Tecnología de mecanizado IceJet para un futuro más ecológico

La empresa Iamcut y Tecnalia participan en un proyecto de corte por chorro de agua con partículas de hielo

Mikel Aristimuño, director producción Iamcut y Alfredo Suárez, director de proyectos en la Unidad de Sistemas Industriales de Tecnalia R&I07/11/2011

Tecnalia R&I, Iamcut, la Universidad de Ljubljana y, Ad-hoc Desarrollo Sostenible, han emprendido juntos un nuevo camino dentro del proyecto Ice Jet del programa europeo LIFE , que permitirá desarrollar una prometedora y novedosa tecnología ecológica que consiste en el corte por chorro de agua con partículas de hielo. Esta tecnología, basada en el corte por chorro de agua más abrasivo (AWJ), sustituirá las partículas minerales abrasivas que se emplean habitualmente por partículas de hielo. De esta forma, además de evitar la contaminación de la pieza y así, abrir nuevas áreas de aplicación, también se reducirán significativamente los residuos generados durante el corte. Además del centro tecnológico, Tecnalia, la empresa guipuzcoana, Industria Auxiliar Matricería, S.A., Iamcut, es especialista en corte por chorro de agua y participa en el proyecto.

La tecnología de corte por chorro de agua más abrasivo (AWJ) es utilizada en diferentes procesos industriales como corte con espesores superiores a doscientos milímetros, grabado y fresado de materiales metálicos y no metálicos. Esta tecnología ha tomado una gran importancia en la industria aeronáutica y en la naval, donde son frecuentes nuevos materiales como diferentes tipos de aleaciones y composites que son difíciles de mecanizar mediante procesos convencionales. La tecnología AWJ es utilizada también para aplicaciones de limpieza o tratamiento superficial de los materiales. Sin embargo, todavía no se ha explotado todo el potencial de esta tecnología.

foto
Figura 1. Esquema del sistema de refrigeración del chorro de agua con la inyección del gas licuado.

Para mejorar la eficiencia de la tecnología de mecanizado por chorro de agua, se le añaden partículas minerales abrasivas. De esta forma, a pesar de que la eficiencia del proceso aumenta considerablemente, se genera un importante aumento en el costo del proceso, y además, el abrasivo causa el 99% de los residuos producidos durante el corte del material. Por otro lado, algunas partículas de abrasivo se quedan depositadas o incrustadas en la pieza mecanizada, lo que en algunos casos no es deseable (por ejemplo, en el mecanizado de álabes de turbina) y es necesario eliminarlas al final del proceso. Por esta razón es necesario utilizar un chorro de agua sin partículas de abrasivo o con abrasivos que no dejen residuos tras finalizar el proceso.

foto
Figura 2. Esquema del sistema de generación de partículas de hielo – atomización y congelación de las gotas de agua.

Hay varias técnicas para tratar este problema. Una posibilidad es utilizar un chorro de agua pura, pero en este caso, el chorro no tiene la suficiente capacidad para cortar materiales de gran dureza. Otra posibilidad es utilizar otro tipo de abrasivos (por ejemplo, azúcar, sal…), pero su eficiencia de corte es menor que la del mineral abrasivo. Una de las alternativas más prometedoras es reemplazar el mineral abrasivo por partículas de hielo abrasivas.

Las partículas de hielo se derriten tras finalizar el proceso y fluyen o se evaporan sin afectar a la superficie mecanizada. Sin embargo, las partículas de hielo tienen una menor dureza y por lo tanto una menor eficiencia de corte comparando con los minerales abrasivos, aunque su eficiencia es mayor que un chorro de agua pura.

foto
Transformación del chorro de agua inyectando LN2.

La generación del chorro de agua con partículas de hielo a alta velocidad se puede llevar a cabo a través de dos métodos básicos:

- Método 1: Mediante la inyección en el chorro de agua de partículas de hielo subenfriadas generadas previamente. En este caso, es necesario garantizar una temperatura y un tamaño de partículas apropiado para imitar lo mejor posible las propiedades del mineral abrasivo, como su dureza y su fluidez, las cuales, son independientes a su temperatura. El desarrollo de este método por lo tanto, llevado a cabo entre Iamcut y Tecnalia, está centrado en crear partículas del tamaño apropiado con la máxima dureza posible para mejorar la capacidad de corte de las partículas de hielo, y en su transporte hasta el cabezal de corte.

- Método 2: Mediante la generación de partículas de hielo in situ durante el proceso de corte gracias a la transformación o congelación del chorro de agua. La congelación del chorro se puede lograr bien sea mediante la inyección de un gas licuado (por ejemplo, nitrógeno líquido) en la cámara de mezclas, o bien, mediante el subenfriamiento del agua a alta presión antes del zafiro. Esto es posible gracias a las propiedades termodinámicas del agua, que se puede enfriar por debajo de 0 °C sin que se solidifique cuando se encuentra a alta presión. Tras pasar a través del zafiro la presión del agua baja y parte del agua se solidifica. El desarrollo de este método, llevado a cabo por la Universidad de Ljubljana y Tecnalia, está centrado en el diseño de un cabezal de corte para la congelación del agua tras su salida del zafiro.

foto
Máquina de AWJ adaptada para la generación de partículas de hielo in situ inyectando LN2.

Otro de los objetivos principales del proyecto es desarrollar y fabricar el sistema de reciclado del agua. La fusión de las partículas de hielo y la evaporación del nitrógeno líquido (el gas licuado) tras finalizar el proceso, hacen que este desarrollo sea posible. Además, en este proceso de fabricación, el agua que se acumula en el tanque está menos contaminada que utilizando el proceso convencional de AWJ, donde el residuo recogido en el tanque tiene un 99% de abrasivo. Esto permitirá que el sistema de reciclaje sea más sencillo.

La tecnología Ice Jet está orientada al mercado que está entre WJ y AWJ, y a aplicaciones donde es crucial un proceso de fabricación limpio (por ejemplo, medicina, industria alimentaria...).

Proyecto cofinanciado: Comisión Europea, Programa LIFE+ 'Instrumento financiero para el medio ambiente'

Más información sobre el proyecto Icejet a través de:

  • Web del Proyecto: http://www.icejet.eu/

  • Socios del Proyecto:

Tecnalia Research&Innovation, Unidad de Sistemas Industriales: http://www.tecnalia.com/es/divisiones/industria-transporte/sistemas-industriales/sistemas-industriales.htm

Iamcut: http://www.iam.es/agua.htm

Universidad de Ljubljana, Facultad de Ingeniería Mecánica, Laboratorio de Tecnologías Alternativas: http://lab.fs.uni-lj.si/

Adhoc: http://www.desarrollo-sostenible.com/

Empresas o entidades relacionadas

Fundación Tecnalia Research & Innovation
Industria Auxiliar Matricería, S.A.

VÍDEOS DESTACADOS

TOP PRODUCTS

ENLACES DESTACADOS

Polusólidos 2017Fitmaq 2017 Bilbao

ÚLTIMAS NOTICIAS

OPINIÓN

OTRAS SECCIONES

SERVICIOS