Regulación de temperatura de moldes a presión empleando aceite y agua como medios portadores del calor

La tendencia de la industria de fundición a presión de volver a emplear el agua como portador de calor en el calentamiento de los moldes no es solo evidente; muchas empresas, precisamente también en la industria automovilística, han decidido después de efectuar ensayos a gran escala volver a utilizar el agua para una parte de la regulación de temperatura del molde.

Los motivos fundamentales de este cambio son el mejor rendimiento de enfriamiento, menores costes de adquisición del grupo y del portador de calor así como el escaso impacto ambiental del portador de calor durante su funcionamiento y al desecharse.

Debido a las dudas aún existentes en la práctica sobre qué medio, aceite o agua, es mejor para el proceso de colada individual, queremos tratar los criterios de selección.

Los sistemas de agua empleados antes de pasar a utilizar aceites portadores del calor se componían de conexiones que no se podían regular exactamente al sistema de agua, a menudo ni siquiera tratada químicamente, y servían únicamente para el enfriamiento. El calentamiento se realizaba con llama de gas y un posterior flujo rápido en caliente del molde a presión.
De este modo se producía una fuerte carga térmica del acero del molde, la vida útil del molde se veía fuertemente reducida por las grietas de enfriamiento y la cuota de rechazo era muy alta al principio del proceso de producción. Además, la potencia de enfriamiento inicial se reducía con el transcurso del tiempo debido a la oxidación y la calcificación de las tuberías de alimentación y los canales del molde por el efecto del aislamiento.
Esto comportaba la necesidad de realizar reparaciones y descalcificaciones, que tenían como consecuencia tiempos de parada y retrasos en la producción derivados de los mismos.

El desarrollo de aparatos calefactores y refrigeradores con aceite como portador de calor, cuya temperatura se podía regular adicionalmente con un aparato electrónico, pudo resolver muchas de estas desventajas.

El calentamiento cuidadoso del molde desde el interior antes de la producción, así como el mantenimiento estable de la temperatura del molde durante la fabricación aumentaban considerablemente la vida útil del molde, la cuota de rechazo disminuyó hasta aproximadamente cero y se descartaba la calcificación de las tuberías de alimentación y de los canales del molde.
A pesar de estas ventajas quedaba siempre una desventaja: empleando aceite como medio portador del calor nunca se consiguió alcanzar el mismo rendimiento de enfriamiento que al regular la temperatura con agua; esto es debido a que la capacidad de transmisión de calor del aceite es mucho menor que la del agua.
Por tanto, aunque hoy en día se emplean aparatos calefactores y refrigeradores con aceite, en determinadas piezas de colada la temperatura del punto de inyección o de núcleos especiales se sigue regulando con agua según el principio antiguo.
El enfriamiento de la superficie del molde supone otro problema. La distancia de los canales de enfriamiento si se utiliza aceite como portador de calor debería ser de aprox. 2 - 2,5 d de la superficie del molde para evitar la formación de grietas en la superficie del molde.
No obstante, especialmente en moldes grandes, esta distancia impide el enfriamiento suficiente de la superficie del molde. Por este motivo, en estos casos el enfriamiento se realiza de forma adicional alargando el tiempo de pulverización del desmoldeante.

Regreso al agua como medio de temperatura
Una clara ventaja la constituye, por supuesto, el hecho de que los aparatos de regulación de la temperatura con agua empleados en el moldeado a presión se pueden regular en temperatura exactamente igual que los aparatos que funcionan con aceite y por lo general alcanzan una temperatura máxima de 160 ó 180°C.
Así que aquí también es posible, como se ha demostrado en la práctica, conseguir un calentamiento suficiente del molde. Además, durante la regulación de la temperatura del molde, se producen menos grietas de enfriamiento en la superficie del mismo debido al mayor rendimiento de enfriamiento del agua gracias al menor uso de desmoldeantes.
Sin embargo, aún no existen datos exactos sobre la vida útil del molde si se compara el aceite con el agua.
Y el ya mencionado mayor rendimiento de enfriamiento del agua frente al aceite proporciona, precisamente para las piezas de colada con paredes muy gruesas, una ventaja considerable.

Otro beneficio lo constituye asimismo la clara reducción de los costes. Los costes de adquisición de los aparatos y el medio portador del calor son menores. Especialmente en aparatos que funcionan a una temperatura máxima de 350° C la adquisición del medio portador del calor supone un factor de coste decisivo.
Además, gracias al escaso impacto ambiental del agua su desecho no supone coste alguno.
Por todas las ventajas expuestas hasta ahora debería ser obvio recomendar a las fundiciones el cambio de los aparatos de regulación de temperatura con aceite por aparatos con agua.
Sin embargo, los aspectos que se presentan a continuación pretenden demostrar que la decisión entre agua y aceite no es tan fácil de tomar en principio y que hay que decidir dependiendo de la situación individual de la producción en cada fundición. A menudo es incluso aconsejable emplear una combinación de aceite y agua para garantizar una producción óptima.

El primer aspecto a tener en cuenta es naturalmente qué pasa con las tuberías de alimentación y los canales del molde si se emplea el agua como medio regulador de la temperatura.
¿Se vuelven a producir en este caso también calcificación y oxidación?
En general se recomienda añadir una cantidad determinada de agente anticorrosivo a las tuberías de alimentación y los canales del molde cuando se llenan por primera vez y al rellenarse, para mantenerlos limpios. Esto se tiene que llevar a cabo, por lo general, manualmente.
Sin embargo, thermobiehl cree que esta solución no es en absoluto suficiente. La práctica ha mostrado que casi todas las medidas que dependen únicamente de operarios u otro personal a menudo no se realizan de forma exacta y regular; las razones de ello son diversas: falta de tiempo, carencia de formación o que simplemente en el momento requerido no se encuentran a disposición los medios necesarios.
Por este motivo, thermobiehl opina que el llenado proporcional de un agente de protección anticorrosiva se tiene que realizar automáticamente en el primer llenado y los rellenos posteriores.
Para ello, thermobiehl ha integrado en los aparatos un sistema de inyección especial para la protección anticorrosiva, que trata el agua de forma óptima. De este modo se evita desde un principio la operación sin protección anticorrosiva. Además, en cuanto el recipiente del agente anticorrosivo alcanza un mínimo, se emite un mensaje en la pantalla que hay que confirmar para evitar también aquí que se trabaje sin protección anticorrosiva.

En la introducción de esta exposición hemos hablado de ensayos realizados el año pasado en diferentes empresas.

En estos ensayos, a modo de prueba el medio de regulación de temperatura del molde de moldeadoras a presión de más de 2.000 toneladas se cambió de aceite a agua. Se compararon criterios como la exactitud de la colada, el intervalo cíclico y las tasas de desecho.
Aunque aquí aún no hay valoraciones de cálculo exactas, las reacciones de las empresas ante el cambio son ya sin excepción positivas debido a las ventajas mencionadas anteriormente, como los costes, el escaso impacto ambiental, la exactitud de la colada, la reducción del intervalo cíclico, así como las tasas de desecho, que se mantienen reducidas de modo constante, en comparación con la regulación de la temperatura con aceite.

Sin embargo, al emplear agua para la regulación de temperatura del molde se constató en estos ensayos la existencia de un problema fundamental.

Ante la aparición de grietas muy finas en el molde así como de escapes mayores, que se pueden producir por ejemplo por la rotura de un casquillo, se produjeron rechazos o incluso explosiones al expulsarse simultáneamente el fundido caliente y el refrigerante.
Este problema no se consigue dominar por completo en caso de escapes muy pequeños. Una protección más amplia se puede conseguir sin embargo por medio de un sistema de supervisión de rotura del núcleo, desarrollado por thermobiehl, que emite un mensaje de error si se produce una pérdida de agua de 0,2 L.
Este mensaje de error se puede integrar en el sistema de control de la máquina de inyeccion a presión. Con este mensaje se puede detener la inyectora de inmediato antes de que se produzca la siguiente expulsión.
Una función importante en la utilización de aparatos calefactores y refrigeradores con aceite como portador de calor es la posibilidad, ante la existencia de pequeños escapes, de seguir la producción sin necesidad de reparar el molde y sin tener que detener las máquinas conmutando al servicio de aspiración.
Si bien es verdad que debido a los escapes hay que controlar y cambiar el aceite con mayor frecuencia por la entrada de oxígeno, ya que craquea con mayor rapidez, los costes son sin embargo mucho menores que si se detiene la producción.
Mientras el servicio de aspiración en aparatos calefactores y refrigeradores que funcionan con aceite se puede emplear con cualquier temperatura, en aparatos que funcionan con agua sólo se puede operar en servicio de aspiración hasta una temperatura máxima de 80°C.

Esto se debe a la diferente construcción de los aparatos.
El aparato que funciona con aceite es un sistema abierto sin presión con una superposición de aceite frío para evitar que se introduzca oxígeno.

El aparato que funciona con agua se tiene que manejar bajo presión a partir de aprox. 80°C por su temperatura máxima de 160 ó 180°C y el punto de ebullición del agua. Sin embargo, el servicio de aspiración no es posible bajo presión.
Existen algunas fundiciones, que debido a que utilizan moldes a menudo más antiguos y propensos a las reparaciones, operan constantemente un 20 ­ 30 % de los aparatos en servicio de aspiración.
La decisión sobre si es recomendable la utilización de aparatos de agua o de aceite depende también de la temperatura de servicio. Si esta es inferior a 80°C es posible emplear el servicio de aspiración también con agua. Si la temperatura de servicio es superior y el servicio de aspiración es un factor decisivo, sólo es posible utilizar aparatos de aceite.

Combinación de agua y aceite
La temperatura máxima de los aparatos de agua es de aprox. 180°C. Dependiendo del tamaño del molde y del tipo de desmoldeante, líquido o polvo, en algunos casos no es posible calentar el molde a la temperatura de servicio antes de la producción con una temperatura máxima de 180°C. En este caso tenemos dos posibilidades: el método probado del flujo rápido en caliente o bien la combinación de aparatos de aceite y agua.
En este último caso se pueden combinar las ventajas de ambos sistemas.
Esto se aplica especialmente con piezas de colada complicadas con áreas de paredes finas y gruesas en máquinas con un tamaño de hasta 4.000 toneladas.
Por ejemplo, el marco se calienta con aceite con una temperatura máxima de 350°C y un rendimiento calorífico de 24 kW. También se usa aceite allí donde la pieza de colada (por ejemplo, carcasa del cigüeñal) tiene paredes finas y necesita una temperatura alta porque el material tiene que fluir.

El resto de la regulación de la temperatura se realiza con agua por necesitarse un mayor rendimiento de enfriamiento.
Para facilitar esta combinación, thermobiehl ha unificado las alturas de construcción de los aparatos de regulación de temperatura con agua y aceite, ya que la óptica también juega un papel en las fundiciones modernas.

En los posibles módulos también se ha tenido en cuenta una ejecución a ser posible igual, para facilitar el manejo y el mantenimiento.
De este modo, p. ej., el aparato regulador se puede emplear para aparatos de aceite y de agua con un sencillo cambio en el equipo y el software.

Después de las ventajas y desventajas expuestas anteriormente, tanto para los aparatos de regulación de temperatura con agua como con aceite, ha quedado claro que no existe una opción general sobre qué aparato es mejor, con agua o aceite, para su uso en las fundiciones.

La elección del medio portador del calor adecuado depende y seguirá dependiendo siempre de los procesos de producción individuales de cada fundición.