Los procesos de rectificación – historia y tipos de muelas

El rectificado es el trabajo de mayor importancia en la construcción de maquinas y en todo aquel tipo de construcciones mecánicas que requieran ajustes y tolerancias. Dicha importancia se debe a la necesidad creada por el constante progreso de la industria mecánica y la conveniencia de dar a las superficies deslizantes una mayor resistencia al desgaste.

A lo largo de la historia el hombre siempre ha buscado tecnologías que le permitieran el afilado de sus herramientas.

El procedimiento usual para realizar este proceso ha sido, durante siglos, el afilado a mano mediante la piedra. Inicialmente la piedra se mantenía estática y el filo del arma o herramienta se movía convenientemente presionando sobre aquella. Posteriormente el proceso empezó a realizarse de modo inverso, manteniéndose fija la pieza a afilar y moviendo la piedra. Un avance tecnológico lo constituyeron los primeros tornos de afilar, consistentes en una piedra giratoria montada sobre un eje y movida de forma manual o a pedal. A medida que lo fue permitiendo el avance de la tecnología el accionamiento manual fue substituido por transmisión hidráulica o mediante máquina de vapor.

El papel de lija se empezó a utilizar durante el siglo XVIII, convirtiéndose desde entonces en un elemento imprescindible para cualquier artesano cuya actividad le obligara a pulir piezas metálicas. Durante muchos años fue especialmente útil para el pulido de armas.

El término papel de lija deriva del pez llamado pintarroja o lija, cuya piel es áspera y rugosa y era utilizado en los astilleros para pulir la madera de los barcos.

En cuanto a las muelas obtenidas mediante aglomerado artificial (muelas de esmeril) su nacimiento data de principios del siglo XIX, aunque el esmeril – procedente sobretodo de Asia Menor y Grecia- ya era utilizado por los antiguos egipcios en sus herramientas para serrar y perforar. Ese mismo esmeril en grano, aglomerado mediante cemento, fue la base de la muela de esmeril que, a partir de 1830, fue implantándose de forma rápida en toda la industria, ansiosa de trabajar a las altas velocidades que permitía este nuevo tipo de abrasivo.

Al parecer, la primera muela de rectificar data de 1843, pero hasta que no se dispuso de los medios mecánicos adecuados, no puede hablarse propiamente del rectificado como operación abrasiva diferenciada del rebarbado, el pulido o el afilado. De hecho, la tecnología del rectificado se desarrolla ante la necesidad de ajustar el acabado de piezas previamente torneadas, en las cuales el posterior tratamiento térmico había producido alguna deformación, cuestión esencial en el primer desarrollo de la industria del automóvil.

Antes de diseñarse la primera rectificadora, el rectificado cilíndrico se realizaba en el torno, al cual se acoplaba un cabezal porta-muelas, proceso que todavía sigue utilizándose para operaciones específicas o para solventar necesidades ocasionales en ausencia de rectificadora.

La primera rectificadora cilíndrica fue construida en 1860. En 1880 se acopló a una rectificadora cilíndrica un dispositivo para el rectificado interior, naciendo de esta forma la primera rectificadora universal.

El rectificado de superficies planas se solucionaba, antes de la aparición de las primeras rectificadoras específicas, mediante la adaptación de cabezales porta-muelas a los cepillos-puente. El sistema se fue perfeccionando hasta lograr el movimiento transversal de la muela por deslizamiento automático de la columna portacabezal. Compañías británicas desarrollaron posteriormente rectificadoras planas con cabezal vertical, para trabajar con muela de vaso, con avance e inversión automáticos.

En cuanto al rectificado de interiores, esencial en la fabricación de numerosas piezas para la industria automovilística, los grandes avances se producen simultáneamente en Estados Unidos, Alemania y el Reino Unido.

Un gran avance en el desarrollo de los procesos de rectificado fue el descubrimiento del carburo de silicio, a finales del siglo XIX. A partir de una serie de pruebas mezclando arcilla y carbón y sometiéndolo a altas temperaturas, se obtuvieron cristales brillantes y agudos de gran dureza. Ligando dichos cristales a un disco de hierro y adaptándolo a un torno lubricado con aceite, se logró tallar las facetas de un diamante. Asi se desarrollò el primer abrasivo artificial. Estos cristales fueron denominados carborundum.

Por su parte, en 1899, fue descubierto el procedimiento para fabricar alúmina cristalina, abriendo nuevas puertas al avance tecnológico. Con ello, y con los avances en nuevos aglomerantes, se logró establecer una gama de muelas de características distintas que permitieron obtener calidades y velocidades en el rectificado hasta entonces impensables.

Actualmente, debido al desarrollo del tipo de fabricaciones en serie y en masa, que requieren la intercambiabilidad de las piezas, las ventajas del rectificado han aumentado considerablemente. Ello incentiva a los fabricantes de equipo a crear y perfeccionar constantemente los distintos tipos de maquinas de rectificar; también ha tenido gran impulso la construcción de rectificadoras especiales para trabajos determinados. Existen distintos tipos de rectificados normales, los cuales son: Rectificado cilíndrico exterior, Rectificado cilíndrico interior, Rectificado plano.

Las muelas para equipos de rectificación

Las muelas para los equipos de rectificación se fabrican de distintos materiales de acuerdo a las características del trabajo a realizar. Sus componentes elementales son: el material abrasivo o cortante y el medio aglutinante o cemento.

Los abrasivos más comúnmente usados pueden dividirse en dos grupos, naturales y artificiales.

Los abrasivos naturales más usados son el cuarzo y el óxido de aluminio. El cuarzo es bióxido de silicio y se encuentra en forma de guijarros o arena. Se usa para construir muelas para afilar cuchillas de cepillos y garlopas, sierras, formones, etc. Tienen una dureza de 6 a 7 en la escala de Mohs.

El oxido de aluminio más común es el conocido por el nombre de esmeril, con una dureza de 6 a 8. Otra calidad más pura de oxido de aluminio es el corindón, de una gran dureza que oscila entre 9 y 9,5. Es el material natural de mayor aplicación en la construcción de muelas.

El abrasivo de más poder por su gran dureza es el diamante, pero de costro sumamente elevado y destinado exclusivamente a trabajos especiales.

Los abrasivos artificiales son generalmente obtenidos a base de cocidos de aluminio y carburo de silicio. Son más duros y tenaces que los naturales debido a su mayor pureza. Los más comunes son los carburos de silicio conocidos comercialmente con los nombres de carborundum, carbosilita, carbolita, carbolón, cristolón y varios otros.

Los carburos de silicio se usan para el trabajo de materiales de poca resistencia a la tracción, tales como fundiciones de hierro, ebonita, vidrio, hueso, etc.

Los oxidos de aluminio se usan para el labrado de materiales más tenaces: aceros templados, aceros endurecidos, aceros colados, etc. Ello se debe a que los carburos de silicio, a pesar de ser más duros que los óxidos de aluminio, tienen mayor fragilidad y menos tenacidad que estos. Los materiales aglutinantes usados primitivamente en las contracción de las muelas eran de origen vegetal o sintético; se formaban con cola, resina, laca, celuloide y goma vulcanizada. También se usaron cementos minerales a base de magnesio y silicio.

Actualmente se usan aglutinantes cerámicos cocidos a altas temperaturas a base de arcillas, caolín, feldespato. Las muelas se construyen de distintas formas y tamaños, siempre de acuerdo a cada tipo de trabajo a realizar. Son en realidad, elementos típicos para la fabricación en serie, pues para cada forma del esmerilado existe una forma de muela.

Afimaq, con más de 30 años de experiencia, se especializa en la producción, reparación, afilado y rectificación de piezas fabricadas con cualquier aleación de metales, carburo de tungsteno, etc. desde álabes para turbinas de gran capacidad hasta cuchillas para molinos y herramienta de corte para la industria en general.

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Tratamiento de Lodos –

INCREMENTANDO

LA FUERZA DEL POLIMERO

Un nuevo régimen de mezclado optimiza el valor del polímero, que sirve las operaciones de deshidratado en la planta de tratamiento de aguas residuales en Lancaster Pa., - USA

Las operaciones de deshidratado de lodos en la planta de tratamiento de aguas residuales de Lancaster Pa., corren en forma continua 5 ½ días por semana, procesando un promedio de 95 toneladas diarias de pasta de lodos. Antes de que adoptara un nuevo paso en la preparación de polímero a una más completa activación de polímero catiónico , el deshidratado por filtros banda en la planta, había llegado a ser altamente caro e ineficiente.

Cuando la planta de 114 millones de litros por día (30 MGD-millones de galones por día) fue expandida y actualizada en 1988, el nuevo avanzado diseño de tratamiento incluyó el proceso de polímero activado con sedimentación preliminar y digestión de lodo por separado. seguido por un filtro de malla y remoción de arena, el agua residual pasa por los clarificadores primarios cerrados para asentar los lodos. Después de la clarificación primaria, el agua residual es tratada biológicamente para remover los remanentes de materia orgánica, así como para ser tratada por remoción de nutrientes. Aquí, la tecnología utilizada en esta fase del tratamiento emplea el proceso A/O ® , que usa oxígeno puro para la remoción biológica del fósforo. El proceso A/O tiene un diseño que mejora el proceso de lodos activados usando un selector anaeróbico para desarrollar una biomasa selectiva.

A continuación del tratamiento biológico, la mezcla del agua residual con los sólidos biológicamente activados, fluye hacia los clarificadores finales, donde los sólidos se asientan en el fondo del tanque, mientras que el líquido clarificado se decanta por la parte de arriba. Los biosólidos son regresados ya sea al proceso A/O ó enviados para ser deshidratados.

Operaciones ineficientes de deshidratación

Hasta fechas recientes, la eficiencia del deshidratado de lodos en la planta de Lancaster iban en un declive sostenido. Los biosólidos producidos en los clarificadores primario y final con un promedio de 1 a 3 % de sólidos estaban siendo mezclados en un tanque de transferencia de 2,271,000 lts (600,000 galones), mezclados con polímero aniónico y enviados a un espesador de lodos. El lodo espesado era enviado a un tanque contenedor antes de ser deshidratado en cuatro (4) filtros banda de 2.5 mts.

El lodo que salía de los filtros banda, acusaba tan sólo un promedio de 15 a 17 %. La dirección, en búsqueda de vías que aumentaran con efectividad la separación de los lodos, determinó que eran dos los factores que contribuían al bajo porcentaje de sólidos secos que salían de los filtros prensa.

Un factor fue la post-operación del espesado de lodos de la planta. Por ejemplo, cuando el lodo primario mezclado y activado, del tanque de contención, que contenía 3% de sólidos secos, debía ser espesado a 5% de sólidos secos y después ser almacenado en un tanque de contención de 567,750 lts (150,000 galones), antes de ir a las prensas. Pero los lodos espesados sólo promediaban 2% de sólidos secos al ser removidos de su almacenamiento para ser deshidratados. Esto se atribuyó a una falta de efectividad en la combinación, entre el lodo primario y el secundario.

Un segundo factor mayor que contribuyó a la pobreza del producto en las operaciones del proceso de lodo en la planta, fue el ineficiente valor operativo del floculante catiónico, agregado al lodo previo al espesamiento, y de nuevo, antes de la deshidratación en el filtro banda. El rendimiento del polímero depende del grado de su activación previo a su introducción en el lodo. Un polímero totalmente activado condiciona al lodo a que pase rápidamente a través del proceso de deshidratación, con un alto porcentaje de sólidos secos. Un polímero con menor activación total, evidente en las operaciones de deshidratado en la planta de Lancaster, resultó en un mayor consumo de polímero y de energía, pérdida de eficiencia en las unidades del deshidratado y más visitas al lote de relleno.

La Clave : Activación del Polímero

Desde el arranque del nuevo equipo, las modificaciones en la preparación del polímero y las operaciones de dosificación, han mejorado claramente el rendimiento del polímero, y a su vez la eficiencia en el deshidratado del lodo, en la planta de Lancaster.

Al día de hoy, el contenido de sólidos, en la pasta de lodo que sale de los filtros prensa en la planta de Lancaster, es del 27%.

Para obtener una efectividad total del polímero, los polímeros deben ser totalmente disueltos en el agua antes

de su uso. Las moléculas de polímero, originalmente en forma altamente enredada, absorben agua en estas soluciones, que le permiten desenredarse. El objetivo de la activación del polímero es desenredarlo e hidratarlo en su totalidad, ya que las cadenas de polímero totalmente activadas, secuestran más de una partícula, maximizando así la eficiencia de remoción de partículas, durante la filtración.

En la planta de Lancaster, los cuatro sistemas convencionales, utilizados en la preparación y dosificación del polímero, probaron ser altamente ineficientes. El polímero fue mezclado con agua en tanques auto-soportados de 7,570 lts (2,000 galones) de capacidad, para el mezclado de la colada, equipados con grandes agitadores. Una vez mezclado, el polímero era enviado a un segundo tanque de maduración, de la misma capacidad, previo a su aplicación al lodo.

Una insuficiente energía durante el mezclado inicial, en el tanque de preparación, creaba un alto grado de aglomeraciones que eran inefectivas para la floculación ó la coagulación. Debido a la baja energía de mezcla-do, aplicada a los agitadores cuando el polímero hacía el primer contacto con el agua, se dificultaba obtener una solución homogénea con rapidez, ya que se formaba una película de polímero concentrado que rodeaba a los geles de polímero. Además, la alta velocidad y carencia de una intensidad uniforme en la agitación del tanque de mezclado después de la humectación inicial, fracturaba las moléculas de polímero que se iban des-enredando, eliminado así su efectividad de floculación.

Minimizar la generación de aglomerantes y fracturas durante la activación del polímero, es de primordial importancia en la optimización del rendimiento de polímero. Dado que esta minimización no estaba sucediendo en la planta de Lancaster, la deshidratación adecuada del lodo demandaba un exceso de polímero.

Tomando Un Nuevo Sesgo

La dirección de la planta cayó en la cuenta de que los costos de deshidratación de lodo podrían ser reducidos de lograrse obtener un mayor rendimiento del polímero, lo cual requeriría modificar el método de activación del polímero, en la planta.

Como parte de la marcha de su investigación sobre distintas nuevas tecnologías en activación de polímero, la dirección de esa planta visitó la planta de tratamiento de aguas residuales de Reading Pa., la cual recientemente remplazó un sistema de preparación y dosificación de polímero seco, del tipo de mezclado por lote, por un sistema Polyblend® DP2000-automatizado al usuario-de USFilter Stranco Products . En base a la marcha de su investigación así como a la observación del positivo rendimiento de los nuevos sistemas de la planta de Reading, la dirección de Lancaster eligió remplazar sus cuatro sistemas viejos de alimentación de polímero, por dos sistemas Polyblend DP2000-automatizados-al-usuario.

Con las nuevas unidades instaladas en la planta, polímero y agua entran juntos a un dispersor de alta energía, donde se realiza la humectación inicial del polímetro. Agua y polímero quedan sujetos a la alta energía creada por un mezclador mecánico.

La dirección estima que la planta ha economizado más de 200,000.00 Dlls anualmente, desde el cambio de los sistemas de polímero, recuperando así la inversión hecha en los nuevos equipos, a escasos meses de su operación.

En el dispersor, el polímero queda sujeto al entorno de un relativamente alto cizallamiento. Así, el polímero parcialmente humidificado entra a un tanque con mezclado de baja energía - una zona de bajo cizallamiento, donde es posteriormente mezclado. Con este sistema, una energía de dispersión uniforme y controlada-en la etapa de la humectación inicial del polímero en el dispersor-ayuda a evitar las aglomeraciones y elimina la necesidad de tener que exponer el polímero a un tiempo de maduración más extenso.

La subsecuente entrada dentro de una zona de bajo cizallamiento ayuda a evitar dañar las extensas moléculas de polímero. Desde el tanque de mezclado, el polímero es enviado a un tanque de contención y de allí al patín (skid) de dosificación...hasta el punto final de aplicación. El sistema de dosificación de polímero a la medida de Lancaster está equipado con tanques de contención más grandes-de 2,840 lts (750 galones)-, situados uno al lado del otro.

Poco después de la adopción del nuevo sistema de dosificación de polímero, pruebas corridas en la planta, determinaron haberse logrado un mejor rendimiento en el deshidratado del polímero, al ser desviado el espesador de lodos. La planta discontinuó de esta forma, las operaciones de espesamiento. Ahora, únicamente se agrega la solución del polímero al lodo, antes de desaguarlo en el filtro banda.

Con las nuevas unidades de polímero instaladas en la planta de Lancaster, agua y polímero entran juntos a un dispersor de alta energía donde ocurre la humec-tación inicial de polímero. Agua y polímero quedan sujetos a la alta energía creada por un mezclador mecánico antes de que el polímero parcialmente hu-mectado entre al tanque mezclador de baja energía (una zona de bajo cizallamiento donde es posterior-mente mezclado.)

Mejoras Significativas

Desde el arranque del nuevo equipamiento en Mayo del 2001, los cambios hechos en la preparación y dosificación de polímero han mejorado claramente el rendimiento del polímero y, a su vez, la eficiencia del deshidratado de lodos, en la planta de Lancaster. El consumo de polímero se redujo en más del 70%, con un promedio actual de 1.5 Lbs / ton de lodo seco. El pronóstico por los gastos de polímero, que eran de 110,000.00 Dlls por año, son ahora de sólo 30,000.00 Dlls anuales.

La pasta de lodo que sale de los filtros banda contiene ahora un promedio de 27% de sólidos, en comparación a las cifras de tan sólo 15 a 17% , comunes antes que el nuevo equipamiento fuera puesto en sitio. Esto ha reducido significativamente los costos de acarreo de lodo al lote de relleno, al requerirse de menos viajes.

El cambio al nuevo sistema de dosificación de polímero ha bajado, así mismo, los tiempos de mano de obra, en forma significativa. El sistema con que la planta hacía previamente la preparación y dosificación del polímero seco, era una unidad manual, para dosificación de una colada de polímero con aproximadamente una hora de agitación, previa a su envío a un tanque del día. Se trataba de una operación que consumía mucho tiempo, que requería de constantes ajustes, y que además necesitaba la atención de un operador a casi tiempo completo. Con el nuevo sistema automatizado, el único requisito de rutina para el operador, es mantener la tolva de la unidad, llena de polímero seco. El cambio a la unidad automatizada ha reducido en un 90% las horas / hombre totales requeridas en la planta, para la preparación y la dosificación del polímero.

Ahorro Grande...Rápido Reembolso de Inversión

Con las reducciones en polímero, demanda de horas/hombre y desplazamientos al lote de relleno; la reducción en consumo de energía debida al menor requisito de potencia (HP) de los nuevos sistemas de dosificación de polímero; y la eliminación de las operaciones de espesamiento de lodo, la dirección de la planta estima haber logrado un ahorro de más de 200,000.00 Dlls / año, desde que hizo el cambio a los nuevos equipos de dosificación de polímero. Estos ahorros propiciaron que la inversión hecha por el nuevo equipamiento, fuera recuperada a los escasos primeros meses de su operación.

Con el nuevo sistema automatizado,el único requerimiento de rutina para el operador es mantener la tolva de la unidad, llena de polí-mero seco.

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