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  • QFB Karenn García Núñez

LIMPIEZA CONTROLADA MIDIENDO LA CONCENTRACIÓN DE TENSOACTIVO

#surfactant #cleaning #pretreatment

La fiabilidad de un proceso de pretratamiento es la base para una alta calidad en los productos en la producción de partes metálicas con requerimientos especiales de revestimiento.

El proceso de limpieza es un paso esencial entre el acabado final de la pieza, seguido por el tratamiento de la superficie y el revestimiento, respectivamente. Una limpieza deficiente de las piezas puede causar defectos en la calidad de la superficie de los productos llevando a altos costos debido a daños consecuentes.

Los procesos de limpieza industrial y acuosos de partes metálicas consisten en procedimientos de limpieza y enjuague en varios baños (Fig. 1). Primero, los baños de limpieza remueven la contaminación de la superficie del metal, seguido de baños de enjuague para eliminar contaminación adicional, así como residuos de agentes de limpieza.

Los baños de limpieza tienen una temperatura de 40-80ºC. La evaporación del agua es compensada por la recirculación del agua de enjuague. La recirculación asegura una condición estable del baño debido a la eliminación continua de la contaminación del baño.


El proceso de limpieza acuoso requiere condiciones óptimas y estables de los parámetros que influyen en los resultados de la limpieza para asegurar la alta fiabilidad en el proceso (Fig. 2). Estos parámetros implican:

· Concentración de los componentes del agente de limpieza (base y surfactante).

· Contaminación del baño

· Temperatura del baño

· Agitación

El objetivo principal de la gestión del proceso es monitorear continuamente la condición del baño y controlar esa condición de manera que se garantice la limpieza suficiente mediante el uso de cantidad mínimas de agua, agente limpiador y energía.

Aquí el enfoque principal es mantener las concentraciones de los componentes del agente de limpieza (tensoactivo y base) las cuales el gerente de procesos define como óptimos.

El grado de consumo por ambos agentes limpiadores (tesoactivo y base) es diferente y se requiere una adecuada dosificación para cada componente. La concentración del agente limpiador cambia constantemente debido a varias razones. Por ejemplo, por efectos de arrastre por el flujo de piezas, remoción de los componentes del limpiador por la regeneración del baño (por ejemplo la ultrafiltración) o por procesos de dilución sobre la cascada.

Una combinación óptima de todos los parámetros influyentes es la base para la administración económica y ecológica del proceso. La calidad de limpieza requerida solo se garantiza si el proceso, la planta y los productos químicos de limpieza se adaptan a la pieza que se va a limpiar y su contaminación.

Esto pasa con la cooperación de la persona encargada del proceso de limpieza trabajando en conjunto con el fabricante del agente limpiador y la planta de fabricación antes de poner en funcionamiento a una nueva planta o antes de cambiar de planta o procesos.

Los parámetros de proceso deseados, así como la concentración del agente limpiador y sus valores límites aceptables, se determinan en base a experiencias en la línea, pruebas de optimización en laboratorio y/o plantas de producción hasta alcanzar la calidad de limpieza requerida. Actualmente, muchos componentes de los agentes limpiadores son sobre dosificados asegurar el poder limpiador en los baños.

El Instituto de Diseño Electromecánico y Electrónico de la Universidad Tecnológica de Dresde (Alemania) llevó a cabo un análisis de la gestión del proceso de limpieza de piezas metálicas para ayudar a comprender los procesos actuales empleados y el estado de la tecnología en la industria. Por lo tanto, se les preguntó a los gerentes de los procesos de limpieza sobre la tarea específica de limpieza de las piezas y la gestión del proceso correspondiente. Aquí, la atención se centró en la industria automovilística europea y sus categorías: carrocería; tren motriz y sus elementos; partes hidráulicas; y rodamientos.

La siguiente información podría deducirse de conversaciones con 73 profesionales de compañías diferentes:

· Aunque la calidad de limpieza se prueba regularmente por la mayoría (74%), se evalúa principalmente solo con métodos subjetivos como la inspección visual o al comprobar la calidad del proceso posterior.

· Sólo el 23% de los encuestados inspecciona la superficie limpia mediante una medición.

· El fabricante del agente de limpieza coopera con el operador de la planta en el 51% de los casos con respecto a los parámetros deseados de la concentración del agente de limpieza. En el 14% de los casos, el fabricante del agente de limpieza determina este valor por sí solo. En consecuencia, se puede decir que la determinación del estado objetivo de un baño de limpieza se basa principalmente en las experiencias del fabricante de productos químicos.

· En el 84% de los casos, el operador de la planta controla la concentración del agente de limpieza. Él es, por lo tanto, responsable de la optimización del proceso actual.

· El 78% de los encuestados monitorea la concentración del builder, mientras que el 79% de ellos monitorea usando la titulación.

· Sólo el 49% monitorea la concentración del tensoactivo, y el 51% de ellos usan la medición de la tensión superficial para este valor.

· El 33% de los encuestados tiene un sistema de dosificación automática para el limpiador. Solo el 56% considera que su dosificación es óptima.

· El 38% de los encuestados piensa en nuevas posibilidades de optimización en la gestión del proceso a través de acciones de monitoreo y regeneración del baño.

Este análisis muestra que el proceso de limpieza de piezas metálicas no se ha dominado completamente en comparación con otros procesos de producción (por ejemplo, procesamiento mecánico). Esto se aplica especialmente a un control continuo de los parámetros de entrada y salida, así como a los parámetros del proceso, para garantizar una calidad de pieza estable. El nivel de desarrollo de la gestión del proceso para la limpieza de piezas está en conflicto con los requisitos de fiabilidad del proceso porque el 83% de las personas entrevistadas declaran, en detalle, los daños consecuentes debido a la inestabilidad del proceso. Este hecho indica que el 83% de los profesionales encuestados conocía las consecuencias de un proceso de limpieza deficiente.

Existe un potencial de optimización con respecto a los puntos de vista económicos y ecológicos. La regulación de los parámetros esenciales del proceso para la calidad de la limpieza (por ejemplo la concentración del agente de limpieza y una dosificación orientada al consumo) solo se produce en casos únicos. Las razones de estos problemas son evidentes en el alto volumen de parámetros diferentes pero interrelacionados en el proceso de limpieza y la falta de preparación sistemática y generalización de varias experiencias individuales para lograr una alta confiabilidad del proceso. Estas dificultades pueden resolverse mediante el monitoreo de las condiciones del proceso con la ayuda de parámetros de proceso simples. Por lo tanto, se requiere tener una tecnología de medición practicable que pueda usarse para el análisis, así como para el monitoreo continuo o discreto de los procesos.

La influencia de la concentración de tensoactivo en el poder de limpieza se mide con la ayuda de la tensión superficial. Para monitorear y dosificar las bases es posible controlar su concentración midiendo la conductividad o usando la titulación ácido-base. Un monitoreo continuo de la concentración del agente de limpieza permite una dosificación orientada al consumo y, por lo tanto, una optimización económica y ecológica de los procesos de limpieza. La optimización contiene:

· Una disminución en los costos del uso agentes de limpieza

· Evitar la acumulación de componentes del agente de limpieza en baños de enjuague posteriores

· Prolongación de la vida del baño

· Una disminución en los costos de gestión de agua y aguas residuales

El monitoreo de la concentración de tensoactivo y la dosificación según el consumo son posibles debido al parámetro de tensión superficial. Por lo tanto, los tensiómetros de presión de burbuja se utilizan para medir la concentración del agente activo de superficie libre, como se muestra en la figura 3. Los tensoactivos libres que no están unidos al aceite, la contaminación y la superficie metálica se unen a la burbuja desarrollada en el pico capilar. En los procesos de limpieza, solo estos tensoactivos libres están disponibles para eliminar la contaminación y el aceite de la superficie del metal. El poder de limpieza actual se puede controlar utilizando este método.

El monitoreo de la concentración de tensoactivo midiendo la tensión superficial de los líquidos del proceso en baños de limpieza permite un uso adecuado de los componentes del tensoactivo (agente humectante). Las dosis adicionales requeridas pueden hacerse utilizando las mediciones resultantes. Para visualizar el procedimiento de monitoreo, la figura 4 muestra el resultado de la medición continua en un baño de limpieza. Al comienzo de la preparación, se puede ver primero el valor de la tensión superficial del agua (72.8 mN / m a una temperatura de baño de 20ºC). Al agregar tensoactivos, la tensión superficial disminuye.



Los tensiómetros de presión de burbuja miden la tensión superficial sobre la base del método de presión diferencial. En este proceso, se bombea aire a través de un capilar en el líquido a analizar (Fig. 5). Un sensor especial mide la presión interna de la burbuja desarrollada en el pico capilar. La tensión superficial dinámica se calcula haciendo la diferencia de la presión máxima y mínima de la burbuja y el uso del factor de calibración k.


Los tensiómetros de presión de burbuja están calibrados con agua pura, sin tensoactivos. El factor de calibración k lo determina automáticamente el dispositivo de medición independiente de la vida útil de la burbuja. El método de presión diferencial simplifica considerablemente la operación con los tensiómetros porque la medición no depende de la profundidad de inmersión del capilar en el líquido.




A diferencia de los métodos estáticos para medir la tensión superficial, el método de medición dinámica permite medir la concentración de tensoactivo por encima de la concentración crítica de micelas (CMC), que es el rango de concentración estándar utilizado en los procesos de limpieza a base de agua. La condición previa para la medición es la cuantificación de la relación entre el valor del proceso de concentración de tensoactivo y la tensión superficial.

Posteriormente, se puede desarrollar una curva de referencia basada en diferentes muestras de referencia con concentraciones de surfactante conocidas.

La concentración de tensoactivo de una tensión superficial medida en el proceso puede determinarse usando la curva de referencia.

Para una gestión económica del proceso y una alta fiabilidad del proceso, la concentración de tensoactivo debe mantenerse dentro de los límites establecidos.

De acuerdo con las condiciones específicas del proceso, los tensiómetros de mano para una medición periódica o la técnica de medición del proceso para el monitoreo continuo se pueden usar para el análisis, así como para monitorear la tensión superficial del parámetro del proceso.

En muchas aplicaciones de procesos de tratamiento de superficies, desde carrocerías de automóviles hasta piezas de precisión para bombas y rodamientos, los procesos de limpieza se optimizaron con éxito al monitorear y dosificar los componentes del agente de limpieza (tensoactivo y generador automáticamente). Además, el control del proceso logra una calidad de limpieza suficiente con un uso mínimo de agua, agente de limpieza y energía. Finalmente, se puede lograr una nueva dimensión en la confiabilidad del proceso, así como en la gestión del proceso económico y ecológico.

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