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Evaluaci�n del impacto ambiental de procesos de mecanizado mediante herramientas de an�lisis de ciclo de vida (ACV) enfoque integral

 

Environmental impact assessment of machining processes using life cycle assessment (LCA) tools, comprehensive approach

 

Avalia��o de impacto ambiental de processos de maquina��o utilizando ferramentas de avalia��o do ciclo de vida (ACV), abordagem abrangente

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: dr.freire@uta.edu.ec

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

 

 

* Recibido: 28 de abril de 2025 *Aceptado: 23 de mayo de 2025 * Publicado: �11 de junio de 2025

         I.            Ingeniero Mec�nico, Mag�ster en Ingenier�a Mec�nica menci�n en Dise�o de Sistemas Mec�nicos, Hidr�ulicos y T�rmicos, T�cnico Docente de la Universidad T�cnica de Ambato de la Facultad de Ciencias Agropecuarias; Ambato, Ecuador.

       II.            Ingeniera Mec�nica, M�ster en Ingenier�a Matem�tica y Computaci�n, Mestre em Engenharia Mec�nica - Producao Industrial, Docente Investigadora de la Universidad T�cnica de Ambato de la Facultad de Ingenier�a Civil y Mec�nica de la Carrera de Mec�nica; Ambato, Ecuador.

     III.            Ingeniero Mec�nico, Mag�ster en Dise�o Mec�nico, Docente Investigador de la Universidad T�cnica de Ambato de la Facultad de Ingenier�a Civil y Mec�nica de la Carrera de Mec�nica; Ambato, Ecuador.

    IV.            Ingeniero Mec�nico, Mag�ster en Dise�o Mec�nico, Docente Investigador de la Universidad T�cnica de Ambato de la Facultad de Ingenier�a Civil y Mec�nica de la Carrera de Mec�nica; Ambato, Ecuador.

 

Resumen

Este estudio se centra en evaluar el impacto ambiental de los procesos de mecanizado utilizando las herramientas del An�lisis de Ciclo de Vida (ACV) de manera integral que incluye, adem�s de las emisiones directas e indirectas, el consumo de energ�a, la eficiencia de materiales, la gesti�n de residuos y la eficiencia operativa general. La investigaci�n surge de la creciente preocupaci�n por la sostenibilidad dentro de los procesos de fabricaci�n avanzada, siendo el mecanizado una de las actividades m�s perjudiciales para el medio ambiente en el sector industrial.

El objetivo principal es cuantificar y evaluar los impactos ambientales en relaci�n con varios par�metros operativos de los procesos de mecanizado con ACV est�ndar (ISO 14040/44) y herramientas computacionales mejoradas como SimaPro y GaBi. Adopta una postura te�rica formal que combina paradigmas de ecodise�o, fabricaci�n verde y econom�a circular con un enfoque en la huella de carbono, el uso del agua y la generaci�n de residuos peligrosos como m�tricas fundamentales.

Entre los conceptos clave se encuentran: energ�a espec�fica de corte, eficiencia ambiental de las herramientas de corte, tasas de eliminaci�n de material y impacto ambiental por unidad funcional. Se encontr� que la velocidad de corte, el tipo de refrigeraci�n y la selecci�n del material de la herramienta tienen una influencia considerable en los impactos ambientales netos globales.

En conclusi�n, el estudio demuestra que un enfoque ecoeficiente para optimizar los par�metros de mecanizado reduce significativamente los impactos ambientales netos mientras se mantiene la calidad del producto. Se recomienda incorporar ACV en la fase de dise�o de los procesos como una herramienta estrat�gica fundamental para la toma de decisiones, que permita una fabricaci�n m�s ecol�gica.

Palabras Clave: An�lisis de Ciclo de Vida; Ingenier�a de fabricaci�n y procesos de mecanizado; Sostenibilidad en sistemas de producci�n; Herramientas tecnol�gicas para el An�lisis de Ciclo de Vida.

 

Abstract

This study focuses on assessing the environmental impact of machining processes using Life Cycle Assessment (LCA) tools in a comprehensive manner, including, in addition to direct and indirect emissions, energy consumption, material efficiency, waste management, and overall operational efficiency. This research stems from the growing concern for sustainability within advanced manufacturing processes, as machining is one of the most environmentally damaging activities in the industrial sector.

The main objective is to quantify and assess environmental impacts related to various operational parameters of machining processes using standard LCA (ISO 14040/44) and enhanced computational tools such as SimaPro and GaBi. It adopts a formal theoretical stance that combines ecodesign, green manufacturing, and circular economy paradigms with a focus on carbon footprint, water use, and hazardous waste generation as key metrics.

Key concepts include specific cutting energy, environmental efficiency of cutting tools, material removal rates, and environmental impact per functional unit. Cutting speed, cooling type, and tool material selection were found to have a considerable influence on overall net environmental impacts.

In conclusion, the study demonstrates that an eco-efficient approach to optimizing machining parameters significantly reduces net environmental impacts while maintaining product quality. Incorporating LCA into the process design phase is recommended as a key strategic decision-making tool, enabling greener manufacturing.

Keywords: Life Cycle Assessment; Manufacturing engineering and machining processes; Sustainability in production systems; Technological tools for Life Cycle Assessment.

 

Resumo

Este estudo centra-se na avalia��o do impacto ambiental dos processos de maquina��o utilizando ferramentas de Avalia��o do Ciclo de Vida (ACV) de forma abrangente, incluindo, para al�m das emiss�es diretas e indiretas, o consumo de energia, a efici�ncia dos materiais, a gest�o de res�duos e a efici�ncia operacional global. Esta investiga��o decorre da crescente preocupa��o com a sustentabilidade nos processos avan�ados de fabrico, dado que a maquina��o � uma das atividades mais prejudiciais para o ambiente no setor industrial.

O principal objetivo � quantificar e avaliar os impactos ambientais relacionados com diversos par�metros operacionais dos processos de maquina��o utilizando a ACV standard (ISO 14040/44) e ferramentas computacionais avan�adas, como o SimaPro e o GaBi. Adota-se uma postura te�rica formal que combina os paradigmas de ecodesign, green manufacturing e economia circular, com foco na pegada de carbono, na utiliza��o de �gua e na gera��o de res�duos perigosos como m�tricas-chave.

Os principais conceitos incluem a energia de corte espec�fica, a efici�ncia ambiental das ferramentas de corte, as taxas de remo��o de material e o impacto ambiental por unidade funcional. Verificou-se que a velocidade de corte, o tipo de arrefecimento e a sele��o do material da ferramenta t�m uma influ�ncia consider�vel nos impactos ambientais l�quidos globais. Em conclus�o, o estudo demonstra que uma abordagem ecoeficiente para otimizar os par�metros de maquina��o reduz significativamente os impactes ambientais l�quidos, mantendo a qualidade do produto. A incorpora��o da ACV na fase de conce��o do processo � recomendada como uma ferramenta estrat�gica fundamental para a tomada de decis�es, permitindo um fabrico mais sustent�vel.

Palavras-chave: Avalia��o do Ciclo de Vida; Engenharia de fabrico e processos de maquina��o; Sustentabilidade nos sistemas de produ��o; Ferramentas tecnol�gicas para a Avalia��o do Ciclo de Vida.

 

Introducci�n

La fabricaci�n avanzada se enfrenta al reto de alcanzar un equilibrio entre productividad, calidad y el rendimiento ambiental durante sus procesos, en contextos globales de crecimiento de exigencias medioambientales y presi�n regulatoria sobre la sostenibilidad industrial. En este marco, el mecanizado es uno de los procesos m�s importantes en la transformaci�n de materiales en las industrias automotriz, aeroespacial y biom�dica, aporta a un gran consumo de energ�a, generaci�n de residuos y emisi�n de residuos contaminantes en su ciclo de vida operacional.

El an�lisis del mecanizado ha sido centrado en indicadores econ�micos y t�cnicos, dejando de lado el an�lisis sistem�tico de su efecto ambiental; sin embargo, los avances en la metodolog�a de evaluaci�n ambiental, el An�lisis de Ciclo de Vida (ACV) o Life Cycle Assessment (LCA), proporcionan nuevas oportunidades para estimar de manera precisa y uniforme en distintos escenarios los efectos ambientales desde la extracci�n de materias primas hasta los desechos del producto. Dicha herramienta, sustentada en normas internacionales (ISO 14040/44), posibilita considerar de manera exhaustiva las energ�as y materiales que intervienen en el proceso de producci�n.

El presente art�culo busca evaluar, de manera integral, los efectos ambientales asociados a los procesos de mecanizado, utilizando metodolog�as ACV con software especializado. Se pretende determinar las variables cr�ticas que afectan la huella ecol�gica del proceso y avanzar en el dise�o de pol�ticas correctivas, basado en los principios de ecodise�o y fabricaci�n sustentable. Esta perspectiva favorece el desarrollo de tecnolog�as limpias y la ingenier�a de producci�n con un enfoque de responsabilidad social.

 

Desarrollo

Estudio del arte

La evaluaci�n de impacto ambiental en el mecanizado de productos ha adquirido mayor inter�s en los �ltimos a�os debido al impulso por movimientos hacia pr�cticas m�s sostenibles en fabricaci�n. Varios autores han utilizado An�lisis de Ciclo de Vida (ACV) como una herramienta principal en la medici�n, estandarizada de los impactos ambientales de estos procesos.

Investigaciones recientes subrayan la importancia del ACV para detectar etapas de fabricaci�n que presentan problemas cr�ticos dentro del ciclo de vida, mayormente asociados al consumo de energ�a, fluidos refrigerantes e intemperismo de herramientas (Zhao et al., 2020). Se ha demostrado con experimentos que ciertos valores de la velocidad de corte y estrategia de refrigeraci�n tienen un impacto significativo sobre la huella h�drica y la huella de carbono de la operaci�n (Duflou et al., 2021).

Por el contrario, algunos autores han presentado resultados que compararon procesos de mecanizado a refrigeraci�n m�nima o en seco, los cuales generaron un notable impacto ambiental sustentable, capturando al mismo tiempo el producto en todos sus requisitos (Sharma et al., 2019). Otros han mostrado resultados con los softwares GaBi y SimaPro que permiten construir modelos basados ​​en predictores que integran m�ltiples variables ponderadas, proporcionando decisiones basadas en indicadores ambientales normalizados (Garc�a-C�rdenas et al., 2023).

Finalmente, Liu et al. (2022) proponen enfoques m�s integrativos combinando el ACV con an�lisis de exerg�a y an�lisis multicriterio, proporcionando as� una perspectiva m�s completa para la optimizaci�n ecoeficiente de los procesos de mecanizado. Este avance indica un cambio de paradigma hacia procesos industriales m�s responsables que integran la sostenibilidad ambiental como un factor cr�tico desde la fase de dise�o a lo largo de todo el ciclo de vida del producto.

 

Antecedentes Te�ricos

La evaluaci�n ambiental de procesos de mecanizado ha sido objeto de estudio de diversas investigaciones, las cuales han tomado un car�cter m�s global y sistem�tico en el transcurso de las �ltimas dos d�cadas. Esto se debe a que han dejado de lado el an�lisis centrado solo en el consumo energ�tico, y han mejorado a trav�s de metodolog�as integradas basadas en el An�lisis de Ciclo de Vida (ACV). Motivaron por la necesidad de adoptar pr�cticas de fabricaci�n m�s sostenibles para el cambio en pol�ticas internacionales de uso responsable de los recursos naturales y cambio clim�tico.

El estudio del mecanizado impuls� el desarrollo de nuevos indicadores temporales de tipo. la eficiencia energ�tica, el uso de herramientas de corte, as� como el empleo de fluidos refrigerantes (Duflou et al., 2012). No obstante, debido a la estandarizaci�n de la norma ISO 14040-44 y con la disponibilidad de software de tipo GaBi, SimaPro y OpenLCA, se comenz� a abrir el abanico de aplicaciones del ACV con b�squeda de su cuantificaci�n en los impactos medioambientales en todas las etapas de los procesos de mecanizado. Desde la extracci�n de materias primas hasta el cierre y la disposici�n final.

Durante el per�odo 2015 - 2020, varias investigaciones comenzaron a usar ACV como una metodolog�a normalizada para emisiones, consumo de agua, huella de carbono y residuos. Por ejemplo, autores como Jawahir y Dillon (2016) explican lo relevante que es brindar un equilibrio m�s equilibrado entre el mecanizado y su optimizaci�n ambiental. En este sentido, algunos estudios m�s recientes est�n desarrollando modelos h�bridos que combinan ACV con an�lisis exerg�tico, simulaciones en tiempo real y evaluaci�n multicriterio, lo que permite un mejor reconocimiento de los par�metros operativos cr�ticos (Liu et al., 2022; Garc�a-C�rdenas et al., 2023).

M�s recientemente, la literatura destaca la importancia de transitar hacia un ACV m�s hol�stico, al incluir dimensiones sociales y econ�micas que realicen un verdadero aporte a la sostenibilidad industrial. Esto ha dado lugar a propuestas derivadas del LCSA, que incluyen el ACV ambiental, an�lisis de costos de ciclo de vida (LCC) y evaluaci�n de ciclo de vida social (S-LCA) (Hauschild et al., 2018).

El enfoque de este estudio �la evaluaci�n ambiental del ACV de los procesos de mecanizado� ha pasado de un enfoque t�cnico estrictamente reduccionista a un marco m�s hol�stico, interdisciplinario y rigurosamente cuantitativo que considera el mecanizado como un nodo cr�tico dentro de las perspectivas de la cadena de valor circular.

 

Marco Te�rico

Los enfoques escalados para la evaluaci�n del impacto ambiental, en el contexto de la actividad industrial, han ido evolucionando hacia paradigmas m�s hol�sticos que facilitan la comprensi�n del flujo de materiales y energ�a. En este sentido, el an�lisis de ciclo de vida o ACV (an�lisis de ciclo de vida) se ha convertido en la herramienta de referencia metodol�gica siguiendo los procedimientos est�ndar legales establecidos por la Organizaci�n Internacional de Normalizaci�n (ISO 14040/14044), que describen las siguientes etapas del AC: definici�n de objetivos y alcance, an�lisis de inventario, evaluaci�n de impactos y an�lisis e interpretaci�n (Guin�e et al, 2011).

Uno de los enfoques te�ricos clave en esta l�nea es el de la fabricaci�n sostenible desarrollado por Allwood y Cullen (2012), que argumenta que los procesos de producci�n deben reducir el trabajo y los recursos necesarios para crear el producto en cuesti�n, as� como los desechos generados, sin perjudicar la funci�n o la competitividad del producto. Esto tambi�n es respaldado por los principios de eco-dise�o que afirman que la sostenibilidad debe estar incorporada desde las primeras etapas del proceso y el dise�o del producto (Brezet & van Hemel, 1997).

Al igual que la teor�a de sistemas de producci�n ecoeficientes (WBCSD, 2000) que Ecoeficiente proporciona una perspectiva valiosa porque integra la eficiencia operativa y el desempe�o ambiental, buscando maximizar el valor agregado por cada unidad de impacto ambiental. Esta postura, por su parte, permite considerar simult�neamente variables t�cnicas como velocidad de corte, uso de refrigerantes y de material de herramientas, y su impacto sobre la huella de carbono, consumo h�drico y emisiones t�xicas.

Fundada en la aplicaci�n te�rica, autores como Hauschild, Rosenbaum y Olsen (2018) integran metodol�gicamente el ACV con el an�lisis de sostenibilidad en sus multiplicriterios porque permite modelar y adaptar decisiones complejas a diversos contextos industriales, en especial en el mecanizado, donde las interacciones entre energ�a, materiales y condiciones de operaci�n son altamente din�micas.

Por �ltimo, el foco de sostenibilidad operacional en procesos de fabricaci�n (Jayal et al., 2010) que enfatiza la necesidad de evaluar simult�neamente las dimensiones ambientales, econ�micas y tecnol�gicas usando cuantificables y replicables es relevante para procesos de mecanizado dado que peque�as variaciones en los par�metros operativos impactan significativamente en las emisiones de gases de efecto invernadero.

1. Fundamentos del An�lisis de Ciclo de Vida (ACV)

El An�lisis de Ciclo de Vida (ACV) o Life Cycle Assessment (LCA) en ingl�s se refiere a una metodolog�a que est� estandarizada y permite la cuantificaci�n de los posibles impactos ambientales de un producto o proceso determinado desde el principio (extracci�n de materias primas) hasta el final (disposici�n). El an�lisis de impacto est� regulado por la ISO 14040, que especifica cuatro fases b�sicas del An�lisis de Ciclo de Vida �(ACV): sus objetivos y alcance, an�lisis de inventario, evaluaci�n del impacto e interpretaci�n de resultados (ISO, 2006).

Esta herramienta hace posible comparar dise�os alternativos, procesos de producci�n o incluso usos, lo que lleva a una visi�n m�s completa del rendimiento ambiental hol�stico. En relaci�n con los procesos de mecanizado, el An�lisis de Ciclo de Vida (ACV), permite identificar etapas cr�ticas de los procesos con alto consumo de energ�a, as� como una alta generaci�n de residuos y emisi�n de contaminantes (Hauschild et al, 2018). El An�lisis de Ciclo de Vida (ACV), ha surgido como el m�todo m�s robusto para integrar la sostenibilidad ambiental en sistemas industriales complejos.

2. Ingenier�a de fabricaci�n y procesos de mecanizado

Procesos como el torneado, fresado y rectificado son operaciones fundamentales en la fabricaci�n de piezas met�licas, definidas por la eliminaci�n de material con herramientas de corte. Estos procesos no solo son intensivos en energ�a, sino que tambi�n requieren el uso de refrigerantes, que tienen un impacto ambiental significativo (Duflou et al., 2012).

Los par�metros de operaci�n velocidad de corte, avance, profundidad de corte y tipo de fluido de corte impactan tanto en la ecoeficiencia como en la efectividad t�cnica del proceso de diferentes maneras.

Estudios recientes demuestran que una optimizaci�n conjunta de par�metros utilizando un Enfoque de CV (ACV) puede reducir significativamente las emisiones de CO₂ asociadas (Liu et al., 2022). As�, el estudio del mecanizado desde una perspectiva de ingenier�a ambiental se vuelve estrat�gicamente relevante para la fabricaci�n ecol�gica.

3. Sostenibilidad en sistemas de producci�n

La sostenibilidad en la ingenier�a de producci�n se centra en la integraci�n de objetivos econ�micos, sociales y ambientales en la actividad industrial. En este sentido, la fabricaci�n sostenible fomenta el mantenimiento de la calidad y la competitividad mientras se reduce el consumo de recursos y los impactos negativos (Jayal et al., 2010).

Conceptos como ecoeficiencia y ecodise�o permiten la inclusi�n de consideraciones ambientales desde las fases de planificaci�n y dise�o iniciales de los procesos; la adopci�n de principios de producci�n m�s limpia tambi�n ha proporcionado beneficios considerables en la gesti�n de residuos y emisiones en procesos de mecanizado (Gao et al., 2018).

De esta manera, la sostenibilidad emerge como un elemento clave para la innovaci�n transversal del desarrollo industrial responsable, particularmente en relaci�n con m�todos como el ACV.

4. Herramientas tecnol�gicas para el An�lisis de Ciclo de Vida (ACV) y evaluaci�n integrada

La aplicaci�n del An�lisis de Ciclo de Vida (ACV) en contextos industriales reales se facilita mediante el desarrollo de plataformas digitales y sistemas de software. GaBi, SimaPro y OpenLCA son programas que tienen la capacidad de modelar cadenas de valor complejas y simular escenarios para la optimizaci�n ambiental bajo diversas suposiciones t�cnicas y econ�micas (Herrmann et al., 2020).

Adem�s, la integraci�n del An�lisis de Ciclo de Vida (ACV) con la evaluaci�n de exerg�a o la toma de decisiones multicriterio (MCDM) ha mejorado a�n m�s la toma de decisiones en procesos de mecanizado intensivos en energ�a.

Conceptualmente, el enfoque de Evaluaci�n de Sostenibilidad del Ciclo de Vida (LCSA) es una evoluci�n metodol�gica del ACV, integrando no solo las dimensiones ecol�gicas sino tambi�n las econ�micas (LCC) y sociales (S-LCA) (Sala et al., 2013). Tales herramientas desplazan el perfil del ingeniero contempor�neo hacia el de un gestor hol�stico de la sostenibilidad industrial.

 

Metodolog�a

Este estudio se llev� a cabo dentro de un alcance explicativo de un enfoque de investigaci�n cuantitativa, con el fin de determinar y modelar el impacto ambiental asociado con varios procesos de mecanizado utilizando la aplicaci�n sistem�tica del An�lisis de Ciclo de Vida (ACV) dentro de un marco regulatorio con apoyo de software. La naturaleza cuantitativa de la investigaci�n permite medir la objetividad y reproducibilidad de los datos del indicador ambiental (consumo de energ�a, emisiones de gases de efecto invernadero, generaci�n de residuos y utilizaci�n de recursos h�dricos).

Se implement� un dise�o comparativo transversal no experimental con varios procesos de mecanizado (fresado, torneado y perforado) realizados bajo diferentes niveles de configuraci�n de par�metros (tipo de herramienta, velocidad de corte, uso de fluido refrigerante, etc.). Estos escenarios fueron creados mediante simulaci�n y software especializado en ACV para que se pudiera realizar un an�lisis comparativo configuracional sobre la estructura de valores resultantes y su impacto ambiental relativo.

Los datos provienen de un conjunto de operaciones de mecanizado realizadas en un ambiente controlado de laboratorio (centro de mecanizado CNC de 3 ejes) y validados frente a datos operativos reales proporcionados por una empresa del sector de metalmec�nica automotriz. Se definieron tres escenarios tecnol�gicos: mecanizado con fluido de corte convencional, mecanizado en seco y mecanizado con m�nima refrigeraci�n (MQL). La justificaci�n para seleccionar estos casos radica en su relevancia en la evaluaci�n de alternativas ecol�gicas en la fabricaci�n seg�n las pautas establecidas por Duflou et al. (2012) y Liu et al. (2022).

El An�lisis de Ciclo de Vida (ACV) se desarroll� de acuerdo con las normas ISO 14040 y 14044. El objetivo y alcance se centran en analizar los impactos desde 'puerta a puerta' considerando solo el proceso de mecanizado. Se definieron como insumos: energ�a el�ctrica, herramientas de corte, lubricantes y materiales met�licos; y como salidas se incluyen: viruta, emisiones atmosf�ricas, energ�a t�rmica y l�quidos de desecho. El an�lisis de LCI se realiz� con GaBi 10.0 y SimaPro 9.5 utilizando Ecoinvent v3.8 e Industry 2.0 como bases de datos de referencia. La evaluaci�n de impacto (LCIA) se realiz� con ReCiPe Midpoint (H) centrando en cambio clim�tico, agotamiento de recursos f�siles, toxicidad humana y uso de agua.

Los datos cuantitativos fueron tratados con t�cnicas descriptivas e inferenciales. Se realizaron pruebas de ANOVA para evaluar la significancia estad�stica entre el impacto ambiental en los diferentes escenarios. Adem�s, se aplic� un modelo de ponderaci�n multicriterio (MIVES) para priorizar alternativas en funci�n de su desempe�o ambiental. La validaci�n de resultados se llev� a cabo con simulaciones de sensibilidad (� 10% del consumo de energ�a y uso de fluido de trabajo) para demostrar la confiabilidad del modelo utilizando la metodolog�a descrita por Herrmann et al. (2020).

Se garantiz� la validez interna y externa mediante la triangulaci�n de datos simulados, experimentales y documentales. Todos los flujos de energ�a, materiales y residuos fueron modelados de acuerdo con las pautas regulatorias de evaluaci�n del ciclo de vida (ECV). No se recolectaron datos personales ni informaci�n sensible, por lo que no fue necesario contar con un consentimiento informado formal.

 

Resultados

El presente estudio aplic� la metodolog�a del An�lisis de Ciclo de Vida (ACV) bajo un enfoque integral para evaluar los impactos ambientales asociados a tres variantes del proceso de mecanizado: convencional, con m�nima cantidad de lubricante (MQL) y en seco. Se desarroll� una modelaci�n cuantitativa de cada alternativa, considerando indicadores clave como el consumo energ�tico, emisiones de CO₂-equivalente, consumo h�drico, generaci�n de residuos l�quidos y un �ndice compuesto de sostenibilidad basado en el m�todo MIVES.

El an�lisis se fundament� en datos operacionales estandarizados y criterios multicriterio de evaluaci�n ambiental. Esta aproximaci�n permiti� establecer comparaciones robustas sobre la eficiencia ecol�gica de cada proceso, alineando la evaluaci�n con est�ndares internacionales como ISO 14040 y los principios de la manufactura sostenible.

A continuaci�n, se presentan los resultados obtenidos, estructurados en tablas y gr�ficos, acompa�ados de un an�lisis cr�tico que destaca los hallazgos m�s relevantes para la optimizaci�n ambiental de los procesos industriales de mecanizado.

 

Tabla N� 1 Indicadores Ambientales y de Sostenibilidad por Proceso de Mecanizado

Elaborado: Autores

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Gr�fico N� 1 Consumo Energ�tico (MJ/pieza)

Elaborado: Autores

 

El gr�fico evidencia una tendencia clara en la eficiencia energ�tica de los distintos m�todos de mecanizado evaluados:

• El proceso convencional presenta el mayor consumo energ�tico, con un valor de 3.85 MJ por pieza, reflejando su dependencia de sistemas de refrigeraci�n y lubricaci�n intensivos.
• El mecanizado con MQL reduce el consumo a 2.76 MJ/pieza, logrando una mejora del 28 % respecto al convencional, gracias al uso optimizado de fluidos y menor demanda de energ�a en el sistema.
• El mecanizado en seco es el m�s eficiente energ�ticamente, con un consumo de 2.51 MJ/pieza, una reducci�n del 34.8 % en comparaci�n con el proceso tradicional.

Este resultado es significativo en t�rminos de sostenibilidad, ya que el consumo energ�tico est� directamente relacionado con la huella de carbono del proceso. La transici�n hacia m�todos como MQL y mecanizado en seco representa una estrategia viable para reducir el impacto ambiental sin comprometer la productividad, especialmente en industrias con pol�ticas de eficiencia energ�tica o metas de descarbonizaci�n. En el proceso convencional evidenci� el mayor consumo energ�tico por pieza, mientras que el mecanizado en seco fue el m�s eficiente. Esta diferencia puede atribuirse al uso intensivo de sistemas de refrigeraci�n en el proceso convencional.

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Gr�fico N� 2 Emisiones de CO₂ eq (kg/pieza)

Elaborado: Autores

 

El gr�fico revela una correlaci�n directa entre el tipo de proceso de mecanizado y las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), medidos en kilogramos de CO₂ equivalente por pieza producida:

• El proceso convencional genera las mayores emisiones, con 0.75 kg CO₂-eq/pieza, debido principalmente al elevado consumo energ�tico y al uso continuo de fluidos de corte derivados del petr�leo.
• El mecanizado con MQL presenta una mejora significativa, con emisiones reducidas a 0.58 kg CO₂-eq/pieza, lo que representa una disminuci�n del 22.7 % respecto al proceso tradicional.
• El mecanizado en seco, al prescindir de lubricantes y requerir menos energ�a, alcanza el mejor desempe�o con 0.50 kg CO₂-eq/pieza, una reducci�n del 33.3 % en comparaci�n con el mecanizado convencional.

Estos datos reafirman que el cambio hacia tecnolog�as m�s limpias como MQL y mecanizado en seco no solo mejora la eficiencia energ�tica, sino que tambi�n reduce considerablemente la huella de carbono. Esto es particularmente relevante para industrias que deben cumplir con normativas ambientales internacionales (como el Protocolo de Kioto o los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU) o que se enfrentan a sistemas de comercio de derechos de emisi�n. Las emisiones de CO₂-eq fueron proporcionales al consumo energ�tico ya que el mecanizado en seco demostr� ser el menos contaminante, con una reducci�n del 33% respecto al convencional.

 

 

Gr�fico N� 3 Consumo de Agua por Proceso

Elaborado: Autores

 

El gr�fico expone diferencias significativas en el consumo de agua entre los distintos m�todos de mecanizado:

• El proceso convencional registra el mayor consumo h�drico, con 1.10 litros por pieza, lo que refleja el uso continuo de fluidos de corte a base de agua y sistemas de refrigeraci�n l�quida.
• El mecanizado con MQL reduce sustancialmente este consumo a 0.25 L/pieza, representando una mejora del 77.3 % frente al enfoque tradicional. Esta eficiencia se logra gracias a la aplicaci�n controlada y localizada de microgotas de lubricante.
• El mecanizado en seco, como era de esperarse, no consume agua en su operaci�n (0.00 L/pieza), lo que lo convierte en la alternativa m�s eficiente desde una perspectiva h�drica.

Este hallazgo es especialmente relevante para industrias que operan en regiones con estr�s h�drico o que desean minimizar su huella h�drica como parte de sus pol�ticas de sostenibilidad. La reducci�n o eliminaci�n del consumo de agua no solo conlleva beneficios ambientales, sino tambi�n ventajas econ�micas al reducir costos de tratamiento, almacenamiento y disposici�n de efluentes. El proceso en seco elimin� completamente el uso de agua, un beneficio clave en contextos industriales con restricci�n h�drica. MQL tambi�n present� un perfil h�drico bajo.

 

 

 

 

Gr�fico N� 4 Residuos L�quidos (g/pieza)

Elaborado: Autores

 

El gr�fico muestra de forma clara la generaci�n de residuos l�quidos en tres tipos de procesos de mecanizado:

• El proceso convencional es el que m�s residuos l�quidos genera, alcanzando un promedio de 80 g por pieza, debido al uso intensivo de fluidos de corte y sistemas de refrigeraci�n.
• El mecanizado con MQL reduce significativamente esta carga, generando 45 g/pieza, lo que representa una disminuci�n del 43,75 % respecto al proceso convencional.
• El mecanizado en seco muestra un desempe�o ambiental superior, con apenas 10 g/pieza, es decir, un 87,5 % menos residuos que el proceso convencional.

Estos resultados refuerzan la eficiencia del mecanizado en seco en t�rminos de minimizaci�n de residuos peligrosos y su alineaci�n con principios de manufactura limpia y circularidad industrial. Adem�s, implica menores costes operativos asociados al tratamiento, almacenamiento y disposici�n de residuos l�quidos industriales.

 

 

 

 

 

 

 

 

Gr�fico N� 5 �ndice de Sostenibilidad (MIVES)

Elaborado: Autores

 

El gr�fico muestra que el �ndice de sostenibilidad calculado mediante la metodolog�a MIVES (Modelo Integrado de Valor para Evaluaciones de Sostenibilidad) permite una evaluaci�n integral considerando simult�neamente criterios ambientales, econ�micos y sociales. En el contexto del presente estudio, el �ndice var�a entre 0 (m�nima sostenibilidad) y 1 (m�xima sostenibilidad).

Los resultados muestran una jerarquizaci�n clara entre las tecnolog�as evaluadas:

• El mecanizado en seco alcanza el �ndice m�s alto (0.92), reflejando su superioridad en la mayor�a de los indicadores evaluados: consumo energ�tico, emisiones, residuos y consumo de agua. Suprimir los fluidos de corte no solo reduce el impacto ambiental, sino tambi�n los costes operativos y los riesgos para la salud ocupacional.
• El mecanizado con MQL obtiene un valor intermedio de 0.78, lo que lo posiciona como una alternativa viable para entornos industriales donde el mecanizado en seco no sea t�cnica o econ�micamente viable. Este proceso representa un equilibrio entre sostenibilidad y viabilidad t�cnica.
• El proceso convencional, por su parte, alcanza un �ndice de 0.53, evidenciando su rezago frente a pr�cticas m�s limpias. La elevada generaci�n de residuos l�quidos, el alto consumo de agua y energ�a, as� como mayores emisiones, penalizan su calificaci�n global.

Este an�lisis demuestra que la adopci�n de tecnolog�as de mecanizado m�s sostenibles no solo es deseable desde una perspectiva ambiental, sino tambi�n estrat�gica para organizaciones comprometidas con la excelencia operacional, la responsabilidad corporativa y el cumplimiento normativo ambiental. En entornos con metas ESG (ambientales, sociales y de gobernanza), este tipo de evaluaci�n multicriterio se convierte en una herramienta esencial para la toma de decisiones.

 

Discusi�n

Los resultados obtenidos confirman que el enfoque de evaluaci�n del ciclo de vida (ECA), cuando se implementa de manera hol�stica y con m�ltiples criterios, sirve como una herramienta eficaz para evaluar los procesos de mecanizado de precisi�n. De acuerdo con el objetivo principal del estudio, fue posible analizar sistem�ticamente los impactos de tres m�todos: mecanizado convencional, mecanizado con lubricaci�n en m�nima cantidad (MQL) y mecanizado en seco utilizando m�tricas clave como el consumo de energ�a, las emisiones de CO₂-equivalente, el uso de agua, la generaci�n de residuos l�quidos y el �ndice de sostenibilidad (MIVES).�

Los resultados demuestran que el mecanizado en seco es la opci�n m�s sostenible, liderando con mejoras significativas en todos los par�metros analizados. Espec�ficamente, el consumo de energ�a se redujo en un 34.8%, mientras que las emisiones de gases de efecto invernadero se redujeron en un 33.3% en comparaci�n con el procesamiento convencional. Estos hallazgos respaldan estudios recientes, como los de Aramcharoen y Mativenga (2021), quienes enfatizan el rendimiento ambiental del mecanizado en seco cuando las condiciones operativas son favorables. De manera similar, el MQL demostr� un rendimiento intermedio pero una marcada mejora respecto al m�todo tradicional, como lo documentaron D�az et al. (2020).

El �ndice MIVES permiti� consolidar estas m�tricas en una evaluaci�n integrada, siendo las t�cnicas de mecanizado ultras�nico (mecanizado en seco) las que tuvieron el mejor rendimiento con un �ndice de 0.92 y el MQL (0.78) superando con creces al m�todo convencional, que solo obtuvo un 0.53. Esta integraci�n fortalece la utilidad de los m�todos multicriterio en entornos de fabricaci�n donde la toma de decisiones debe tener en cuenta la tr�ada de dimensiones ambientales, sociales y econ�micas simult�neamente.�

Como una de las principales fortalezas del estudio destaca la aplicaci�n de un enfoque cuantitativo riguroso que es replicable, el uso de datos comparables entre procesos, as� como la inclusi�n de un marco de evaluaci�n multicriterio que mejora la precisi�n en la evaluaci�n de la sostenibilidad. Adem�s, la estandarizaci�n de las unidades funcionales como MJ/pieza, kg CO₂-eq/pieza, L/pieza, g/pieza logr� una comparaci�n objetiva entre tecnolog�as.

Sin embargo, el estudio tiene algunas limitaciones. Primero, el uso de un conjunto de datos de laboratorio controlado como muestra puede no capturar todas las sutilezas de los entornos industriales reales. Adem�s, los impactos atribuibles al ciclo de vida completo de las herramientas, as� como el transporte de insumos, no se incluyeron; esto podr�a considerar algunos impactos indirectos como m�s peque�os de lo que realmente son. Otra limitaci�n relevante es la ausencia de un an�lisis de costos econ�micos; aunque no fue el enfoque de la investigaci�n, este an�lisis podr�a haber proporcionado informaci�n que impulse la adopci�n tecnol�gica dentro de la industria.�

Con base en estos resultados, la recomendaci�n es que futuros trabajos examinen escenarios industriales pr�cticos y realicen un an�lisis de ciclo completo del ciclo de vida del producto, incluyendo el uso y la disposici�n de herramientas, lubricantes y otros materiales. Adem�s, a�adir un an�lisis econ�mico complementario y evaluar los riesgos para la salud ocupacional fortalecer�a el marco para decisiones empresariales centradas en la sostenibilidad hol�stica.

 

Conclusiones

• Este estudio evalu� el impacto ambiental de tres procesos de mecanizado utilizando la metodolog�a de evaluaci�n del ciclo de vida (ACV) y el modelo multicriterio MIVES: convencional, seco y lubricaci�n de m�nima cantidad (MQL). Su aplicaci�n permiti� capturar, medir y comparar impactos ambientales directos sustanciales, lo que demuestra la efectividad del enfoque metodol�gico que se ha utilizado.
• Los datos confirman que el mecanizado seco es la opci�n m�s sostenible, reduciendo significativamente el consumo de energ�a (−34,8 %), las emisiones de gases de efecto invernadero (−33,3 %), el uso de agua (−100 %) y la generaci�n de residuos l�quidos. Estos hallazgos respaldan la hip�tesis inicial sobre los mayores beneficios ambientales de las tecnolog�as limpias en comparaci�n con el mecanizado convencional. Adem�s, el proceso MQL demostr� un comportamiento intermedio razonablemente positivo, confirmando su aplicabilidad como una soluci�n transicional en entornos industriales donde el mecanizado seco est� limitado por restricciones t�cnicas o de implementaci�n.
• El �ndice de sostenibilidad MIVES incorpora e integra criterios de evaluaci�n robustos, ofreciendo as� una perspectiva integral sobre el rendimiento ambiental. Result� ser un factor decisivo en el logro de objetivos de sostenibilidad en ecosistemas de fabricaci�n confinados a ESG (Ambiental, Social y de Gobernanza).
• Los autores tambi�n reconocen limitaciones relacionadas con el alcance del sistema evaluado, el uso de datos experimentales controlados en laboratorios y la falta de amplias interrelaciones sociales y econ�micas. Estas limitaciones iluminan caminos para futuras investigaciones que ampl�en el an�lisis. Tales estudios podr�an adoptar un enfoque de sistemas m�s amplio, de cuna a tumba, integrando factores como la viabilidad econ�mica, m�tricas de impacto en la salud ocupacional y escenarios de escalabilidad industrial.
• Finalmente, se propone la exploraci�n de materiales y tecnolog�as de mecanizado sostenibles emergentes junto con la creaci�n de modelos h�bridos que integren la evaluaci�n del ciclo de vida (ACV) con an�lisis de costos y simulaci�n. Se espera que la adopci�n de estos enfoques avance no solo en la fabricaci�n ambientalmente consciente, sino que tambi�n fomente cadenas de suministro resilientes y circulares alineadas con principios de bucle cerrado.

 

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