A algunos os habrá sorprendido el título de este artículo. ¿Qué influencia puede tener el correcto lijado de una superficie en la transmisión de enfermedades? La respuesta está en la rugosidad: una superficie más o menos rugosa influirá decisivamente en la acumulación de gérmenes que transmiten enfermedades. Por ello, un correcto proceso de lijado permitirá obtener buenos valores de rugosidad, facilitará la higiene y por lo tanto reducirá el riesgo de transmisión de virus o bacterias que se contagian por contacto. Hay muchas formas de medir la rugosidad: ¿Cuál es la mejor?
Existen microorganismos que se propagan al entrar en contacto con la boca, nariz y/u ojos. Una forma muy habitual de transmisión es tocar algún objeto que ha tocado alguien portador de la enfermedad, o sobre el cual se haya podido depositar sus gotitas respiratorias.
Hasta aquí nos lo sabemos todos, pero ¿Cómo puede la rugosidad ayudar a combatirlo?
¿Qué es la rugosidad superficial?
Son una serie de parámetros que, en perfilometría simple 2D, tienen en común la letra “R”. Determinan la orografía de valles y picos que tiene una superficie de acero inoxidable. Se miden con unos dispositivos de gran precisión llamados rugosímetros.
Aunque hay muchos parámetros “R”, veamos los que más se emplean en la industria:
Ra: La más empleada. Mide la desviación media respecto a la línea intermedia entre los valles y los picos, dentro de la longitud medida.
Rz: Mide la altura máxima del perfil en el tramo analizado. Dicho de otro modo, la altura entre el valle más profundo y el pico más alto. Puesto que Ra sería una media, este otro parámetro se usa para complementarlo y detectar picos o valles que se escapan de la media.
¿Qué tiene que ver Rugosidad con las enfermedades?
La rugosidad y la salud son viejos conocidos. Sobre cada superficie se depositan las bacterias y los virus procedentes del contacto con las manos o las emisiones al respirar o estornudar.
El acero inoxidable ha sido siempre el material de uso más extendido en las industrias médica, farmacéutica y alimentaria, debido a dos factores:
Mínima adherencia de microorganismos.
Facilidad para la limpieza y ausencia de corrosión si ésta se hace correctamente.
Muchos estudios indican que los gérmenes pueden persistir en superficies como el acero inoxidable varios días. No obstante, la mayor tasa de supervivencia se produce en las primeras horas.
El gran enemigo de estos pequeños organismos es la limpieza. Los productos de higiene se llevan a los virus y las bacterias por delante, pero las superficies con alta rugosidad permiten que se mantengan sobre ellas, incluso después de haber aplicado productos desinfectantes y limpiarlos con trapos o bayetas.
Veamos su efecto:
Por ello, las industrias citadas anteriormente siempre han tenido mayores exigencias en sus requerimientos de rugosidad cuando adquirían sus equipos.
Ahora, con la extensión y peligrosidad que nos han mostrado algunos virus como el coronavirus COVID-19, no serán las únicas en exigir que estos parámetros mejoren.
Otras industrias también valorarán la rugosidad por encima del acabado visual. Las empresas que procesan este material deberán adecuar estos procesos para responder a estas exigencias.
Si la secuencia de granos abrasivos empleados en el lijado de superficies con alta exigencia higiénica no es adecuada, nos podemos encontrar con estos huecos que permitirán la acumulación de microorganismos y dificultarán su eliminación.
Los hechos recientes nos han mostrado la importancia de la higiene para evitar contagios de todo tipo de enfermedades.
La decoloración térmica del acero inoxidable es un gran problema a evitar en los procesos de transformación que realizamos hoy en día con este material utilizado tan ampliamente en la industria.
Desde hace más de 10.000 años, el hombre ha estado adaptando los metales a sus necesidades con la ayuda del calor. Fundición, forja, temple, recocido…ninguno de los objetos metálicos que nos rodea podría existir sin haber pasado por un proceso en el que la temperatura haya facilitado su transformación, ya sea estructural, química o morfológica.
Si hay un factor en el universo que sea determinante para cambiar el estado de la materia… no es otro que la temperatura.
Desde la edad del hierro hasta nuestros días, el color del metal ha sido un indicador muy preciso del temple (ablandamiento) del material. En el oficio de herrero, por ejemplo, reconocer y jugar con este factor era la clave fundamental de un buen artesano, puesto que las propiedades del metal pueden cambiar de forma trascendental en función de su tratamiento térmico y hacer que la pieza resultante sea excelente… o inutilizable.
Asimismo, con cualquier proceso donde se exponga un metal a altas temperaturas, ya sea en la soldadura, el corte, el mecanizado o el lijado, las propiedades del material trabajado pueden igualmente verse comprometidas, obteniendo resultados indeseados.
El acero inoxidable y la temperatura
Hemos visto la afectación que puede tener la temperatura en los metales; si ahora añadimos una importante variable que nos indique la facilidad con la que el calor pasa a través de un material y nos concentramos en el acero inoxidable, cuya conductividad térmica es muy reducida (gráfico), obtendremos como resultado un delicado combinado que, como mínimo, nos invite a pensar que exponer un acero inoxidable a procesos con un elevado aporte térmico puede darnos algún que otro dolor de cabeza.
La zona de afectación térmica (HAZ)
Cuando aplicamos un tratamiento térmico a una pieza, de manera homogénea, podemos modificar sus características de forma global, puesto que la estructura interna se acomoda a su entorno en unas condiciones uniformes. Sin embargo, al aplicar el calor en un área localizada, la escasa conductividad térmica de este material provocará una enorme diferencia de estado entre la zona afectada y sus alrededores, generando grandes esfuerzos de tensión y estrés que provocarán una degradación química y estructural. Esta zona se denomina “Zona de Afectación Térmica” o HAZ (Heat-Affected Zone)
Especialmente en las operaciones de corte por fusión y soldadura, esta zona se puede reconocer fácilmente por una serie de franjas de colores brillantes. Los colores, causados por la oxidación de la superficie, son un indicador aproximado de la temperatura que ha alcanzado el metal, y aunque en algunos casos pueden resultar atractivos, comprometen especialmente la resistencia a la corrosión del acero inoxidable.
Cuanto más oscuro es el color, más espeso es el nivel de oxidación que ha afectado al metal y menor será su resistencia a la corrosión.
En la siguiente tabla podemos ver una aproximación de los colores de oxidación que se forman en el acero inoxidable Tipo 1.4301 (AISI 304) con la temperatura, puesto que el acero inoxidable se oxida:
Este espectro de colores, también denominados “tinte térmico”, se producen en función de varios factores:
Contenido de cromo en la aleación. El Cromo es el principal responsable de la resistencia del material a la oxidación, y mientras mayor sea su concentración, menor va a ser su susceptibilidad para oxidarse, generando coloraciones menos intensas y resistiendo mayores tiempos de exposición.
Nivel de oxígeno. No hay oxidación sin Oxígeno, así que cuanto menor sea su concentración en la atmósfera existente durante el proceso de corte, soldadura o mecanizado, menor va a ser la oxidación.
Rugosidad superficial. Una superficie rugosa, con zonas irregulares, heterogéneas, presentará una dificultad añadida a la disipación térmica, acentuando el efecto de oxidación y originando colores más oscuros.
Contaminantes superficiales. Sustancias como pintura, lubricantes, óxido, o cualquier elemento de suciedad en la superficie, aunque no afectarán la extensión de la Zona de influencia Térmica, pueden potenciar la oxidación y acentuar la coloración térmica.
¿Cómo prevenir la aparición de la decoloración en los procesos de transformación del acero inoxidable?
Una vez analizadas las causas de la decoloración, podemos asumir que, para evitarla, lo más eficaz será mantener la temperatura a raya; así que intentaremos escoger o adecuar los procesos de transformación para que tengan la menor incidencia posible en el calentamiento de la pieza:
Procesos de corte
Las tecnologías de corte se dividen en aquellas que utilizan métodos mecánicos por abrasión:
El punzonado o el chorro de agua, que no tiene un aporte térmico y por lo tanto no provocará decoloración alguna
Las que emplean métodos térmicos, como, plasma, láser u oxicorte:
El corte por láser genera la zona de influencia térmica (HAF) más pequeña entre todas las técnicas de corte térmico porque aplica calor en un área muy pequeña, aunque está limitado a espesores de hasta 30mm.
El corte por plasma, adecuado para chapa gruesa, genera una HAF intermedia porque el pulso de plasma es más ancho que el láser.
El oxicorte genera la HAF más amplia de todos los sistemas de corte térmico debido al calor intenso, la velocidad lenta y las llamas anchas siendo específicamente inadecuado para el acero inoxidable, precisamente por su aporte de oxígeno, que provocará una oxidación inmediata, crítica en este material.
Procesos de soldadura
Los aceros inoxidables pueden soldarse empleando la mayoría de los procesos comerciales de soldadura con alguna excepción, que al igual que en el caso del oxicorte, se debe precisamente a la combinación de un excesivo aporte térmico y la presencia de oxígeno, que arruinarían el material.
Los procesos más populares de soldadura son:
La soldadura manual con electrodo revestido (SMAW)
El proceso TIG
El proceso MIG
Aunque existen otros muchos procesos y variantes que pueden ser adecuados, la afectación térmica de cada uno dependerá de muchos parámetros y requeriría un estudio en profundidad, aunque de forma general, podemos deducir que con cualquiera de ellos, el tiempo de exposición térmica será clave en el resultado, por lo que deberemos encontrar la máxima velocidad de avance que pueda garantizarnos una soldadura eficaz.
Procesos de arranque de viruta: Mecanizado, lijado y pulido
En los tratamientos mecánicos, la aportación térmica se producirá principalmente como resultado de la fricción, por lo que nuestros esfuerzos deben centrarse en reducirla, utilizando las herramientas adecuadas que nos ofrezcan un corte rápido y eficaz, de forma que las operaciones puedan realizarse en el menor tiempo posible.
El uso de refrigeranteslíquidos, como agua, taladrinas, o aceites de corte, reducirá la temperatura en la pieza, sin embargo, este efecto es el resultado de un descenso en la fricción, y la herramienta de corte puede perder eficacia si introducimos una capa entre esta y la pieza, que podrá mermar su capacidad de penetración, requiriendo mayor tiempo para realizar el trabajo y acumulando, al final, una mayor temperatura. El uso inapropiado de un refrigerante ya sea por el producto en sí, por la cantidad, o por la forma de aplicarlo, puede ser perjudicial para el proceso. Debemos asegurarnos entonces si un elemento refrigerante es realmente necesario y si es así, seleccionar el más apropiado.
En el caso de procesos de lijado o esmerilado con abrasivos sobre soporte flexible, es muy importante asegurarse de que el soporte seleccionado permite el trabajo en medios húmedos, ya que no todos ellos lo permiten. De lo contrario podemos encontrarnos con que estos se elongan e incluso se degradan. En cambio, el uso de bandas de lija o discos abrasivos con el soporte adecuado, permiten el trabajo en húmedo sin ningún problema.
Dentro de esta familia de abrasivos flexibles, es posible el uso de productos que incorporan capas refrigerantes. Se trata de aditivos que actúan refrigerando localmente la zona donde los granos abrasivos inciden sobre las piezas y reducen la temperatura para limitar la aparición de decoloraciones.
La selección adecuada del grano es muy relevante: un grano que no tenga la capacidad de arrancar bien la viruta de la pieza, tendrá una mayor fricción y por lo tanto tenderá a elevar la temperatura en el área de trabajo. Por ello, la selección de la tecnología de grano es clave.
La velocidad de corte es un factor muy importante en un proceso mecánico, mientras mayor sea ésta, más rápido (generalmente) vamos a realizar el trabajo y mejor calidad de superficie obtendremos. Obviamente, la carga térmica también aumentará más rápidamente. Debemos encontrar la velocidad adecuada, que nos aporte suficiente rapidez en el trabajo sin llegar a provocar una carga térmica crítica.
Existen diversas tablas donde podemos encontrar las velocidades de trabajo adecuadas a cada proceso y material, sin embargo, la variable trascendental que condiciona estos valores es la temperatura; así que, si aumentando la velocidad de corte en nuestro proceso, conseguimos una reducción proporcional en el tiempo de exposición, la carga térmica total será siempre menor.
La velocidad de avance en un proceso mecánico nos definirá el tiempo que se requiere para realizar el recorrido necesario sobre la pieza. En definitiva, el tiempo de exposición.
Al contrario de la velocidad de corte, mientras mayor sea la velocidad de avance, menor será la carga térmica, debido a un menor tiempo de exposición y por consiguiente, la temperatura acumulada por la pieza. Sin embargo, en este caso, tanto la extracción de material acumulada como el acabado superficial empeorarán con un aumento en la velocidad de avance.
Debemos encontrar la forma de realizar la tarea en el menor tiempo posible, esto es, con la mayor velocidad de avance posible, pero comprobando que se elimina la cantidad necesaria de material y el acabado superficial es correcto.
¿Cómo eliminar decoloraciones en acero una vez se han producido?
Como hemos visto, las decoloraciones o tinte térmico son un indicador de una oxidación en la capa superficial del acero, donde la resistencia a la corrosión quedará comprometida. Si en nuestro proceso de transformación no hemos podido impedir la decoloración, debemos proceder a su eliminación, lijando hasta exponer la capa subyacente y reactivarel proceso de pasivación natural del acero inoxidable.
Dependiendo del color (espesor de la capa oxidada) deberemos profundizar mas o menos para eliminar-la por completo. Para ello se recomienda utilizar un disco abrasivo de grano cerámico con refrigerante incorporado, que le garantizará un corte frio y un trabajo rápido, de forma que no se vuelva a crear una zona de afectación térmica.
El acero inoxidable es un material atractivo para proyectos de construcción debido a su longevidad, resistencia a la corrosión, propiedades higiénicas y la disminución que ha sufrido su precio. Ello ha comportado un gran incremento en sus usos para construir edificios emblemáticos como hospitales, empresas, museos, escuelas, aeropuertos, casas y centros comerciales, con lo que la demanda de este metal no deja de crecer.
Aparte de las propiedades que en ambientes con un cierto nivel de humedad ambiental convierte al acero inoxidable en prácticamente imprescindible, como son las zonas costeras, sus propiedades estéticas y de durabilidad, con menores necesidades de mantenimiento, han hecho que su aplicación se haya extendido tremendamente.
Cómo afecta la arquitectura y el acero inoxidable al mundo de los abrasivos
La relación entre el uso de acero inoxidable en la construcción y la aplicación de los abrasivosno puede ser más directa. Desde el producto base sin acabado específico que sale de las acerías hasta el que vemos en las mencionadas construcciones, es necesario tratar el acero inoxidable en distintas fases. Es preciso dar un aspecto visual a las chapas o tubos que se emplearán, ya sea el pulido espejo, el satinado o el esmerilado, según especifique el diseño del arquitecto.
Para obtener cualquiera de dichos acabados, es preciso el uso de distintos tipos de abrasivo y un uso correcto influirá decisivamente en las propiedades inoxidables de este metal. Un proceso de esmerilado incorrecto puede conducir a que el metal no quede bien pasivado y aparezcan señales de corrosión prematura.
Un correcto almacenamiento y protección de los elementos tras estos procesos también es crítico, dado que la capa protectora que se obtiene en la superficie de esta familia de metales durante el proceso natural de pasivación, podría no haberse creado correctamente si no se dan ciertas condiciones, por esto es importante corregir defectos en el acero inoxidable.
Otro uso tradicional de abrasivos se da en la preparación de las piezas que deberán ser unidas, como retoques dimensionales, rectificado de extremos de piezas (por ejemplo abocardado de tubos), achaflanado previo a soldeo, etc.
Para su montaje y fijación, pueden entrar en juego procesos de soldadura, también decisivos para evitar que aparezcan defectos en las zonas soldadas y su entorno.
Ello es especialmente relevante cuando este proceso tiene lugar en el punto de destino o montaje de los elementos, donde la atmósfera suele tener mayores niveles de humedad.
Las aplicaciones de abrasivos en aceros inoxidables son uno de los mayores campos de especialización en VSM.
Nuestros amplios conocimientos técnicos en esta área, apoyados nuestra continua investigación y desarrollo nos permite mantener una posición de liderazgo en este sector.
Permiten cubrir la mayor parte de necesidades de nuestros clientes. Desde las capacidades para desbastar de nuestras familias VSM Actirox y VSM Ceramics, hasta los niveles de acabado más exigente, tanto el esmerilado o pre-pulido de VSM Compact Grain o VSM Ilumeron, como el satinado de VSM Surface Conditioning.
En nuestro apartado aplicaciones de abrasivos puedes obtener más información sobre nuestros productos y sus aplicaciones. En nuestro blog podrás aprender más sobre abrasivos, como el artículo en el que te contamos cómo satinar acero inoxidable.
El uso de refrigerantes líquidos, como agua, taladrinas, o aceites de corte, reducirá la temperatura en la pieza, sin embargo, este efecto es el resultado de un descenso en la fricción, y la herramienta de corte puede perder eficacia si introducimos una capa entre esta y la pieza, que podrá mermar su capacidad de penetración, requiriendo mayor tiempo para realizar el trabajo y acumulando, al final, una mayor temperatura. El uso inapropiado de un refrigerante ya sea por el producto en sí, por la cantidad, o por la forma de aplicarlo, puede ser perjudicial para el proceso. Debemos asegurarnos entonces si un elemento refrigerante es realmente necesario y si es así, seleccionar el más apropiado.
