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Piezas a prueba de frío

01/09/2008

Un almacén automático para frío presenta casi los mismos componentes que otro sin temperatura controlada. No obstante, hay una diferencia fundamental: en el caso de las instalaciones bajo cero se hace necesario que todas las piezas estén preparadas para aguantar las bajas temperaturas y sus efectos, tanto en los materiales como en el ambiente dentro del almacén.

Cuando se desarrollaron los primeros almacenes para frío se estudiaron los componentes uno a uno. Tenían que funcionar y estar certificados para poder trabajar a temperaturas de -30 ºC”, explica Juan Torrijos,ingeniero mecánico de Mecalux. Una de las primeras conclusión es que se extrajeron de ese estudio previo fue el cuidado que se debe observar con la lubricación de las piezas mecánicas en una instalación en la que se consiguen temperaturas de congelación.

Hay muchas partes de las máquinas de un almacén automático,como los motorreductores (un conjunto motor-reductor), que se tienen que mover. Para hacerlo con eficiencia y evitar desgastes y roturas tienen que estar convenientemente lubricadas, al igual que ocurre en los automóviles, por ejemplo.

Los lubricantes tienen una característica esencial para determinar su uso y la eficiencia esperada: el grado de viscosidad, que puede variar en función de la temperatura. Cuando se encuentra una diferencia térmica como la que se produce entre un empleo común a temperatura ambiente y el que se puede dar en un almacén de frío, con niveles de congelación, la composición del fluido no puede ser la misma en ambos casos.

En concreto, se utilizan aceites sintéticos que contienen aditivos químicos y permiten que la viscosidad se vea menos alterada por el frío, pudiendo mantener las propiedades del lubricante independientemente de la temperatura de funcionamiento”, analiza Juan Torrijos.

 

Componentes al calor

Esta es la diferencia esencial que se puede hallar entre los motores destinados a las instalaciones a temperatura ambiente y los empleados en frío, aparte del color en el que se pintan para evitar confusiones entre unos y otros. Pero es una variación importante e indispensable que tiene que llevar a cabo el proveedor en la fábrica, al montar el motor.

Si los elementos mecánicos pueden acusar el frío, los componentes electrónicos pueden quedar inutilizados con bastante facilidad, en pocos minutos,con tan sólo exponerlos a un frío intenso bajo cero.

En el caso de algunos de los dispositivos eléctricos que pertenecen a máquinas fijas, se pueden colocar en dependencias calefactadas. Sin embargo, hay otros, especialmente los que forman parte de los transelevadores,que tienen que convivir con el gélido ambiente que se genera en estos almacenes. En concreto, en casi ningún integrante eléctrico de los usados por Mecalux se garantiza que pueda funcionar a temperaturas de -30 ºC.

Hay pocas excepciones,como las fotocélulas empleadas en la actualidad, entre las que hay modelos que sí que soportan dichas temperaturas.Casi todo lo demás, los cables, finales de carrera, etc., admiten unos mínimos de -20 a -25 ºC. En el caso de las piezas de electrónica, casi todas pueden dañarse o dejar de funcionar por debajo de 0 ºC, como es el caso de los variadores de velocidad, las cabeceras de periferia distribuida, las fuentes de alimentación, los módulos E/S (de entrada y salida) y los relés de seguridad, entre otros.

Esta circunstancia se ha resuelto de varias maneras a lo largo de los años. Actualmente, una de las soluciones consiste en contar con una cabina climatizada dentro de la cual se colocan aquellos aparatos electrónicos más sensibles y que no es imprescindible que estén expuestos al frío.

El habitáculo está formado por paneles aislantes y permite disponer en su interior todos los elementos electrónicos y algunos de los eléctricos. El uso de una cabina de este tipo tiene otra ventaja, además de la preservación de los componentes. Cuando el personal de mantenimiento necesita efectuar determinadas operaciones, puede llevarlas a cabo allí sin estar expuesto al intenso frío del almacén.

 

Temperatura interior

La cabina incorpora un sistema que regula la temperatura interior, compuesto por una resistencia que puede calentar el habitáculo y un intercambiador de calor. La razón de añadir este segundo elemento se debe a que puede acaecer que la temperatura de la cabina resulte demasiado alta, debido a que los aparatos desprenden calor.

En el pasado se podía dar la circunstancia de que si la temperatura se elevaba demasiado, los dispositivos complejos, como los variadores de velocidad, dejaban de funcionar y producían un error de sobrecalentamiento.Se trata de un sistema del que hoy están dotados casi todos los aparatos eléctricos: se paran cuando hay un exceso de temperatura (entran en fallo) y así se evita la avería.

El intercambiador de calor se utiliza precisamente para que esa circunstancia no se origine. Cuando se llega a un determinado nivel de calor, se activa este aparato. De forma simplificada,dentro del mismo, hay dos cámaras. Por una de ellas se hace circular aire del exterior de la cabina y por la otra, el aire del interior. Al estar ambas en contacto, el calor del interior se va intercambiando con el frío exterior, de modo que se regula el ambiente y cuando se logra un nivel aceptable (siempre menos de 40 ºC, para que los equipos no entren en fallo y se paren), el intercambiador deja de funcionar.

Dentro de la cabina también pueden instalarse componentes relativos al funcionamiento de la cuna, en cuyo caso, con una cadena portacables, se llevan los cables usados para la electricidad y los datos hasta dicha parte del transelevador. Hay otra solución también recurrente, que consiste en usar una línea de cobre para conducción eléctrica (el paso de la electricidad a la cuna se produce mediante una escobilla fijada en ésta, que recorre la línea a lo largo) y una cabina con temperatura controlada montada en la cuna en cuyo interior se instalan los componentes que no se pueden exponer al frío.

En este caso, la comunicación entre los mismos y el resto del sistema se hace por medio de una fotocélula enfrentada a otra que se sitúa sobre el testero inferior del transelevador. Existen otros elementos que no se montan ni en una cabina, ni en otra, porque deben estar en el exterior para cumplir su cometido. Nos referimos a las fotocélulas, los telémetros o los encoders, por ejemplo.

La solución para estos componentes varía. Así, mientras que existen componentes específicos para trabajar a -30 ºC, otros son los mismos que los utilizados a temperatura ambiente pero acoplándoles calefactores. De la misma manera, los cables –que pueden quebrarse cuando se congelan, especialmente aquellos que se mueven– también incorporan aislantes garantizados para soportar -30 ºC o más.

 

Cuidado antes del frío

El buen funcionamiento de las piezas mecánicas y eléctricas no es la única preocupación a la hora de plantear un almacén automático que tenga que cumplir su misión bajo cero.Ya en el mismo proceso de instalación de las estructuras de metal, las estanterías, y las máquinas se ha de tomar en consideración el cometido que se les otorgará.

La puesta en marcha se efectúa a temperatura ambiente para comprobar que todo funciona correctamente.Cuando se ha terminado esa fase,se procede a alcanzar progresivamente la temperatura a la que tendrá que operar el almacén. Con el objetivo de que ni las máquinas ni las estructuras sufran contracciones notables, se pasa a enfriar las dependencias a razón de entre 1 y 2 ºC diarios.

Cuando la instalación ha adquirido la temperatura a la que deberá permanecer, se hace una segunda comprobación de la puesta en marcha para asegurar que en el proceso de enfriamiento no se ha producido ningún cambio que afecte al funcionamiento de la instalación. Por ejemplo, una de las recomprobaciones que se hacen es la revisión del par de apriete de las tuercas y tornillos utilizados, ya que durante el enfriamiento se han podido originar contracciones que afecten a esta cuestión.El par de apriete es la fuerza que se le debe dar a la unión atornillada para que realice su trabajo eficientemente,teniendo en cuenta su calidad y la labor que tenga que desempeñar.

Si es excesivo, significa que el tornillo se está sometiendo a un esfuerzo extra de partida, así que una vez enfrentado al trabajo se puede partir.Para ejecutar el apriete correctamente y con precisión se emplea una llave dinamométrica que dispone de un embrague; éste se calibra de tal manera que el tornillo o tuerca se aprieta y cuando se llega a la fuerza especificada, la llave patina y no estrecha más la pieza.

 

Control del hielo

Tan esencial como el lubricante delos motores o la comprobación del apriete de las uniones de las estanterías y máquinas es disponer de un ambiente de trabajo idóneo. En este asunto el nombre del mayor enemigo de la instalación es “hielo”. Si éste se incrusta en las máquinas, puede provocar graves daños, como la rotura de los ejes. Si llega a las fijaciones de los transportadores podría generar un desplazamiento de los mismos.

Parece lógico que lo único que hay que evitar, por lo tanto, es la formación de hielo. Pero no es tan fácil hacerlo como decirlo. Resulta vital que la nave esté perfectamente aislada y que no se produzca una entrada no deseada de aire exterior o de una fuente de calor. Si tal circunstancia sucede, la humedad del aire que penetrase condensa rápidamente en contacto con el ambiente frío del interior de la instalación y se convierte en hielo.

Si la instalación adolece de este problema y la entrada de aire está situada en la parte alta de la nave se puede dar el caso de que nieve dentro de ella, literalmente.El desarrollo de las máquinas, la instalación de los elementos que conforman el almacén y el buen aislamiento de la nave o el edificio son medidas previas que permiten que todo, aunque esté a una temperatura propia del invierno más duro, funcione correctamente sin contratiempos.

Pero el frío influye en bastantes más aspectos, como el mantenimiento, por ejemplo. En lo que respecta a la primera cuestión, aunque no es imprescindible emprender unas labores específicas de revisión del sistema, sí es indispensable tener en cuenta la temperatura de la instalación a la hora de programar y de llevar a cabo las tareas. Todo se complica más cuando es necesario contar con equipo específico contra el frío y cuando además se ha de tener encuenta los intervalos de trabajo: ya que cada 45 minutos de actividad dentro de la cámara, es preceptivo descansar otros 15, para evitar enfermedades asociadas al frío.

 

Mayor cansancio

Por otra parte, el frío ocasiona una ralentización del trabajo del operario y un mayor cansancio, lo que junto con la exigencia de utilizar un equipo que dificulta el movimiento (incluidos unos guantes que reducen la sensibilidad de las manos), provoca que las operaciones en frío necesiten en general de más tiempo para su conclusión. Además, en el caso de que el almacén cuente con un sistema de inertización contra el fuego (ver Inertización contra el fuego), podría ser preciso disponer de medidas especiales de seguridad.

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EL SECRETO DE UNA BUENA LUBRICACIÓN

La viscosidad es la resistencia de los fluidos a la velocidad de de formación,o dicho en términos más comprensibles, la facilidad que tienen para fluir. El agua es muy fluida, mientras que la miel es muy viscosa. Aunque no es técnicamente exacto, se podría decir que la viscosidad de un lubricante es la densidad o liquidez que tiene.

En aplicaciones mecánicas, ese grado debe ser lo suficientemente bajo para que el lubricante penetre por todos los recovecos de las máquinas y recubra la totalidad de las piezas. Pero no puede ser muy bajo, porque entonces no se forma la película necesaria para que el fluido haga su trabajo, que no es otro que el de servir de protección ante la fricción de los elementos mecánicos. En el caso delas máquinas de los almacenes automáticos para frío, se utilizan lubricantes con una mayor resistencia a los efectos de las bajas temperaturas, de tal manera que mantienen su grado de viscosidad con pocas alteraciones.

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INERTIZACIÓN CONTRA EL FUEGO

El agua, a una temperatura bajo cero, se convierte en hielo. Por eso, en los almacenes de frío es complicado emplear sistemas convencionales de extinción de incendios, tales como los rociadores de placa. Algunas empresas están optando por un mecanismo de prevención denominado inertización.

Para que se produzca la combustión es preciso que haya oxígeno en el ambiente. El oxígeno es un gas reactivo, mientras que el nitrógeno, es inerte; esto es, que necesita una mayor temperatura para reaccionar. El aire normal, el que respiramos, está compuesto por un 21% de oxígeno, un 78% de nitrógeno y un 1% de gases nobles tales como el argón, el neón o el helio, entre otros.

Los sistemas de inertización utilizan compresores para inyectar nitrógeno dentro de la nave (el nitrógeno es un gas inerte, de ahí el nombre de la técnica), lo que hace que descienda el volumen del oxígeno. Con ello se consigue que o bien no se pueda generar una llama o, en sistemas menos agresivos, que aunque se inicie un fuego, éste se propague muy lentamente.

Menos oxígeno

Estas ventajas también tienen su contrapartida: un almacén con un ambiente con menor oxígeno provoca un mayor cansancio en los operarios encargados del mantenimiento y, en algunos casos, se debe acceder al interior del silo con un equipo especial.

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S.A.S.: EL FRÍO A BUEN RECAUDO

Una de las zonas más críticas en lo que se refiere a un almacén automático para frío es aquella dedicada a la entrada y salida de mercancía. Dado que una de las principales ventajas de una instalación automatizada es la conservación de ese frío, resulta de gran importancia que no se produzcan entradas de aire del exterior (siempre más caliente que el del interior de la cámara frigorífica) y que, por lo tanto, no haya una pérdida de temperatura.

Para evitar tal circunstancia se utiliza lo que se denomina un S.A.S.(sistema especial de esclusa de aire). Consiste en una dependencia acoplada al hueco de salida del almacén que tiene dos puertas.Éstas no se pueden abrir al unísono, sino que, por el contrario, cuando una permanece abierta, la otra queda cerrada herméticamente. De este modo, se produce una cámara que actúa de aislante entre una zona y otra. Por su interior se desplaza la mercancía gracias a transportadores.

Calefactor incorporado

Dentro del SAS sí se originan condensaciones de agua (vaho) debido a las variaciones de temperatura del aire, lo que puede afectar, fundamentalmente, a las fotocélulas. En estos componentes el mayor problema es que su óptica se empaña, por lo que deben llevar un calefactor incorporado para evitarlo.