PRINCIPIOS DE LIMPIEZA DE METALES

QUE SE ENTIENDE POR LIMPIEZA?

La limpieza consiste en la eliminacin del polvo y suciedad.

POR QUE ES NECESARIO LA LIMPIEZA?

Muchos metales son protegidos contra la corrosin, oxidacin o manchas

provocadas por la exposicin a la intemperie con aceites u otros recubrimientos

protectivos. El estampado de metales y el pulido de superficies metlicas

requieren frecuentemente el uso de lubricantes a compuestos qumicos que

asisten en la operacin. Adems siempre estn presentes en el metal a procesar

residuos de soldadura, manchas de dedos y polvo del taller.

Las operaciones de acabado tales coro fosfatizado, pintado y electrodeposicin

requieren que la superficie metlica est libre de aceites protectores o

lubricantes para obtener una buena adherencia sobre el metal. Se ha observado

que desengrases con compuesto de silicio, mal formulados, dejan una pelcula

invisible que no se enjuaga en agua o soluciones cidas. A pesar de que este

film no interfiere en la adherencia, provoca que el posterior depsito electroltico

aparezca sin brillo o cuarteado.

CUNDO SE REALIZA LA LIMPIEZA?

Las piezas o superficies requieren una limpieza previa en las operaciones de

tratamientos trmicos, soldadura, fosfatizado, pintura y electrodeposicin.

La limpieza contina a las operaciones de estampado, maquinado, tratamiento

trmico, desbastado y pulido, y est considerada como una etapa esencial en las

Operaciones de acabado y fabricacin de piezas metlicas,

QUE ES UN SUPERFICIE LIMPIA?

El grado de limpieza es relativo. Es prcticamente imposible bajo condiciones

normales de produccin obtener una superficie qumicamente limpia (libre de

todo tipo de pelculas superficiales).

2

Una superficie limpia puede definirse como aquella en una pelcula no deseable

ha sido reemplazada por otra ms adecuada y aceptable para la

electrodeposicin.

De la misma manera podra, extenderse esta definicin al fosfatizado, pintura o

cualquier otra operacin que requiera una superficie Iimpia.

Hasta el momento no se ha desarrollado ninguna prueba satisfactoria para

determinar el grado absoluto de limpieza de una superficie.

En produccin el mtodo ms prctico es el de rotura de la pelcula de agua. S

el agua escurre de la superficie en forma de una pelcula continua, se considera

que la superficie est Iimpia. Si dicha pelcula se rompe o no escurre en forma de

una pelcula continua indica que no est limpia. No obstante este mtodo ha sido

criticado, sobre la base de que la rotura de la pelcula lquida sobre la superficie,

no slo depende del espesor de la capa de agua, sino que tambin pueden

obtenerse falsas roturas de la superficie de agua como resultado de la adsorcin

preferente del material hidrfilo.

TIPOS DE DESENGRASANTES

Solventes orgnicos

A. De una sola fase.

B. Emulsionables.

C. De dos fases.

Acidos

Alcalinos

Los hidrocarburos, hidrocarburos clorados y fluoruros de carbono usados

fundamentalmente como pre-desengrase para eliminar el grueso de aceites y

grasas.

Se aplican por trapeado, roco, inmersin, con o sin unidades, de agitacin por

ultrasonido, o en equipos desengrasantes en fase vapor.

Los desengrasantes cidos, que contienen productos cidos, lquidos o slidos,

son usados para eliminar residuos de soldadura, xido, escamas de tratamiento

trmico u otros productos de corrosin.

3

Los desengrasantes alcalinos contienen sales inorgnicas alcalinas a los cuales

pueden agregarse jabones u otros agentes orgnicos tensoactivos. Estn

formulados para eliminar aceites, grasas y partculas slidas tales como polvo

del taller u otras suciedades. Bajo condiciones de trabajo apropiadas estos

desengrasantes alcalinos, pueden brindar un alto grado de limpieza.

COMO ES EL DESENGRASE POR VAPOR?

El primer paso consiste en sumergir las piezas en solvente hirviendo (87C.)

para eliminar la mayor parte de grasas y aceites. Las piezas son transferidas

luego a un segundo compartimento donde se encuentra el solvente ms fro

(68C.) con el fin de disminuir la temperatura de las piezas. En una tercera etapa,

las piezas se colocan en zona de fase vapor, donde el solvente limpio condensa

en la superficie de las piezas, las que estn ms fras que el ambiente de vapor,

enjuagando y eliminando de esta manera todo residuo de aceite o grasa.

Luego de estas operaciones, las piezas se retiran del equipo, evaporndose los

restos de solvente al entrar las piezas en contacto con el aire.

Los solventes ms usados para este tipo de Iimpieza son el tricloroetileno,

percloroetileno o triclorotrifluoretano.

No todas las piezas son adecuadas para la limpieza con vapor, por ejemplo las

piezas porosas, de formas complicadas que puedan retener mucho solvente o

con una gran relacin de superficie a peso. Por lo tanto es conveniente

consultar a los fabricantes de este tipo de equipos para determinar si las piezas a

tratar son aptas para desengrasarlas en equipos con solvente en fase vapor.

QUE SON LOS DESENGRASANTES POR EMULSIN?

Los desengrasantes por emulsin combinan la accin de los solventes, con

jabones o agentes tensoactivos, de manera que puedan dispersarse en agua. Se

diferencian de los solventes emulsionables en el hecho de que forman emulsin

en la solucin de limpieza y no en la etapa de enjuague. Los solventes

basndose en hidrocarburos no son miscibles en agua.

Cuando se combinan con un agente tensoactivo compatible con el solvente

forman una emulsin lechosa que Indica la dispersin del solvente en el agua.

Cuando se utilizan como pre-desengrasantes en equipos por roco, el solvente

de la emulsin reduce la viscosidad de las suciedades aceitosas y grasosas que

puedan contener partculas.

4

La accin mecnica del roco y la accin qumica del agente tensoactivo

arrancan estas partculas slidas de la superficie del metal y las deja en suspensin en la etapa de enjuague.

Las superficies metlicas luego de la limpieza en los desengrasantes por

emulsin, tienen una fina pelcula aceitosa que brinda a la pieza una proteccin

contra la oxidacin. Por esta razn los desengrasantes por emulsin encuentran

su campo de aplicacin en la Iimpieza de piezas que entrarn luego en otro

proceso de fabricacin.

QUE SON LOS SOLVENTES DE DOS FASES?

Consisten en dos capas de lquidos no miscibles, una que tiene un solvente,

generalmente un hidrocarburo clorado y la otra capa de agua. La capa de agua

sirve como sello a la evaporacin del solvente y asiste a la limpieza

reemplazando la pelcula de solvente por otra miscible en agua. Este tipo de

desengrase se utiliza para eliminar depsitos carbonizados a quemados.

QUE SON LOS DETERGENTES ACIDOS?

Los detergentes cidos estn formulados para eliminar: escamas de tratamientos

trmicos, soldaduras, xidos, productos de corrosin y manchas de humedad.

El cido fosfrico es el ms usado para la limpieza y preparacin previa a la

pintura.

El cido sulfrico y clorhdrico para eliminar xidos y escamas de tratamiento

trmico. El cido cromico para aleaciones de zinc, aluminio y magnesio. El

cido ntrico solo o con cido fluorhdrico es usado para eliminar xidos de

aleaciones de aluminio. Estos dos cidos tambin se utilizan para eliminar

escamas de acero inoxidable. Otros cidos tales como glucofnico, sulfmico,

ctrico, oxalico y actico tienen aplicaciones especificas.

Estos cidos pueden combinarse con agentes tensoactivos para incrementar el

poder mojante y la detergencia, o con solventes para permitir la Iimpieza y

eliminacin de xidos en una sola etapa; y con inhibidores para prevenir el

ataque del metal base.

5

QUE SON LOS DETERGENTES ALCALINOS?

Los desengrasantes alcalinos combinan diversas sales alcalinas tales como

hidrxido de sodio, metasilicato, ortosilicato o trisilicato de sodio, carbonato de

sodio, tetraborato de sodio, fosfato trisodico, pirofosfato tetrasodico o

polifosfatos de sodio, junto con productos coloidales como jabones y agentes

tensoactivos. A diferencia de los solventes que disuelven los aceites, los

detergentes alcalinos los desplazan y suspenden o los emulsifican en la

solucin; tambin reaccionan con los aceites formando jabones solubles. Los

detergentes alcalinos son usados para eliminar aceites y el polvo que se adhiere

a la superficie.

No deben emplearse soluciones fuertemente alcalinas sobre aluminio o zinc; en

estos casos deben emplearse desengrasantes especialmente inhibidos que

eviten el ataque al metal. Los desengrasantes alcalinos son usados para la

limpieza electroltica antes de la electrodeposlcln.

FACTORES QUE DETERMINAN LA ELECCION DE DETERGENTES

1. Superficie a ser limpiada.

2. Suciedad a ser eliminada.

3. Grado de limpieza requerida.

4. Calidad del agua.

5. Costo total de limpieza.

6. Consideraciones de seguridad.

7. Tratamiento de aguas residuales.

8. Mtodo de aplicacin.

QUE SUPERFICIES SON LAS MS COMUNMENTE LIMPIADAS?

Aluminio, bronce, latn, cobre, metales galvanizados, vidrio, hierro, aleaciones

de plomo, magnesio, monel, plata, acero inoxidable, estao, titanio, zinc.

Los metales ferrosos, titanio y aleaciones de magnesio no son atacados por

soluciones fuertemente alcalinas.

6

Los metales no ferrosos tales como aleaciones de aluminio, cobre, plomo,

estao y zinc pueden ser atacados por soluciones alcalinas no inhibidas. A

menos que se desee un mordentado de la superficie ya sea par razones estticas

o de mayor adherencia del acabado posterior, deber elegirse un desengrase con

inhibidor adecuado a estos metales.

QUE SUCIEDADES DEBEN ELIMINARSE?

a) Residuos de los compuestos de rebabado. Pastas de pulido.

b) Aceites de corte.

c) Compuestos de maquilado.

d) Escamas de tratamientos trmicos.

e) Sales de tratamientos trmicos.

f) Pinturas, tintas.

g) Recubrimientos de fosfatos, con o sin aceite.

h) Aceites de estampado.

i) Productos de corrosin, xidos.

j) Aceites protectores de la corrosin.

k) Manchas.

l) Impresin de dedos.

GRADO DE LIMPIEZA REQUERIDO

No todas las operaciones requieren el mismo grado de limpieza; s las piezas

deben ser limpiadas entre procesos de fabricacin para permitir inspeccin, etc.,

son protegidas contra la corrosin con una ligera pelcula de aceite.

Si las superficies deben ser fosfatizadas, galvanizadas, pintadas, soldadas o

electrodepositadas, el grado de limpieza requerido es mayor para asegurar una

buena adherencia.

CALIDAD DEL SUMINISTRO DE AGUA

La dureza del agua es motivo de inconvenientes en la accin de la limpieza de los

desengrasantes alcalinos porque stos forman jabones insolubles de calcio y

magnesio con el agua dura. Este problema se puede evitar en las soluciones

desengrasantes por medio de agentes secuestrantes de sales de calcio y

magnesio.

Estos agentes secuestrantes no actan sobre el agua de enjuague, formndose

por lo tanto luego del enjuague el jabn insoluble, que despus de Ia inmersin

en agua cida, da lugar a la formacin de cidos orgnicos que cortan el agua

provocando a una mala adherencia de los depsitos. En estos casos habr que

proveer la instalacin de un ablandador de agua.

7

COSTO DE LA LIMPIEZA

F + S

-------- = C

( P - R )

donde:

C: costo unitario (por m2 o por pieza)

S: costo del producto desengrasante para llenar los baos ms el necesario

para un mantenimiento diario.

F: costo de los factores que hacen el costo operativo.

P: nmero de piezas o dm2, procesados.

R: nmero de rechazos que deben ser reprocesados.

El costo de reprocesamiento y desplaque es un factor adicional que debe ser

evaluado cuando se selecciona un producto desengrasante. Es Importante la

eleccin de un buen desengrasante, que elimine los rechazos.

SEGURIDAD

El producto desengrasante deber elegirse de tal manera que brinde los menores

riesgos de manipuleo posibles, es decir, evitar el aviso el uso de productos

altamente corrosivos, inflamables o que puedan producir peligros de explosin.

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

La eleccin del desengrasante debe ser tal, que no necesite de tratamientos

costosos al tener que descartar la solucin al desage.

MTODOS DE APLICACIN

Las soluciones de limpieza pueden aplicarse de las siguientes maneras:

1. A mano con esponjas o cepillos.

2. En cubas con o sin agitacin de mecnica, con o sin corriente elctrica, o

con agitacin ultrasnica.

3. Con equipos de roco.

4. En tambores (a granel)

5. Mediante el uso de pistolas rociadoras.

8

Si la aplicacin va a ser manual, el desengrasante deber ser suave de manera

tal que no ataque a la piel; adems no deber ser ni txico ni inflamable. Los

desengrasantes por inmersin sin agitacin requerirn altas concentraciones de

jabones o agentes emulsionantes. Los desengrasantes que estn agitados no

debern poseer agentes emulsionantes que forman mucha espuma, esto es

Importante tambin en los desengrasantes electrolticos y por roco.

CUALES SON LOS REQUERIMIENTOS DE UN BUEN DESENGRASE ALCALINO?

Un buen desengrase alcalino cumplir las siguientes funciones:

1. Saponifica las grasas.

2. Moja y emulsiona.

3. Deflocula.

4. Ablandador de agua.

5. Acta como regulador de pH.

6. Inhibe el ataque del metal.

SAPONIFICACIN

Consiste en una reaccin en la cual, soluciones fuertemente alcalinas tales como

soda custica, transforman grasas y aceites vegetales o animales en jabones

solubles en agua. Este proceso es muy usado para remover pinturas.

PODER MOJANTE Y EMULSIFICANTE

Los aceites y el agua no se mezclan, debido a la diferencia en las tensiones

superficiales. Para que el aceite y el agua se mezclen, se deben agregar agentes

tensoactivos tales como jabones, o agentes mojantes (detergentes sintticos).

Estos agentes tensoactivos disminuyen la tensin superficial, manteniendo de

esta manera las grasas y aceites en emulsin; adems de que permite que la

solucin moje a las grasas y aceites y las desprenda de la superficie.

DEFLOCULACIN

Se incorporan a los desengrasantes coloidales que tienen partculas cargadas

elctricamente, que atraen a las partculas de la suciedad que tambin estn

cargadas, permitiendo de esta manera la dispersin de las partculas de la

suciedad, en el seno de la solucin. Este fenmeno se conoce con el nombre de

defloculacin.

9

ABLANDAMIENTO DEL AGUA

Un buen desengrasante contendr productos qumicos que disminuyan la dureza

del agua provocada por las sales de calcio y magnesio. Estos productos son los

llamados agentes secuestrantes, los cuales acomplejan a iones de calcio y

magnesio, eliminando de esta manera la posibilidad, de la formacin de jabones

insolubles.

EFECTO DEL pH EN EL TIEMPO DE LIMPIEZA

El pH de una solucin indica si la solucin es cida o alcalina.

Mayores pH indican mayor alcalinidad y menores pH mayor acidez. El pH 7

corresponde a una solucin neutra.

Los jabones y agentes tensoactivos tienen un rango de pH en el cual la

detergente es ptima, lo cual se traduce en un mnimo tiempo de limpieza. Es por

ello que un buen desengrasante debe contener sales que acten de regulador de

pH, es decir, que mantengan a ste en el rango ptimo, an cuando haya

contaminacin del desengrase con productos cidos o alcalinos.

INHIBICIN

Los materiales ferrosos no precisan inhibicin, pues no son atacados por las

alcalinas: Pero cuando hay que desengrasar materiales no ferrosos que

contengan residuos del pulido, u otras suciedades que no se puedan eliminar

con solventes, hay que utilizar desengrasantes alcalinos con inhibidores que

impidan el ataque al metal no ferroso. Los inhibidores forman una fina pelcula

protectora sobre la superficie del metal a medida que eliminan la suciedad,

evitando el ataque o manchado de la pieza, debido a la gran alcalinidad. Dicha

pelcula protectora debe ser eliminada posteriormente para activar la pieza o ser

electrodepositada.

FACTORES QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO DE LAS SOLUCIONES

DESENGRASANTES

Cuando mayor es la concentracin, mayor es el efecto de limpieza, es decir

menores son los tiempos necesarios. Pero una alta concentracin aumenta los

costos de limpieza y adems hace ms difcil el enjuague. Se determina por

titulacin.

10

TEMPERATURA

Mayor temperatura disminuye los tiempos de limpieza necesarios.

Los desengrasantes cidos puedes usarse fros. Los desengrasantes alcalinos

se usan en general calientes, con temperaturas que van de 60 a 90C. Por cada

12C. de aumento de temperatura disminuye el tiempo necesario en un 50%. Las

condiciones que limitan las altas temperaturas son:

Metales sensibles a las temperaturas.

Secado del desengrase en la pieza antes de entrar al enjuague, lo cual puede dar

lugar a manchas.

Descomposicin de los ablandadores de agua.

CONTAMINACIN

La contaminacin de los desengrasantes, es debida a la misma suciedad que se

va eliminando de las piezas que quedan en la solucin en forma de partculas

slidas, que sedimentan en el fondo y grasas o aceites que permanecen en

solucin en forma de una emulsin.

No hay un procedimiento analtico para determinar la contaminacin del

desengrase ya que la titulacin solo da la acidez a alcalinidad total. Por lo tanto

la estimacin de la vida til del desengrase deber realizarse empricamente.

AGITACIN

La agitacin ya sea por aire o movimiento de la pieza reduce el tiempo de

limpieza.

TIEMPO

Se determina en funcin de todos los factores anteriormente mencionados.

ENJUAGUE

Es Importante realizar un buen enjuague para eliminar todo resto de pelcula

alcalina o cida que pueda quedar en la superficie. Un mal enjuague puede dar

lugar a una mala adherencia, o manchas en los depsitos posteriores.

11