Corte con chorro de agua
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El corte con chorro de agua: consiste en un delgado pero potente chorro de agua combinado o no con un resistente abrasivo, el cual impacta el material a altísima velocidad, provocando un fenómeno de micro-erosión y de esta forma se logra el corte.
Sumario
Descripción del proceso
En general, este método trabaja forzando un cierto caudal de agua altamente presurizado a través de un orificio de un diámetro muy pequeño (tobera), formando de esta forma un delgado chorro de altísima velocidad. Este chorro impacta el material con una gran fuerza en un área muy reducida, lo que provoca pequeñas grietas que con la persistencia del impacto del chorro “erosiona” el material, por lo que se habla de “micro-erosión”.
Existen dos sistemas que emplean el principio antes descrito, el que emplea sólo agua y que es empleado para cortar todo tipo de materiales blandos, como por ejemplo: madera, alimentos, plásticos, etc. Y el otro sistema de similares características pero que sólo difiere en el ingreso de un abrasivo al chorro, para permitir el corte de materiales duros como: aceros, titanio, aleaciones, etc.
Para obtener un chorro fino de agua se utiliza una pequeña abertura de boquilla con diámetro de 0.1 a 0.4 mm. Para proporcionar al chorro una energía suficiente para poder cortar, se usan presiones hasta de 400 MPa y el chorro alcanza velocidades hasta de 900 m/s. Una bomba hidráulica presuriza el fluído al nivel deseado. La unidad de boquilla consiste en un soporte hecho de acero inoxidable y una boquilla de zafiro, rubí o diamante. El diamante dura más, pero es el más costoso
La distancia de separación es la distancia entre la boquilla y la superficie de trabajo. En general, se prefiere que esta distancia sea mínima para reducir la dispersión de la corriente del fluido antes de que golpee la superficie. Una distancia de separación normal es de 1/8 de In. (3.2 mm). El tamaño del orificio de la boquilla afecta la precisión del corte; las aberturas más pequeñas se usan para cortes más finos sobre materiales más delgados. Para cortar materia prima más gruesa se requieren corrientes de chorro más densas y mayores presiones.
La velocidad de avance del corte se refiere a la velocidad a la que se mueve la boquilla a lo largo de la trayectoria de corte. La velocidad de avance típica varía desde 12 in/min (5mm/seg) hasta 1200 in/min (500mm/seg), dependiendo del material de trabajo y su grosor. Por lo general, el WJC se hace en forma automática usando un control numérico computarizado o robots industriales para manipulación de la unidad de boquilla a lo largo de la trayectoria deseada.
Cuando se para el corte de metales deben agregarse partículas abrasivas a la corriente a chorro para facilitar el corte. Por tanto este proceso se denomina corte con chorro de agua abrasiva. Entre los materiales abrasivos comunes están el óxido de aluminio, el dióxido de silicio y el granate (un mineral de silicato); los tamaños del esmeril varían entre 60 y 120. Las partículas abrasivas se agregan a la corriente de agua a aproximadamente 0.5 lb/min (.23 Kg/min) después de que salen de la boquilla.
Ventajas y desventajas
Ventajas
Algunas de las principales ventajas de este método por sobre los métodos convencionales son:
- Corte frío (no existe calor que pueda afectar al material).
- Es multi-direccional (puede cortar en cualquier dirección).
- Perfora la mayoría de los materiales en el corte (sin necesidad de hacerlo previamente).
- No existe agrietamiento, ambientalmente amistosos.
- No existen: gases peligrosos, humos, radiaciones UV.
- Ahorro de material por ancho de corte reducido.
Desventajas
Las principales desventajas de este método, radican en que en algunos casos de materiales de grandes espesores y de gran dureza, el tiempo requerido para ser cortado puede ser muy largo y elevar en gran medida sus costos. Además en grandes espesores la forma vertical “ideal” del corte tiende a distorsionarse, incrementado en ocasiones por una incorrecta velocidad de corte.
Equipamiento
Máquinas de corte
Existe actualmente una gran variedad de equipos en el mercado, que permiten realizar gran cantidad de trabajos. Equipos de tamaños pequeños para realizar trabajos muy precisos y delicados, equipos de tamaños medios para pequeñas industrias y grandes equipos para satisfacer grandes demandas de trabajo.
En lo que respecta a los costos, el valor comercial aproximado varía normalmente entre US$90.000 a US$200.000 (según el tamaño y capacidades) y unas cuantas veces más si se trata de equipos robotizados.
El futuro de este método se espera bastante auspicioso, ya que existen a nivel mundial una gran y creciente cantidad de centros de investigación y desarrollo de esta tecnología, los que han alcanzado logros importantes sólo en las últimas décadas, provocando que cada vez más compañías la integren dentro de sus procesos.
Generadores de presión
Existen dos sistemas principales para generar la presión necesaria, las bombas de émbolos y el llamado intensificador de presión. Las primeras poseen generalmente tres émbolos conectados a un cigüeñal e impulsado por un motor eléctrico. Pueden llegar a generar presiones bajas y medias (hasta 344 Mpa en últimos diseños) sin problemas. La principal ventaja de estas bombas es que es muy eficiente en las presiones mencionadas y su principal desventaja es que sobre estas presiones se torna insegura y produce importante variabilidad en el caudal de entrega.
El “intensificador de presión” consiste principalmente en un cilindro con diferencia de diámetros y un pistón con igual diferencia. La sección del pistón con mayor diámetro es impulsado por un fluido hidráulico, produciendo una presión mucho mayor sobre el agua debido a la diferencia de diámetros (en una relación sección pistón-aumento de presión de 1:10 a 1:25). Las presiones normales que pueden generar son por sobre los 400Mpa y se a llegado a los 690Mpa en algunos equipos modernos.
Su principal ventaja radica en la alta presión que puede generar y que puede alimentar a varios inyectores simultáneamente, y en contra, su baja eficiencia debido al sistema hidráulico que posee, ya que pierde potencia por el calor que necesita disipar mediante un sistema intercambiador, además de necesitar un acumulador de presión debido a su gran variabilidad de entrega.
Abrasivos
En general los abrasivos que se emplean o que dan buenos resultados en el corte deben poseer las siguientes características:
- Buena estructura.
- Dureza adecuada.
- Buen comportamiento mecánico.
- Grano de forma y distribución adecuadas.
Para cortar materiales, como acero por ejemplo, son adecuados abrasivos con granos duros y de formas afiladas y para materiales como aluminio son preferibles los de granos más blandos y no de gran calidad, lo que lo hace más económico.
Tipos de abrasivos
- Granate.
- Oxido de Aluminio.
- Olivino.
- Arena Silica.
El Granate tipo “Almandino” el que presenta características más estables y que permite ser empleado sobre gran cantidad de materiales, por lo que es el más popular a nivel mundial.
Introducción del Abrasivo
Una vez que el chorro de agua pasa por la tobera, su velocidad se incrementa de gran manera, entrando luego a una zona de un diámetro bastante mayor o zona de mezcla. Debido a la altísima velocidad con que ingresa a esta zona, se produce un fenómeno llamado “depresión” o “efecto Venturi”, el que es aprovechado para succionar las partículas de abrasivo y agregarlas al chorro.
Normalmente la alimentación del abrasivo hacia el inyector se realiza por medio de un pequeño recipiente cercano a este y que a su vez es surtido neumáticamente desde un recipiente de mayor tamaño. También existen otros sistemas, como por ejemplo: el que parte del agua de alta presión es desviada hacia un estanque donde se mezcla con el abrasivo y es conducida al inyector, o bien otro sistema el cual el agua y el abrasivo, previamente mezclados, son impulsados al inyector por una membrana accionada por parte del fluido hidráulico que impulsa al intensificador de presión y conducido al inyector para la descarga.
Enlaces externos
- http://www.videos-star.com/watch.php?video=eSukJpH-4Qo&feature=related
- http://www.videos-star.com/watch.php?video=_FIsrYzyvlg&feature=related
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- http://www.videos-star.com/watch.php?video=zY4w2lh1Rto
