Los Medidores de Agua

Los medidores son un elemento escencial en todo sistema de abastecimiento de agua urbano o rural.

En los sistemas de abastecimiento, los equipos están condicionados a una serie de consideraciones propias del proyecto, que se relacionan con el tipo de sistema adoptado, la capacidad de la planta de tratamiento, las características del agua y de la fuente de abastecimiento, así como las condiciones del terreno en el que se va a instalar el sistema.

En un sistema de tratamiento de agua, los medidores funcionan para determinar caudales, velocidades, pérdidas de carga, expansión de arena, etcétera.

Medidores de caudal

Las aguas superficiales que arrastran gran cantidad de sólidos en su corriente generalmente no pueden medirse con instrumentos convencionales, debido a la fuerte erosión y al rápido atascamiento que sufren sus partes vitales, lo que motiva que estos instrumentos pronto queden inutilizados o fuera de servicio. Para medir con exactitud el caudal se utilizan la canaleta Parshall y la boquilla Kennison.

Canaleta Parshall

Utiliza el principio de Venturi, adaptado para medir con exactitud los caudales que fluyen en canales abiertos. Una sección del canal se construye de igual forma que el tubo de Venturi; es decir, con una reducción gradual de la sección del canal; a continuación de la garganta, hay un ensanchamiento.

Para la indicación y registro de datos de caudal, se emplean instrumentos conectados mecánicamente con un flotador a través de un cable o cinta flexible de acero inoxidable.

Boquillas Kennison.

Estos dispositivos se basan en la descarga de líquidos a través de orificios con chorro libre.

La boquilla Kennison está diseñada en forma tal que conduce la vena líquida hacia el punto de descarga, de manera que no perturbe el flujo del agua en la tubería principal. Estas boquillas se aplican para la medición de gastos de aguas industriales y desagües debido a su propiedad de “autolimpieza”, que impide la acumulación de los sólidos arrastrados por esas aguas.

Asociado a estas boquillas, se instala un sensor de nivel, que consigue accionar los instrumentos necesarios para la indicación, registro, integración, etcétera, tanto local como a distancia.

Medidores de pérdida de carga.

Son instrumentos de control usuales en las plantas de tratamiento mecanizadas o de tecnología importada.

Se utilizan para conocer el estado de funcionamiento de los filtros rápidos. Están diseñados y construidos para detectar con bastante precisión el grado de atascamiento del lecho filtrante y proceder oportunamente a su retrolavado, ya sea en forma automática o simplemente manual. El equipo más usual es el de caja de diafragma y péndulo (sistema BIF).

Medidor de expansión de arena.

Es un sistema que posee una boya que trabaja bajo el principio de empuje hidrostático. Está unido a una polea en cuyo extremo hay un mostrador con un puntero que señala, como un porcentaje, la expansión de arena del filtro durante el lavado.

Los tanques de preparación de la solución son equipos cuya finalidad es diluir los productos químicos utilizados en el tratamiento. Estos mezcladores producen una mezcla violenta del agua cruda con la solución del coagulante aplicada, de tal forma que se distribuyan de manera uniforme en toda la masa de agua para dar inicio al proceso de floculación.

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Los moldes de inyección de plástico de colada y canal calientes

¿En qué consiste la inyección de plástico en los moldes de colada y canal calientes?

La colada caliente es un componente de la pieza inyectada, generalmente casi inexistente y permite inyectar el plástico en el molde en ciclos más cortos. No forma parte de la pieza propiamente. Este proceso es adecuado para la inyección de piezas grandes.

Los canales calientes contienen la colada caliente y cuentan con sistemas de control de temperatura (termopares).

Principales características de los moldes de inyección de plástico de colada y canal calientes

Carácteristicas operativas

• Los sistemas de colada caliente, aplicados correctamente, ofrecen un menor consumo de materias primas y una menor pérdida de presión en comparación con los sistemas de canales que se solidifican en cada ciclo (colada fría). Por lo tanto, son apropiados para inyectar productos grandes.
• Estos sistemas permiten la operación de los moldes de pisos.
• Ofrecen un ahorro de tiempo de llenado y espacio en las máquinas de inyección, debido a que los sistemas de colada caliente son más cortos que los de colada fría. Se minimizan los posibles efectos adversos a las propiedades del material.
• Existen sistemas de colada caliente integrados y listos para ser montados en el molde. Estos sistemas se utilizan especialmente en moldes de cavidades múltiples.
• Los moldes de inyección de plástico de colada caliente permiten producir simultáneamente partes de diferentes tamaños y formas en un mismo ciclo.
• Es importante mantener el control óptimo del proceso de inyección de plástico de colada caliente para moldes de cavidades múltiples por medio de un balance del llenado de todas las cavidades.

Características de diseño

• Flexibilidad de distribución y uniformidad de llenado: Los sistemas de colada caliente proporcionan una gran flexibilidad en la distribución de las cavidades en un molde. El correcto dimensionamiento y distribución de los canales garantizan un óptimo funcionamiento de llenado de las cavidades.
• Expulsor (Botado) simplificado: Una distancia reducida de apertura ayuda a disminuir el tiempo del ciclo de moldeo y a simplificar los moldes de múltiples cavidades con colada caliente.
• Líneas de refrigeración adecuadas: El diseño optimizado de las líneas de refrigeración es muy importante en el balance térmico en las placas del molde para obtener una disminución del tiempo de ciclo. Pues en los sistemas de colada caliente no existen las grandes coladas para ser enfriadas.
• Variedad de opciones de puntas de inyección: El diseño de la punta de inyección influye de manera importante en la calidad de la pieza y en el buen desempeño del sistema, ya que una vez que la pieza es enfriada, es la sección de transferencia entre el material solidificado y fundido.
• Mantenimiento fácil en producción: Los sistemas de colada caliente de múltiples cavidades se fabrican pensando en facilitar el mantenimiento correctivo o preventivo directamente sobre la máquina de inyección. La placa “Porta cavidades” puede desprenderse del lado fijo fácilmente. Una vez removida esta placa se tiene acceso a las puntas de inyección, resistencias y termopares para dar el mantenimiento necesario.

Moldes de inyección de plástico de colada y canal calientes asistidos por gas inyectado a presión

El gas se introduce a través del vástago de la válvula en el sistema de colada caliente. Las ventajas son las siguientes:

• El inyector de gas no requiere mayor espacio del ya disponible en el sistema de colada caliente.
• Debido a que la válvula no penetra en la cavidad, el proceso no queda limitado por el espesor de la sección moldeada.
• El material fundido mantiene su dirección de flujo porque el gas entra en la cavidad en el momento en que la resina lo hace. La dirección deseada del flujo no se ve afectada por un contraflujo del gas.

Simulación del proceso de inyección de plástico en un molde de colada y canal calientes

Para este análisis en la computadora deben ser importados los siguientes datos:

• La geometría del sistema.
• La capacidad calórica y la conductividad térmica de los materiales en función de la temperatura.

Un programa especial procesa los datos y puede proporcionar los siguientes valores:

• El proceso de calentamiento en estado no estacionario (tiempo real) en todas las fases de la inyección.
• El comportamiento de la temperatura.
• Las propiedades de la resina fundida a medida que evoluciona el ciclo.

El estudio de estas condiciones permite optimizar los cálculos de diseño y construcción de los sistemas de colada caliente.

El canal caliente en los moldes de inyección de plástico

Los sistemas de canal caliente se utilizan para la inyección sin colada de piezas termoplásticas. Pero también se pueden aplicar como canal caliente parcial, o sea, con subdistribuidores, aprovechando las ventajas de éstos.

Los sistemas de canal caliente presentan una menor pérdida de presión respecto a moldes comparables con sistemas de distribuciones de solidificación. De esta forma, con sistemas de canal caliente se pueden inyectar piezas extremadamente grandes.

La fabricación óptima de piezas en moldes de pisos sólo es posible utilizando la técnica de canal caliente.

Existe una temperatura óptima del molde en el momento de la inyección que es función, principalmente, de la cristalinidad del material.

Puede ser necesaria una refrigeración adicional para mantenerla en las zonas más cercanas a la boquilla, donde el paso continuado del flujo de fundido eleva más la temperatura.

Existen diferentes sistemas de canal caliente, tanto para el bloque de distribución como para las boquillas de canal caliente (bebederos):

Los diferentes sistemas de canal caliente no son necesariamente adecuados de forma similar para todos los tipos de termoplásticos.

Cambio del material a inyectar en moldes de inyección de plástico de colada y canal calientes

Un sistema óptimo de canal caliente permite un cambio de material en el menor tiempo posible.

Las boquillas de canal caliente abiertas favorecen el "goteo". Después de abrir el molde, el material puede expandirse a través de la entrada hacia la cavidad y formar un tapón frío que en la siguiente pieza no será licuado necesariamente. En casos extremos, este tapón puede obstruir seriamente la entrada. Con ayuda de una descompresión del husillo de la máquina de inyección (retroceso del husillo antes de abrir el molde), o también con ayuda de una cámara de succión del material en el bebedero, se puede solucionar este problema.

Tipos de expulsores en los moldes de inyección de plástico de colada y canal calientes

Se usan diferentes tipos de expulsores en función de la forma de la pieza, que deben ejercer la presión mínima, suficiente para el desmoldeo evitando eventuales deformaciones.

Si existen contrasalidas es necesario el uso de carros (correderas) y, cuando hay roscas o contrasalidas internas, pueden utilizarse machos roscados, plegables o intercambiables.

El camino del material hasta la cavidad debe ser lo más corto posible para, entre otras cosas, minimizar las pérdidas de presión y de calor.

El tipo de ejecución de la colada/sección de entrada tiene mucha importancia respecto a:

• Fabricación económica.
• Propiedades de la pieza inyectada.
• Tolerancias.
• Uniones.
• Tensiones propias del material, etc.

Proveedores de moldes de inyección de plástico

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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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