Chorro de arena

El chorro de arena , también conocido como granallado abrasivo , es la operación de impulsar con fuerza un chorro de material abrasivo contra una superficie a alta presión para alisar una superficie rugosa, hacer áspera una superficie lisa, dar forma a una superficie o eliminar contaminantes de la superficie . Se utiliza un fluido presurizado, normalmente aire comprimido , o una rueda centrífuga para impulsar el material de granallado (a menudo llamado medio ). El primer proceso de granallado abrasivo fue patentado por Benjamin Chew Tilghman el 18 de octubre de 1870. ^{[1] [2]}

Existen varias variantes del proceso, que utilizan diversos medios; algunos son altamente abrasivos, mientras que otros son más suaves. Los más abrasivos son el granallado (con granalla metálica ) y el arenado (con arena ). Las variantes moderadamente abrasivas incluyen el granallado con perlas de vidrio (con perlas de vidrio) y el granallado con medios plásticos (PMB) con material plástico molido o cáscaras de nueces y mazorcas de maíz . Algunas de estas sustancias pueden causar un choque anafiláctico a las personas alérgicas a los medios. ^[3] Una versión suave es el granallado con soda (con bicarbonato de sodio ). Además, existen alternativas que son apenas abrasivas o no abrasivas, como el granallado con hielo y el granallado con hielo seco .

El chorro de arena también se conoce como chorro abrasivo, que es un término genérico para el proceso de alisar, dar forma y limpiar una superficie dura forzando partículas sólidas a través de esa superficie a altas velocidades; el efecto es similar al del uso de papel de lija , pero proporciona un acabado más uniforme sin problemas en las esquinas o grietas. El chorro de arena puede ocurrir de forma natural, generalmente como resultado de partículas arrastradas por el viento que causan erosión eólica , o artificialmente, utilizando aire comprimido . Benjamin Chew Tilghman patentó un proceso de chorro de arena artificial el 18 de octubre de 1870. ^{[1] [2]} Thomas Wesley Pangborn perfeccionó la idea y agregó aire comprimido en 1904. ^[4]

Los equipos de chorro de arena suelen constar de una cámara en la que se mezclan arena y aire. La mezcla pasa por una boquilla manual para dirigir las partículas hacia la superficie o la pieza de trabajo. Las boquillas vienen en una variedad de formas, tamaños y materiales. El carburo de boro es un material popular para las boquillas porque resiste bien el desgaste abrasivo.

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El chorro abrasivo húmedo utiliza agua como fluido que mueve los abrasivos. Las ventajas son que el agua atrapa el polvo producido y lubrica la superficie. El agua amortigua el impacto sobre la superficie, lo que reduce la eliminación de material en buen estado.

Uno de los pioneros originales del proceso de abrasión húmeda a finales de la década de 1940 fue Norman Ives Ashworth, quien descubrió las ventajas de utilizar un proceso húmedo como una alternativa sólida al granallado en seco. El proceso está disponible en todos los formatos convencionales, incluidos los gabinetes manuales, las cabinas de entrada, la maquinaria de producción automatizada y las unidades de granallado portátiles de pérdida total. Las ventajas incluyen la capacidad de utilizar medios extremadamente finos o gruesos con densidades que van desde el plástico hasta el acero y la capacidad de utilizar agua caliente y jabón para permitir el desengrasado y el granallado simultáneos. La reducción del polvo también hace que sea más seguro utilizar medios silíceos y desgastar superficies con amianto , radiactivas o venenosas.

Las velocidades de proceso generalmente no son tan rápidas como las del granallado seco convencional cuando se utilizan medios de granallado de tamaño y tipo equivalentes, en parte porque la presencia de agua entre los medios de granallado y el sustrato que se está procesando crea un colchón lubricante que puede proteger tanto la superficie como los medios de granallado, reduciendo las tasas de rotura. La menor impregnación del material de granallado en la superficie, la reducción del polvo y la eliminación de la adherencia estática pueden dar como resultado una superficie muy limpia.

El granallado húmedo del acero dulce dará lugar a una corrosión inmediata o "rápida" del sustrato de acero granallado debido a la presencia de agua. La falta de recontaminación de la superficie también permite el uso de un solo equipo para múltiples operaciones de granallado; por ejemplo,  los artículos de acero inoxidable y de acero dulce se pueden procesar en el mismo equipo con el mismo medio sin problemas.

Una variante del chorro húmedo es el chorro de vapor (o chorro de vapor en inglés británico). En este proceso se añade aire presurizado al agua en la boquilla, lo que produce una niebla a alta velocidad, llamada "vapor". Este proceso es incluso más suave que el chorro húmedo, ya que permite limpiar las superficies en contacto sin perder su capacidad de contacto.

El granallado es un proceso que consiste en eliminar los depósitos superficiales mediante la aplicación de perlas de vidrio finas a alta presión sin dañar la superficie. Se utiliza para limpiar los depósitos de calcio de las baldosas de la piscina o de cualquier otra superficie, eliminar hongos incrustados y aclarar el color de la lechada . También se utiliza en el trabajo de carrocería de automóviles para eliminar la pintura. Para eliminar la pintura de los trabajos de carrocería de automóviles, se prefiere el granallado al granallado con arena, ya que este último tiende a crear un perfil de superficie mayor que el granallado con perlas. El granallado con perlas se utiliza a menudo para crear un acabado superficial uniforme en piezas mecanizadas. ^[5] También se utiliza para limpiar muestras minerales, la mayoría de las cuales tienen una dureza de Mohs de 7 o menos y, por lo tanto, se dañarían con la arena.

En el granallado con rueda, una rueda giratoria propulsa el abrasivo contra un objeto. Normalmente se clasifica como una operación de granallado sin aire porque no se utiliza ningún propulsor (gas o líquido). Una máquina de rueda es una operación de granallado de alta potencia y alta eficiencia con abrasivo reciclable (normalmente granalla de acero o acero inoxidable, alambre cortado , granalla o pellets de tamaño similar). Las máquinas de granallado con rueda especializadas propulsan el abrasivo plástico en una cámara criogénica y normalmente se utilizan para desbarbar componentes de plástico y caucho . El tamaño de la máquina de granallado con rueda, y el número y la potencia de las ruedas varían considerablemente dependiendo de las piezas a granallar, así como del resultado y la eficiencia esperados. La primera rueda de granallado fue patentada por Wheelabrator en 1932. ^{[6] [7]} En China, la primera rueda de granallado se construyó alrededor de la década de 1950, ^[8] Qinggong Machinery es uno de los primeros fabricantes de ruedas de granallado. ^[9]

El granallado microabrasivo es un proceso de granallado abrasivo en seco que utiliza boquillas pequeñas (normalmente de 0,25 mm a 1,5 mm de diámetro) para aplicar un chorro fino de abrasivo con precisión a una pieza pequeña o a una zona pequeña de una pieza más grande. Por lo general, el área a granallar es de aproximadamente 1 mm2 ^a solo unos pocos cm2 ^como máximo. También conocido como granallado con lápiz, el chorro fino de abrasivo es lo suficientemente preciso como para escribir directamente sobre el vidrio y lo suficientemente delicado como para cortar un patrón en una cáscara de huevo . ^[10] Los tamaños de partículas de los medios abrasivos varían de 10 micrómetros hasta aproximadamente 150 micrómetros. A menudo se requieren presiones más altas.

Los sistemas de granallado microabrasivo más comunes son unidades comerciales montadas sobre banco que constan de una fuente de alimentación y un mezclador, una campana extractora, una boquilla y un suministro de gas. La boquilla puede ser portátil o puede montarse en un dispositivo para su funcionamiento automático. Tanto la boquilla como la pieza pueden moverse en el funcionamiento automático.

El granallado automatizado es simplemente la automatización del proceso de granallado abrasivo. El granallado automatizado es con frecuencia solo un paso en un procedimiento automatizado más grande, que generalmente implica otros tratamientos de superficie, como aplicaciones de preparación y revestimiento. A menudo es necesario tener cuidado para aislar la cámara de granallado de los componentes mecánicos que pueden estar sujetos a la contaminación por polvo .

En este tipo de limpieza con chorro de arena se utilizan aire y hielo seco . Los contaminantes de la superficie se desprenden por la fuerza de las partículas de dióxido de carbono congeladas que chocan a gran velocidad y por una ligera contracción debido a la congelación que altera las uniones de adhesión. El hielo seco se sublima y no deja residuos que limpiar aparte del material eliminado. El hielo seco es un material relativamente blando , por lo que es menos destructivo para el material subyacente que el chorro de arena.

A diferencia de otros métodos de granallado, el granallado con cerdas no requiere un medio de granallado independiente. La superficie se trata con una herramienta rotativa similar a un cepillo hecha de cerdas de alambre de acero con alto contenido de carbono ajustadas dinámicamente . El contacto repetido con las puntas de las cerdas afiladas y giratorias produce un impacto localizado, rebote y formación de cráteres, que al mismo tiempo limpia y engrosa la superficie.

El granallado al vacío es un método que genera muy poco polvo y derrames, ya que la herramienta de granallado realiza un granallado en seco y recoge simultáneamente el abrasivo usado y las partículas sueltas de la superficie a tratar. El consumo de abrasivo es relativamente bajo con este método, ya que el abrasivo usado se separa automáticamente del polvo y las partículas sueltas y se reutiliza varias veces.

Las letras y los grabados en la mayoría de los monumentos y marcadores de cementerios modernos se crean mediante chorro abrasivo.

El pulido con chorro de arena también se puede utilizar para producir letreros tridimensionales. Este tipo de letreros se considera un producto de mayor calidad en comparación con los letreros planos. Estos letreros a menudo incorporan una capa de pan de oro y, a veces, fondos de vidrio triturado, que se denominan esmaltes . Al lijar con chorro de arena los letreros de madera, se pueden ver las vetas de la madera y se realzan los anillos de crecimiento , y es una forma popular de darle a un letrero un aspecto tallado tradicional. El lijado con chorro de arena también se puede realizar sobre vidrio acrílico transparente y vidriado como parte de la fachada de una tienda o el diseño de interiores.

El chorro de arena se puede utilizar para renovar edificios o crear obras de arte ( vidrio tallado o esmerilado ). Las máscaras y los revestimientos modernos facilitan este proceso y producen resultados precisos.

Las técnicas de chorro de arena se utilizan para limpiar cascos de barcos , así como ladrillos, piedras y hormigón. El chorro de arena se utiliza para limpiar estructuras industriales y comerciales, pero rara vez se utiliza para piezas de trabajo no metálicas.

Los sistemas móviles de granallado en seco suelen estar accionados por un compresor de aire diésel. El compresor de aire proporciona un gran volumen de aire a alta presión a uno o varios "crisoles de granallado". Los crisoles de granallado son contenedores presurizados, similares a tanques, llenos de material abrasivo, que se utilizan para permitir que una cantidad ajustable de granallado ingrese a la línea de granallado principal. La cantidad de crisoles de granallado depende del volumen de aire que pueda proporcionar el compresor. Los sistemas de granallado completamente equipados a menudo se encuentran montados en semirremolques , lo que ofrece una gran movilidad y un fácil transporte de un sitio a otro. Otros son del tipo alimentado por tolva, lo que los hace livianos y más móviles.

Los sistemas de granallado portátiles utilizan un recipiente de presión soldado para superar la contrapresión de la boquilla, para almacenar y transferir medios abrasivos a una manguera de granallado conectada desde un diferencial de presión más alto, o utilizan una tolva no presurizada, que utiliza un proceso llamado inducción dual, que transporta medios abrasivos a una boquilla de granallado en tándem utilizando una bomba de chorro o eductor accionado por aire, en el que el abrasivo se impulsa a través de una boquilla de granallado mediante una manguera de aire separada conectada a la boquilla de granallado, lo que elimina el requisito de un recipiente de presión. ^[11]

Un gabinete de granallado es esencialmente un sistema de circuito cerrado que permite al operador granallar la pieza y reciclar el abrasivo. ^[12] Por lo general, consta de cuatro componentes: el contenedor (gabinete), el sistema de granallado abrasivo, el sistema de reciclado de abrasivo y la recolección de polvo. El operador granalla las piezas desde el exterior del gabinete colocando sus brazos en guantes sujetos a los orificios para guantes en el gabinete, mirando la pieza a través de una ventana de visualización, encendiendo y apagando el granallado usando un pedal o un pedal . Los gabinetes de granallado automatizados también se utilizan para procesar grandes cantidades del mismo componente y pueden incorporar múltiples boquillas de granallado y un sistema de transporte de piezas.

En una cabina de granallado se suelen utilizar tres sistemas: dos de ellos, el de sifón y el de presión, son secos y uno es húmedo:

• Un sistema de granallado por sifón (sistema de granallado por succión) utiliza aire comprimido para crear vacío en una cámara (conocida como pistola de granallado). La presión negativa atrae el abrasivo hacia la pistola de granallado, donde el aire comprimido dirige el abrasivo a través de una boquilla de granallado. La mezcla abrasiva viaja a través de una boquilla que dirige las partículas hacia la superficie o la pieza de trabajo. Las boquillas vienen en una variedad de formas, tamaños y materiales. El carburo de tungsteno es el material de revestimiento que se utiliza con más frecuencia para los abrasivos minerales. Las boquillas de carburo de silicio y carburo de boro son más resistentes al desgaste y se utilizan a menudo con abrasivos más duros, como el óxido de aluminio. Los sistemas de granallado abrasivo económicos y los gabinetes más pequeños utilizan boquillas de cerámica.
• En un sistema de chorro a presión, el abrasivo se almacena en un recipiente a presión y luego se sella. El recipiente se presuriza a la misma presión que la manguera de chorro unida a la parte inferior del recipiente a presión. El abrasivo se dosifica en la manguera de chorro y se transporta mediante el gas comprimido a través de la boquilla de chorro.
• Las cabinas de granallado húmedo utilizan un sistema que inyecta la suspensión abrasiva/líquida en una corriente de gas comprimido. El granallado húmedo se utiliza normalmente cuando el calor producido por la fricción en el granallado seco dañaría la pieza.

Una sala de granallado es una versión mucho más grande de una cabina de granallado. Los operadores de granallado trabajan dentro de la sala para raspar, alisar o limpiar las superficies de un artículo según las necesidades del producto terminado. Las salas de granallado y las instalaciones de granallado vienen en muchos tamaños, algunas de las cuales son lo suficientemente grandes como para acomodar objetos muy grandes o de formas únicas, como vagones de tren, vehículos comerciales y militares, equipos de construcción y aeronaves. ^[13]

Cada aplicación puede requerir el uso de muchos equipos diferentes, sin embargo, hay varios componentes clave que se pueden encontrar en una sala de granallado típica:

• Un recinto o sistema de contención, generalmente la habitación misma, diseñado para permanecer sellado para evitar que el medio explosivo escape.
• Un sistema de granallado; los sistemas de granallado con rueda y con aire se utilizan comúnmente
• Un crisol de granallado: un recipiente presurizado lleno de medios abrasivos para granallado ^[14]
• Un sistema de recolección de polvo que filtra el aire de la habitación y evita que escapen partículas.
• Un sistema de reciclaje de material o recuperación de medios para recolectar medios de granallado abrasivos para que puedan usarse nuevamente; estos pueden ser sistemas mecánicos o neumáticos automatizados instalados en el piso de la sala de granallado, o los medios de granallado pueden recolectarse manualmente barriendo o palando el material nuevamente dentro del recipiente de granallado.

Se pueden agregar equipos adicionales para mayor comodidad y facilidad de uso, como grúas aéreas para maniobrar la pieza de trabajo, unidades montadas en la pared con múltiples ejes que permiten al operador alcanzar todos los lados de la pieza de trabajo y materiales de amortiguación de sonido utilizados para reducir los niveles de ruido. ^[15]

A principios de la década de 1900, se suponía que los granos con bordes afilados proporcionaban el mejor rendimiento, pero luego se demostró que esto era incorrecto. ^[16]

Mineral

La arena de sílice se puede utilizar como un tipo de abrasivo mineral. Tiende a desintegrarse rápidamente, creando grandes cantidades de polvo, exponiendo al operador al posible desarrollo de silicosis , una enfermedad pulmonar debilitante . Para contrarrestar este peligro, la arena de sílice para granallado suele estar recubierta de resinas para controlar el polvo. El uso de sílice como abrasivo no está permitido en Alemania, Bélgica, Rusia, Suecia y el Reino Unido por este motivo. ^[17] La ​​sílice es un abrasivo común en países donde no está prohibido. ^[18]

Granate

El granate es más caro que la arena de sílice, pero si se utiliza correctamente, ofrecerá tasas de producción equivalentes y producirá menos polvo, sin riesgos de seguridad por inhalación del polvo. Sulfato de magnesio o kieserita .

Agrícola

Por lo general, se utilizan cáscaras de frutos secos o semillas de frutas trituradas. Estos abrasivos suaves se utilizan para evitar dañar el material subyacente, como al limpiar ladrillos o piedras, eliminar grafitis o eliminar revestimientos de placas de circuitos impresos que se están reparando.

Sintético

Esta categoría incluye almidón de maíz , almidón de trigo , bicarbonato de sodio y hielo seco . Estos abrasivos "suaves" también se utilizan para evitar dañar el material subyacente, como al limpiar ladrillos o piedras, eliminar grafitis o eliminar revestimientos de placas de circuitos impresos que se están reparando. El chorro de soda utiliza bicarbonato de sodio (bicarbonato de sodio), que es extremadamente friable y la microfragmentación en el impacto hace estallar los materiales de la superficie sin dañar el sustrato. Los abrasivos sintéticos adicionales incluyen subproductos del proceso (por ejemplo,  escoria de cobre , escoria de níquel y escoria  de carbón ), abrasivos diseñados (por ejemplo, óxido de aluminio , carburo de silicio o carborundo, perlas de vidrio, granalla/granalla de cerámica) y productos reciclados (por ejemplo, abrasivo plástico, granalla de vidrio).

Metálico

Granalla de acero, granalla de acero, granalla de acero inoxidable, alambre cortado, granalla de cobre, granalla de aluminio, granalla de zinc.

Muchos de los medios más gruesos que se utilizan en el granallado suelen generar energía en forma de chispas o luz al impactar. Los colores y el tamaño de las chispas o del resplandor varían significativamente: desde chispas intensas de color naranja brillante producidas por el granallado de acero hasta un resplandor azul tenue (a menudo invisible a la luz del sol o en áreas de trabajo muy iluminadas) producido por el abrasivo de granate.

Las operaciones de limpieza con chorro abrasivo pueden presentar riesgos para la salud y la seguridad de los trabajadores , específicamente en aplicaciones de chorro de aire portátil o sala de chorro (cabina). Existe una gran cantidad de polvo creado a través del chorro abrasivo del sustrato y el abrasivo. ^[18] Aunque muchos abrasivos utilizados en salas de chorro no son peligrosos en sí mismos (granalla y granalla de acero, hierro fundido, óxido de aluminio , granate, abrasivo plástico y perlas de vidrio), otros abrasivos (arena de sílice, escoria de cobre , escoria de níquel y estaurolita ) tienen diferentes grados de peligrosidad (típicamente sílice libre o metales pesados). Sin embargo, en todos los casos su uso puede presentar un peligro grave para los operadores, como quemaduras debido a proyecciones (con lesiones en la piel o los ojos ), caídas debido a caminar sobre granalla redonda esparcida en el suelo, exposición a polvos peligrosos, agotamiento por calor, creación de una atmósfera explosiva y exposición a ruido excesivo. Las salas de chorro de aire y el equipo de chorro portátil se han adaptado a estos peligros. La pulverización de pintura a base de plomo puede llenar el aire con partículas de plomo que pueden ser dañinas para el sistema nervioso. ^[19]

En los EE. UU., la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) exige soluciones de ingeniería para los posibles peligros; sin embargo, la arena de sílice sigue estando permitida, aunque los cascos para explosiones más utilizados no son lo suficientemente eficaces para proteger al operador de las explosiones si los niveles ambientales de polvo superan los límites permitidos. El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha aprobado los niveles adecuados de protección respiratoria para las operaciones de explosión en los Estados Unidos .

El equipo de seguridad típico para los operadores incluye:

• Capucha o casco de protección contra explosiones con presión positiva: la capucha o casco incluye un sistema de suspensión de cabeza que permite que el dispositivo se mueva con la cabeza del operador, una ventana de visualización con lente reemplazable o protección de lente y una manguera de alimentación de aire.
• Suministro de aire de grado D (o bomba de aire autónoma sin aceite): la manguera de alimentación de aire generalmente está conectada a un suministro de aire presurizado de grado D. La OSHA exige el uso de aire de grado D para proteger al trabajador de gases peligrosos. Incluye un regulador de presión, filtración de aire y un monitor/alarma de monóxido de carbono. Un método alternativo es una bomba de aire autónoma sin aceite para suministrar aire presurizado a la campana/casco de protección contra explosiones. Una bomba de aire sin aceite no requiere un filtro de aire ni un monitor/alarma de monóxido de carbono, porque el aire presurizado proviene de una fuente que no puede generar monóxido de carbono .
• Protección auditiva: orejeras o tapones para los oídos
• Protección corporal: la protección corporal varía según la aplicación, pero generalmente consiste en guantes y monos o una chaqueta de cuero y polainas. Los profesionales usarían un traje de protección contra explosiones de lona o cordura (a menos que realicen operaciones de limpieza con abrasivos de acero, en cuyo caso usarían un traje de cuero).

En el pasado, cuando el pulido con chorro de arena se realizaba al aire libre, el trabajador estaba expuesto al riesgo de sufrir lesiones por el material que salía despedidos y a sufrir daños pulmonares por inhalar el polvo. El polvo de sílice producido en el proceso de pulido con chorro de arena causaba silicosis tras una inhalación prolongada del polvo. En 1918, se construyó el primer recinto para pulido con chorro de arena, que protegía al trabajador con una pantalla de visualización, giraba alrededor de la pieza de trabajo y utilizaba un extractor de aire para alejar el polvo de la cara del trabajador. ^[20] La silicosis sigue siendo un riesgo cuando el operador no está completamente aislado del aparato de pulido con chorro de arena. ^[18]

El chorro de arena también puede presentar riesgos secundarios, como caídas desde andamios o confinamiento en un espacio pequeño. ^[18] La intoxicación por monóxido de carbono es otro riesgo potencial, derivado del uso de pequeños motores a gasolina en el chorro abrasivo. ^[21]

Actualmente, varios países y territorios regulan el pulido con chorro de arena de tal manera que solo se pueda realizar en un entorno controlado utilizando ventilación, ropa protectora y suministro de aire respirable.

Muchos consumidores están dispuestos a pagar más por unos vaqueros que parezcan usados. Para dar a los tejidos el aspecto desgastado adecuado se utiliza el chorro de arena. El chorro de arena tiene el riesgo de provocar silicosis a los trabajadores y, en Turquía , más de 5.000 trabajadores de la industria textil padecen silicosis y se sabe que 46 personas han muerto por esta causa. Se ha demostrado que la silicosis es muy común entre los antiguos trabajadores de la limpieza con chorro de arena de vaqueros en Turquía en 2007. ^[22] Un estudio de 2015 confirmó que la silicosis es casi inevitable entre los antiguos trabajadores de la limpieza con chorro de arena. ^{[23] El Centro de Comercio Justo de} Suecia realizó una encuesta entre 17 empresas textiles que mostró que muy pocas eran conscientes de los peligros que provoca el pulido manual de vaqueros con chorro de arena. Varias empresas dijeron que abolirían esta técnica de su propia producción. ^[24]

En 2013, una investigación afirmó que en China algunas fábricas que producen jeans de aspecto desgastado están involucradas en diversos incumplimientos de las normas de salud y seguridad. ^[25]

• Abrasión (mecánica)
• Mecanizado abrasivo
• Abrasión por aire
• Tratamiento de impacto de alta frecuencia
• Ablación láser , para la ablación de superficies mediante chorro de láser en lugar de la ablación de superficies con medio abrasivo.
• Granallado

• Guía de referencia de procesos de fabricación , 1.ª edición, por Robert H. Todd, Dell K. Allen y Leo Alting
• Manual de ingenieros de fabricación y herramientas, vol. 1: mecanizado , cuarta edición, 1983. Sociedad de ingenieros de fabricación

• Medios relacionados con Sandblasting en Wikimedia Commons