para rociadores y toberas	Mojado	Mojado de la tela de formación
	Lubricante	Rodillo de cabeza, de retorno de la tela, tensor conductor, etc.
	Corte desborde	Recorte de los laterales de la banda de papel
	Limpieza	Limpieza de la tela de formación, del fieltro, de los rodillos
	Dilución	Caja de alimentación
	Enfriamiento	Rodillos guía, rodillo superior, partes mecánicas
	Antiespumante	Células flotación, caja de alimentación, etc.
Agua de refrigeración	Enfriamiento	Sistemas de bombas, sistemas de accionamiento de máquinas, fluidos de lubricación, calandrado, etc.
Agua de caldera	Producción de vapor	Cilindros secadores
Agua de sellado	Sellado	Cajas de vacío, bombas. Etc.
Agua de limpieza	Transporte	Limpieza de la máquina, depósitos, tuberías.

Según los productos fabricados, los consumos de agua en las fábricas de tecnologías actuales se encuentran dentro de los siguientes intervalos:

• Cartón: 3-8 m3/t de producto.
• Papel de periódico: 10-15 m3/t de producto.
• Papel tisú: 15-20 m3/t de producto.
• Papel de impresión y escritura: 200 m3/t de producto.

Conviene hacer notar que frecuentemente se encuentra, fábricas que operan con consumos muy superiores, debido a factores tales como la utilización de máquinas antiguas, la inexistencia de procesos de clarificación de aguas, el menor cierre del sistema de aguas, etc. Los consumos pueden llegar a alcanzar los siguientes valores:

• Cartón: 35 m3/t de producto.
• Papel de periódico: 30 m3/t de producto.
• Papel tisú: 60 rn3/ t de producto.
• Papel de impresión y escritura: 200 m3/t de producto.

La calidad del efluente final acuoso, presenta gran cantidad de cargas contaminantes, las cuales dependen del tipo de proceso utilizado, del tipo de materia prima, del grado de aprovechamiento de las aguas usadas, de los aditivos empleados,... Un ejemplo de composición típica de un efluente acuoso de una fábrica de producción de pulpa por el método Kraft se muestra en la siguiente tabla.

Composición del efluente acuoso de una fábrica Kraft (aguas blancas)

Parámetros	Rango
a) Con altos niveles de recirculación
pH	4,9 – 4,7
Conductividad (ms/cm)	3 – 11
DQO	4.500 – 22.000
DBO5	2.000 – 8.000
Sólidos en suspensión (mg/l)	4.500 – 23.000
Sólidos disueltos (mg/l)	1.000 – 10.000
Sulfatos (mg/l)	240 – 2.350
Cloruros (mg/l)	130 – 2.950
Sodio (mg/l)	100 – 800
Calcio	360 – 2.040
Magnesio	30 – 110
Hierro	0,1 -47
Aluminio	0,5 – 53
Colonias de microorganismos aerobios (106 col./ml)	100 – 300
Colonias de microorganismos anaerobios (106 col./ml)	15 – 950
b) Con bajos niveles de recirculación*
DQO	83 – 530
DBO5	46 – 284
Sólidos en suspensión (mg/l)	11 – 44,5
Sólidos en suspensión de 0,45 µm (mg/l)	102 – 124
Sólidos en suspensión en la primera hora µm (mg/l)	0 – 0,05
Cloruros (mg/l)	35,5 – 180

* a la salida de separación de fibras por sedimentación