Para resolver la elección de un material superior para las crucetas de los ejes en lavadoras, es fundamental abordar las tres causas principales de su fallo: corrosión, fatiga mecánica y desequilibrio.
Hablemos de sostenibilidad.
«ésta falla o avería no es la más común, es la mas constante y la más costosa» tiene que desechar el resto de la maquinaria en funcionamiento, aporta más basura con materiales como el plastico, y la solución con una buena garantía de reparación debe hacerse en talleres equipados.
El material más común históricamente ha sido la aleación de aluminio (fundición a presión), que es económica, pero muy susceptible a la corrosión galvánica, también conocida como corrosión bimetálica, por picaduras debido al contacto constante con agua de carga, detergentes agresivos y especialmente, iones de cloruro (sal) en los residuos de detergente.
Metodología de Selección de Materiales Avanzados
Índice
- Metodología de Selección de Materiales Avanzados
- Materiales Comunes para Crucetas de Ejes en Lavadoras
- Materiales Superiores a Considerar
- 1. Acero Inoxidable (Stainless Steel)
- 2. Aleaciones de Cobre (Bronces)
- 3. Aleaciones de Aluminio Mejoradas con Recubrimiento
- Recomendaciones para la Selección del Material
- Consideraciones de Diseño y Proceso
- Análisis de Coste (Aluminio vs. Acero Inoxidable 316)
- 1. Coste de la Materia Prima (Por Peso)
- 2. Coste y Complejidad de Fabricación (Procesamiento)
- Coste de Ciclo de Vida y Garantía (El Gran Ahorro)
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La selección del mejor material se basa en equilibrar las propiedades críticas bajo las condiciones operativas de una lavadora:
| Condición Operativa | Propiedad Crítica Requerida |
| Agua, detergentes, lejía | Alta Resistencia a la Corrosión (Cloruros) |
| Altos RPM (Centrifugado) | Alta Resistencia a la Fatiga Cíclica |
| Cargas Desequilibradas | Alta Tenacidad y Dureza |
| Economía de Fabricación | Buena Moldeabilidad o Maquinabilidad |
Materiales Comunes para Crucetas de Ejes en Lavadoras
| Material | Ventajas | Desventajas | Aplicación Típica |
|---|---|---|---|
| Acero al carbono | Alta resistencia, durabilidad, bajo costo | Susceptible a la corrosión, requiere tratamiento | Lavadoras de gama media y baja |
| Acero inoxidable | Excelente resistencia a la corrosión, larga vida útil | Costo más elevado, más difícil de mecanizar | Lavadoras de alta gama |
| Polímeros reforzados | Ligero, resistente a la corrosión, bajo ruido, fácil de moldear | Menor resistencia mecánica, vida útil limitada | Lavadoras modernas y de bajo consumo |
| Aleaciones de aluminio | Ligero, buena resistencia a la corrosión, fácil de fabricar | Menor resistencia al desgaste, menos duradero | Componentes secundarios |
| Bronce/Latón | Buena resistencia al desgaste, baja fricción, resistente a la corrosión | Costo elevado, menos común en lavadoras modernas | Aplicaciones especiales |
Materiales Superiores a Considerar
En un entorno de fabricación masiva, la solución óptima es utilizar un material que ofrezca un rendimiento superior sin un coste prohibitivo, centrándose en las aleaciones resistentes a la corrosión.
1. Acero Inoxidable (Stainless Steel)
El acero inoxidable es el candidato más viable para un gran salto en durabilidad.
- Acero Inoxidable Austenítico 316 / 316L: Esta es la mejor opción en la práctica para la mayoría de los diseños.
- Ventajas: Es significativamente más resistente a la corrosión por picaduras y grietas (especialmente por cloruros) que el acero inoxidable 304 estándar debido a la adición de Molibdeno (Mo). Ofrece una excelente resistencia a la fatiga y es tenaz.
- Desventajas: Mayor coste y densidad que el aluminio, lo que exige un rediseño de la cuba o cojinetes para manejar el peso adicional.
- Acero Inoxidable Dúplex (2205 o similar):
- Ventajas: Ofrece una resistencia a la corrosión y una resistencia mecánica aún superiores.
- Desventajas: El más caro y más difícil de fabricar que el 316, lo que lo limita a modelos premium.
2. Aleaciones de Cobre (Bronces)
Ciertas aleaciones de cobre pueden ser consideradas para entornos corrosivos.
- Bronce de Aluminio (Aluminum Bronze):
- Ventajas: Excelente resistencia a la corrosión, especialmente en entornos marinos (agua salada) y buena resistencia al desgaste. Es más duro que muchas aleaciones de aluminio.
- Desventajas: Alto coste y dificultad de moldeo comparado con el aluminio tradicional.
3. Aleaciones de Aluminio Mejoradas con Recubrimiento
Si el coste del acero inoxidable es inasumible, la solución es mejorar el material actual mediante:
- Aleaciones de Aluminio de la Serie 6000 o 7000: Ofrecen mayor resistencia mecánica que las aleaciones de fundición estándar.
- Recubrimientos Protectores (Coating): La clave es aplicar un recubrimiento robusto que aísle la aleación de aluminio del entorno corrosivo.
- Anodizado Duro: Puede aumentar la resistencia superficial y la durabilidad, aunque un fallo del recubrimiento expone el sustrato.
- Recubrimiento de Polímero (Epoxi o Similar): Un recubrimiento integral de alta calidad, resistente a la abrasión y a los químicos del detergente, podría ser una solución de coste-efectividad intermedia.
Recomendaciones para la Selección del Material
- Costo y Fabricación:
- Si el costo es un factor crítico, el acero al carbono o el aluminio pueden ser opciones viables, aunque con compromisos en durabilidad y resistencia a la corrosión.
- Los polímeros reforzados también ofrecen ventajas en términos de facilidad de fabricación y reducción de costos en procesos de moldeo por inyección.
- Tendencias Futuras:
- La industria está evolucionando hacia el uso de materiales más ligeros y sostenibles, como polímeros avanzados y compuestos, para mejorar la eficiencia energética y reducir el impacto ambiental
Consideraciones de Diseño y Proceso
Para maximizar la vida útil, la elección del material debe ir acompañada de mejoras en el diseño:
- Reducción de la Concentración de Tensiones: Evitar esquinas afiladas y transiciones abruptas en el diseño de la cruceta para reducir los puntos donde la fatiga y el agrietamiento por corrosión bajo tensión pueden comenzar.
- Sellado del Eje: Asegurar que el retén (o retenedor) y los cojinetes ofrezcan un sellado perfecto es crucial, ya que el fallo de la cruceta comienza a menudo en la zona de contacto del eje debido a la penetración de agua y detergente.
- Mecanizado de Precisión: Las tolerancias en la fabricación deben ser estrictas para minimizar el desequilibrio inicial, reduciendo así las fuerzas cíclicas que causan la fatiga del material.
El Acero Inoxidable 316 ofrece el mejor equilibrio entre rendimiento a largo plazo (corrosión/fatiga) y viabilidad de fabricación para una línea de producto duradera.
Análisis de Coste (Aluminio vs. Acero Inoxidable 316)
La comparación debe centrarse en tres factores clave: coste de la materia prima, coste de procesamiento y coste de ciclo de vida.
1. Coste de la Materia Prima (Por Peso)
| Factor | Aleación de Aluminio (Fundición) | Acero Inoxidable 316 (Alto Rendimiento) | Implicación |
| Precio Base por Peso | Generalmente más alto que el acero básico. | Significativamente más alto (puede ser 4-6 veces más que el aluminio de fundición debido al cromo, níquel y molibdeno). | El A.I. 316 es más caro por kilogramo. |
| Densidad | Baja (aprox. $2.7 \text{ g/cm}^3$). | Alta (aprox. $8.0 \text{ g/cm}^3$). Composición química: 16,5-18,5% cromo 10-13% níquel 2-2,5% molibdeno Bajo contenido de carbono < 0,030 % cuando es AISI-316L (1.4404). | Una cruceta de A.I. 316 pesará casi 3 veces más que una de aluminio. |
| Costo Total de Material | Bajo | Muy Alto | El coste del material por pieza de A.I. 316 será mucho mayor debido al precio por peso y a la densidad. |
El Acero Inoxidable 316 representa un aumento drástico en el coste de material directo. Esto solo se justifica si el valor de la garantía extendida, la reputación de la marca o la diferenciación del producto son prioritarios.
Usos frecuentes:
- Equipos médicos y quirúrgicos.
- Equipos e instalaciones en industria química y farmacéutica.
- Ambientes marinos y costeros
- Plantas de tratamiento de agua
2. Coste y Complejidad de Fabricación (Procesamiento)
| Proceso | Aleación de Aluminio (Fundición a Presión) | Acero Inoxidable 316 (Fundición o Forja) | Implicación |
| Proceso de Formado | Fundición a presión (Die Casting): Rápido, automatizable y permite geometrías complejas con alta precisión y bajos costes por pieza. | Fundición de precisión (Investment Casting) o Forja: Más lento, más laborioso y requiere temperaturas mucho más altas. | El aluminio es mucho más rápido y barato de moldear para piezas de volumen. |
| Maquinabilidad | Relativamente blando, fácil de cortar y maquinar. | Más duro y tenaz, lo que dificulta y ralentiza el mecanizado final del eje y los orificios. | Mayor coste de herramientas y tiempo de ciclo para el A.I. 316. |
| Balanceo/Peso | Bajo peso, menor impacto en los rodamientos y menor energía para girar. | Alto peso, lo que exige cojinetes (rodamientos) más robustos y posiblemente un motor más potente, añadiendo costes indirectos. |
Coste de Ciclo de Vida y Garantía (El Gran Ahorro)
Aquí es donde el A.I. 316 recupera su valor.
- Vida Útil del Producto: El aluminio falla por corrosión o fatiga en un plazo típico de 5 a 10 años, lo que obliga al reemplazo. El A.I. 316 puede durar 20 años o más bajo las mismas condiciones.
- Costes de Garantía: El fallo de la cruceta es una de las averías más caras de cubrir en garantía (implica mano de obra intensiva).
- Cruceta de Aluminio: Alta probabilidad de costes de garantía durante el período de cobertura.
- Cruceta de A.I. 316: La probabilidad de fallo por corrosión o fatiga es cercana a cero, eliminando esos costes de garantía para el fabricante.
La elección de Acero Inoxidable 316 solo es viable si el fabricante busca:
- Ofrecer una garantía de por vida o 10 años en la cuba y el motor.
- Competir en el segmento premium o de ultra-durabilidad.
- Reducir drásticamente los costes de servicio postventa y reparación a largo plazo.
Observaciones: (Marcas Fantasmas) Si la prioridad es mantener el precio de venta al público lo más bajo posible, el aluminio, con alguna mejora superficial (como se mencionó), seguirá siendo la opción preferida, aunque la durabilidad no tanto de sus productos sino también la supervivencia de la marca y su cadena a que se vea comprometida. Por otro lado y a la par no tendría sentido algunas pólizas de seguros dadas las condiciones ya que indemnizar a los asegurados con una parte para que vuelvan a comprar un electrodoméstico nuevo porque la reparación supera el 60% como diferencia a una nueva adquisición.