Productos KMT Waterjet: la tecnología de corte más versátil

El corte por chorro de agua abrasivo se basa en el principio de utilizar agua a alta presión generada por la bomba para crear un chorro de alta velocidad a través de un orificio de joyería. El orificio de joyería es el punto donde el agua a alta presión se convierte en agua a alta velocidad. Este chorro de agua crea un vacío en una cámara de mezcla donde las partículas abrasivas se incorporan al chorro de alta velocidad. Mediante la transferencia de impulso, las partículas abrasivas aceleran hasta alcanzar velocidades cercanas a las del chorro de agua y se vuelven a concentrar en un chorro de corte cohesivo a través de un tubo de focalización situado junto a la cámara de mezcla (mira la figura 3 en la siguiente pestaña).

Esta mezcla de agua y abrasivo que sale del tubo mezclador es el chorro de corte visible. En los metales, las partículas abrasivas son las responsables de la capacidad de corte del chorro, que se produce por erosión. En materiales más blandos, el agua a alta presión contribuye a la acción de corte.

¿Una mayor presión se traduce en velocidades de corte más rápidas, menor coste por pieza y, en consecuencia, mayor productividad? Para responder a esta pregunta, primero tenemos que definir algunos términos, entre ellos la potencia disponible del chorro. Tal como la definen los fabricantes de chorros de agua, la potencia puede representarse en la siguiente ecuación, donde K es una constante, P es la presión y A es el área de la sección transversal del orificio:

Potencia = K × ^P15 × A

De la ecuación se deduce claramente que, para una potencia constante, una presión mayor utiliza un tamaño de orificio menor, y un tamaño de orificio mayor sólo soportará una presión menor. Por ejemplo, una bomba de 50 CV que funcione a 4.100 bar tendrá un tamaño de orificio máximo de 0,014 pulg. con un caudal mayor; si utiliza la misma potencia a 6.200 bar, tendrá un tamaño de orificio máximo de 0,010 pulg. con un caudal menor.

Si ambos chorros tienen la misma potencia, ¿cómo influye el mayor potencial de velocidad de corte? La respuesta la encontramos simplificando aún más la ecuación: dividiendo la potencia entre el área de la sección transversal del chorro (A) para obtener la densidad de potencia (Pd). Como antes, K es una constante y P es la presión.

Pd = K × ^P15

La potencia de la ecuación anterior depende de la presión y del volumen, pero la densidad de potencia sólo depende de la presión que genera la bomba y, por extensión, de la velocidad del chorro.

Recordemos la física de una operación de chorro de agua abrasivo. Las partículas abrasivas son aceleradas por el chorro de agua a alta velocidad; cuanto mayor sea la velocidad del chorro, más rápido saldrán las partículas abrasivas del tubo mezclador y mayor será la densidad de potencia.

Esta mayor densidad de potencia del chorro de 90 KSI permite velocidades de corte más rápidas. Dicho de otro modo, una mayor presión conduce a un chorro de agua de mayor velocidad, partículas abrasivas más rápidas y, en definitiva, un corte más rápido.

El abrasivo influye mucho en la eficiencia operativa de un sistema de chorro de agua abrasivo y supone una parte importante del coste operativo. En las aplicaciones habituales se usa granate como abrasivo, que puede ser aluvial (suelto, como el de las playas) o extraído de minas, y es químicamente inerte.

Los abrasivos se miden en tamaños de malla, que hacen referencia al tamaño de las mallas de procesamiento; cuanto mayor es el número de malla, más finos son los abrasivos. Por ejemplo, la malla 220 tiene partículas más finas que la malla 80. Para cortar materiales frágiles como el cristal, puede que necesites abrasivos más blandos, como la olivina, para evitar que se astillen o se agrieten; por eso es importante elegir el abrasivo adecuado para cada aplicación.

Cada número de malla tiene un rango (o distribución) de tamaños de partícula, y hay que tener cuidado al elegir un tubo de enfoque para evitar la obstrucción por partículas abrasivas demasiado grandes. Como norma general, el diámetro interior del tubo de enfoque debe ser tres veces el tamaño de la partícula abrasiva más grande de la distribución.

Un chorro de agua a una presión determinada tiene un número finito de partículas abrasivas que se le pueden añadir antes de que las partículas empiecen a estorbarse entre sí. Demasiado abrasivo reduce la eficiencia de la transferencia de impulso y ralentiza la velocidad de corte. A este límite se le suele llamar «relación de carga máxima » o «velocidad máxima de alimentación de abrasivo ». Cuanto mayor sea el tamaño del orificio y el caudal que pasa por él, mayor será la velocidad de alimentación de abrasivo necesaria para alcanzar la potencia de corte máxima del chorro. Esto también influye en el coste total por pieza. Cuanto más abrasivo se utilice en el proceso, mayor será el coste por pieza.

Volviendo al ejemplo de los 50 HP con el caudal más bajo del orificio de 0,010 pulgadas a 90 KSI, cuando el chorro está en su relación de carga máxima, tiene la máxima potencia de corte. Con la misma potencia a una presión de 60 KSI, el chorro del orificio de 0,014 pulgadas todavía no alcanza su relación de carga máxima debido al mayor caudal. A 60 KSI, el proceso necesita más abrasivo para alcanzar su máximo y, por lo tanto, se consume más abrasivo en total, lo que afecta al coste de la operación y al coste por pieza.

En resumen, una mayor presión conlleva una menor necesidad de abrasivo para alcanzar la máxima potencia de corte, lo que conlleva un menor uso de abrasivo y un menor coste por pieza.

Un aspecto importante en cualquier conversación sobre el corte por chorro de agua es la influencia del ancho de la ranura. ¿Qué es el ancho de la ranura? En pocas palabras, es la anchura del material que se elimina durante el proceso de corte. Cuanto más grande sea el orificio, más ancha será la ranura.

Sobre todo cuando se corta material caro, el corte por chorro de agua con una ranura ancha no ofrece realmente ninguna ventaja. La alta densidad de potencia, el orificio pequeño y la ranura estrecha de un sistema de 90 KSI ayudan a controlar el chorro de agua abrasivo en radios y esquinas cerrados. Se pueden hacer ajustes en los sistemas de chorro de agua de menor KSI con orificios más grandes, como reducir la relación entre el diámetro del tubo de enfoque y el del orificio para acercarla a 2,0; es decir, un chorro de 0,014 pulgadas usaría un tubo de enfoque de 0,030 pulgadas. Sin embargo, esto puede acortar la vida útil del tubo de enfoque, ya que más partículas abrasivas entran en contacto con las paredes del tubo durante la función de reenfoque.