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¿La soldadura de partes grandes le está causando problemas?

Figura 1
La combinación de una zona de presión negativa enfrente del área de extracción y un brazo de extracción permite al soldador trabajar hasta a 5 pies (1.5 m) del dispositivo de extracción, y aún así tener una zona de respiración libre de humo.

Soldar fabricaciones grandes, bastidores y geometrías complejas pue-de representar retos para capturar o controlar el humo de soldadura asociado. Además, el cumplimiento con las recientes regulaciones del Departamento de Protección Ambiental (EPA, por sus siglas en inglés) está forzando a los fabricantes a repensar los extractores de techo que han estado usando para controlar el humo de soldadura.

Aun cuando la mejor práctica sea siempre capturar el humo de soldadura lo más cerca posible de la fuente para mejorar los ahorros en energía, proteger a los trabajadores y evitar la emigración del humo, muchos talleres de fabricación simplemente no pueden capturar humos en la fuente. Los factores que podrían evitar la captura local incluyen:

  • Geometría de las partes.

  • Tamaño de las piezas soldadas.

  • Falta de disposición de los empleados para usar brazos de extracción.

  • Tiros cruzados extremos desde los ventiladores de enfriamiento principal.

  • Grúas aéreas u otras obstrucciones que evitan la colocación de campanas o conductos.

En muchas instalaciones los retos para controlar el humo de soldadura varían de una aplicación a otra. Por eso la solución de captura de humo exitosa para un fabricante es muy diferente a la de otro. Por ejemplo, un sistema de recolección ambiental que limpia una gran área de la planta limpia la neblina de humo, pero no protege directamente las zonas de respiración de los trabajadores mientras están soldando. Esto da lugar a un punto importante: la estrategia unitalla para soldar partes grandes no es realista. De ahí la necesidad de un enfoque coordinado para crear una estrategia que atienda exitosamente la captura de humos en ambientes de soldadura de componentes grandes.

Estrategias de Control de Humo para Partes Grandes

Captura Optimizada en la Fuente. Antes de abandonar por completo la idea de captura en la fuente, un fabricante debe considerar la variedad en calidad y desempeño de campanas para captura en la fuente. Una podría funcionar sólo para una aplicación en particular.

Figura 2
Un recinto retráctil de contención local puede extenderse (izquierda) durante la soldadura para evitar que los humos de la soldadura escapen del área, y colapsarse (derecha) cuando no está en uso o cuando se coloca una nueva pieza para soldar.

Algunas mejoras ligeras pueden elevar el desempeño del colector de humo lo suficiente para volver factible esa captura en la fuente. Una campana de captura en la fuente bien diseñada que use un brazo de extracción puede capturar humos de soldadura hasta a 20 pulgadas (50 cm) de la fuente. Se requieren volúmenes de aire de 750 a 1,000 pies cúbicos por minuto, CFM (21,237 a 28,316 litros por minuto) para lograr este rango de captura.

Además de los brazos de extracción convencionales, existe una nueva tecnología que induce la captura de humo desde distancias de hasta 5 pies (1.5 m) de la fuente de soldadura. Esta tecnología crea una zona de presión negativa enfrente del área de extracción típica. Estas acciones combinadas crean un área definida con precisión de captura en la fuente (vea la Figura 1), la cual canaliza las partículas del humo de soldadura hacia el centro del brazo para maximizar la eficiencia de la extracción. La distancia de captura extendida brinda la protección de una captura tradicional en la fuente, pero con un aumento en la producción al reducir o eliminar la interacción del soldador con el brazo de extracción.

Campana Local. El siguiente paso para la remoción localizada de humo es un tipo de campana local. Ejemplos de este estilo son una campana sencilla e individual con ranuras sobre la mesa de trabajo o una serie de campanas fijas en un arreglo que se dirija a zonas específicas de generación de humo. Este tipo de configuración con frecuencia funciona bien cuando los trabajadores tienen la capacidad de manipular (es decir, rotar, voltear o levantar) y soldar en ubicaciones relativamente consistentes.

Imagine una pieza soldada grande la cual está siendo soldada en cada extremo, que requiere reposicionamiento frecuente de un brazo de extracción o extractor móvil de humo. Una solución viable podría ser la colocación estratégica de campanas cerca de estas dos (o más) ubicaciones en toda la longitud de una pieza soldada grande.

Las campanas típicamente pueden diseñarse para capturar humo de manera efectiva aproximadamente a 24 pulgadas (60 cm) de la fuente, y con un rango de movimiento que satisface un rango limitado de arreglos o geometrías de componentes diferentes. Se les pueden conectar conductos a estas campanas y hacerlas funcionar con colectores pequeños de humo cercanos, dedicados a estaciones de trabajo específicas. Este enfoque minimiza el tamaño de los ductos y reduce los costos de instalación y de operación en comparación con los sistemas centrales con ductos. Además, brinda un grado de flexibilidad si cambia el proceso o la configuración.

La nueva tecnología en colectores de polvo y filtros es capaz de brindar un desempeño aceptable con plantillas pequeñas y controles inteligentes integrados, lo que hace a este enfoque una opción más viable. En algunas situaciones, la campana de tiro cruzado o de tiro inferior puede estar integrada al colector de polvo.

Contención Local. En lugar de tratar de capturar el humo cerca de la fuente, la contención aísla el área generadora de humo del resto de la planta. El aire es evacuado del área aislada, manteniéndola bajo una presión negativa y evitando que el contaminante emigre sin control por la planta.

Las ventajas de la contención local son que brinda libertad de movimiento, al minimizar el volumen de aire que requiere protección y, por lo tanto, reduce el tamaño del colector de humo, la potencia del soplador y los costos de instalación y operación asociados. Cuando la aplicación lo permite, los volúmenes de aire requeridos para contener los humos pueden ser relativamente pequeños. Esto se logra reduciendo el tamaño de las aberturas del área de aislamiento hacia las cuales es jalado el aire ambiental. Creando un tipo de recinto o cabina de materiales como chapa metálica o cortinas de soldar, un fabricante puede crear una zona de contención local.

El manejo de material a veces puede ser un inconveniente para la estrategia de contención local. Por ejemplo, si un fabricante tiene un recinto con un techo y la pieza soldada necesita ser bajada al área y levantada cuando se concluye, esto puede presentar un reto. En algunos casos, construir una escoti-lla abisagrada en la parte superior del recinto puede resolver este problema.

Los recintos retráctiles se han vuelto recientemente una opción a tomar en cuenta para aplicaciones que permiten a los soldadores crear rápidamente un recinto pero sin problemas de manejo del material (vea la Figura 2).

Figura 3
Se usan cortinas de soldadura para crear un área ambiental de soldadura que emula a un área de contención local mucho más grande con campanas de extracción y retorno de aire limpio en las estaciones de soldadura.

Otro inconveniente significativo para la contención es que podría no proteger de manera efectiva al trabajador contra la exposición a los humos de soldadura.

Ambiente. Los sistemas ambientales de extracción de humo son para ambientes donde capturar cerca de la fuente o contener una estación de trabajo no es una opción. Los sistemas ambientales de extracción de humo mantienen los niveles deseados de calidad del aire filtrando el volumen de aire de un área dada en un calendario de cambio de aire capaz de eliminar concentraciones de humo más rápido de lo que el humo es generado por el proceso de soldadura. Para la mayoría de las aplicaciones, de cuatro a seis cambios de aire controlan de manera efectiva el humo, pero para altas concentraciones de humo pueden requerirse hasta 10 cambios de aire.

Mover grandes cantidades de aire es un método costoso en términos de equipo de recolección de polvo y humo, dimensionamiento de ductos, instalación, y lo más importante, operación. Como una alternativa a la extracción de aire, filtrar y regresar aire limpio al edificio puede compensar costos operacionales para fábricas con aire acondicionado, calefacción o grandes necesidades aire de reposición. Igual que con las opciones de contención local, la exposición del trabajador al humo de soldadura no se resuelve necesariamente con un sistema ambiental.

Los sistemas ambientales pueden tomar muchas formas, y mientras mayor sea el área que el fabricante necesite proteger, habrá más variables que considerar. El diseño del edificio, el número y el tipo de estaciones de soldadura, acceso a las partes y temperaturas del edificio son sólo unos cuantos factores que pueden tener impacto en el diseño de un sistema exitoso.

Para optimizar la efectividad y los costos de operación, los fabricantes deben tener en mente lo siguiente al diseñar un sistema ambiental de extracción de humo:

  • La soldadura genera muchísimo calor, el cual causa un rápido aumento térmico de los humos. Esto dificulta la recolección cerca del nivel del piso. Los fabricantes pueden observar el proceso y a los soldadores para encontrar dónde se está concentrando el humo, y luego poner las campanas en estas áreas para capturar los humos de manera efectiva. Tratar de capturar los humos cerca del piso requiere más energía.

  • Minimice el volumen de aire que se esté protegiendo. Los fabricantes pueden pensar en el sistema como un área de contención local mucho más grande y aislar el área donde está ocurriendo la soldadura, por lo que no están limpiando más aire que el requerido (vea la Figura 3).

  • La recirculación del aire filtrado puede aprovecharse para desarrollar patrones de aire que pueden mejorar la extracción de humo. Estos sistemas, a veces denominados sistemas de empuje-tracción, pueden mejorar la captura y reducir el gasto operativo. El aire limpio retornado puede usarse para dirigir el humo hacia el punto de extracción. En muchos casos, se empuja el aire en un lado de la bahía de soldadura y se recolecta en el lado opuesto. También se puede mezclar aire fresco en la corriente de aire retornada para ayudar con los gases del arco o controlar la temperatura en el área.

  • Es importante que los fabricantes consideren las corrientes de aire dominantes de los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) u otros sistemas y su influencia en el movimiento del aire y que usen esto en el diseño del sistema de extracción. La extracción de humo integrada con los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado o de aire de reposición también son opciones que se deben consi-derar. Se recomienda cautela en aplicaciones que generen muchos humos, porque tiene que mantenerse un programa aceptable de cambio de aire, lo cual impone una presión considerable en el equipo y aumenta la necesidad de más mantenimiento en los serpentines de enfriamiento o calefacción. En la mayoría de los casos es mejor entender cómo pueden trabajar de manera independiente los dos sistemas en lugar de complicar uno u otro al integrarlos.

  • Los accionamientos de frecuencia va-riable (VFD, por sus siglas en inglés) son imprescindibles para los sistemas ambientales. Los VFD incorporados en los sistemas de recolección de polvo pueden ahorrarle a los fabricantes hasta 30 por ciento de los costos asociados con la operación del ventilador. Los VFD también pueden usarse para asegurar control y consistencia del sistema.

    Figura 4
    Una configuración de sistema ambiental de control de humo y colector de polvo dimensionada correctamente limpia los humos de soldadura de esta gran bahía de soldadura.

  • Los sistemas de extracción de humos pueden dimensionarse de manera más dinámica en los sistemas ambientales (vea la Figura 4) que en los sistema de captura en la fuente, debido a que los niveles de concentración de humo en la corriente de aire son mucho más bajos. Los colectores de humo típicamente se dimensionan con base en la velocidad de filtración, también denominada relación entre aire y medio. Para sistemas ambientales, la relación de aire a medio con frecuencia puede aumentarse entre 25 y 50 por ciento y seguir manteniendo niveles aceptables de desempeño y vida del filtro.

  • Para proteger aún más a los trabajadores, además del sistema ambiental, los fabricantes deben contar con equipo móvil de captura en la fuente para capturar humos que contengan grandes concentraciones de componentes tóxicos como cromo hexavalente y manganeso.

Haciendo a Mejor Decisión

Existen muchas maneras de controlar exitosamente el humo de soldadura al soldar partes grandes. Con cada solución vienen las consideraciones de costo, desempeño y protección de los trabajadores.

La Figura 5 proporciona una comparación relativa del desempeño de las diferentes estrategias de control del humo de soldadura. Tener un entendimiento firme de las metas del proyecto de control de humo les servirá a los fabricantes como guía al elegir el sistema que mejor se ajuste a su operación. Consultar un experto en el tema dentro del área de filtración industrial puede ayudarlos a revisar la situación y presentar una opción que cumpla sus metas.

Figura 5
Elegir la mejor manera de atender el control del humo de soldadura en fabricaciones grandes es muy probable que implique algunas consideraciones. No hay una respuesta fácil.