APLICACIÓN DEL ECODISEÑO A TRAVÉS DE LA INNOVACIÓN TECNOLÓGICA

DESARROLLO DE UNA HERRAMIENTA

PARA EL SECTOR DE MECANIZADO

DESARROLLO DE UNA HERRAMIENTA PARA EL SECTOR DE MECANIZADO

Esta guía ha sido elaborada dentro del marco del proyecto “APLICACIÓN DEL ECODISEÑO A TRAVÉS DE LA INNOVACIÓN TECNOLÓGICA. DESARROLLO DE UNA HERRAMIENTA PARA EL SECTOR DEL MECANIZADO”. Financiado por el IMPIVA dentro del programa PCEV – DISEÑO 2011. 3

INDICE 1 EL MECANIZADO Y LAS MÁQUINAS HERRAMIENTA 1.1 PIEZA 1.2 HERRAMIENTA 1.3 MÁQUINA - HERRAMIENTA 1.4 UTILLAJE 1.5 SISTEMA DE CONTROL 1.6 MOVIMIENTO RELATIVO PIEZA / HERRAMIENTA 1.7 CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS-HERRAMIENTA 2 PRODUCCIÓN ESPAÑOLA DE MÁQUINAS HERRAMIENTA 3 I+D EN MÁQUINAS HERRAMIENTA 4 ASPECTOS AMBIENTALES EN LOS PROCESOS DE MECANIZADO 4.1 ENERGÍA 4.2 MATERIAS PRIMAS 4.3 FILTROS 4.4 HERRAMIENTAS 4.5 MATERIAL ABSORBENTE 4.6 NIEBLAS 4.7 FLUIDOS DE CORTE 4.8 AGUA 4.9 VIRUTAS 4.10 ACEITE HIDRÁULICO 4.11 RUIDO 5 EL ECODISEÑO EN LOS PROCESO DE MECANIZADO 5.1 GENERALIDADES 5.2 ACTUACIONES DE MEJORA INDUSTRIAL A CONSIDERAR EN EL DISEÑO DE UN PRODUCTO O SERVICIO 6 MEDIDAS DE ESTRATEGIAS DE ECODISEÑO APLICABLES A MÁQUINAS HERRAMIENTA 6.1 MEDIDAS DE AHORRO DE ENERGÍA 6.2 MEDIDAS APLICABLES AL MATERIAL ABSORBENTE 6.3 MEDIDAS APLICABLES A LOS FILTROS 6.4 MEDIDAS APLICABLES A LOS ACEITES LUBRICANTES E HIDRÁULICOS 6.5 MEDIDAS APLICABLES A LAS NIEBLAS 6.6 MEDIDAS APLICABLES A LAS VIRUTAS 6.7 MEDIDAS APLICABLES A LOS FLUIDOS DE CORTE 6.8 MEDIDAS APLICABLES A LAS MATERIAS PRIMAS 7 METODOS DE MECANIZADO ALTERNATIVOS 7.1 LASER EN EL PROCESADO DE MATERIALES 7.2 FABRICACIÓN ADITIVA 7.3 MECANIZADO CRIOGENICO 7.4 ELECTRO EROSIONADO 7.5 MECANIZADO ELECTROQUÍMICO (ECM) 7.6 MECANIZADO POR HAZ DE ELECTRONES (EBM, Electro Beam Machining) 7.7 RECTIFICADO POR IMPACTO ULTRASÓNICO (USM) 8 SELECCIÓN DE LAS ESTRATEGIAS DE ECODISEÑO 8.1 ESTIMACIÓN DE LA VIABILIDAD TÉCNICA 8.2 ESTIMACIÓN DE LOS EFECTOS MEDIOAMBIENTALES 8.3 VIABILIDAD ECONÓMICA 9 PROTOCOLO PARA LA INTRODUCCIÓN DE ESTRATEGIAS DE ECODISEÑO EN PROCESOS DE MECANIZADO 10 PROTOCOLO 11 BIBLIOGRAFIA

7 7 8 8 9 9 9 10 17 21 25 25 28 28 28 28 29 29 29 30 30 30 33 33 34 39 39 43 44 44 45 47 49 60 63 63 64 66 66 68 69 69 73 73 74 74 81 83 91

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DESARROLLO DE UNA HERRAMIENTA PARA EL SECTOR DE MECANIZADO

EL MECANIZADO Y LAS MÁQUINAS HERRAMIENTA1 Los Procesos de Conformado por Eliminación de Material (más conocido como “procesos de mecanizado”), se caracterizan por la obtención de la geometría final de la pieza mediante la eliminación del material sobrante de una preforma de partida. Los procesos de mecanizado constituyen, en la actualidad, el conjunto de procesos de fabricación más ampliamente difundidos en la industria. Ello es debido, entre otras razones, a su gran versatilidad en la obtención de diferentes tipos de geometría y al nivel de precisión dimensional obtenido en comparación con otros procesos.

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La realización de un Proceso de Mecanizado, requiere la intervención de los siguientes elementos: * Pieza * Herramienta * Máquina-Herramienta * Utillaje * Sistema de Control

1.1 PIEZA El término genérico “pieza” representa el elemento material objeto de la transformación durante la ejecución del proceso. En su estado inicial o preforma, la geometría de la pieza presenta unas creces, que suponen una sobredimensión respecto a las dimensiones finales a obtener. En la mayoría de las situaciones, el material sobrante se elimina en una serie de operaciones sucesivas que van aproximando la geometría de la preforma a la de la pieza terminada. Las operaciones intermedias de este proceso se designan genéricamente como operaciones de desbaste, mientras que la última de tales operaciones se designa como operación de acabado.

Una vez alcanzada la forma geométrica lineal, la pieza debe encontrarse dentro de las especificaciones dimensionales del diseño (tolerancias dimensionales, tolerancias de forma y posición, acabado superficial, etc.) Aparte de las especificaciones dimensionales la “pieza” debe cumplir otras especificaciones de diseño, tales como propiedades mecánicas. Estas propiedades constituyen además un condicionante a la hora de elegir el proceso y la forma en la que éste será llevado a cabo.

1.- AIMME. Curso a medida sobre planes de minimización de residuos industriales en una empresa de mecanizado. 2003 7

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1.2 HERRAMIENTA Es el elemento que entra en contacto directo con la pieza y produce la eliminación del material sobrante de la preforma. Una herramienta consta, en general, de una o varias aristas o filos, materializadas por la intersección de superficies, generalmente planas. Entre estas superficies, resultan de mayor interés la denominada cara de incidencia, aquélla que queda enfrentada a la superficie mecanizada de la pieza, y la cara de desprendimiento, aquélla por la que se desprende el material eliminado o viruta. Las aristas se denominan aristas o filos de corte.

La tipología existente de herramientas es muy amplia, ya que depende, entre otras, de la operación a realizar y condiciones de la misma, de la máquina - herramienta en el que se desarrolla dicha operación y de las propiedades que se pretenden conseguir en la pieza una vez finalizado el proceso. En función del número de aristas de corte, es frecuente considerar una primera clasificación de herramientas en herramientas monofilo, tales y como las empleadas en operaciones de torno, y herramientas multifilo, tales y como las empleadas en operaciones de fresado. La herramienta se completa con una parte no activa que permite su fijación a los elementos de sujeción de la máquina - herramienta.

Monofilo

Multifilo

Figura 1. Herramientas de mecanizado

1.3 MÁQUINA - HERRAMIENTA Una máquina – herramienta está formada por diferentes subestructuras que se unen mediante diferentes elementos como guías y husilos que permiten el movimiento relativo entre los componentes y la pieza a mecanizar y aseguran la eliminación del material sobrante de la preforma. Estos dispositivos pueden agruparse dentro de las siguientes categorías: * Dispositivos de sujeción. Son aquéllos que tienen como misión asegurar que la pieza o la herramienta se mantienen en posiciones tales que permiten la eliminación de material. Ejemplos de tales dispositivos son platos de garras, mordazas, mesa portaherramientas, cono de sujeción, etc. 8

* Dispositivos de accionamiento. Son aquéllos encargados de realizar el desplazamiento relativo entre la pieza y la herramienta: Motor, transmisiones, husillos, etc. La característica principal de las máquinas herramienta es su falta de movilidad, ya que suelen ser máquinas estacionarias. El término máquina herramienta se empezó a utilizar para distinguirlo de aquellas herramientas que emplean una fuente de energía distinta de la del ser humano. Actualmente, estas máquinas pueden, en principio, utilizar cualquier tipo de energía, pero la mayoría de ellas funcionan con energía eléctrica.

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1.4 UTILLAJE Es todo conjunto, generalmente mecánico, que cumple misiones de posicionamiento, fijación o cualquier otra función auxiliar en relación con la pieza, la herramienta, o su movimiento relativo. Algunos de los elementos considerados como partes integrantes de las máquinas herramienta, pueden ser considerados a su vez como utillaje. Este sería el caso de un plato de garras en un torno, o una mordaza en una fresadora. Normalmente este tipo de utillaje, al ser estándar en la mayoría de las máquinas - herramienta de un cierto tipo, suele ser considerado como parte integrante de dichas máquinas, reservándose la denominación de utillaje, para aquellos elementos específicos utilizados en cada proceso concreto.

1.5 SISTEMA DE CONTROL Engloba los dispositivos encargados de controlar los desplazamientos relativos entre pieza y herramienta. Las máquinas pueden controlarse de forma manual o automática. En las máquinas convencionales el control suele ser realizado por acciones del operario (tornero, fresador) sobre los dispositivos que a tal efecto cuenta la máquina - herramienta (volantes, botoneras, palancas de control, etc.). En las máquinas de control numérico, este tipo de acciones quedan relegadas al propio control de la máquina sin que se produzca una intervención directa del operario sobre el proceso de eliminación de material. Los sistemas actuales de control tienen su origen en la Segunda Guerra Mundial, y en principio, no fueron concebidos para mejorar los procesos de fabricación, sino para dar solución a problemas técnicos surgidos a consecuencia del diseño de piezas cada vez más difíciles de mecanizar. Estos sistemas de control estaban basados en un primer momento en cintas perforadas y más adelante se sustituyeron por sistemas informáticos.

1.6 MOVIMIENTO RELATIVO PIEZA / HERRAMIENTA Para poder eliminar el material sobrante de la preforma es necesario que la pieza y la herramienta posean un movimiento relativo. En la práctica, y en cada proceso concreto bien una u otra, o en algunos casos ambas, son quienes realmente se desplazan. A efectos de facilitar el estudio cinemático del movimiento relativo pieza / herramienta, se considera que la pieza permanece inmóvil, mientras que la herramienta es quien describe el movimiento relativo. Este movimiento suele descomponerse en tres movimientos denominados: * Movimiento principal * Movimiento de avance * Movimiento de penetración El movimiento principal es el responsable de la eliminación del material. Consume la mayor parte de la potencia empleada en el proceso. El movimiento de avance es el responsable de un arranque continuo de material, marcando la trayectoria que debe seguir la herramienta a tal fin. El movimiento de penetración suele ser un movimiento previo al inicio del proceso que posiciona inicialmente pieza y herramienta, siendo responsable de la cantidad de material eliminado. La forma de la herramienta, su penetración en la superficie y la combinación de los movimentos principal y de avance, produce el efecto de forma deseado sobre la superficie de trabajo El siguiente cuadro resume los parámetros cinemáticos asociados a cada uno de los movimientos considerados, así como sus unidades y sus órdenes de magnitud

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Tabla 1. Parámetros asociados a los movimientos de corte Movimiento principal

Movimiento de avance

Parámetro

Velocidad de corte

a) Avance b) Velocidad de avance

Símbolo

[v]

Unidades

m/min

Orden de magnitud(1)

Acero rápido: hasta 50 m/min Metal Duro: hasta 200 m/min Diamante: hasta 1000 m/min

a) [f] b) [vƒ] a) mm b) mm/min Desbaste(2): hasta 3 mm/rev Acabado(2): menos de 0,2 mm/rev

Movimiento de penetración Profundidad de pasada

[ap] mm Desbaste(2): hasta 10 mm Acabado(2): menos de 1 mm

(1) Estos valores deben interpretarse a título orientativo para el mecanizado de acero, pudiendo experimentar grandes variaciones en función del proceso considerado, del material de pieza y herramienta, de la potencia y máquina - herramienta utilizada, etc. (2) Considerando un proceso de torneado convencional

El movimiento resultante de corte es la suma de los movimientos principal y de avance. Así se tiene que la velocidad resultante de corte Vrc es:

En general se cumple que el módulo de la velocidad de avance es mucho menor que el de la velocidad de corte por lo que suele ser práctica habitual considerar

Vrc= V+Vƒ

Vr V

1.7 CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINASHERRAMIENTA

Las máquinas-herramienta pueden ser clasificadas según criterios muy diversos. Atendiendo a que el movimiento principal sea de rotación o de traslación y a que éste lo lleve la pieza o la

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herramienta, puede considerarse la siguiente clasificación, en la cual se incluye el tipo de herramienta normalmente empleado: (1) = Monofilo, (2) = Multifilo. Se describen a continuación algunas de las características más representativas de las máquinas-herramienta incluidas en la anterior clasificación.

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Limadora

1

Mortajadora

1

Brochadora

2

Pieza

Cepillo

1

Pieza

Torno

1

Taladradora

2

Fresadora

2

Mandrinadora

1

Rectificadora

2

Sierra

2

Herramienta Traslación

Máquina herramienta

Rotación Herramienta

Figura 2. Clasificación de máquinas herramienta

1.7.1 Limadora Es una máquina-herramienta con movimiento principal de traslación. Permite el mecanizado de superficies planas o de ranuras en una dirección paralela a la del desplazamiento de la herramienta monofilo. Este desplazamiento se realiza en sucesivos ciclos de avance y retroceso de la herramienta. En el avance, la herramienta elimina material, mientras que en el retroceso vuelve a su posición inicial de ciclo sin eliminación de material. La velocidad de corte no es constante debido al accionamiento con que cuenta la máquina-herramienta. Este accionamiento permite que los retrocesos se realicen en un tiempo inferior que los avances a fin de obtener un mayor tiempo de corte a lo largo del proceso. El trabajo en la limadora no permite obtener buenos acabados superficiales, siendo normalmente desarrollado como una operación de desbaste previa a otras operaciones de acabado realizadas en otras máquinas-herramienta tales como la fresadora. La figura 3 muestra un ejemplo de una limadora:

Figura 3. Limadora

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1.7.2 Mortajadora Cinemáticamente trabaja de forma similar a la de la limadora o el cepillo, es decir, la herramienta posee un movimiento alternativo de avance y retroceso que posibilita el mecanizado de superficies planas paralelas a la dirección de corte. El eje de desplazamiento de la mortajadora es vertical por lo que permite el mecanizado de piezas de mayores dimensiones que la limadura, así como el trabajo de ranuras interiores. La figura 4 recoge un ejemplo de mortajadora.

Figura 4. Mortajadora

1.7.3 Brochadora A diferencia de las dos máquinas-herramienta anteriores, que emplean herramientas monofilo, la brochadora emplea una herramienta multifilo denominada brocha. La brochadora se utiliza en el mecanizado de ranuras de forma, tanto en interiores como en exteriores. La brocha posee una sección con la forma geométrica final que se desea alcanzar en la ranura. Esta sección se reproduce a lo largo del eje de la herramienta en secciones semejantes, diferenciadas por un factor de escala. De esta forma se “reparte” el trabajo de mecanizado entre las diferentes secciones hasta conseguir, que en un sólo paso de la herramienta por la pieza, se obtenga la geometría final de la ranura. La figura 5 muestra una brochadora vertical de exteriores:

Figura 5. Brochadora vertical de interiores

1.7.4 Cepillo Tiene un funcionamiento cinemáticamente similar al de la limadora, de ahí que su campo de aplicación sea también el trabajo en desbaste de superficies planas o de ranuras. A diferencia de la limadora, el movimiento principal lo lleva la pieza, siendo la velocidad de corte constante durante los semiperiodos de avance y retroceso. Las dimensiones del cepillo son mayores que las de la limadora, y por lo general, se emplea en el mecanizado de piezas de mayor tamaño. La figura 6 muestra un ejemplo de cepillo. Figura 6. Cepillo

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1.7.5 Torno El torno emplea una herramienta monofilo y un movimiento de rotación de la pieza para la eliminación del material. Es, junto con la fresadora, la máquina-herramienta más universal y versátil. Permite el mecanizado de superficies de revolución con unos grados de acabado superficial suficientemente buenos si la elección de las condiciones de corte se realiza adecuadamente. Permite asimismo la obtención de superficies planas perpendiculares al eje de rotación de la pieza y otra serie de trabajos que serán descritos más adelante. El torno más habitual, denominado torno paralelo, se recoge en la figura 7.

Figura 7. Torno paralelo

1.7.6 Taladro Tal y como su nombre indica, el taladro se utiliza para la realización de orificios o taladros en las piezas. El movimiento principal de rotación, perpendicular a la superficie de apoyo de la pieza lo lleva la herramienta, que es además quien se desplaza paralelamente al eje de rotación. La herramienta más comúnmente empleada es la broca, cuyo diámetro es variable en función de las dimensiones del taladro que se desee obtener. La precisión dimensional de los taladros realizados con broca suele ser más bien baja, requiriéndose el empleo de otras herramientas, o incluso de otras máquinas-herramienta, cuando dicha precisión es necesaria. La figura 8 muestra un ejemplo de taladradora de columna.

Figura 8. Taladradora de columna

1.7.7 Fresadora La fresadora, cinemáticamente funciona de manera similar a la taladradora, incorporando un desplazamiento de la pieza en su plano de apoyo. Esto permite un movimiento relativo entre la pieza y herramienta según los tres ejes de coordenadas X, Y, y Z y posibilita el mecanizado de superficies planas o curvas así como todo tipo de ranurados y taladrados en la pieza. Las figuras 9 y 10 muestran un ejemplo de fresadora con herramienta horizontal y fresadora con herramienta vertical respectivamente.

Figura 9. Fresadora horizontal

Figura 10. Fresadora vertical 13

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1.7.8 Mandrinadora Es una máquina-herramienta que comparte cierta similitud con la taladradora y con la fresadora. De hecho existen máquinas-herramienta denominadas fresadorasmandrinadoras. La mandrinadora es una máquina normalmente de eje horizontal, pudiendo realizar trabajos completamente análogos a los desarrollados por la fresadora horizontal. La característica más destacada de la mandrinadora es la herramienta empleada, denominada barra de mandrinar o mandrino. Consiste en un eje, sujeto por ambos extremos a la máquina-herramienta, en el que pueden acoplarse varias herramientas mono filo situadas en planos perpendiculares a dicho eje. La rotación del eje permite mecanizar (mandrinar) varios taladros simultáneamente, asegurando de forma relativamente precisa la coaxialidad de los mismos. La figura 11 muestra un ejemplo de mandrinadora.

Figura 11. Mandrinadora

1.7.9 Rectificadora La rectificadora emplea una herramienta especial denominada muela. La muela puede considerarse como una herramienta multifilo, aunque a diferencia de las herramientas multifilo convencionales, está constituida por granos de un material abrasivo unidos mediante un elemento aglutinante. La rectificadora se emplea casi exclusivamente en operaciones de acabado, obteniéndose unos valores de tolerancias superficiales y grado de acabado superficial superiores a los obtenidos en las operaciones realizadas en las máquinas-herramienta previamente descritas. La figura 12 muestra una rectificadora planificadora.

Figura 12. Rectificadora planificadora

1.7.10 Sierra 2,3 Las sierras son herramientas que tienen como misión cortar el material a la longitud necesaria y así preparar el material para otras operaciones. Las sierras se emplean para cortar barras, tubos y formas similares. La adaptabilidad de las sierras permite usarla para cortar formas y contornos irregulares. Las sierras son herramientas de corte de filos múltiples. Las sierras de cinta y las sierras circulares son los tipos de sierra más comunes empleados para el corte del metal.

Sierra circular

Las sierras de cinta utilizan una hoja continua en forma de banda flexible con dientes en uno de sus bordes, el equipo se complementa con una rueda de transmisión y un 2.- Fundamentos de la manufactura moderna, materiales, procesos y sistemas. Mikel P. Groover. 1997 3.- American machine tools co. www.americanmachinetools.com 14

Sierra de cinta

Figura 13. Tipos de sierras

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rodillo tensor que soportan y mueven la hoja. En este caso el aserrado implica un movimiento lineal continuo que corta la pieza a la longitud deseada. La sierra circular utiliza un movimiento giratorio para suministrar el movimiento continuo de la herramienta frente a la pieza. 1.7.11 Centros de mecanizado 4 Un centro de mecanizado es una máquina altamente automatizada capaz de realizar múltiples operaciones de mecanizado en una sola estación. Las operaciones típicas son aquellas que emplean herramientas de corte rotatorio (fresas y brocas). Las ventajas de los centros de mecanizado son: * Gran flexibilidad y versatilidad debido al alto grado de automatización * Capacidad de reconfiguración, lo que permite realizar en un solo puesto varias tareas de mecanizado * Alta velocidad de producción * Buen acabado superficial * Uniformidad en la producción Estas características se deben principalmente a la posibilidad del cambio automático de las herramientas, la utilización de sistemas de transporte interno y al posicionado automático de la pieza de trabajo. Estos centros son adecuados para piezas que tienen que mecanizarse en varias superficies, ya que la máquina permite inclinar la pieza para ocupar distintas posiciones angulares.

Figura 14. Centro de mecanizado

4.- Centros de Mecanizado. Características y conceptos. 2008. Instituto Balseiro. Lucas Muñoz

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PRODUCCIÓN ESPAÑOLA DE MÁQUINAS HERRAMIENTA 5 La producción española de máquinas herramienta, se situó en el año 2010 en 631,9 millones de euros. Según la clasificación de la Unión Europea de los países productores y exportadores de máquinas herramienta, España es una potencia mundial en la producción de máquina herramienta, figura entre los 10 países productores y exportadores del mundo y ocupa el 4º lugar de producción de la Unión Europea.

En producción por tipo de máquinas de arranque de viruta, las fresadoras, los tornos y los centros de mecanizado son los más importantes en cuanto a valor en millones de euros tal y como se muestra en el siguiente gráfico:

Figura 15. Producción por tipo de máquina en millones de euros 100 80 60 40

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Fuente: Elaboración propia a partir de datos de AFM. 2010

5.- AFM (Asociación Española de Fabricantes de Máquinas Herramienta). La industria de Máquinas Herramienta. España. 2010 17

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Siguiendo valores parecidos en cuanto a exportación de máquinas, tal y como muestra el siguiente gráfico:

Figura 16. Exportación por tipo de máquina en millones de euros

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Fuente: Elaboración propia a partir de datos de AFM. 2010

Los principales destinos de exportación por volumen de compras son Alemania, China, Brasil, India e Italia.

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Fuente: Elaboración propia a partir de datos de AFM. 2010

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Figura 17. Exportación española por paises en millones de euros

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Las máquinas herramienta para el trabajo de metales son procesos de producción muy comunes en numerosas industrias. Los principales clientes de este sector son: el sector automoción y sus componentes, el sector aeronáutico y la fundición. Sus dos principales subsectores son: * Máquinas de corte de metal * Máquinas de conformado

desarrollo, así como en la continua colaboración con los numerosos centros tecnológicos ubicados en su entorno geográfico. En general, los desarrollos en el sector de máquina herramienta, están centrados en la reducción de tiempos de producción, introduciendo velocidades cada vez más rápidas y reduciendo tiempos de manipulación de herramientas y componentes.

El sector se caracteriza por 6: Las fortalezas del sector son las siguientes: * Una sólida competitividad internacional * Un alto grado de internalización, subrayado con un alto porcentaje de exportación de su producción * Propiedad tecnológica debida a actividades de desarrollo e innovación así como de técnicos altamente especializados. El sector está formado por 117 empresas, la mayoría de ellas PYMES, que emplean a más de 5.800 empleados y con una facturación superior a 800 millones Aunque el sector está dirigido por 50 compañías líderes que agrupan el 90% de todas las ventas y prácticamente todas las exportaciones del sector. La concentración geográfica del sector es característica, siendo el País Vasco la comunidad autónoma líder en este campo con más del 60% de las empresas, seguida por Cataluña con menos del 20%. Es un sector maduro inmerso en el esfuerzo de fomentar la innovación como pieza básica de la competitividad. Las características más relevantes del sector son: * Bajo nivel de integración vertical en producción * Tendencia al asociacionismo entre los fabricantes * Grado de flexibilidad significativo para adaptarse a las necesidades del cliente * Reconocida experiencia en la industria del automóvil.

* Gran experiencia en exportación * Inversiones significativas y en crecimiento en los últimos años * Diversificación en el suministro debido al tipo de máquina y mercado * Flexibilidad y capacidad de adaptarse a las necesidades del cliente * Tecnología en propiedad. Baja dependencia de la tecnología extranjera * Existencia de centros tecnológicos para el desarrollo y la investigación * Fuerte estructura industrial sobre todo en subcontratación * Importancia de planes de formación estratégicos. El sector español de máquinas herramienta, fabrica más de 2.000 modelos diferentes de máquinas, estando el 74% de la producción de máquinas equipado con Control Numérico. Los fabricantes tienden a centrar sus negocios en procesos estratégicos tales como I+D de nuevos productos, ingeniería, fabricación de componentes esenciales para máquinas, montajes y servicio postventa. Más del 70% de las exportaciones del sector están destinadas a países con alto grado de industrialización y desarrollo tecnológico, incluyendo Alemania, Francia e Italia.

El sector se distingue por disponer de tecnología propia, basada en el permanente esfuerzo de las empresas en innovación, investigación y 6.- ICEX. Spain. The machine tool sector. 2006. 19

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3 I+D EN MÁQUINAS HERRAMIENTA7 El desarrollo de máquinas herramienta se ha centrado principalmente en mejorar los resultados dimensionales incluyendo exactitud, precisión, fiabilidad al tiempo que reduciendo costes. Esta tendencia ha producido que las máquinas sean cada vez más complejas y automatizadas en su diseño. Además se han introducido componentes diversos como estructuras masivas y sistemas periféricos con el fin de asegurar sus resultados. Estos cambios, sin embargo, han supuesto aumentar los requisitos energéticos de las máquinas herramienta, los cuales están en contraposición del aumento de los costes energéticos, el acceso limitado a los recursos, la conciencia medio ambiental y la cada vez más creciente y restrictiva legislación medio ambiental. El alto consumo de energía durante su uso, hace que sea necesario centrarse en la fase de operación de la herramienta. La gran versatilidad y flexibilidad que ofrece el diseño de estas máquinas es una gran oportunidad para establecer objetivos de ahorro energético. Los procesos de fabricación8 realizados mediante máquinas herramienta presentan un consumo energético elevado. A medida que las máquinas herramienta van mejorando, su grado de automatización aumenta añadiendo más componentes y dispositivos como ejes adicionales o mecanismos de cambio de herramientas. Dada la tendencia general del sector, se espera que el consumo de energía aumente en un futuro más o menos cercano. Lo que a la larga también supondrá un aumento de costes, por lo que, con el fin de mantener la competitividad, las compañías tendrán que identificar formas para reducir el consumo energético durante la fabricación de un producto determinado.

Estudios recientes indican que la energía empleada en una máquina herramienta se puede dividir en dos componentes: * Componente constante * Componente variable El componente constante se puede atribuir a los controles informáticos, automatismos, refrigeración, iluminación, etc y es independiente del proceso realizado. El componente variable depende de los parámetros de proceso como los motores de giro. Las máquinas herramienta9 representan un papel de gran importancia en la fabricación de piezas en masa debido a su capacidad de conseguir una alta exactitud y precisión, así como la posibilidad de aceptar procesos de control comandados por sistemas informáticos. En este sentido, las mejoras realizadas en estos equipos han ido siempre encaminadas a mejorar la productividad y la calidad de los mecanizados. Las máquinas herramienta consumen grandes cantidades de energía eléctrica durante la fase de uso, lo cual es el principal origen de su impacto ambiental. Se ha comprobado que el consumo energético supone el 80% del precio de de compra de una máquina y el 70% de las emisiones asociadas a la fase de uso de las máquinas. Aplicando principios de sostenibilidad10 en los procesos de mecanizado, compañías de todos los tamaños presentan un potencial no nulo para ahorrar dinero y mejorar sus resultados ambientales, incluso aunque su producción se mantenga o disminuya. Una forma de que las empresas mejoren su situación económica,

7.- Nancy Diaz. Design and Operation Strategies for Green Machine tool development. LMAS. 2010 8.- Nancy Diaz. Strategies for Minimium energy Operation for Precision Machining. LMAS. 2009 9.- Daeyoung Kong. Software based tool path evaluation for environmental sustainability. LMAS. 2011 10.- J. Kopac. Achievements of sustainable manufacturing by machining. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. Vol 34. Issue 2. June. 2009 21

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ambiental y social se puede conseguir a través de: * Reducción de residuos (generar menos residuos y aumentar el reciclaje o la reutilización) * Aplicación de sistemas de eficiencia energética, de materias primas, agua y otros recursos * Reducir o al menos mejorar la gestión de fluidos de corte, aceites hidráulicos y lubricantes * Mejorar los resultados ambientales y los de seguridad e higiene en el trabajo. * Adoptar técnicas de fabricación eficiente y otras técnicas sostenibles * Mejorar las condiciones de trabajo * Utilizar las buenas prácticas en el mecanizado * Formar a los empleados en prácticas sostenibles Las medidas para la evaluación de este proceso son: * Calidad del producto mecanizado * Costes del proceso de mecanizado * Consumo energético y de recursos * Generación de residuos y costes asociados * Resultados ambientales * Resultados de seguridad e higiene * Competitividad, nivel de formación e imagen pública Aunque11 el interés del usuario hacia aspectos de eficiencia energética en máquinas herramienta está creciendo, los aspectos técnicos y los criterios de calidad finales en las piezas todavía prevalecen. Las iniciativas de comercialización

relacionadas con este campo, no suponen una amplia demanda para la implantación de módulos de eficiencia energética en máquinas herramienta. De esta forma, se han encontrado obstáculos para la implantación de soluciones de eficiencia energética. Para la mayoría de los usuarios de máquinas herramienta, la relación rentabilidad/precio los tiempos de amortización, así como los recursos financieros limitados son algunas de estas barreras. Esto supone, que, en la actualidad, los principales argumentos de ventas son precio, velocidad de corte y la innovación del equipo. Sin embargo, esta tendencia está empezando a variar, ya que los usuarios de máquinas herramienta son conscientes de los resultados ambientales, sobre todo aquellos referentes al ahorro energético. La comunicación entre el comprador y el fabricante de una máquina herramienta se refiere única y exclusivamente a la productividad. Los aspectos más relevantes siempre son el precio, la velocidad de corte y que el equipo sea innovador. Los aspectos más importantes de los fabricantes en sus máquinas son productividad, calidad, precisión y disponibilidad de piezas de recambio. Las demandas del consumidor son: * Productividad, calidad, flexibilidad * Máquinas herramienta orientadas a procesos * Alta fiabilidad y precisión * Explotación de la máxima capacidad de la máquina * Transparencia de coste en el uso y en la compra

11.- Fraunhofer. Energy – Using Product Group Analysis. Lot 5: Machine tools and related machinery. 2011 22

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4 ASPECTOS AMBIENTALES EN LOS PROCESOS DE MECANIZADO Según la norma ISO 14001:2004 y el reglamento 1221/2009 (EMAS), un aspecto ambiental se define como un elemento de las actividades, productos o servicios de una organización capaz de interaccionar con medio ambiente. Estos elementos pueden además ejercer un impacto beneficioso o adverso sobre el medio ambiente. A continuación se describen aquellos aspectos ambientales presentes en los procesos de mecanizado por arranque de viruta.

4.1 ENERGÍA 4.1.1 Consumo energético Los mayores impactos en términos de energía y materiales aparecen durante la fase de uso de las máquinas herramienta. Según medidas realizadas por LMAS, existe un consumo significativo de energía para arrancar el equipo y para mantenerlo en la posición de “listo para el uso”, y posteriormente existe un consumo de energía adicional que es proporcional a la cantidad de material a ser procesado;

*

matemáticamente esto se puede expresar de la siguiente forma:

P = PO + K•V Siendo: P0 la potencia del equipo en vacío (inactivo) k constante en kJ/cm3 que es la energía específica de corte v velocidad de procesado del material en cm3/s De esta forma, la energía puede determinarse de forma adecuada para un proceso y material concreto, pero no para un nivel genérico de máquina herramienta. Esquemáticamente, el consumo energético de una máquina herramienta, se muestra en la figura siguiente:

Figura 18. Consumo eléctrico de una máquina herramienta.

Fuente: Brecher, C. et al. 2010 25

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Figura 19. Energia empleada en función de la velocidad de producción para una fresadora de control numérico de 3 ejes

Variable (65,8%)

Machining (65,8%) Carousel (0,4%)

! Unloaded Motors (2,0%) Spindle Key (2,0%) Coolant Pump (2,0%) Servos (1,3%)

Spindle (9.9%) Tool Change (3,3%) Jog (x/y/z) (6,6%)

Computer and Fans (5,9%)

Constant (run time) (20,2%)

Constant (startup) (13,2%)

Load

Fuente: Fraunhofer. 2011

Donde se muestra que el consumo de energía es constante en los sistemas informaticos, ventiladores, bombas, sistemas de refrigeración, motores, etc y es variable durante el proceso de corte, con picos que pueden alcanzar hasta el 65% del consumo eléctrico. Según un estudio reciente realizado en Alemania12, la demanda energética de las máquinas herramienta se estima en un 15% de la demanda del consumo energético total de Alemania. Este estudio revela que existe un gran potencial de ahorro, aunque las razones de los

empresarios para aplicar sistemas de ahorro energético se basan más en reducción de costes (93%), que en optimización de los procesos de producción. Los fabricantes de máquinas herramienta, son conscientes de este interés y ofertan módulos y modos de funcionamiento de máquinas para conseguir ahorros energéticos como “stand-by”, modos latentes o motores sincrónicos. Además los fabricantes reconocen que más de la mitad de las mejoras se pueden realizar con las técnicas existentes. Aunque sólo el 7,2% de los clientes actualmente demandan módulos de ahorro de energía.

12.- Kuttat B. Energiesparfüchse sind am werk. Sonderausgabe Maschinenmarkt METAV. Jornal 2010, pag 24-26 26

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4.1.2 Ciclos de operación de las máquinas herramienta13: En una gran industria, por ejemplo una empresa de automoción, una máquina herramienta se puede utilizar unas 24 horas al día, mientras que en una industria pequeña o mediana lo más habitual es encontrarse con ciclos de operación intermitentes de 8 horas diarias.

En ocasiones las empresas no desconectan las máquinas en períodos inactivos para mantener constantes las condiciones del proceso. Esto evita largos procesos de encendido y puesta a punto. Otro aspecto determinante en los ciclos de operación es el tipo de producción. Series grandes implican un gran tiempo de operación, mientras que series pequeñas implican grandes tiempos de montaje y cambio de herramientas.

Tabla 2. Tiempos de operación en función del tamaño de lote TAMAÑO DE LOTE

TIEMPO DE OPERACIÓN

TIEMPO DE INACTIVIDAD

TIEMPO EN STAND-BY

TIEMPO DE CAMBIO DE HERRAMIENTA

Producción individual

1 - 10

40%

5%

20%

35%

Producción pequeña

10 - 100

55%

10%

15%

20%

Producción intermedia

100 – 1.000

63%

3%

27%

7%

Gran producción

1.000 – 10.000

70%

3%

23%

4%

4.1.3 Fin de vida Aproximadamente el fin de vida de una máquina herramienta, se alcanza a los 10 años, aunque la vida real se puede alargar durante un período de 25 años, incluso superior. En estos casos, la modernización, renovación y actualización de los equipos mediante mantenimientos continuos elétricos y mecánicos son dominantes.

También la venta de esta maquinaria a países emergentes, representa una solución rápida y de bajo coste al problema de sustitución de maquinaria obsoleta y al desarrollo de nuevas capacidades. Las máquinas nuevas presentan consumos energéticos menores que las antiguas, por lo que su venta a terceros países puede resultar un traslado de dichos impactos energéticos.

13.- Fraunhofer. Energy-Using Product Group Analysis. Machine tools and related machinery. 2011 27

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4.2 MATERIAS PRIMAS Las materias primas que se utilizan en los procesos de mecanizado son múltiples y variadas. En muchos casos, el consumo excesivo de dichas materias primas procede de pérdidas tanto sistemáticas como accidentales: A continuación se detalla el origen de las pérdidas producidas en un proceso de mecanizado. Pérdidas sistemáticas: Estas pérdidas tienen su origen en : * Pérdidas por fugas y derrames * Limpieza de equipos, filtros, etc. * Desgaste utillaje y herramientas * Caducidad productos * Cambios fluido de corte, aceites, etc antes de su agotamiento. Pérdidas accidentales Estas pérdidas son, por definición, difíciles de cuantificar. Provienen de accidentes, como por ejemplo: * Fugas en conducciones * Mal empleo del utillaje (rotura herramientas, discos, etc). * Piezas defectuosas * Formulación errónea de los fluidos corte. * Pérdidas producidas en almacenamiento y manipulación de materias primas

de de el las

No hay que olvidar que las materias primas, en especial los productos químicos y las sustancias líquidas, antes de ser empleados en el proceso de mecanizado, pueden ser en origen una fuente potencial de contaminación: * Durante su almacenaje * En su manipulación * En la gestión de los envases Al mismo tiempo las materias primas pueden convertirse en residuo por caducidad de las 28

mismas, debido a su deterioro por causa de agentes atmosféricos, excesivo tiempo de almacenamiento o que han quedado fuera de uso por cambios en productos o en procesos, o por que ya no se trabaja con ellos.

4.3 FILTROS Los filtros se emplean principalmente en sistemas de mantenimiento de circuitos de fluidos corte, circuitos hidráulicos, sistemas de aspiración localizada, etc. Los filtros recogen las impurezas sólidas debidas al ambiente o al propio proceso manteniendo limpio el fluido dentro del circuito. Con el tiempo estas impurezas retenidas se acumulan y colapsan los filtros reduciendo su velocidad de flujo, por lo que es necesaria su sustitución. La peligrosidad de estos filtros están relacionadas con los fluidos que filtran y con las partículas sólidas arrastradas.

4.4 HERRAMIENTAS Las herramientas se emplean como “consumibles”. Estas herramientas son una parte importante del proceso y su impacto ambiental puede ser relevante. El desgaste de la herramienta y su vida útil depende de la velocidad de mecanizado, lo que puede reducir el número de ciclos de trabajo por herramienta. Las herramientas suelen estar realizadas con materiales tipo aleaciones de acero que frecuentemente han sufrido procesos de endurecimiento o que han sido recubiertas para mejorar sus propiedades. Una vez finalizada su vida útil, es necesario sustituirlas por otras nuevas, convirtiéndose en residuo.

4.5 MATERIAL ABSORBENTE Se emplea para recoger las posibles fugas, salpicaduras o derrame, éstos en principio no deberían originarse, pero, por esta razón, estos aspectos son los que presentan un mejor margen de mejora. Las fugas se deben generalmente a fallos del

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mantenimiento del sistema, son más habituales en los circuitos de fluidos de corte, aunque pueden aparecer también en otros circuitos como por ejemplo los circuitos hidráulicos. Las salpicaduras se producen por proyecciones de fluidos de corte debido a las altas velocidades de mecanizado y a la ausencia de carenado de algunas máquinas. Estos fenómenos se producen con mayor intensidad cuanto menor sea la viscosidad y la adherencia del fluido al metal.

4.6 NIEBLAS Son pequeñas partículas de fluido de corte que se encuentran en suspensión en el ambiente. Se originan por la alta velocidad de giro de la herramienta y la presión de suministro del fluido de corte. También pueden originarse por volatización de componentes de los fluidos de corte debido a las altas temperaturas generadas en la herramienta durante el proceso de mecanizado.

4.7 FLUIDOS DE CORTE Los fluidos de corte son productos líquidos de composición más o menos compleja que se emplean en los procesos de mecanizado con el fin de lubricar el sistema pieza-herramientaviruta. Básicamente los fluidos de corte tiene las siguientes funciones: * Refrigerar la herramienta * Reducir los coeficientes de rozamiento pieza-herramienta * Facilitar el desprendimiento de la viruta * Proteger a las superficies generadas de la corrosión Estos fluidos pueden ser de base acuosa o de base aceitosa. Los fluidos de corte más utilizados reciben el nombre genérico de “taladrinas”, estos se presentan como un concentrado que posteriormente se diluye en agua en un

porcentaje que oscila entre un 1,5% y un 15% en volumen. Los fluidos de corte presentan unos costes aproximados del 16% del proceso de corte, por lo que su importancia no debe ser infraestimada. Durante el proceso se pueden perder alrededor del 30% de la taladrina empleada por las siguientes causas: * Arrastre de la taladrina sobre las virutas. Las virutas se recubren de una película líquida de taladrina a medida que transcurre el proceso de corte * Niebla formada por evaporación de la taladrina debido al contacto de la pieza con la herramienta que se encuentra a alta temperatura. * Perdidas por fugas o derrames en el proceso de recogida, recirculación de la taladrina. Los fluidos de corte se transforman en residuos cuando su naturaleza física y química se degrada de tal manera que no pueden cumplir las funciones básicas para las que fueron destinadas en un principio: lubricar, refrigerar y limpiar el área del mecanizado. La degradación se puede producir por una gran variedad de causas: * Crecimiento bacteriano * Crecimiento de algas * Acumulación de suciedad partículas, aceite…) * Rotura de la emulsión

(polvo,

4.8 AGUA El consumo de agua en un taller de mecanizado es importante puesto que es el principal componente de los fluidos de refrigeración y esta es la materia prima más empleada en el taller de mecanizado. Se puede consumir agua en las siguiente operaciones: * Formulación de taladrinas. En este caso por cada fluido empleado la proporción de agua oscila entre un 95% y un 85% * Refrigeración de máquinas. Esta refrigeración se realiza mediante circuitos de refrigeración, lo que permite el funcionamiento de la maquinaria bajo 29

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ciertas condiciones de servicio. En el caso de que sea necesaria un refrigeración adicional del fluido de trabajo, se exige la instalación de intercambiadores de calor que utilizan agua como refrigerante a temperaturas comprendidas entre 20 y 25ºC.

4.9 VIRUTAS La viruta es un trozo de metal, en forma de tira delgada que se genera como material excedente en procesos de mecanizado que utilizan herramientas de geometría definida. La cantidad de viruta generada en un proceso se puede calcular como la diferencia entre el peso inicial de la pieza sin mecanizar y el peso final de la pieza mecanizada. Normalmente las virutas suelen ir acompañadas de una cantidad variable de fluido de corte que impregna su superficie o se acumula entre los huecos de las virutas aglomeradas.

4.10 ACEITE HIDRÁULICO El aceite hidraúlico es un consumible para la mayoría de máquinas herramienta, se emplea para la transmisión y control de potencia en circuitos hidráulicos. Los fluidos hidráulicos están basados en aceites minerales que tienen habilidad para transmitir presión en un amplio rango de temperaturas, además pueden lubricar las partes móviles del circuito y protegerlo contra la corrosión. Con el tiempo este líquido se puede cargar

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de sólidos procedentes del desgaste habitual de componentes móviles, residuos existentes en el sistema, etc. Asímismo, los aceites también se pueden degradar por efecto del calor, oxidaciones, radiación, etc esta degradación puede provocar cambios de viscosidad, formación de depósitos o aumento de acidez, por lo que es necesario proceder a su sustitución. De igual forma, el circuito hidráulico también suele presentar sistemas de escape de líquido para proteger al sistema de presiones excesivas, por lo que este suele ser otro de los orígenes del aceite hidráulico residual.

4.11 RUIDO La industria de mecanizado es una de las más significativas en cuanto a la contaminación acústica. Esto es debido principalmente al contacto a gran velocidad entre la pieza y la herramienta. Otras fuentes de contaminación acústica de carácter continuo son las bombas de recirculación de líquidos, los extractores, los motores para el movimiento de piezas y los sistemas de refrigeración.

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32

5

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5 EL ECODISEÑO EN LOS PROCESO DE MECANIZADO 5.1 GENERALIDADES El concepto de ecodiseño surge como respuesta a la necesidad de introducir criterios ambientales en el producto como: * Ahorro de energía: eléctrica, gas natural, etc * Ahorro de recursos: agua, combustibles, materias primas * Minimización de impactos ambientales debidos al producto El ecodiseño, se define como una nueva metodología para el diseño de productos

*

/ procesos industriales; en la cual el medio ambiente se tiene en cuenta a la hora de tomar decisiones durante el proceso de desarrollo de producto, como un factor adicional a los que tradicionalmente se han tenido en cuenta (costes, calidad, ergonomía, funcionalidad, estética, imagen, etc). El objetivo del ecodiseño es reducir el impacto ambiental del producto a lo largo del ciclo de vida, esto es, todas las etapas de vida de un producto, desde la obtención de materias primas y componentes, hasta su eliminación una vez que es desechado.

Figura 20 Ciclo de vida de un producto

Materias primas / energía

Residuos

Fabricación

Valorización

Uso

Distribución

Reparaciones cambios

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En el último término, el ecodiseño conduce hacia una producción sostenible y un consumo más racional de recursos. Los beneficios del ecodiseño son múltiples: * Minimiza el uso de recursos * Selecciona los recursos de forma sostenible * Fomenta la utilización de tecnologías limpias * El ecodiseño reduce los problemas ambientales de carácter global: * Agotamiento de la capa de ozono * Efecto invernadero * Acidificación * Lluvia ácida * Eutrofización * Residuos sólidos * Degradación de ecosistemas * Deforestación y erosión * Agotamiento de recursos y desperdicio de combustibles Contribuyendo a minimizar los impactos medioambientales que un producto puede causar a lo largo de su ciclo de vida.

5.2 ACTUACIONES DE MEJORA INDUSTRIAL A CONSIDERAR EN EL DISEÑO DE UN PRODUCTO O SERVICIO El ecodiseño es una metodología que facilita una mejora de los productos en numerosos aspectos y se caracteriza por una serie de acciones concretas entre las que destacan la incorporación de aspectos ambientales en la etapa de definición del producto, la reducción de la carga ambiental asociada al producto o la integración de acciones de prevención y minimización de impactos ambientales. Las acciones a seguir en función de las etapas del ciclo de producto o servicio se pueden resumir en la tabla siguiente:

Tabla 3. Posibles actuaciones de ecodiseño en función de las etapas del producto ETAPAS

ACTUACIONES

Diseño

Comprobación y análisis de los prototipos diseñados Orientación sobre la naturaleza de los materiales constitutivos del producto Prevención de fallos, aumento de la vida útil del producto

Producción

Utilización de materias primas renovables y de bajo impacto ambiental Utilización de subproductos y materiales reciclados Minimización de emisiones, vertidos, residuos, ruidos, etc Reducción del consumo de energía y recursos en general Implantación de tecnologías limpias

Distribución

Diseño de la red de establecimientos con criterios de prevención ambiental Optimización del transporte y sistemas de embalaje Reducción, reciclaje y reutilización de los envases

Comunicación

Información sobre los aspectos e impactos ambientales del producto Desarrollo de campañas de fomento del reciclaje y la reutilización Información sobre los elementos diferenciadores del producto y los beneficios asociados a su adquisición

Consumo

Reutilización o reciclaje de los envases utilizados Información detallada y recomendaciones de la gestión del producto cuando finalice su vida útil Información clara y concisa sobre el buen uso, prácticas de mantenimiento, limpieza y cuidado del producto.

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Las líneas básicas del diseño con criterios medioambientales se pueden resumir en los siguientes puntos: * Orientar el diseño hacia el reciclaje y la reutilización * Facilitar el desmontaje y su depósito final * Reducir, simplificar y estandarizar los materiales * Identificar los materiales * Diseñar los productos para la reutilización

Con el fin de agrupar las posibles actuaciones a realizar se creó la denominada “rueda de estrategias de ecodiseño”. Esta rueda se basa en 33 principios de ecodiseño agrupados en 8 estrategias que intentan cubrir todo el ciclo de vida del producto guiando a diseñadores y productores hacia la mejora ambiental de los productos

Figura 21. Rueda de estrategias de Ecodiseño 7. Optimización del fin de vida del sistema Favorecer la reutilización del producto completo Reacondicionamiento Favorecer el reciclaje Incineración segura Eliminación segura

8. Desarrollo de nuevos conceptos Desmaterialización Uso compartido de productos Integración de funciones

6. Optimización de la vida del producto Alta fiabilidad y durabilidad Facilidad de mantenimiento y reparación Estructura de producto modular / adaptable Conseguir un diseño “clasico” Relación fuerte producto / usuario 5. Reducción del impacto medioambiental durante el uso Asegurar un bajo consumo energético Fuentes de energía limpias Reducción de consumibles Consumibles limpios

Producto actual

1. Selección de Materiales de bajo impacto Materiales limpios Materiales de bajo contenido energético Materiels reciclados

2.- Reducción del uso de materiales Reducción en peso Reducción en volumen

4. Optimización de los sistemas de distribución Embalaje menor / limpio / reutilizable Modo de transporte energéticamente más eficiente Logística energéticamente más eficiente

3. Optimización de las técnicas de producción Técnicas de producción alternativas Reducción de las etapas del proceso de fabricación Consumo de energía bajo / limpia Utilización de menos consumibles o más limpios

Prioridades para el nuevo producto

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A nivel de las componentes de los productos/ envases. 1. Seleccionar materiales con bajo impacto, esta estrategia se divide en cuatro diferentes direcciones: el uso de las materiales con un impacto menor, el uso de materiales renovables, el uso de materiales con un bajo contenido de energía y el uso de materiales reciclados. Algunos ejemplos son: sustituir o eliminar los materiales tóxicos, y metales pesados en los productos, buscar materias primas alternativas que sustituyan a los materiales no renovables, evitar materiales con alto contenido energético en aplicaciones de corta vida, empleo de materiales reciclados en partes ocultas del producto. 2. Reducción del uso de los materiales, esta estrategia se aplica por medio de Reducción del peso y del volumen de transporte. Algunos ejemplos son: evitar diseños macizos, reducción del volumen del producto, productos o envases apilables y montaje por el propio usuario. A nivel de la estructura del producto/envases. 3. Seleccionar procesos de producción menos contaminantes, considerar técnicas de producción alternativas, tratar de reducir o suprimir las etapas de producción, controlar y minimizar el uso de energía y reducir los residuos y subproductos en el proceso. Algunos ejemplos son: emplear materiales que no requieran tratamientos adicionales como papel blanqueado, procesos eficientes, utilizar fuentes de energía renovables, reducir corrientes residuales, recogida y reciclaje de residuos. 4. Optimizar los sistemas de distribución, por medio de envases reutilizables o por medio de un transporte energéticamente eficiente. Algunos ejemplos son: usar materiales reciclables en envases para productos de gran volumen, reducir el volumen y el peso de los envases. De esta forma el transporte por barco es preferible al transporte por camión y al transporte en avión. Otra forma de optimizar la distribución del producto consiste en evitar transportes de larga distancia, o estandarizar los envases. 5. Optimizar el impacto del producto durante su utilización, por medio de la reducción del consumo de energía, el uso de fuentes de energía limpia, 36

reducción del consumo de aditivos. Algunos ejemplos son: emplear mecanismos con un bajo consumo de energía, instalar funciones de autoapagado, emplear productos ligeros, evitar el uso de pilas desechables, reducir el consumo de los materiales desechables. A nivel del sistema del producto/envase. 6. Ampliar el tiempo de vida del producto, aumentando la sostenibilidad del producto por medio de desarrollo de productos que requieran poco mantenimiento y sean fáciles de reparar o que tengan una estructura modular para reemplazar fácilmente las partes débiles, usar diseños clásicos o personalizar el diseño. Algunos ejemplos son : evitar partes débiles, redactar instrucciones de mantenimiento, identificar partes diferentes (mediante códigos de colores), actualizar el producto por medio de nuevos módulos, cambiar módulos, diseño que clásicos que no se vean alterados por modas pasajeras. 7. Optimizar escenario de fin de vida del producto, por medio de la reutilización del producto o de sus piezas, reciclaje de las materiales o incineración adecuada. Algunos ejemplos son: diseño clásico, construcción sostenible, diseño para desmontaje, recambio de partes débiles, identificar partes diferentes (con colores), uso de materiales para los cuales hay un mercado de reciclaje existente. 8. Desarrollar nuevo concepto, en esta estrategia el énfasis esta en el “funcionamiento” del producto y no tanto en el objeto. Se busca desarrollar otros conceptos para satisfacer la necesidad que cumple el producto evitando el uso de recursos: eliminación del empleo del papel mediante envío de correos o e-mail. Compartir el producto con otros usuarios como el proyecto “compartir coche”, integración de funciones, como en un telefax (teléfono y fax), optimización del funcionamiento como en envases de perfumes. Las distintas experiencias, muestran que la aplicación de este concepto, permite reducir entre un 30 y un 50% del impacto ambiental del producto a corto plazo, así como una reducción significativa en los costos de producción.

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6

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6 MEDIDAS DE ESTRATEGIAS DE ECODISEÑO APLICABLES A MÁQUINAS HERRMAIENTAS 6.1 MEDIDAS DE AHORRO DE ENERGÍA

*

a períodos de inactividad de la máquina. Dependiendo del tamaño de producción, la energía total consumida por la máquina en procesos de inactividad fluctúa entre el 62% (grandes series) y el 85% (pequeñas series).

Según estudios previos14 , los impactos significativos de las máquinas herramienta se deben al consumo de energía durante la fase de uso. Por tanto, cualquier estudio se deberá enfocar a opciones de mejora que reduzcan pérdidas de energía durante las fases de operación y “stand-by”.

Las configuraciones eficientes de parámetros del proceso contribuyen a reducir el consumo de energía cuando se aplican altas velocidades de corte. La reducción del tiempo de procesado, también reduce consumos energéticos, especialmente los derivados de los sistemas periféricos, carga, períodos inactivos, etc…

También se observa que una gran parte de la energía se consume en el equipo auxiliar: “sistema lubricante”, “sistema neumático”, transporte de virutas, etc… Por otra parte también se pueden atribuir pérdidas significativas de energía

El mayor consumo de energía se produce en la demanda base de la máquina, pero también en las fuerzas dinámicas como fuertas aceleraciones y frenadas, las cuales conducen a altos picos de carga y elevados gastos energéticos.

14.- Fraunhofer. Energy-Using Product Group Analysis. Machine tools and related machinery. 2011

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Tabla 4. Medidas de diseño aplicables a máquinas herramienta: Solución

Impacto ambiental

Implicaciones

Coste del impacto

Reducción de masa de partes móviles

Reducción de material, ahorro energético durante la aceleración, velocidades mayores de máquina y aumento del rendimiento

Cambio de materiales, sustitución de acero y fundición de hierro por plásticos, fibra de vidrio, y metales ligeros

Reducción del 40% de la masa, aumento del 30% en la aceleración de los ejes

Gestión energética basada en sistemas informáticos

Reducción de energía durante tiempos no productivos, diagrama de energia y tiempos optimizados

Diferenciación entre control y seguimiento de energía, apagado de maquinaria y optimización del proceso

23% de ahorros de energía durante una operación en 3 turnos

Ahorros energéticos Recuperación de energía a partir de ejes durante el uso de componentes de alta y motores

Ahorros adaptados al sistema de la empresa

Reducción del 60% de las entradas de energía, reducción de hasta 80% de la energía generada durante los procesos de frenado

Manipulación y sujección Ahorros energéticos mediante la aplicación de de herramientas

Aplicación orientada a componentes

40% de ahorro de energía

Sistemas hidráulicos y neumáticos optimizados

Ahorros energéticos con sistemas adaptados de bombas, motores y dispositivos auxiliares

Los sistemas hidráulicos 66% de ahorro energético y neumáticos se emplean en aplicaciones que proporcionan una rápida densidad energética

Suministro eficiente de lubricante

La reducción o eliminación de lubricante con todos sus dispositivos asociados, manipulación, acondicionamiento y reciclaje

Sólo se pueden aplicar Reducción energética entre a máquinas de corte de el 20 – 33 % metal, nichos de aplicación de nuevos lubricantes

Sistemas de refrigeración y uso de calor

Reducción de pérdidas Soluciones proporcionadas Reducción del consumo del eléctricas y sistemas de por proveedores de 45% refrigeración eficientes electrónica mejoran la eficiencia energética

eficiencia energética y durante las frenadas, las soluciones integradas mejoran la eficiencia energética comparadas con soluciones aisladas

nuevos principios físicos en la manipulación y sujección de herramientas

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6.1.1 Reducción de masa de partes móviles: Encontrar medidas de eficiencia energética válidas para cada instalación es difícil debido a su gran variedad. Sin embargo, todas las máquinas tienen similares movimientos y esto permite ahorrar energía a través de la reducción de la masa de las partes móviles. El principal inconveniente de este sistema es que al reducir la masa dichas partes se muestran más flexibles y tienden a oscilar o vibrar durante el ciclo de trabajo. Con el fin de contrarrestar estos efectos negativos, las oscilaciones deben ser suprimidas o aisladas. Con el fin de conseguir alta exactitud, productividad y fiabilidad, las máquinas son cada vez más veloces, esto implica tener sistemas mecánicos con gran capacidad para absorber las fuerzas de inercia, lo que ha producido el aumento de la masa de la estructura de las máquina herramienta. El aumento de masa requiere motores con alto par de torsión, que sean capaces de generar las fuerzas necesarias durante la aceleración y el frenado, lo que genera altos consumos energéticos y altos costes. Con el fin de reducir masas y conseguir ahorros energéticos se pueden seguir dos estrategias: * Sustituir los materiales por otros alternativos más ligeros * Optimizar la estructura de la máquina 6.1.2 Gestión energética basada en sistemas informáticos Medidas realizadas en la industria del automóvil muestran que la energía consumida en producción durante tiempos no productivos, representa el 60% de la demanda regular de energía en tiempos productivos. A través de la implantación de sistemas de “Modo de stand-by” inteligente que permiten al usuario desconectar varias máquinas, se pueden conseguir ahorros energéticos. La extensión de los modos de “calentamiento” y “estado latente” permite que la máquina esté a punto en un periodo definido y que se ajuste automáticamente a la fase de operación.

La aplicación de sistemas informáticos permite tener flujos de energía transparente, dando detalles de consumos en cada proceso de producción, identificando zonas de alto consumo y permitiendo su gestión y optimización. Para una máquina concreta también se puede conseguir una gran variedad de modos de operación: * Stand-by * Calentamiento * Latente * Inactivo * Modo productivo La aplicación de estos sistemas a una máquina concreta, permite desconectar aquellos sistemas que sean innecesarios durante los períodos en los que la máquina está inactiva. 6.1.3 Recuperación energética de ejes, motores y sistemas electrónicos Los procesos de mecanizado se caracterizan por movimientos rápidos de herramienta y pieza, lo que genera grandes aceleraciones en un espacio de tiempo muy corto. Después de un proceso de aceleración, se necesita un proceso de frenado. La energía generada por los sistemas en movimiento puede ser reconvertida en energia eléctrica. Los sistemas de frenado, transforman la energía cinética en calor que no puede ser aprovechado. Un módulo regenerativo puede devolver esta energía al módulo de suministro. La decisión de implantar estos módulos depende del tipo de operaciones que se puedan encontrar en la máquina, un factor importante para el consumo de energía es el número de intercambios de herramienta. Los ejes y motores son de especial interés ya que suministran energía mecánica a máquinas herramienta, siendo además una fuente de consumo energético importante y determinando la eficiencia energética de los componentes que están conectados a ellos como bombas, compresores, ejes, etc 6.1.4 Manipulación y anclaje de herramientas Normalmente las herramientas se fijan en la 41

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máquina mediante sistemas hidráulicos; en cambio los sistemas eléctricos de anclaje requieren menos mantenimiento, no presentando esfuerzos de limpieza y sustitución de fluidos. Mientras el sistema hidráulico tiene que estar activo durante los períodos inactivos de la máquina, el sistema eléctrico sólo consume energía en situaciones específicas. Un sellado eficiente de los sistemas de presurización también supone ahorros energéticos, ya que reduce la cantidad de aire a aportar y por tanto la energía adicional. 6.1.5 Sistemas optimizados

hidráulicos

y

neumáticos

En cuanto al uso de sistemas hidráulicos, ya existen en el mercado técnicas optimizadas que permiten una mejor disipación del calor del motor, dispositivos de variación de velocidad del motor y sistemas que mantienen la presión cuando la máquina está inactiva. Al mismo tiempo cualquier dispositivo que reduzca las pérdidas de presión del sistema también reducirán consumos energéticos. A continuación se muestran los dispositivos para mejorar el consumo energético de los sistemas hidráulicos y neumáticos: Sistemas hidráulicos: * Optimizar la refrigeración del motor, lo que permitiría usar motores por encima de su potencia y por tanto reducir su tamaño. * Emplear niveles de presión adaptables, como válvulas de control de la presión * Ajustes de presión para diferentes accionadores de máquina. * Uso de acumuladores hidráulicos * Reducción de fugas internas * Utilización de válvulas optimizadas * Emplear abrazaderas hidráulicas * Extender el campo de aplicación de los sistemas hidráulicos * Evitar pinzamientos de los materiales flexibles Sistemas neumáticos: * Aplicación de una calidad de aire comprimido específica, el aire comprimido 42

debe estar seco y filtrado. * Reducir conducciones de suministro y “volumen muerto”: Reduciendo la longitud de las conducciones y su número, las pérdidas de energía debidas a la fricción y el volumen muerto se reducen al mínimo. * Minimizar pérdidas debidas a fugas. Las fugas pueden conducir a un consumo significativo de energía * Cilindro neumático con superficie de arranque optimizada. En este caso las superficies del pistón son diferentes lo que permite que la cámara de retorno esté permanentemente bajo presión con lo que el movimiento de retorno, no requiere energía neumática * Cilindro neumático con múltiples cámaras. En este caso se pueden seleccionar las cámaras adecuadas en función de la fuerza deseada para cada operación. * Cilindro con una cámara única. Si sólo se necesita una cámara se pueden ajustar muelles que absorban la fuerza durante el movimiento de compresión. Esto permite que el movimiento de retroceso se realice sin necesidad de suministro de aire * Suministro de corte de aire. Si no se necesitan fuerzas de retención, en el momento en el que se alcance la posición, el suministro de aire puede ser cortado para evitar una presión innecesaria en la cámara. * Uso de válvulas múltiples. Usando diferentes válvulas en un sistema único se permite una energía más eficiente y una operación más productiva. * Reducción de presión. En el caso de que para determinados movimientos se requiera menos fuerza, se puede aplicar un regulador de presión * Utilización de aire residual. Por ejemplo utilización de microturbinas para generación de energía, o devolver el aire al compresor para que vuelva a ser utilizado. * Optimizar encendido de válvulas * Utilizar el aire comprimido en varios niveles de compresión * La presencia de sensores para seguimiento de los sistemas neumáticos no reduce energía pero sirve para detectar fugas y condiciones óptimas de operación.

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6.1.6 Suministro eficiente de fluidos de corte (refrigerante / lubricante) El suministro de fluidos de corte es uno de los componentes de mayor consumo energético durante el proceso de mecanizado. La demanda energética se encuentra entre el 20 y el 33% dependiendo del método empleado. Las tecnologías actuales para la reducción del suministro de fluidos de corte son las siguientes: * Mínima cantidad de lubricante (MQL) La ventaja de esta técnica es que reduce los elementos necesarios para tratar el lubricante (purificadores, estaciones de tratamiento / reciclaje, etc) y por tanto reduce su consumo energético. El problema es que los procesos de mecanizado generan mucho calor, por lo que estos sistemas no son aplicables a todos los procesos. * Lubricante suministrado a través de válvulas de presión controladas. Este tipo de sistemas permite una reducción energética del orden del 10%. Este tipo de sistemas pueden variar no sólo la presión sino también el caudal y la velocidad de salida del líquido. * Optimizar el diámetro de conducciones para el suministro de fluidos de corte. La pérdida de carga depende del diámetro de la conducción y debe ser compensado por la bomba. Aumentando diametros de conducciones, la pérdida de carga es menor y la bomba requiere menos energía. * Mecanizado criogénico. En el caso de mecanizado de super aleaciones, las temperaturas alcanzadas son muy elevadas y los fluidos de corte son inefectivos en estas situaciones, vaporizándose rápidamente y no alcanzando ni a la herramienta ni a la viruta. Los fluidos de corte criogénicos ofrecen un enfriamiento efectivo y no producen residuos al finalizar el proceso. * Mecanizado asistido con fluidos a alta presión. En este tipo de mecanizado, el caudal de fluido de corte es pequeño, pero se suministra a alta presión, esto permite administrarlo en el momento en el que se alcanza mayor temperatura * Suministro de gota de aceite. En este caso el fluido no se pulveriza, sino que aparece en forma de gota que barre la

superficie del filo cortante, un suministro de aire reduce la temperatura. No se produce niebla de aceite y reduce el consumo de lubricantes * Aceites vegetales como lubricantes y fluidos hidráulicos. Este tipo de fluidos pueden sustituir a largo plazo a los actuales derivados del petróleo 6.1.7 Sistemas de refrigeración de máquinas Los sistemas electricos y electronicos y las partes móviles de las máquinas herramienta son una gran fuente de calor, esto requiere la introducción de circuitos refrigerantes en dichos equipos. Una posibilidad es introducir motores con baja generación de calor para eliminar la necesidad de utilización de los refrigerantes. Otra posibilidad es utilizar intercambiadores de calor y sistemas de enfriamiento integrados. La combinación de ventiladores y equipos de refrigeración con intercambiadores de calor ofrece unos rendimientos excelentes, reduciendo además los consumos de energía.

6.2 MEDIDAS APLICABLES AL MATERIAL ABSORBENTE 6.2.1 Sustitución de material absorbente En las industrias de mecanizado, es habitual el empleo de materiales absorbentes para la recogida de fugas y derrames de fluidos en las máquinas herramienta. Sin embargo los absorbentes convencionales presentan capacidades de absorción limitada y además mezclado con aceites y otros fluidos pueden ser incluso autocombustibles. En este contexto se trata de sustituir estos materiales por otros de mayor capacidad de absorción, más limpios y seguros para el personal que se desplaza en las zonas de trabajo, reduciendo además riesgos de resbalones y caídas. Entre 43

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los absorbentes alternativos podemos encontrar tierras de diatomeas calcinadas, sepiolitas, bentonitas, etc Este tipo de absorbentes suelen ser minerales naturales presentados en forma granulada y disponibles en diferentes tamaños de partícula. Debido a su naturaleza cristalográfica, estos materiales tienen una elevada superficie específica, lo que les confiere una gran capacidad de absorción de líquidos y fluidos en general. Las principales características de estos absorbentes, que hacen que sean el material idóneo para este tipo de procesos, se enumeran a continuación: * Inertes químicamente y no reaccionan con los fluidos que absorben * No son comburentes ni combustibles * Son productos antideslizantes, incluso en estado de saturación * Comparados con los absorbentes tradicionales, presentan una mayor capacidad de absorción, versatilidad y rapidez en el proceso de absorción frente a líquidos de alta o baja viscosidad. * Presentan mayor facilidad de manipulación antes y después de su saturación, dado que no forman lodos Una de las principales ventajas de estos materiales, se derivan de su elevada capacidad absorbente, ya que es necesario aplicar una menor cantidad de absorbente, lo que impica una reducción de su consumo y en consecuencia la reducción de residuos peligrosos generados.

6.3 MEDIDAS APLICABLES A LOS FILTROS 6.3.1 Utilización de filtros reciclables Los filtros empleados en las propias máquinasherramienta para el mantenimiento de los fluidos de corte y aceites, se sustituyen de forma periódica 44

cuando se colmatan por diversos contaminantes y se convierten en residuo. Una forma de evitar este residuo es sustituir estos elementos desechables por otros de material filtrante reutilizable tras un proceso de reacondicionamiento. Las ventajas ambientales que presentan estos nuevos filtros son: * Reducción del consumo de material durante las operaciones de mantenimiento * Reducción del volumen de residuos peligrosos durante las operaciones de mantenimiento * Ahorro en los costes de gestión

6.4 MEDIDAS APLICABLES A LOS ACEITES LUBRICANTES E HIDRÁULICOS 6.4.1 Centralización del suministro de aceites Consiste en reemplazar los tradicionales depósitos de aceite individuales, por un sistema de reserva y suministro totalmente centralizado en todas aquellas máquinas con requerimientos de aceite de lubricación similares. De esta forma se realiza un control sobre la posible degradación y contaminación del aceite mediante el análisis de algunas de sus características (pH, conductividad, contenido en agua, etc.), que permite una actuación inmediata de cara a corregir las anomalías detectadas y alargar el tiempo de utilización de los aceites. Las ventajas medioambientales que presenta este sistema serían las siguientes: * Reducción del número de aceites de lubricación empleados. * Reducción del volumen de stocks. * Reducción de pérdidas.

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* Simplificación de las operaciones de control (inspección y mantenimiento). * Reducción de los costes de gestión. * Simplificación de las operaciones de mantenimiento.

6.5 MEDIDAS APLICABLES A LAS NIEBLAS 6.5.1 Instalación de sistemas de captación y depuración de las nieblas y aceites La aplicación de las emisiones de lubricantes – refrigerantes a altas temperaturas desprende grandes cantidades de aerosoles o nieblas aceitosas que, a partir de una determinada concentración en el ambiente, constituyen un nivel de toxicidad elevado en el lugar de trabajo. El objetivo de estos sistemas es la captación y depuración de estas nieblas para impedir la contaminación atmosférica y reducir las emisiones producidas en el entorno de trabajo a concentraciones permitidas que no incidan sobre la salud de los trabajadores.

La eficacia del sistema de depuración depende de los siguientes factores: * Caudal de aire a tratar * Tipo de substancias y concentración * Relación entre aerosoles y vapores * Tamaño de partículas * Posible realimentación del aire purificado Algunos de los sistemas de separación de aerosoles son los sistemas filtrantes electrostáticos y los separadores vía húmeda o combinaciones de ambos. También existen los sistemas de depuración de aerosoles mediante filtros de láminas sinterizadas. Estos sistemas están basados en el principio de un filtro de superficie de partículas con sistema de limpieza automática. Los elementos separadores están constituidos por una serie de láminas rígidas de polietileno poroso sinterizado que, permiten el paso del aire y retienen en su superficie de forma casi absoluta las microgotas de emulsión. De forma periódica se efectúa una limpieza con aire comprimido a contracorriente. La emulsión se recoge completamente a través de una tubería de drenaje y se envia a un depósito de reserva para su posterior devolución al circuito.

Como segundo objetivo se obtiene una cantidad de aceite filtrado que es posible reutilizar en los procesos de mecanizado.

Figura 22. Sistemas de captación de nieblas y aceites

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APLICACIÓN DEL ECODISEÑO A TRAVÉS DE LA INNOVACIÓN TECNOLÓGICA

La implantación de este tipo de sistemas conlleva una serie de ventajas:

6.5.2 Empleo de máquinas-herramienta con carenados de protección

* Evita que los operarios respiren la neblina de aceite mejorando así el entorno de trabajo. * Separa las partículas de aceite de tamaño inferior a 3,5 μm. obteniendo un contenido residual de aceite en el aire de 0,0001 mg/m3 de aire. * Se reducen los riesgos de accidentes, ya que la neblina de aceite ya no se deposita en las superficies * Se minimiza el consumo de aceite, ya que tras el filtrado se puede reutilizar de nuevo en el proceso de mecanizado. * Ahorra en los costes de limpieza de máquinas, suelos, techos y luminarias. * Recircula en continuo del agua proveniente de las calderas y del circuito de refrigeración, por lo que no existe vertido.

Utilizar equipos que dispongan de carenados de protección/retención, ya que las condiciones de operación (altas velocidades de mecanización, presión y direccionamiento de las taladrinas, etc.), propician salpicaduras de los fluidos de corte al exterior, así como la proyección de pequeñas partículas metálicas. Las ventajas medioambientales que presenta este sistema serían las siguientes: * Reducción de la pérdida de fluidos de corte por salpicaduras. * Reducción del ensuciamiento del entorno de trabajo. * Reducción de los riesgos higiénicos asociados a la dispersión de los fluidos de corte. * Reducción del riesgo de accidentes por proyección de partículas metálicas.

Figura 23. Máquinas herramienta sin y con carenado protector

Mecanizado sin carenado protector

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Mecanizado con carenado protector

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6.6 MEDIDAS APLICABLES A LAS VIRUTAS 6.6.1 Introducir cambios en la geometría de las piezas a mecanizar. Se pretende introducir en la medida de lo posible cambios en el diseño de las piezas de forma que se reduzca la formación de virutas y se favorezca el escurrido de los fluidos de corte durante las operaciones de mecanizado (evitar agujeros ciegos, cavidades innecesarias, etc.).

con la finalidad de reducir el volumen de material a eliminar y por tanto el volumen de residuos (virutas) generado. Las ventajas medioambientales que presentan estos cambios de geometría serían: * Reducción del volumen de virutas generado. * Reducción de la pérdida de fluidos de corte por arrastre en piezas y virutas metálicas. * Reducción de goteos en las zonas de trasiego y almacenamiento de las piezas y virutas metálicas impregnadas. * Reducción de los costes de almacenamiento de virutas metálicas.

Para ello, es necesario partir de piezas con formas lo más próximas posible a las definitivas

Figura 24. Diferente geometría de las piezas para evitar retención de fluido

Fluido de corte retenido

Escurrido del fluido de corte

6.6.2 Empleo de equipos de centrifugación para el escurrido de piezas y virutas metálicas impregnadas de fluidos de corte

quedan retenidos. La fuerza centrífuga ejercida depende de la velocidad de rotación aplicada y del diámetro del recipiente.

Se trata de una operación de separación líquidosólido. El escurrido de las virutas y de las piezas se produce por la fuerza centrífuga generada a través de un dispositivo al que se le aplica una velocidad de rotación elevada (600-2000 rpm). A través de un filtro perforado se deja pasar el líquido hacia el exterior mientras que los sólidos

En ocasiones la técnica se combina con sopladores de gran presión que proporcionan una cortina de aire efectiva para una separación completa. Por lo general la humedad residual de los metales después del proceso de centrifugación se encuentra por debajo del 3%.

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Figura 25. Esquema de una centrifuga Fluido sucio

Fluido limpio

CENTRIFUGA

Suciedad Este tipo de dispositivos consta de una centrífuga para el desaceitado de piezas y virutas y un tamiz separador de piezas y virutas. Las ventajas medioambientales que presenta este sistema serían las siguientes:

* Recuperación de los fluidos de corte retenidos en las virutas metálicas. * Obtención de un fluido reutilizable. * Mejora en la valorización de las virutas metálicas. * Reducción de la contaminación en las zonas de almacén.

Figura 26. Centrífuga

6.6.3 Empleo de briqueteadoras para recuperar los fluidos de corte retenidos en las virutas metálicas Las máquinas briqueteadoras tienen la función de compactar las virutas metálicas procedentes de las diferentes operaciones de corte de metales. 48

Estas máquinas se alimentan de viruta metálica, normalmente impregnadas de fluidos de corte, y obtienen en su salida el material compactado (briquetas) por un lado y las taladrinas filtradas por otro, estas últimas acondicionadas para ser directamente reutilizadas.

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Los residuos metálicos compactados, que ocupan un espacio mucho más reducido, se convierten en materiales de segunda calidad revalorizables y reutilizables por fusión. Los materiales tóxicos logran disminuir su volumen y se convierten en escoria vitrificada.

* Reducción del volumen de residuos y de sus costes de almacenamiento y transporte. * Recuperación de fluidos de corte retenidos en las virutas metálicas para su reutilización. * Valorización del material briqueteado. * Reducción de la contaminación en las zonas de almacén.

Las ventajas medioambientales que presenta este sistema serían las siguientes:

Figura 27. Viruta a la entrada y a la salida de una biquetadora

Briqueta

Viruta Briquetas apiladas

6.7 MEDIDAS APLICABLES A LOS FLUIDOS DE CORTE 6.7.1 Sustitución de aditivos en los fluidos de corte Los fluidos de corte pueden contener aditivos que presenten cloro o metales pesados, este tipo de aditivos se emplean principalmente en sistemas sometidos a extrema presión. Este tipo de aditivos pueden ser sustituidos por otros similares que desempeñen la misma función pero que no contengan dichos elementos. Entre las ventajas que presentan estos nuevos aditivos se encuentran: * Reducción de riesgos de contaminación de suelos y capas freáticas * Mejora en la valorización de residuos de mecanizado (viruta, etc.) * Reducción de costes de gestión de fluidos

agotados * Limitación de riesgos de agresividad cutánea En cada caso, a pesar de que la sustitución sea posible, es recomendable realizar ensayos previos con el fin de evaluar las mejoras y las consecuencias de utilizar los aditivos alternativos, principalmente sobre la vida útil de la herramienta de corte. 6.7.2 Realización de mecanizado en seco. Consiste en evitar el empleo de los fluidos de corte en aquellas operaciones en que su utilización no sea imprescindible. Generalmente es indispensable la lubricación y refrigeración aportada por los fluidos de corte, sin embargo, es posible utilizar esta técnica en operaciones de mecanizado sobre materiales de fácil mecanizado (maquinabilidad), como son la fundición, ciertas aleaciones de aluminio, aleaciones de cobre, etc. Los materiales con mayor maquinabilidad requieren potencias y fuerzas de corte reducidas, con un desgaste lento de los filos de la herramienta de corte. 49

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Tabla 5. Maquinabilidad en función del tipo de material Aleaciones de aceros refractarios Aleaciones de níquel

Aceros duros Aceros forjados Fundición aleada Fundición gris Fundición maleable Aceros al carbono Aluminio y aleaciones Aceros de decoletaje Bronces y latones

MAQUINABILIDAD

Aceros inoxidables

Cinc y aleaciones Magnesio y aleaciones Cobre

Algunos de los inconvenientes que pueden presentarse son la difícil evacuación de las virutas y la adhesión del material sobre la propia herramienta.

la operación de mecanizado en seco que permita satisfacer las propiedades demandadas sin aumentar de forma importante el desgaste de las herramientas.

Las limitaciones del proceso pueden ser:

Las ventajas medioambientales que presenta este proceso será:

* Operaciones de mecanizado que requieren propiedades lubricantes medias o elevadas. * Adhesión de materiales sobre la herramienta. (acero dulce, ciertas aleaciones cuprosas o de aluminio). * Herramientas insuficientemente resistentes al desgaste (aceros rápidos). * Operaciones para las que el fluido de corte se emplea para mejorar el entorno de de trabajo. * Mala evacuación de las virutas. Se recomienda que se lleven a cabo ensayos previos sobre las herramientas, materiales y condiciones de mecanizado con el fin de verificar 50

* Eliminación de las emisiones aceitosas. * Eliminación de los residuos de fluidos de corte usados. * Reducción del consumo de agua. * Obtención de virutas secas fácilmente valorizables. * Eliminación del fluido de corte atrapado en las piezas mecanizadas. Las aplicaciones son todavía limitadas pero en continuo desarrollo, gracias a los nuevos materiales empleados en la fabricación de las herramientas y a los tratamientos superficiales que se les viene proporcionando.

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Figura 28. Procesos de mecanizado en húmedo y en seco

Proceso en húmedo 6.7.3 Micropulverización localizada de fluidos de corte Los objetivos de esta alternativa pasan por reducir el consumo de fluidos de corte y a su vez facilitar la valorización de virutas (no contaminadas de aceite). El dispositivo de micropulverización a baja presión permite pulverizar un fluido de corte adaptado en las zonas de formación de viruta. El fluido de

Proceso en seco corte así pulverizado facilita el deslizamiento de las virutas sobre la herramienta, después, el fluido de corte se vaporiza por el calor formado por el cizallamiento y el deslizamiento del metal, para dejar a las virutas con un tacto seco. El fluido de corte utilizado para este tipo de aplicación posee propiedades lubricantes que le son conferidas en la mayoría de los casos por los lubricantes de origen vegetal o por los ésteres sintéticos.

Figura 29. Distintas formas de aplicación de taladrina

Aplicación de taladrina en chorro

Este tipo de aplicación de fluidos de corte se podría utilizar en procesos tales como el torneado, el fresado, el aserrado, etc.

Aplicación de taladrina por pulverización

La aplicación de esta técnica está limitada, no pudiendo utilizarse en procesos que exijan alta lubricación o en materiales muy difíciles de mecanizar. Como consideraciones adicionales, 51

APLICACIÓN DEL ECODISEÑO A TRAVÉS DE LA INNOVACIÓN TECNOLÓGICA

la micropulverización debe ser posicionada y ajustada de forma precisa y cuidadosa para potenciar al máximo sus efectos.

degradación y/o contaminación de los mismos y así proceder a su reajuste a través de las acciones de mantenimiento apropiadas.

Las ventajas medioambientales que presentan estos sistemas serían las siguientes:

Las ventajas medioambientales que presenta este sistema serían las siguientes:

* Reducción del consumo de fluidos de corte. * Reducción en la producción de residuos de fluidos de corte. * Reducción del consumo de agua. * Mejora de la gestión de los residuos, ya que las virutas son más fácilmente valorizables.

* Reducir el número de tipos de fluidos de corte empleados. * Reducir los tiempos de preparación de fluidos de corte. * Incrementar la estabilidad de los fluidos. * Reducción de pérdidas. * Simplificación de operaciones de control (inspección y mantenimiento). * Reducción de los costes de gestión. * Reducción del volumen de stocks.

El coste de un sistema de micropulverización depende del número de toberas y del tipo de dispositivo de accionamiento. 6.7.4 Centralización del suministro de fluidos de corte Consiste en unificar o centralizar el suministro de aceites de corte en aquellas máquinas de tipo análogo. Esta medida será posible en aquellas operaciones de mecanizado en las cuales las necesidades o requerimientos de propiedades lubricantes y refrigerantes de los fluidos de corte sean muy similares.

6.7.5 Tanques de decantación Se trata del empleo de tanques de decantación formados por dos secciones diferenciadas y separadas por medio de unas pantallas. En la primera sección se retienen los aceites pesados contaminantes, que pueden ser recogidos mediante un desengrase en banda o cualquier otro procedimiento, y una segunda sección en la que se aísla el fluido limpio. Normalmente, este tipo de tanques es el primer eslabón de los procesos de limpieza de fluidos.

Esta medida supone simplificar en gran medida las acciones de inspección y mantenimiento de los fluidos de corte de cara a detectar cualquier

Figura 30. Esquema de un tanque de decantación

Suciedad

Pantallas separadoras

Canal de salida

TANQUE DE ESTABILIZACIÓN

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DESARROLLO DE UNA HERRAMIENTA PARA EL SECTOR DE MECANIZADO

Las ventajas medioambientales que presenta este sistema serían las siguientes: * Reutilización de los fluidos de corte contaminados de partículas y aceites externos. * Aumento de la vida útil de los fluidos de corte. * Reducción del consumo. * Reducción del volumen de efluentes. * Disminución del desgaste de herramientas y equipos. 6.7.6 Tanques de flotación para la limpieza de taladrinas usadas En los tanques de flotación se producen burbujas por la acción de una agitación, bien mecánica o bien producida por la introducción de aire comprimido. Las burbujas se adhieren en las paredes y ascienden hacia la superficie, arrastrando la contaminación del fluido, formado una espuma rica en contaminantes que ha de ser

eliminada. En los fluidos de corte se utilizan para separar el aceite contaminante externo, ya que éste flota en la superficie promovido por la técnica de aireación. Para su extracción, pueden emplearse discos rotativos u otros sistemas destinados a tal fin. Las ventajas medioambientales que presenta este sistema serían las siguientes: * Reutilización de los fluidos de corte contaminados de partículas y aceites externos. * Aumento de la vida útil de los fluidos. * Reducción del riesgo de crecimiento de bacterias y desestabilizado de las emulsiones. * Reducción del consumo. * Reducción del volumen de efluentes. * Disminución del desgaste de herramientas y equipos.

Figura 31. Esquema de tanque de flotación Agitación mecánica o por aire comprimido

Fluido sucio Fluido limpio

Canal de salida

TANQUE DE FLOTACIÓN

6.7.7 Utilización de hidro-ciclones para la limpieza de taladrinas usadas Los hidro-ciclones actúan imprimiendo una aceleración a los fluidos de corte. El fluido bombeado a gran velocidad, se alimenta tangencialmente a un depósito cónico, donde las partículas más pesadas son forzadas contra la pared. Los contaminantes se recogen por la parte

inferior, mientras que por la presión imprimida por detrás, resultante de la configuración cónica del recipiente, el fluido limpio se recoge por la parte superior. Los hidro-ciclones pueden ser utilizados eficazmente tras los tanques de estabilización (decantación) para retirar los contaminantes residuales. Por lo general, el equipo es efectivo para fluidos de baja viscosidad.

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APLICACIÓN DEL ECODISEÑO A TRAVÉS DE LA INNOVACIÓN TECNOLÓGICA

Figura 32. Esquema de hidro-ciclón Fluido limpio Fluido sucio

HIDROCICLÓN

Suciedad Las ventajas medioambientales que presenta este sistema serían las siguientes:

6.7.8 Empleo de centrifugas para la limpieza de taladrinas usadas

* Reutilización de los fluidos de corte contaminados por partículas. * Aumento de la vida útil de los fluidos de corte * Reducción del consumo de los fluidos de corte. * Reducción del volumen de efluentes. * Disminución del desgaste de herramientas y equipos.

El principio de eliminación es similar al de los hidro-ciclones aunque en este caso se imprimen aceleraciones más elevadas. Las centrifugadoras son efectivas en un rango variado de viscosidades y puede ser diseñado para aplicaciones específicas. Las centrifugas de baja velocidad son efectivas para eliminar partículas, mientras que los equipos de alta velocidad son efectivos para eliminar partículas y manchas de aceite.

Figura 33. Esquema de centrífuga Fluido sucio

Fluido limpio

CENTRIFUGA

Suciedad 54

DESARROLLO DE UNA HERRAMIENTA PARA EL SECTOR DE MECANIZADO

Las ventajas medioambientales que presenta este sistema serían las siguientes: * Reutilización de los fluidos de corte contaminados de partículas y aceites externos. * Aumento de la viscosidad de los fluidos de corte * Reducción del consumo de fluidos de corte * Reducción del volumen de efluentes. * Disminución del desgaste de herramientas y equipos. 6.7.9 Utilización de separadores magnéticos para la limpieza de taladrinas usadas El sistema consiste en el empleo de un tambor magnético que atrae a las partículas metálicas inmersas en el fluido de corte facilitando su extracción. En general, este mecanismo es más

efectivo en fluidos base acuosa por su menor viscosidad. También pueden emplearse cintas transportadoras magnéticas para la eliminación de virutas de los fluidos de corte. En ocasiones los tanques de estabilización, los separadores magnéticos y las centrifugas, se pueden usar en combinación para favorecer la limpieza del fluido. Las ventajas medioambientales que presenta este sistema serían las siguientes: * Reutilización de los fluidos de corte contaminados de partículas metálicas. * Aumento de la vida útil de los fluidos de corte * Reducción del consumo de fluidos de corte * Reducción del volumen de efluentes. * Disminución del desgaste de herramientas y equipos.

Figura 34. Esquema de separador magnético Suciedad Fluido sucio

Fluido limpio SEPARADOR MARNÉTICO: TAMBOR

6.7.10 Empleo de técnicas de filtración para la limpieza de taladrinas usadas El procedimiento consiste en hacer pasar el fluido de corte usado y contaminado por partículas a través de diversos materiales filtrantes. La fuerza que provoca la filtración puede ser la gravedad o la aplicación de presión o vacío. Existe una gran variedad de filtros, tanto de diversos materiales como de formas y conformaciones diferentes; la

selección de uno u otro dependerá principalmente del tamaño de partícula a eliminar. Los tubos y hojas de filtrantes (principalmente de materiales como nylon o tejidos de alambres) se emplean para extraer pequeñas partículas y favorecer los finos acabados en las operaciones de mecanizado. Las tierras diatomeas mejoran la filtración, pero también pueden eliminar ciertos aditivos de los aceites. 55

APLICACIÓN DEL ECODISEÑO A TRAVÉS DE LA INNOVACIÓN TECNOLÓGICA

Las ventajas medioambientales que presenta este sistema serían las siguientes:

* Reducción del consumo de fluidos de corte * Reducción del volumen de efluentes. * Disminución del desgaste de herramientas y equipos. * Disminución de los riesgos de agresión cutánea.

* Reutilización de los fluidos de corte contaminados de partículas. * Aumento de la vida útil de los fluidos de corte

Figura 35. Esquema de filtro banda

Sensor de avance de banda

Elemento filtrante

Fluido de corte

Contaminante

6.7.11 Utilización de técnicas de ultrafiltración para el tratamiento de las taladrinas usadas Se trata de una técnica de filtración en la cual el diámetro de los poros de la membrana-filtro es muy pequeño, del orden de 25 Å, de manera que permite separar las macromoléculas (aceites externos contaminantes, bacterias así como diversos contaminantes de tamaño superior a la porosidad media de las membranas). La transferencia de masa se produce a través de membranas denominadas semipermeables. La solución a tratar se concentra debido a un paso selectivo del agua, mientras que el resto de constituyentes de la taladrina quedan retenidos en función de su tamaño. La transferencia de agua a través de las membranas se debe a un gradiente de presión (150-200 kPa). Para evitar el colmatado de las membranas se utiliza el flujo tangencial, de esta forma se efectúa un barrido de la superficie de la membrana evitando la deposición de materia sobre la misma. 56

Fluido de corte depurado

Esta técnica se utiliza cuando se requiere una gran calidad del fluido, aunque se precisa de una filtración previa y técnicas de estabilización para conseguir un procedimiento efectivo. Las ventajas medioambientales que presenta este sistema serían las siguientes: * Obtención de un fluido de corte de calidad constante * Reutilización de los fluidos de corte acuosos. * Control de las proliferaciones bacterianas. * Incremento de la vida útil del fluido de corte * Reducción del consumo de fluido de corte * Reducción del volumen de efluentes.

DESARROLLO DE UNA HERRAMIENTA PARA EL SECTOR DE MECANIZADO

Figura 36. Esquema de ultrafiltración Emulsionante

Bacterias

Aceite

Filtro con microporos Soluto Agua

ESQUEMA DE ULTRAFILTRACIÓN

Figura 37. Esquema de dispositivo de membranas

Mangueras de permeado

Deposito de alimentación

Modulo de membrabas

By-pass del producto

Bomba de impulsión Tornillo hidráulico 57

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6.7.12 Utilización de técnicas de microfiltración para el tratamiento de las taladrinas usadas Se basa en el mismo principio que la ultrafiltración con la diferencia de que la porosidad nominal de las membranas es superior (del orden de 0,1 a 10 μm), realizando una filtración más grosera.

Es aconsejable un tratamiento previo de los fluidos de corte usados del tipo filtración, decantación, etc., que va a permitir una mayor eficacia del sistema, reduciendo los riesgos de colmatación. Con la técnica de microfiltración tangencial no es posible retener las bacterias, para ello debería recurrirse a la ultrafiltración.

El empleo de membranas cerámicas confiere una excelente resistencia mecánica y química al sistema.

Figura 38. Esquema de microfiltración Emulsionante

Bacterias

Aceite

Filtro con microporos Soluto Agua

Las ventajas medioambientales que presenta este sistema serían las siguientes: * Obtención de un fluido de alta calidad. * Reutilización de los fluidos de corte acuosos. * Incremento de la vida útil del fluido. * Reducción del consumo. * Reducción del volumen de efluentes. 6.7.13 Empleo de la técnica de evaporación al vacío para el tratamiento de los fluidos de corte acuosos agotados Se trata de una técnica térmica que permite mediante calefacción del fluido de corte a temperatura superior a la de su punto de ebullición, separar parcialmente el agua 58

ESQUEMA DE MICROFILTRACIÓN contenida en el fluido. La evaporación a baja presión o vacío permite reducir la temperatura de ebullición y con ello obtener un considerable ahorro en los costes energéticos. Mediante esta técnica se consiguen dos fases, una concentrada, que deberá ser gestionada como residuo tóxico y peligroso, y un condensado (agua), que podrá ser reutilizada en el proceso. Las ventajas medioambientales que presenta este sistema serían las siguientes: * Reduce el volumen de residuos peligrosos a gestionar. * Ahorro en los costes de gestión. * Reutilización del agua de las taladrinas.

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Figura 39. Esquema de técnica de evaporación al vacío Agua

Concentrado

6.7.14 Empleo de tratamientos físico-químicos sobre las taladrinas acuosas agotadas

Las ventajas medioambientales que presenta este sistema serían las siguientes:

Este tratamiento consiste en añadir a las taladrinas agotadas una serie de reactivos, como el cloruro férrico, hidróxido cálcico y polielectrolitos de diferentes tipos, que permiten conseguir la neutralización, precipitación y floculación de los productos contaminantes, de modo que una vez decantados y separados los lodos producidos, el agua queda lo más purificada posible. Estos efluentes acuosos pueden eventualmente ser sometidos a un tratamiento secundario para cumplir con los valores límites de vertido exigidos por la legislación vigente. Los lodos producidos siguen siendo residuos peligrosos, aunque presentan un volumen inferior al original.

* Reduce el volumen de residuos peligrosos a gestionar. * Ahorro en los costes de gestión. * 6.7.15 Extracción de los aceites externos presentes en los fluidos de corte acuosos Con el fin de conseguir una separación eficaz de aceites libres en los fluidos de corte, es necesario que la capa de aceite libre flote sobre la superficie del fluido, para lo cual el fluido debe permanecer un periodo de tiempo en reposo. Una vez los aceites se encuentran en la superficie del fluido, pueden ser recogidos mediante la acción de diversos tipos de desaceitadores:

Figura 40. Desaceitado a disco

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APLICACIÓN DEL ECODISEÑO A TRAVÉS DE LA INNOVACIÓN TECNOLÓGICA

Figura 41. Desaceitado a banda

Figura 42. Desaceitado en tambor

Los aceites son dirigidos hacia un depósito a través de un tubo colector.

inventarios puede derivar en la generación de residuos procedentes de materias primas que ya no son necesarias, que han caducado o se han deteriorado, momento en el cual se convierten en residuos.

Las ventajas medioambientales que presenta este sistema serían las siguientes: * Aumento de la vida útil de los fluidos de corte * Disminución de la proliferación bacteriana. * Reducción del volumen de efluentes. * Aumento del tiempo de vida de las máquinas.

6.8 MEDIDAS APLICABLES A LAS MATERIAS PRIMAS 6.8.1 Gestión de compras e inventarios Un control de inventarios se concibe con el fin de que la empresa no tenga más materias primas que las que realmente necesita. Además de la ocupación de espacio y el inmovilizado que supone, la ausencia de un adecuado control de

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Un conjunto de buenas prácticas relacionadas con este capítulo pueden ser las siguientes: * Estandarizar los productos químicos utilizados, de tal forma que se utilice el menor número posible de estos en todas las operaciones. * Evitar comprar en exceso, considerando las necesidades reales de los procesos. * Comprar los productos en recipientes de dimensiones adecuadas al uso y a las características del producto, procurando minimizar el número de envases. A ser posible utilizar envases reutilizables. * Establecer un protocolo de aceptación de muestras de productos, aceptando solo aquellos cuyo proveedor se comprometa a recoger en caso de no utilizarse en su totalidad. * Utilizar un sistema de gestión FIFO (firstin-first-out), llevando a cabo una rotación de los envases situados en el fondo de las estanterías hacia delante cuando lleguen productos nuevos.

DESARROLLO DE UNA HERRAMIENTA PARA EL SECTOR DE MECANIZADO

6.8.2 Almacenamiento de materias primas Las buenas prácticas en el almacenamiento de las materias primas se encaminan a la reducción de los residuos producidos por el deterioro de los productos debido a la exposición a agentes atmosféricos o contacto con otros productos incompatibles, derrames por defectos, daños en los recipientes, etc. Una relación de estas buenas prácticas es la siguiente: * Definir y construir adecuadamente el área de almacenamiento de materias primas. Es aconsejable mantener el área de almacenamiento protegido de las inclemencias del tiempo, las temperaturas extremas, humedades, vapores corrosivos, etc. Estos elementos pueden deteriorar las materias primas como son los: abrasivos, aditivos, taladrinas, disolventes, etc. * Conservar el área del almacén bien iluminada, limpia y sin obstáculos. * Los materiales y productos peligrosos, serán correctamente almacenados respetando una cierta separación entre ellos, facilitando la comprobación e inspección de los contenedores y recipientes. * Todos los envases, especialmente los de sustancias peligrosas, deben estar debidamente etiquetados.

* Separar los envases de sustancias o productos peligrosos del resto de envases para evitar que estos últimos puedan ser contaminados por los primeros en caso de accidente (rotura de envases, etc.). * Guardar las distancias reglamentarias de seguridad entre productos incompatibles evitando que se produzcan reacciones entre los productos * El almacenamiento de productos inflamables debe realizarse en el interior de armarios resistentes al fuego. * Habilitar áreas de contención en las zonas donde se almacenen líquidos (disolventes, aceites, etc.), limitando el área que pudiera estar afectada por derrames accidentales. * Las zonas de almacenamiento de productos peligrosos (disolventes, etc.), deben estar convenientemente refrigeradas y ventiladas para reducir riesgos de acumulación por evaporación de sustancias tóxicas, inflamables, etc. * Almacenamiento de los fluidos de corte y aceites de lubricación en depósitos limpios y con buena ventilación para evitar contaminaciones por agentes externos; microorganismos, fluidos extraños, suciedad, etc.

Figura 43. Almacén de materias primas con depósito de contención

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APLICACIÓN DEL ECODISEÑO A TRAVÉS DE LA INNOVACIÓN TECNOLÓGICA

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DESARROLLO DE UNA HERRAMIENTA PARA EL SECTOR DE MECANIZADO

METODOS DE MECANIZADO ALTERNATIVOS 7.1 LASER EN EL PROCESADO DE MATERIALES El uso del láser en el procesado de materiales está considerado como un proceso de fabricación no convencional en el que la base es utilizar un haz laser como fuente de calor para evaporar, fundir y/o modificar la microestructura del material de la pieza fabricada. Se trata por tanto de un proceso térmico, en el que no existe contacto entre la herramienta y la pieza, este hecho evita la aparición de fuerzas que puedan deformar la pieza que se está trabajando o desgastar útiles o herramientas. Además y a diferencia de otros procesos basados en aporte térmico como pueden ser sistemas de oxicorte o plasma, el láser es capaz de focalizar una gran cantidad de energía en un área muy reducida, por lo que se consigue un doble beneficio:

*

Se pueden resumir las ventajas del empleo del láser, afirmando que es la fuente de calor más selectiva que existe en la actualidad. Este hecho permite controlar en gran medida la cantidad de energía que se suministra a la pieza y a la zona en la que se está administrando dicha energía. El resultado es que se pueden llevar a cabo operaciones con alto grado de detalle y excelentes acabados superficiales. Existen diversos tipos de laser con características diferentes, dependiendo del medio activo del resonador y de la forma de excitar este medio activo. Todos ellos emiten una radiación con unas características especificas, que pueden adecuarse a diferentes aplicaciones. Así, y aunque se hayan desarrollado mucho tipos de laser, los utilizados habitualmente en procesos de fabricación industriales se reducen a solo seis tipos. Una idea de las prestaciones y aplicaciones de los tipos de láser más utilizados en el sector de procesado de materiales, se muestra en la siguiente tabla:

* Mayor densidad de energía que con otros métodos. * Minimiza la zona afectada por el calor, consiguiéndose acabados de alta calidad en relación al resto de procesos de aportación térmica.

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Tabla 6. Tipos de láser más utilizados CO2

Nd: YAG Nd: YAG excitado con excitado con lámpara diodos Solido NdYAG/láser diodo

Diodos de alta potencia

Sólido Yb-YAG/ laser de diodo

Fibra

Medio de excitación

Gas CO2/ corriente electrica

Solido Nd-YAG/ lámpara de Kripton

Longitud de onda

10.6 µm

1.06 µm

Rango de potencia

100w-20 kw 3w-6kw

100w-20 kw 30w-5 kw

750 w-1.5kw

10 años, opción poco interesante económicamente 3