Guía de fosfatación orgánica
1.Introducción al fosfatado orgánico
2.Características y principales aplicaciones
3.Instalaciones, costos y rendimiento
LA Fosfatación orgánica, aspectos químicos, tecnológicos e instalaciones “Tercera parte”
Las instalaciones de fosfatación orgánica
El pre-tratamiento en frio de las superficies metálicas mediante la fosfatación organica requiere seguramente una instalación mucho más simple que la prevista para la fosfatación tradicional , pero en todo caso, sustancialmente diferente.
La simplicidad de este proceso permite utilizar instalaciones de aplicación por inmersión extraordinariamente económicas en un reducido espacio y con un alto potencial productivo.
El hecho de que la fosfatación orgánica requiera una sola operación a temperatura ambiente , reduce el problema de instalación al estudio de una cuba para inmersión , al posicionamiento de las piezas a tratar , al secado y a la preparación del acabado final.
La cuba destinada a la fosfatación organica debe ser construida en acero inoxidable AISI 304 y con una capacidad útil suficiente para inmersionar las piezas del máximo tamaño que se desean tratar .
Especificaciones de las instalaciones para la fosfatación orgánica
Al calcular la capacidad de la cuba es necesario tener muy en cuenta la cantidad de metros cuadrados de superficie a tratar diariamente . Por tanto independientemente del tamaño de las piezas , el volumen total de la cuba puede resultar diferente.
La forma y situación de la cuba puede variar según que esta vaya insertada en una linea con transportador continuo o vaya destinada a una producción discontinua.
Todos los cálculos deben efectuarse considerando que la duración del proceso de la fosfatación organica es de 60 segundos y el tiempo de goteo variará entre los 30 segundos y los sesenta.
El fondo de la cuba deberá estar dotada de un cesto o bandeja extraíble para facilitar periódicamente la limpieza de la suciedad por decantación sin vaciar el contenido de la cuba.
Este cesto debe ser de acero inoxidable , provisto de tirantes u otros sistemas de extracción que facilite su salida de la cuba.
Para mantener lo mas limpia posible la solución polifosfatica , la cuba va equipada con una bomba de rotor en acero inoxidable y un filtro de acero inoxidable , que permite la circulación de la solución polifosfatica depurándola en gran parte de las impurezas en suspensión.
La capacidad de la bomba debe ser capaz de filtrar la solución polifosfatica al menos dos veces al dia durante el funcionamiento de la instalación .
El filtro puede ser del tipo de bolsa de tejido especial y de fácil sustitución periódica o bién con uno o mas cartuchos con malla de acero inoxidable.
Los tubos y tomas de circulación y agitación , siempre serán en acero inoxidable AISI 304 , y deben ser instaladas para la salida a unos 20 centímetros del fondo de la cuba y para la readmisión en la cuba a unos 10 cm. Por debajo del nivel de superficie del liquido.
Si la cuba es estática es conveniente prever una tapa abatible para cubrir la misma cuando no está en servicio .
Si se trata de una cuba en línea la cobertura será fija y en forma de túnel , para albergar en su interior el transportador , abierto en los extremos y provisto de ventanas laterales para la inspección interna.
El secado de las piezas tratadas en la fosfatación orgánica se efectúa a temperatura ambiente entre los 16 a 18 ºC en 5 a 10 minutos o bien entre los 30 a 60 segundos empleando aire forzado a temperatura ambiente. La zona de secado en a cuba estática viene determinada por la velocidad de goteo y éste puede efectuarse en el lateral, en un extremo o sobre la propia cuba.
Esta zona va canalizada y provista de un aspirador helicoidal que efectua la extracción de los vapores de los disolventes y facilita el secado a temperatura ambiente . En la cuba inserta en una instalación en cadena el secado de las piezas se realiza por aire forzado a temperatura ambiente o en un túnel anexo a la cuba.
En ningún caso , la aspiración debe efectuarse directamente de la cuba a fin de evitar una excesiva perdida de disolventes por evaporación .
Dimensiones óptimas de las instalaciones
Como se ha estado explicando en los puntos anteriores, la gran particularidad del polifosfato incorporado a la fosfatación orgánica es la capacidad de englobar los contaminantes oleosos que la superficies metálicas puedan presentar en los procesos de laminación o fabricación.
Se puede demostrar que, si el polifosfato diluido ( base del producto) posee la propiedad de englobar una cantidad de sustancias contaminantes del orden del 6% de su peso y las piezas introducidas en la instalación en la instalación aportan una cantidad de aceite inferior a los 1,5 gr/m², el sistema es estable al infinito y es independiente del peso de polifosfato en la cuba.
Aunque en condiciones normales la cantidad de aceite de laminación es de 0.3 a 0.4 gr/m², y la fosfatación orgánica puede tratar eficazmente , sin limitación de tiempo piezas que presenten una cantidad de aceite 5 veces mayor que la normal , es aconsejable no obstante , dimensionar las instalaciones de tratamiento de forma que al sistema se le confiera la posibilidad de soportar cualquier exceso anormal de aceite, debido a la introducción o largos periodos de piezas que presentan 50 – 100 veces mas aceite de lo normal.
Con este fin , facilitamos a continuación una tabla que está calculada para soportar durante 20 días de trabajo la introducción de piezas que aporten al sistema una cantidad de aceite 50 veces superior a la normal de laminación.
Dimensiones de la cuba de fosfatación orgánica
Permite 20 dias de trabajo con piezas que presenten una cantidad de aceite de laminación 50 veces superior a la normal.
Números de metros2tratados diariamenre
50
100
250
500
1000
2500
5000
Peso recomendado del polifosfáto en Kgs
500
1000
1500
3500
6000
15000
20000
El examen de cuanto precedente , evidencia la notable tolerancia de este proceso en la comparación de las variables operativas. En la practica se está constatando inequívocamente la gran simplicidad de gestión de las instalaciones de fosfatación organcia.
Consideraciones económicas y ecológicas del proceso
Como es sabido , los costes totales para el tratamiento de N m² de superficie metálica, vienen dados por la suma de los costes fijos y de los costes variables.
Si indicamos como
S = Costes totales
A = Costes fijos
K = costes variables por unidad de superficie tratada
N = numero total de m² a tratar
Tendremos :
S= A+K * N
Los costes fijos A pueden ser a su vez descompuestos en la suma
A = A1+ A2+A3+A4+A5
A1 = Cargas financieras relativas al Capital ( C) invertido en la instalación
A2 = Fracción de los gastos generales de la empresa y de la mano de obra indirecta imputable al producto acabado que se sale de la instalacion
A3 = Coste de mantenimiento , seguro, etc.
A4 = Eventuales cargas figurativas debidas a la contabilización en un alquiles figurado motivadas por la ubicación de la instalación
A5 = Costes de depuración de los residuos
El coste variable por unidad de superficie tratada es a su vez , dada por
K = K1+ K2+K3+K4+K5+K6
Donde
K1 = Costes de calefacción para el tratamiento de 1 m² de superficie
K2= coste de energía eléctrica para el tratamiento de 1 m² de superficie
K3 = Costes del tratamiento ( productos ) para 1 m² de superficie
K4 =Coste del agua utilizado para el tratamiento de 1 m² de superficie
K5 = Coste de la depuración de los residuos por unidad de superficie tratada.
K6 = Costes de mano de obra directa necesaria para el tratamiento de 1 m² de superficie
La incidencia de los costes fijos y de los costes variables de la fosfatación orgánica se obtiene en tablas que constan en este articulo
Conclusiones
El proceso de la fosfatación orgánica comporta costes totales muy bajos .
Del examen de la tabla de los costes fijos, se pueden extraer las siguientes conclusiones:
- El proceso de fosfatación organica tiene gastos financieros muy bajos , debido a que el capital invertido en la instalación es inferior al requerido en otros sistemas de pretratamiento y también , a que el numero de años de amortización es superior al de otros sistemas por la menor senetud ( obsolencia técnica) de la instalación.
- Que los gastos de ubicación de la instalación son muy inferiores a los de otros sistemas alternativos , gracias al reducido tiempo de tratamiento.
- Que los gastos financieros para la instalación de depuración de aguas son inexistentes en la fosfatación organica.
Costes fijos en instalaciones de fosfatación orgánica
Variables
- A1= Cargas financieras relativas al capital invertido en la instalación
- A2 = Fracción de los gastos generales de la empresa y de la mano de obra indirecta imputable
- A3 = Coste de mantenimiento , seguro, etc.
- A4 = Eventuales cargas figurativas debidas a la contabilización en un alquiles figurado motivadas por la ubicación de la instalación
- A5 = Costes de depuración de los residuos
Coste del tratamiento
- Muy Limitada
- Coste mantenimiento muy bajo y coste seguro bajo
- Muy reducidos
- Nula
Expresión cuantitativa
- Cuota total de amortización = C (1+i)ni ( 1+i)n-1
- A4 = Eventuales cargas figurativas debidas a la contabilización en un alquiles figurado motivadas por la ubicación de la instalación
Notas
- Capital I= % interés N= nº años para amortizar
- Independiente de la instalación
- A3 = Coste de mantenimiento , seguro, etc.
- X ( coste año de alquiler de la unidad de superficie)
- La fosfatación organica no precisa depuradora
Costes variables en instalaciones de fosfatación orgánica
Variables
- K1= Costes calefacción para el tratamiento de 1 metro cuadrado de superficie
- K2 = Costes de energía para el tratamietno de 1 metro cuadrado de superficie
- K3 = Coste de del tratamiento ( producto ) para 1 metro cuadrado de superficie
- K4 = Coste del agua utilizado para el tratamiento de 1 m² de superficie
- K5 = Coste de la depuración de los residuos por unidad de superficie tratada.
- K6 = Costes de mano de obra directa necesaria para el tratamiento de 1 m² de superficie
Coste del tratamiento
- Nula
- Muy Limitada
- Limitada , aunque superior a otros procesos
- Nula
- Nula
- Muy Limitada
Expresión cuantitativa
- H. 0.736 a/ superficie horaria tratada = coste por unidad de superficie
- Coste del producto diluido al uso / 35 = Coste por unidad de superficie tratada
Notas
- La fosfatación organica no necesita calefacción
- H = Potencia en CV instalados A= Coste KW La potencia eléctrica en las instalaciones de fosfatación orgánica es en general muy limitada
- En la fosfatación organica no se utiliza agua
- La fosfatación organica no necesita instalación depuradora
- El número de obreros es muy limitado y no son necesario técnicos para el control del baño
Examinando por otro lado la tabla de los costos variables podemos concluir así:
- La fosfatación organcia no tiene costes de calefacción . la ausencia de estos costes hacen considerablemente económico este sistema frente a los sistemas en caliente, en los que el coste de calefacción es muy superior al coste de producto utilizado en el tratamiento
- El coste de energía eléctrica es muy limitado , gracias al reducido potencial elecetico necesario en las instalaciones de fosfatación organcia.
- El coste de depuración del agua se estima en unas 0, 35 €/ metro cubico de agua depurada , pero en las instalaciones de fosfatación organica este coste no existe , asi como tampoco el coste de agua de red.
- El coste de mano de obra directa es inferior al de otros sistemas debido a la fácil manipulación de las instalaciones y a no requerir personal técnico para las operaciones de control del baño , pues estas no son necesarias.
Apéndice
1-Cálculo de enlace de hidrógeno
La medida de la fuerza de enlace de hidrogeno de muchas sustancias no es conocida . Para superar esta dificultad , Burrell y Lieberman han asignado a cada grupo de productos un valor de la fuerza de enlace de hidrogeno , basándose en su naturaleza química según se indica en la tabla siguiente :
Naturaleza química del producto
- HIDROCARBUROS
- HIDROCARBUROS CLORADOS
- NITROHIDROCARBUROS
- ESTERES
- ALDEHIDO
- ETERES
- CETONAS
- ALCOHOLES
- GLICOLES
- AMINAS
Fuerza de enlace de hidrogeno
- 0.3
- 0.3
- 0.3
- 1.0
- 1.0
- 1.0
- 1.0
- 1.7
- 1.7
- 1.7
Nota: El valor de fuerza de enlace hidrogeno de una mezcla de sustancia ( o de polímero ) es la media ponderada de los valores de la fuerza de enlace de hidrogeno de la sustancia ( o Polimero ) tomando como peso los respectivos volúmenes.
2-Calculos del parámetro de solubilidad
Existen varios métodos para la determinación del oparametro de solubilidad de una sustancia . Algunos métodos se basan sobre la media de la energía de evaporación del compuesto a analizar . Debido a que esta medida es de dicficil obtención para muchas sustancias , preferimos recurrir a la ecuación empírica de Small que tiene la ventaja de poder ser aplicada a compuestos macromoleculares.
Φ = § *∑G / ( PM)
Donde :
Φ = Parametro de solubilidad
§ _ Peso especifico
∑G = suma de las fuerzas de atracción individual de G entre atomo y atomo o grupo y grupo
( PM ) = Peso molecular de la sustancia
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