Tecnología de vacío para la limpieza y el secado de piezas industriales

Maulburg - En el campo de la ingeniería mecánica, la limpieza de componentes mecanizados se ha convertido en un paso indispensable del proceso de fabricación. Se utilizan varios métodos de limpieza, dependiendo del grado de suciedad y de la forma geométrica de las piezas. La elección del método de limpieza no tiene ninguna repercusión sobre el posterior proceso de secado. Además del secado por convección, que emplea el calor intrínseco de las piezas calentadas durante el proceso de limpieza, y del secado por circulación de aire, que utiliza aire caliente, el secado al vacío es un método eficiente y rápido para secar las piezas. En este artículo, examinaremos el secado al vacío y las bombas de vacío empleadas para ello.
Sección transversal de una bomba de vacío de tornillo COBRA
Sección transversal de una bomba de vacío de tornillo COBRA

Los componentes, habitualmente, se limpian tras los trabajos de mecanizado o remodelado, o tras el tratamiento térmico. Los métodos de limpieza pueden dividirse básicamente en dos categorías: limpieza con soluciones acuosas y limpieza con disolventes, aunque también existen otros procesos especiales y la elección del método depende, finalmente, de diversos factores. Debe elegirse el método de limpieza más adecuado para el material de los componentes, el tipo de suciedad (distintos tipos de aceites, grasas, emulsiones, polvo, etc.) y la forma geométrica de los componentes (estructura de la superficie, orificios, esquinas, etc.). También debe tenerse en cuenta el nivel de pureza requerido en los componentes. Es imprescindible secar posteriormente los componentes limpiados. En el caso de los medios acuosos, incluso una pequeña cantidad de humedad residual puede generar corrosión en el producto acabado, lo que podría acarrear, a posteriori, unos costes elevados. Por otra parte, unos disolventes secados incorrectamente pueden crear sustancias en descomposición sobre las piezas mecanizadas. El secado por convección es el método de secado más sencillo ya que los mismos componentes, calentados a una temperatura de entre 70 y 80 °C durante el proceso de limpieza, hacen que la humedad adherida se evapore; en el secado por circulación de aire, se inyecta un flujo de aire caliente sobre los componentes para que se evapore la humedad. Ambos métodos son adecuados para componentes con formas geométricas sencillas. El secado bajo vacío es extremadamente fiable y eficiente, garantiza un rápido secado incluso en las piezas con formas geométricas complejas y puede utilizarse tanto con métodos de limpieza que utilizan soluciones acuosas como los que emplean disolventes.

Principio activo del secado bajo vacío
El secado bajo vacío se basa en la propiedad física según la cual la temperatura de ebullición de los líquidos se reduce conforme se reduce la presión. Esto hace que los líquidos se evaporen a temperaturas más bajas. En el secado bajo vacío, el líquido que queda en la pieza tras el proceso de limpieza y que no se elimina fácilmente con otros métodos (p. ej., en agujeros ciegos), se evapora tan rápido como el líquido residual presente en las demás superficies del componente.

Descripción del funcionamiento de un sistema de limpieza con solución acuosa
Una vez cargada la cámara de trabajo con las piezas que vayan a limpiarse, esta se cierra herméticamente y se evacua el aire de la misma por medio de una bomba de vacío hasta una presión de, aproximadamente, 100 hPa (mbar). A continuación, se bombea el líquido de limpieza hacia la cámara de trabajo mediante una bomba sumergida. El vacío de la cámara garantiza que la solución de limpieza penetre incluso en las cavidades de menor tamaño y que, por ejemplo, no quede aire atrapado en agujeros ciegos que impida la penetración de dicha solución. El proceso de limpieza posterior puede variar enormemente. En general, incluye una combinación de limpieza por inmersión y por pulverización ayudada, en ocasiones,  por una limpieza ultrasónica. A esto le siguen habitualmente uno o dos ciclos de enjuague. Una vez retirada la solución de limpieza mediante bombeo, comienza el proceso de secado bajo vacío. En este proceso, la bomba de vacío reduce la presión de la cámara. A continuación, succiona los vapores generados y los transfiere a un conducto de evacuación de gases.

Descripción del funcionamiento de un sistema de limpieza con disolventes
En principio, el proceso de limpieza con disolventes es similar al proceso de limpieza con soluciones acuosas. Sin embargo, en general la bomba de vacío debe llevar a cabo tareas adicionales. En primer lugar, debe cumplir la normativa sobre protección frente a explosiones, para lo cual caben dos enfoques posibles: puede utilizarse una bomba de vacío con un diseño que cumpla la Directiva ATEX sobre atmósferas explosivas o el sistema de limpieza puede utilizarse con una presión permanente inferior a 100 hPa mbar), en cuyo caso no se requiere ninguna protección frente a explosiones. La presión del sistema puede generarse con la misma bomba de vacío, aunque en ocasiones se utiliza una segunda bomba de vacío más pequeña.
En segundo lugar, los disolventes evaporados durante el proceso de secado se recuperan mediante un condensador bajo vacío en el que el disolvente es destilado y separado del medio contaminado. El disolvente destilado se reutiliza en el proceso de limpieza a través de depósitos, mientras que el aceite o las impurezas concentradas se recogen en bidones.

Generadores de vacío empleados
• Bombas de vacío de paletas rotativas lubricadas con aceite
En los sistemas de limpieza se utilizan con frecuencia bombas de vacío de paletas rotativas lubricadas con aceite. La experiencia ha demostrado que este tipo de bomba de vacío es idónea para este uso, por lo que se ha convertido en la bomba estándar para los procesos de secado de los sistemas de limpieza. Las bombas de vacío rotativas de paletas son robustos generadores de vacío con una larga vida útil y un alto nivel de vacío. Sin embargo, en los procesos de limpieza con una formación de vapor abundante, estas bombas no siempre pueden evitar la condensación de los vapores aspirados en la bomba. En esos casos, el vapor condensado se emulsiona con el aceite de la bomba de vacío. Esto puede hacer que los rodamientos de bolas y las paletas giratorias no estén suficientemente lubricados, lo que, a su vez, puede provocar un desgaste prematuro de estas piezas o aumentar el desgaste existente. También pueden verse afectados negativamente la capacidad de aspiración y el vacío máximo alcanzable. Estos efectos pueden evitarse cambiando el aceite y los filtros con mayor frecuencia, pero esto conlleva un aumento de los costes de mantenimiento y, por tanto, unos mayores costes operativos. 
• Bombas de vacío de tornillos con funcionamiento en seco
Las bombas de vacío de tornillos, con funcionamiento en seco, fabricadas por Dr.-Ing. K. Busch GmbH llevan años empleándose con éxito en una amplia gama de procesos técnicos. Bombas de vacío adaptadas expresamente para satisfacer determinadas necesidades llevan utilizándose en tecnologías de limpieza y secado industrial desde 2005 y están ganando popularidad en este sector como nuevo estándar de la tecnología de vacío.
Las bombas de vacío de tornillos COBRA no necesitan aceite como fluido de trabajo. Esto permite que la condensación que se forma en los procesos de secado durante la compresión no entre en contacto con aceite, evitándose así todos los problemas asociados a las bombas de vacío de paletas rotativas lubricadas con aceite.
En las bombas de vacío de tornillos COBRA, dos rotores en forma de tornillo rotan en sentidos opuestos dentro de un cilindro y no entran en contacto entre sí ni con la pared interior del cilindro. Además, el cierre se consigue por medio de una junta de laberinto sin contacto y, por tanto, libre de desgastes. Si, durante el proceso de compresión, se condensa vapor en el interior de la bomba de vacío de tornillos COBRA, dichos condensados se hacen circular a través de la cámara de compresión, junto con el caudal de gas, y se evacua por el escape, por lo que cada hora pueden atravesar la bomba varios litros de condensados, sin ningún problema. La boca de escape se ha diseñado de tal modo que el vapor condensado pueda drenarse fácilmente, incluso si la bomba de vacío se encuentra parada. Al contrario de lo que ocurre con las bombas de vacío de paletas rotativas, las bombas de vacío de tornillos COBRA están refrigeradas con agua. El eficiente sistema de refrigeración empleado garantiza una temperatura muy homogénea y estable en toda la bomba. La cantidad de agua de refrigeración puede regularse por medio de una válvula termostática a fin de conseguir un control óptimo de la temperatura de la bomba de vacío durante el proceso y evitar, de este modo, gastos innecesarios en agua.
Alternativamente, pueden suministrarse bombas de vacío con un sistema de refrigeración por recirculación (intercambiador de calor) para instalaciones en las que no se disponga de red de agua.

Comparación de bombas de vacío
No resulta sencillo decidir entre las bombas de vacío de paletas rotativas lubricadas con aceite o las bombas de vacío de tornillos con funcionamiento en seco como opción óptima para los sistemas de limpieza. Desde el punto de vista técnico, es posible utilizar cualquiera de las dos opciones. En los sistemas de limpieza con un riesgo de condensación relativamente bajo, la opción más conveniente es la bomba de vacío de paletas rotativa, por su menor coste. Sin embargo, si los efectos de la condensación aumentan los gastos de mantenimiento y reparación, las bombas de vacío de tornillo pueden ofrecer rápidamente menores costes operativos totales. Por tanto, antes de decidirse por la compra de un generador de vacío, es muy importante recabar el asesoramiento de un experto en tecnologías de vacío.


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