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Incertidumbres en Temperatura

En muchas empresas tienen el problema de decidir que equipo adquirir o cambiar para poder calibrar su equipo de temperatura en planta. En este artículo queremos darle algunos tips de cómo hacerlo, para esto vamos a usar un ejemplo.

Vamos a suponer que una persona X debe calibrar RTD'S con exactitud de 0,5° C, esta exactitud ya incluye el indicador del RTD. El RTD es de inconel de 6mm de diámetro por 20mm de longitud y trabajan en un intervalo de temperatura de 100° C a 600° C.

Lo primero que vamos hacer es aplicar la regla de todos conocida del 4:1, es decir que nuestro sistema debe tener una incertidumbre 4 veces mejor que lo que vamos a calibrar, en este ejemplo sería de 0,125° C o mejor.

El equipo necesario para calibrar por temperatura será:

•  Fuente de calor ( baños o bloques)

•  Termómetro Patrón (SPRT, Termistor o Termopar)

•  Indicador para el Termómetro Patrón

Le sugerimos visitar esta liga para determinar el equipo a usar en base a sus características.

Para este ejemplo usaremos el siguiente equipo:

•  Calibrador de Bloque Seco 9127 Ver especificaciones

•  SPRT 5626 Ver especificaciones

•  Indicador 1529 Ver especificaciones

Le sugerimos revisar las características de los mismos en sus ligas correspondientes.

Para conocer la incertidumbre que podemos esperar con este equipo, se debe aplicar la siguiente fórmula:

Incertidumbre de Calibración ( I ) =

Donde:

A = Exactitud del Termómetro Patrón *

B = Exactitud de Indicador del Termómetro Patrón.

C = Estabilidad de la fuente de calor

D = Uniformidad de la fuente de calor.

* Exactitud de calibración y corrimiento a corto plazo.

Obteniendo las características de los equipos mencionados anteriormente obtenemos:

A = 0,015° C (Exactitud * del 5626 @ 600° C)

B = 0,024° C (Exactitud del 1529 @ 600° C)

C = 0,05° C (Exactitud del 9127 @ 600° C)

D = 0,05° C (Uniformidad del 9127 @ 600° C)

* Exactitud de calibración y corrimiento a corto plazo.

Se obtuvieron las características de estos equipos a 600° C, ya que es a esta temperatura donde son menos exactos, estables y uniformes. Usando estos datos obtenemos:

Incertidumbre de Calibración ( I )

Este valor es menor que el 0,125° C que requeriríamos, por lo tanto podemos concluir que este equipo si sería útil para las necesidades establecidas.

Si requiere de asesoría o tiene duda de que equipo adquirir, póngase en contacto con Ingeniería y Metrología haciendo click aquí

A pesar de su precio, existen numerosas ventajas del corte con agua frente al corte por láser. El corte por agua permite cortar de todo y hasta un espesor más ancho del que el láser puede hacer, aunque sea más rápido. El sistema de corte se realiza a través de un chorro de agua de pocos milímetros de diámetro a presiones que superan los 4,000 bares, mezclando el chorro de agua con una arena abrasiva.

La máquina esta compuesta por una mesa que va cubierta con agua (una especie de piscina). El agua actúa como barrera del chorro.

Para realizar el corte, primero hay que realizar el dibujo en la computadora y desde ahí se le da la orden a la máquina. Es decir, se realiza primero un dibujo en Autocad y después se pasa al programa específico que tiene la propia máquina.

El operario introduce la clase de pieza que se va a cortar, el espesor y el tipo de material. Ese menú de piezas es el que da la dureza y los parámetros de tiempo necesarios para realizar el corte. Según todos estos parámetros, el tiempo empleado puede variar mucho: de 15 minutos a más de 40 horas. También, dependiendo de esos parámetros, varia el precio del corte.

Es necesario también tener en cuenta el tipo de corte que se desea obtener, ya que puede ir desde el más basto al más perfecto, independientemente del material que sea. Todo ello depende de la utilidad que se le quiera dar después a la pieza.

Otra ventaja de la tecnología, es que pesar de que esté muchas horas en funcionamiento no se calienta.

La máquina puede cortar todo tipo de materiales metálicos y plásticos, así como mármol, vidrio... Con ella se pueden hacer grandes trabajos, pero también pequeños detalles.

El proceso de corte no afecta los materiales porque no los calienta, endurece ni deforma, además el trabajo con esta tecnología es muy limpio y eficiente.

El proceso inicia al acelerar la conducción del agua por una boquilla dirigida a una velocidad de 1000 metros por segundo, esto se logra con la aplicación de un intensificador de presión hasta 4000 Bar de alta tecnología.

Para obtener cortes sobre materiales de alta resistencia se mezcla el agua con abrasivos controlados, alcanzando cortes hasta de 15 cm de espesor en aceros, y mayores en materiales más suaves con alta precisión en diseños sofisticados, obteniendo contornos terminados y piezas de gran calidad, imposibles de lograr con herramientas tradicionales.

Características de corte:

El corte con chorro de agua a alta presión puede cortar sin abrasivo materiales como:

Espuma, Papel, Cartón, Goma, Plástico, Fibra de vidrio, Materiales para empaque, Pañales desechables, Tapíz automotriz, y Cualquier otro material blando no metálico.

El chorro de agua con abrasivo corta:

Todos los metales, Acero, Acero inoxidable, Acero de carbón, Acero templado, Aluminio, Ligas de níquel, Titanio, Latón, Mármol, Granito, Vidrio, Vidrio blindado, Cerámica, Azulejo, y cualquier otro material de alto índice de dureza y de grandes espesores

Ninguna otra máquina-herramienta corta una variedad tan amplia de productos.

Corta materiales muy finos y delicados y también de gran espesor y duros.

El software define los parámetros de trabajos para todos los materiales, por lo tanto no es necesaria la ejecución y el cambio de herramienta al mudar el material a ser cortado.

Economía y Alta Productividad

Requiere apenas algunos minutos para el ajuste y fijación del material a ser cortado.

Permite aumentar la cantidad producida, a través del acomodo de varias placas del material al mismo tiempo y del corte de múltiples piezas en una única etapa.

El uso simultáneo de cabezales múltiples de corte aumenta la productividad.

El chorro con abrasivo corta con el mínimo de desperdicio de material, optimizando el espacio entre las piezas al ser cortadas con el máximo de aprovechamiento.

Calidad y Precisión

El chorro de agua corta en frío y por erosión, produciendo excelente calidad en los bordes de los materiales cortados, sin zonas afectadas por la inducción del calor o por el desgaste mecánico.

No daña el medio ambiente

El corte con la tecnología de chorro de agua no daña el medio ambiente, no crea polvo, no contamina el aire, y no es necesario el uso de petróleo u otras soluciones que pueden ser dañinas.

Ventajas del corte con chorro de agua sobre el corte laser:

No tiene limitaciones de espesor.

No tiene problemas con materiales reflectivos como el aluminio y el bronce.

Por ser un corte al frío no hay zonas afectadas como ocurriría si hubiera calor.

En el cambio de los materiales al ser cortados, la única cosa que cambia es la velocidad del corte, no habiendo necesidad de reemplazar piezas y herramientas.

Es posible trabajar con varias cabezas de corte para aumentar la producción.

Ventajas del corte con chorro de agua sobre Plasma y Oxicorte:

Tanto el plasma como el oxicorte, son procesos que utilizan el calor, provocando zonas afectadas y con mal acabado.

El corte abrasivo corta a grosores mayores.

Para conocer a proveedores de corte por chorro de agua haga clic aquí

Una de las nuevas opciones, disponible ya en el mercado de aplicaciones para la industria, es la soldadura ultrasónica, la cual resulta atractiva para unir piezas pequeñas, películas metálicas muy delgadas, cable plano flexible, metales tanto similares como diferentes e incluso plásticos. La soldadura ultrasónica no utiliza productos consumibles, se realiza rápidamente, consume poca energía, no producen gases ni olores nocivos al ambiente y puede ser controlada electrónicamente para asegurar un control de calidad en la línea de producción.

LA SOLDADURA ULTRASÓNICA

Cuando se unen materiales por medio de soldadura ultrasónica, a las partes a ser unidas se les aplican simultáneamente una fuerza estática, la cual mantiene en posición las piezas y facilita la unión, y una fuerza dinámica (vibración ultrasónica), la cual genera la fricción que produce el calor necesario para “soldar” los materiales a unir. Este procedimiento es usado en las industrias tanto

para unir plásticos como para unir metales.

SOLDADURA ULTRASÓNICA DE PLÁSTICOS

La soldadura ultrasónica de plásticos ha sido usada por muchos años. Cuando se sueldan termoplásticos las vibraciones son introducidas verticalmente. El incremento térmico en el área de unión es producida por la absorción de las vibraciones mecánicas de alta frecuencia (20 a 70kHz), la reflexión de las vibraciones en el área de contacto y la fricción entre las superficies de las partes.

En el área de contracción, se produce calor por la fricción de tal manera que el material se plastifica localmente, forjando una conexión entre ambas partes en un corto período de tiempo.

El prerrequisito es que ambas piezas de trabajo tengan un punto de fusión cercano. La calidad de la unión es muy uniforme porque la transferencia de energía y el calor interno liberado permanecen constantes y se limitan al área de unión. Para obtener un óptimo resultado las áreas a unir son preparadas para hacerlas adecuadas a la unión ultrasónica. La soldadura ultrasónica puede ser utilizada para unir firmemente o embeber partes de metal con o en plástico.

SOLDADURA ULTRASÓNICA DE METALES

Mientras que en la unión ultrasónica de plásticos las vibraciones de alta frecuencia son usadas para incrementar la temperatura y así lograr la plastificación del material; la unión ultrasónica de metales es un proceso completamente diferente: las vibraciones mecánicas son introducidas horizontalmente, las partes a ser soldadas no son calentadas hasta el punto de fusión, sino que son

conectadas gracias a la aplicación de presión y vibraciones mecánicas de alta frecuencia.

Durante la soldadura ultrasónica de metales, un proceso complejo es iniciado el cual involucra fuerzas estáticas, fuerzas cortantes de oscilación y un moderado incremento de temperatura en el área a soldar. La magnitud de estos factores depende del grosor de las piezas a unir, de su estructura superficial y de sus propiedades mecánicas.

Las piezas de trabajo son localizadas entre una pieza fija, esto es, el yunque, y el dispositivo generador de las vibraciones ultrasónicas denominado “Sonotrode” o “horn”, el cual oscila horizontalmente a alta frecuencia (usualmente 20, 35 o 40 kHz) durante el proceso de soldado. La frecuencia de oscilación más comúnmente usada (frecuencia de trabajo) es 20 kHz.

Esta frecuencia está sobre el rango audible del oído humano y permite el mejor uso posible de la energía. Para procesos de soldadura en los que se requiere sólo una pequeña cantidad de energía, puede ser usada una frecuencia de trabajo de 35 ó 40 kHz.

El sonotrode y el yunque tienen superficies ásperas o tienen generalmente superficies fresadas con estrías cruzadas para apretar las piezas que se ensamblarán y prevenir deslizamientos indeseables.

Se aplica presión estática perpendicularmente a la interfaz a soldar. Luego se sobrepone la fuerza cortante oscilante de alta frecuencia (ultrasonido). Las fuerzas dentro de los objetos deben mantenerse por debajo del límite de elasticidad para que las piezas no se deformen. Si las fuerzas sobrepasan un valor de umbral dado, ocurrirá una deformación local en los materiales a unir.

Las piezas se compactan ligeramente en la superficie debido a la fuerza de sujeción antes de conectar la energía ultrasónica; el intervalo durante el cual sucede esto se llama tiempo de exprimido. Después de apagar la energía ultrasónica y aflojar la fuerza de sujeción, se aplica una breve ráfaga de la primera para evitar que el ensamble soldado se pegue a la herramienta o al yunque.

Las vibraciones de alta frecuencia inducen fuerzas cortantes que disminuyen la contaminación superficial de los materiales a unir y producen un enlace puro entre los metales en la interfase. La oscilación posterior hace que el área de la soldadura crezca. Al mismo tiempo lleva a cabo una difusión atómica en el área de contacto y el metal se recristaliza en una estructura de grano fino similar al que caracteriza a los metales trabajados en frío.

La soldadura ultrasónica del metal es local y limitada a las fuerzas de corte y al desplazamiento de las capas intermedias. Sin embargo, una fusión no ocurre si la fuerza de presión, la amplitud y el tiempo de la soldadura son ajustados correctamente. Los análisis microscópicos usando microscopios ópticos y electrónicos hacen evidente la recristalización, la difusión y otros fenómenos metalúrgicos. Sin embargo, no proporcionan ninguna evidencia de fusión (interfaz fundida). El uso de sensores térmicos altamente sensibles en las capas intermedias muestran un aumento inicial de la temperatura con una posterior disminución constante de la misma.

La temperatura máxima obtenida depende de los ajustes que se hagan a los controles del equipo de soldadura. Un aumento en la energía ultrasónica conduce a un aumento de la máxima temperatura posible. Un aumento en la fuerza estática conduce a un aumento de la temperatura inicial, pero al mismo tiempo limita la posible temperatura máxima. Por lo tanto, el perfil de temperatura puede ser manejado, dentro de ciertos límites, haciendo los ajustes apropiados en la máquina. La temperatura en la capa intermedia es, por supuesto, también una función de las características del material. La regla básica es que la temperatura obtenida es mayor en los materiales con una conductividad térmica baja, tal como el hierro, y menor para los metales con una conductividad térmica más alta, tal como el cobre y el aluminio.

Las medidas de temperatura efectuadas en diversos materiales, con puntos de fusión que varían ampliamente, han mostrado que la temperatura máxima en la interfase de la soldadura no excede de un 35 a 50% de la temperatura que derrite al metal individual, cuando se han seleccionado los parámetros de la soldadora apropiadamente.

La soldadura ultrasónica de metales no produce una adhesión superficial en los metales. Se ha probado que las uniones son sólidas, homogéneas y duraderas. Si, por ejemplo, una hoja de aluminio fina se suelda ultrasónicamente a una hoja de cobre fina, puede ser observada fácilmente que después de cierto tiempo de soldado, las partículas de cobre aparecen en la cara opuesta a la unión de la hoja de aluminio, al tiempo que las partículas de aluminio aparecen en la cara opuesta a la unión de la hoja de cobre. Esto muestra que los materiales se han penetrado uno a otro, siendo este proceso conocido como difusión. Este proceso ocurre dentro de fracciones de segundo.

VENTAJAS Y LIMITACIONES

A continuación se presentan las principales ventajas y limitaciones de la soldadura ultrasónica:

Ventajas:

La soldadura ultrasónica permite unir metales diferentes

Los tiempos de ciclo son menores a un segundo.

La calidad de la soldadura es alta y uniforme

Las ligas son normalmente más fuertes que las juntas hechas con soldadura o por resistencia

Necesidad moderada de habilidad y entrenamiento del operador para producir uniones de alta calidad

No requiere de soldadura o fundente

No hay acumulación de calentamiento , de modo que no se fragilizan las zonas afectadas por el calor

La conductividad eléctrica es normalmente superior a la obtenida por conexiones tranzadas o soldadas

Oxidación o contaminación superficial no afectan la cantidad de la conexión

Desventajas:

La soldadura se restringe a soldadura de solapa

No permite hacer soldaduras de cordón

Solo se pueden soldar piezas con espesores menores a 3 milímetros

Solo se pueden unir superficies planas o con poca curvatura

No es adecuafa para partes estañadas

El costo de capital es más alto que el de la soldadura normar

COMENTARIOS FINALES

Como los sistemas de soldadura ultrasónica tienen bajas demandas de energía, no utilizan productos consumibles, no necesitan agua de enfriamiento y ocupan poco espacio, pueden ofrecer soluciones rentables y ecológicamente inocuas para aquellas aplicaciones que están dentro de sus rangos de aplicabilidad.

Que la soldadura ultrasónica sea apropiada para una aplicación específica depende de los materiales, la tasa de producción, el tiempo de proceso, el tamaño de las piezas, las demandas energéticas y el costo del equipo, el cual deberá descender durante los próximos años.

Dado que ésta es una tecnología emergente, en el futuro veremos aparecer nuevas aplicaciones, mayores rangos de aplicación tanto en materiales como en tamaño, máquinas más portátiles, mayor facilidad de operación, más fabricantes y proveedores de equipos y costos más bajos.

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