Fluidos para metalurgia (MWF): solucionar los problemas de estabilidad

Los fluidos para metalurgia (MWF) son una familia de líquidos industriales que se utilizan para reducir la temperatura o lubricar las piezas metálicas durante el mecanizado. Los procesos de corte y trituración generan mucho calor y fricción, lo que puede dar lugar a efectos termomecánicos no deseados: quemaduras, deformación, humo, rugosidad en la superficie, deformación térmica, etc. Si una pieza se quema resultará inservible en su aplicación posterior, mientras que los gases y el humo suponen un riesgo para la salud respiratoria del personal. Las desventajas termomecánicas de la metalurgia convencional pueden representar problemas logísticos, de salud y seguridad si no se abordan.

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Formulación de diferentes tipos de fluidos para metalurgia (MWF)

Los MWF son fórmulas complejas con aceites minerales (petróleo) o aceites orgánicos y una serie de aditivos y estabilizantes, que pueden emulsionarse hasta en un 50 % de agua. Las tres clases principales de MWF son:

Aceites de primera refinación: conocidos también como aceites puros, que engloban los aceites animales, vegetales, minerales o marinos y se formulan sin dilución acuosa.
Aceites solubles: aceites minerales hidrotratados o altamente refinados al 30-85 % con emulsionantes y dilución acuosa.
MWF semisintéticos: aceites minerales al 5-30 % en una dilución acuosa al 30-50 %.

Las composiciones de las distintas clases de MWF son nominales, y se pueden introducir varios componentes durante la formulación para mejorar la funcionalidad y la estabilidad del producto. Estos incluyen, entre otros, agentes antivaho, antiespumantes, biocidas, inhibidores de la corrosión, dispersantes, estabilizantes, etc. Se pueden necesitar hasta 20 ingredientes diferentes para conseguir las propiedades finales deseadas del MWF, como una lubricidad óptima. En muchos casos también se requieren varios aditivos de la misma categoría. Esto puede dar lugar a un sinfín problemas de compatibilidad entre los fluidos de base y los aditivos, o incluso entre los propios aditivos.

Problemas con la estabilidad de los fluidos para metalurgia

Convencionalmente, los MWF emulsionados se preparan mezclando diferentes composiciones y evaluando de manera individual los efectos de los distintos aditivos. Aunque este método es útil para determinar el impacto de cada ingrediente en la funcionalidad y la estabilidad, es un proceso costoso y requiere mucho tiempo. Además, no ofrece información cuantitativa precisa sobre las interacciones multifactoriales entre los distintos ingredientes o fases del MWF en condiciones de uso o almacenamiento.

Los problemas de inestabilidad química y física en los MWF reducen el rendimiento y perjudican a la calidad del producto. Hay multitud de fenómenos desestabilizadores que pueden afectar a estos líquidos: eflorescencia, coalescencia de gotas de aceite, ruptura de la emulsión, espumación, separación de fases, etc. Si bien la composición de la emulsión y la afinidad de los componentes son los factores que subyacen a la desestabilización, las fuerzas externas también desempeñan un papel fundamental en la descomposición coloidal. La fuerza de bombeo acelera la mecánica de la inestabilidad, lo que significa que los productos se desestabilizarán rápidamente en condiciones reales de uso. Esta propiedad se relaciona directamente con la eficacia del MWF.

Normalmente, los fluidos para metalurgia se analizan para detectar la inestabilidad química o física dejando una muestra en un banco de ensayos durante un período prolongado (días, semanas, meses) y examinándola después para detectar cambios fisicoquímicos. Analizar la inestabilidad en condiciones reales de uso es más complejo. Antes se utilizaba la centrifugación y la agitación genérica para prever la inestabilidad mecánica, como las condiciones de bombeo de desestabilización. Ahora se han desarrollado métodos alternativos en los ensayos de inestabilidad para evaluar la estabilidad en reposo y satisfacer las exigencias en el desarrollo de MWF y el control de calidad.

Solucionar la inestabilidad de los fluidos para metalurgia

Las tecnologías actuales utilizadas para las pruebas de calidad (RMN) de los fluidos para el trabajo de metales (MWF) se basan en la medición de la distribución del tamaño de las gotas; ahora bien, pueden ser costosas, no aportar información directa sobre el envejecimiento y estar limitadas por el rango de tamaño de las gotas. Para obtener una verdadera medida de la estabilidad se requiere una solución analítica que ofrezca una medida directa de los fenómenos que se producen y sin depender de la agitación mecánica.

La tecnología Turbiscan es un gran paso adelante para la medición directa de la estabilidad que permite prescindir de métodos de ensayo como la determinación de sales por titulación o la conductividad iónica. Es el analizador de estabilidad de referencia, en el que se confía en todo el mundo para determinar la estabilidad de emulsiones y dispersiones en la etapa más temprana posible con una amplia gama de tamaños de gota disponibles. Esta tecnología basada en SMLS supervisa todos los fenómenos de inestabilidad en el transcurso del tiempo, ofreciendo clasificaciones del tamaño medio de las gotas y rankings globales de estabilidad con un método directo de medición, además de haber demostrado ser una solución útil para los ensayos de estabilidad y el análisis eficaz de los MWF.

Analizadores Turbiscan para ensayos de MWF

Microtrac suministra una amplia gama de analizadores TURBISCAN para el análisis de la estabilidad de dispersiones concentradas, incluidas emulsiones de aceite en agua para MWF. Estos analizadores ayudan a optimizar las formulaciones de nuevos productos y a evaluar los efectos de los aditivos en la estabilidad física de la emulsión, ofreciendo así a los formuladores una herramienta de I+D rentable para la mejora productiva y sensible del rendimiento de los fluidos para el trabajo de metales. El resultado: productos más seguros y eficientes que mejoran la eficiencia de la metalurgia, la seguridad de los trabajadores y la sostenibilidad.

Si necesita más información sobre la realización de ensayos de estabilidad en MWF con productos Turbiscan, simplemente póngase en contacto con un miembro del equipo hoy mismo.

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Referencias

Design of Experiment Reduces Development Time for High-Performing Metal-Cutting Fluids

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