Industry Archives - Switzerland (ES)

Medición de presión en máquinas de moldeo por inyección

by STS | Wednesday, 1 July, 2020 | Industry

Las máquinas de moldeo por inyección funcionan con la máxima precisión. La empresa suiza Netstal-Maschinen AG ofrece máquinas de moldeo por inyección de alto rendimiento y precisión y soluciones de sistemas para las industrias de bebidas, envasado y tecnología médica. Los sensores de presión fabricados por STS se instalan dentro de estos sofisticados dispositivos.

Con una máquina de moldeo por inyección de plásticos, los componentes plásticos terminados se producen a partir de plásticos originalmente en forma granular. Un dispositivo como este, en términos más simples, consta de dos componentes: la unidad de inyección y la unidad de sujeción. La materia prima se prepara dentro de la unidad de inyección. Por regla general, se calienta y homogeneiza dentro de un cilindro sinfín colocado dentro de un cilindro hidráulico. Dentro de la unidad de sujeción hay una herramienta que representa el perfil negativo del componente de plástico a terminar. El compuesto de moldeo preparado dentro del gusano se inyecta luego bajo presión en esta forma negativa.

El control de las relaciones de presión requeridas es indispensable para garantizar un proceso de moldeo por inyección impecable. Por tanto, los sensores para este propósito se montan en el circuito hidráulico del eje de inyección. La presión de fusión específica se puede calcular sobre la base de la presión de la cámara medida durante el propio procedimiento de inyección. Es especialmente importante aquí que el error de medición del sensor sea extremadamente bajo, ya que, de lo contrario, la presión del plástico se calcularía demasiado baja o demasiado alta.

Cuando la presión de fusión es demasiado alta o demasiado baja,

esto influye en el volumen de llenado inyectado,
el componente de plástico terminado puede estar defectuoso,
puede provocar la pérdida de material o daños en la herramienta,
puede resultar en una parada de la unidad.

Los dispositivos de alta precisión como las máquinas de moldeo por inyección de Netstal-Maschinen AG requieren transmisores de presión que proporcionen una salida totalmente confiable en todo el rango de medición requerido. Para encontrar la mejor solución a tan altas demandas, se realizaron pruebas exhaustivas con instrumentos de varios fabricantes. Aquí no solo se iba a probar la precisión de los instrumentos de medición, sino también su estabilidad a largo plazo a altas temperaturas. Los siguientes intervalos de medición se realizaron en el banco de pruebas:

Figura 1: Procedimiento de prueba estandarizado para evaluar un transmisor de presión adecuado. Después de cuatro, seis y ocho millones de ciclos de presión, cada uno de los sensores de presión se sometió a estrés por temperatura (envejecimiento artificial).

El sensor de presión ATM.1ST de alta precisión de STS logró las mejores calificaciones durante esta prueba exhaustiva en términos de tolerancia, estabilidad a largo plazo y exactitud y precisión en todo el rango de presión y temperatura. Particularmente decisivo, sobre todo, fue que el sensor de presión, incluso durante un período prolongado, no tuvo problemas con las altas temperaturas y, en el rango de presión más bajo, impresionó con su precisión extremadamente alta.

Figura 2: Análisis de un transmisor de presión STS a lo largo del tiempo y la temperatura. OZ (Estado original – en rojo, línea de puntos) se aplicó como punto de partida, las líneas extendidas cada una después de un intervalo fijo y las líneas de puntos tienen en cuenta el proceso de envejecimiento de acuerdo con el procedimiento de prueba en la Figura 1. El valor Sensor de rango de tolerancia se relaciona con la especificación del fabricante (hoja de datos), con las líneas continuas Rango de tolerancia NM que representan los valores objetivo del análisis.

Otra ventaja del ATM.1ST es que se puede adaptar fácilmente a aplicaciones individuales debido a su construcción modular. Los datos en resumen:

Rango de medición de presión: 100 mbar… 1.000 bar
Rangos de medición relativos y absolutos
Precisión: ≤ ± 0.10 / 0.05% FS
Temperatura de funcionamiento: -40… 125 ° C
Error total: ≤ ± 0,30% FS (0… 70 ° C)
Materiales: acero inoxidable, titanio

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Control de nivel de llenado confiable en la minería del carbón

by STS | Wednesday, 1 July, 2020 | Industry

Las explotaciones mineras y los pozos a cielo abierto son bien conocidos por sus duras condiciones de trabajo. Esto se aplica igualmente a la tecnología implementada. Por esta razón, se requieren instrumentos de medición duraderos y confiables para monitorear las aguas subterráneas.

El diez por ciento de los depósitos de carbón en todo el mundo se encuentran en Australia. Como principal exportador de carbón, la minería del carbón es uno de los factores económicos más importantes de ese continente. Sin embargo, la extracción de la materia prima no está exenta de peligros. El operador de un australiano a cielo abierto se acercó a STS mientras buscaban un transmisor de presión para monitorear el nivel de llenado a profundidades de hasta 400 metros.

Las operaciones mineras tienen una gran influencia sobre las aguas subterráneas. Los acuíferos que rodean la mina de carbón se drenan, lo que conduce al hundimiento del cono de depresión. Este hundimiento altera las condiciones hidrológicas naturales subterráneas al crear caminos de menor resistencia. Esto conduce a que el agua penetre en los trabajos subterráneos y a cielo abierto. Como resultado, el agua que ingresa constantemente debe bombearse continuamente fuera del pozo para garantizar una extracción suave y segura de la materia prima.

Para controlar el nivel del agua subterránea y las bombas utilizadas para el drenaje, los operadores de la a cielo abierto necesitaban un transmisor de presión para monitorear el nivel de llenado de acuerdo con sus requisitos. Se estipuló un rango de presión de 0 a 40 bar (400 mH2O) de presión ambiental, así como una longitud de cable de 400 metros. La solución ofrecida por STS en ese momento, el ATM.ECO/N/EX, solo leía a 25 bar y tenía una longitud de cable de 250 metros.

Pero dado que STS está especializado en soluciones de medición de presión específicas para el cliente, este desafío no fue un gran obstáculo. En poco tiempo, se desarrolló el transmisor de presión a prueba de fallos ATM.1ST / N / Ex para nivel de llenado, que cumple con precisión los requisitos de presión y está equipado con un cable de Teflon® de 400 metros de longitud. También es convincente por su precisión de solo 0,1%. STS decidió desarrollar el nuevo transmisor de presión para un cable de Teflon®, un prensaestopas sellado y un tubo de aireación abierto (PUR es demasiado blando para esto). Además, también hay un lastre atornillado para asegurar una posición de medición recta y estable. El alivio de tensión de acero inoxidable, que también se puede atornillar, ayuda a aliviar la tensión en el cable eléctrico. Como indica la designación del dispositivo, también lleva la certificación EX para su uso en áreas explosivas.

ATM.1ST / N / Ex con alivio de tensión (izquierda) y contrapeso (derecha), cada uno atornillable.

Siendo un experto en transmisores de presión específicos del cliente, STS pudo suministrar el ATM.1ST / N / Ex en menos de tres semanas.

Resumen de las características del ATM.1ST / N / Ex:

Rango de presión: 1… 250 mH2O
Precisión: ≤ ± 0,1 / 0,05% FS
Error total: ≤ ± 0,30% FS (-5… 50 ° C)
Temperatura de funcionamiento: -5… 80 ° C
Temperatura del medio: -5… 80 ° C
Señal de salida: 4… 20 mA
Materiales: acero inoxidable, titanio
Compensación electrónica
Conexiones de proceso comunes disponibles

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Medición de presión en medios abrasivos utilizando membranas Vulkollan®

by STS | Wednesday, 1 July, 2020 | Industry

Normalmente, los sensores de presión están disponibles en acabados de acero inoxidable o titanio. De esta manera, se cubren todas las aplicaciones comunes del banco de pruebas o tareas de monitoreo. Pero cuando se trata de contacto con medios particularmente abrasivos, se requiere protección adicional. Una membrana Vulkollan® agregada a menudo puede cumplir con los requisitos aquí.

Antes de pasar a dos ejemplos de aplicación específicos, primero algunas palabras introductorias sobre el material en sí: Vulkollan® es el nombre comercial de una goma de poliéster-uretano, un plástico de poliuretano con propiedades elásticas, así como buena resistencia química y mecánica. Este material elástico de goma se utiliza en diferentes variantes que incluyen espuma, plástico celular blando y también como plástico sólido. Mientras que las dos primeras variantes se utilizan predominantemente en la tecnología de pigging, la de plástico sólido se procesa en ruedas, rodillos y revestimientos. El rango de temperatura de funcionamiento aquí se encuentra entre -20 y +80 grados Celsius.

Hormigón como medio de contacto

Un líder del mercado en el campo de la ingeniería civil especializada se puso en contacto con STS en busca de un sensor de presión que se pueda utilizar sin dudarlo en un medio abrasivo fluido. En este caso particular, el caso fue concreto. El ingeniero especialista fabrica equipos hidráulicos que perforan agujeros en el suelo y luego los rellena con hormigón para formar pilotes.

Para garantizar que estos pilotes de hormigón tengan una estructura estable, se debe garantizar un flujo continuo de hormigón. El hormigón se llena en el agujero a través de una tubería. Una vez que la tubería se ha insertado en el orificio, puede suceder que el hormigón bloquee la tubería por dentro, lo que provocará una interrupción del proceso.

Para evitar esto, se debía insertar un sensor de presión en el interior de la tubería. Dado que el hormigón se entrega a través de la tubería hacia el orificio perforado por medio de una bomba, un bloqueo puede reconocerse fácilmente por la alta presión dentro de la tubería. Para esta tarea, un sensor de presión de acero inoxidable estaba fuera de discusión, ya que sobreviviría en el concreto solo por un corto tiempo.

Para hacer frente a este desafío, STS propuso proporcionar un sensor de brida equipado con una membrana Vulkollan® adicional. Con esta protección adicional, el sensor empleado alcanza una vida útil de un año con una precisión del cinco por ciento. La construcción mecánica, así como las conexiones eléctricas, son diseños personalizados, que podrían ser suministrados en poco tiempo.

Medición del nivel de llenado en tanques de recorte

Un fabricante de sistemas de control de barcos que buscaba una solución confiable para la medición del nivel del agua dentro de los tanques de recorte se acercó a STS.

Los tanques de recorte se utilizan para sesgar la posición del centro de gravedad dentro de una embarcación. Los buques de carga, por ejemplo, están construidos de tal manera que la línea de flotación de diseño coincide con la línea de flotación real cuando está completamente cargada. Pero si se hacen a la mar sin carga, el casco se eleva tanto del agua que la proa suele elevarse muy por encima del agua. Debido al peso del motor, el casco se asienta más profundo, pero potencialmente no lo suficientemente profundo como para que las hélices aún estén lo suficientemente sumergidas en el agua; el barco se vuelve incapaz de maniobrar en este escenario. Para contrarrestar esto, los tanques de recorte se llenan de agua.

Sin embargo, los transmisores de presión para controlar el nivel de llenado entran en contacto no solo con agua salada (donde las carcasas de titanio son suficientes), sino también con arena, piedras pequeñas o incluso conchas. Para optimizar la vida útil del sensor, su membrana se recubrió con una película de Vulkollan®.

Imagen 1: Ejemplo de un transmisor de presión con lámina Vulkollan®

Gracias a Vulkollan®, los sensores de presión se pueden optimizar para su uso en medios abrasivos. Sin embargo, esto no se aplica a sustancias explosivas o ácidos. Lea más sobre la compatibilidad de medios de los transductores peizoresistivos aquí . Además, los usuarios deben recordar que esta protección adicional de Vulkollan® afecta adversamente la precisión del sensor. Las características térmicas también se vuelven más inestables.

Como resultado, nada supera el asesoramiento completo y calificado de expertos en la búsqueda de una solución de medición de presión adecuada en medios abrasivos.

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Picos de presión en los sistemas hidráulicos: un riesgo para los sensores y otros equipos

by STS | Wednesday, 1 July, 2020 | Industry

Los picos de presión ocurren en prácticamente todas las tuberías llenas de gas y líquido. Las presiones que surgen en unos pocos milisegundos pueden superar la presión de sobrecarga de los transductores de presión empleados y también destruirlos.

Los picos de presión, o presiones muy altas que existen en un período de tiempo corto, generalmente se notan solo cuando el daño ya está hecho. Son el resultado de picos de presión y también otros fenómenos físicos (cavitación, efecto micro-diesel) que ocurren dondequiera que se transporten líquidos o gases a través de tuberías. Sin embargo, los picos de presión son menos importantes entre los gases debido a su alta compresibilidad y, por lo tanto, rara vez representan un peligro. En el contexto de las tuberías de agua, a menudo se utiliza el término “golpe de ariete”. Con estos términos, se implica en última instancia un cambio dinámico de presión del líquido. Cuando, por ejemplo, una válvula se cierra rápidamente, el flujo de agua se detendrá instantáneamente. Esto desencadena una onda de presión, que fluye a través del medio en contra de la dirección del flujo a la velocidad del sonido y luego se refleja nuevamente. En milisegundos, hay un fuerte aumento de presión que puede causar daños a los sensores de presión y otros equipos (daños a los accesorios de tubería y abrazaderas de tubería, así como a las bombas y sus bases, etc.). En la primera línea, sin embargo, son los dispositivos de medición los que se ven afectados, en los que nos concentraremos a continuación. Estos daños pueden aparecer como una pequeña “ruptura” o una deformación (ver Figuras 1 y 2).

Figura 1: “Rotura” como resultado de un pico de presión

Figura 2: Deformaciones debidas a picos de presión

Si la presión que actúa sobre el transductor de presión supera la presión de sobrecarga , esto provocará daños permanentes. Hay dos escenarios posibles aquí: Por paradójico que pueda parecer, la destrucción completa del instrumento de medición debido al pico de presión es la consecuencia más leve. Los usuarios, después de todo, notan el daño inmediatamente aquí. Sin embargo, si el sensor simplemente se deforma como resultado de un pico de presión, continuará funcionando, pero solo proporcionará mediciones inexactas. Las consecuencias financieras aquí son desproporcionadamente más altas que con un sensor totalmente destruido.

Cómo prevenir daños causados por picos de presión

El camino dorado para prevenir daños causados por picos de presión radica en la integración de amortiguadores de pulsaciones o estranguladores de presión. Otros medios, como el uso de válvulas, no conducirían a resultados satisfactorios, porque son demasiado lentos para reaccionar a los picos de presión que realmente surgen en meros milisegundos.

El propósito de un estrangulador es amortiguar los picos de presión para que ya no excedan la presión de sobrecarga de los transductores de presión y luego los dañen. Para este propósito, el estrangulador se coloca en el canal de presión frente a la celda del sensor. Como resultado, los picos de presión ya no llegarán a la membrana directamente y sin control, ya que primero deben pasar a través del estrangulador:

Figura 3: Canal de presión con estrangulador de presión

Debido a su muy buena protección contra picos de presión, el uso de estranguladores de presión sigue siendo la mejor opción. Esta variante, sin embargo, tiene sus inconvenientes. Puede provocar un bloqueo del canal de presión debido a calcificaciones y depósitos, especialmente en medios con partículas sólidas y en suspensión. Esto da como resultado una ralentización de la señal de medición. Si se utilizan estranguladores en aplicaciones relevantes, aquí se debe realizar un mantenimiento regular.

Se puede lograr una protección adicional contra picos de presión con una mayor resistencia a la sobrepresión, en comparación con la estándar. Si esto es aconsejable depende de la aplicación particular: si se requieren lecturas de alta precisión, estas ya no se pueden lograr en ciertas circunstancias de muy alta resistencia a la sobrepresión en relación con el rango de medición.

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El efecto diesel en los sistemas hidráulicos: el daño material es el resultado

by STS | Wednesday, 1 July, 2020 | Industry

Como sugiere el nombre, el término efecto diesel se refiere al proceso de combustión en un motor diesel. Pero también se puede observar en sistemas hidráulicos. Además de los picos de presión, los resultados son el envejecimiento del aceite, los residuos y la destrucción de los sellos.

El efecto diesel se produce como consecuencia de las cavitaciones. Por lo tanto, primero consideraremos las condiciones de formación de las cavidades en los sistemas hidráulicos antes de pasar al efecto diesel en sí.

Cavitación en sistemas hidráulicos

Según el gas, la temperatura, el líquido y la presión, los aceites hidráulicos contienen aire disuelto. La cavitación es, en última instancia, una expulsión de aire del aceite hidráulico. Esto ocurre cuando el aceite se somete a cierta presión o movimiento de cizallamiento. En la práctica, esto ocurre en líneas de succión, espacios interiores de bombas, estrechamientos transversales y, en sistemas hidráulicos, donde aparecen pulsaciones. Cuando la masa de aceite en movimiento se corta, se forman huecos en los que se liberan las burbujas de aire más finas.

El efecto diesel

Si las burbujas de aire resultantes de la cavitación, que también contienen partículas de aceite, se someten a una alta presión, se produce un aumento drástico de temperatura en esas burbujas. Este importante aumento de temperatura conduce al efecto diesel, es decir, combustiones dentro del sistema hidráulico, y este proceso de combustión tiene lugar en milisegundos.

Las consecuencias de la cavitación y el efecto diesel

La cavitación puede tener una variedad de consecuencias negativas, que incluyen daños materiales en las carcasas de la bomba y las válvulas de alivio de presión, la succión de elementos de sellado como juntas tóricas, características de flujo alteradas, función reducida de bombas y engranajes debido a pérdidas de llenado, ruido, presión oleadas con picos de presión que superan la presión del sistema, y el efecto diesel, en forma de envejecimiento del aceite, residuos de combustión y sellos destruidos.

Las consecuencias de la cavitación y el efecto diesel no siempre son evidentes de inmediato. A menudo, solo se notan cuando ya es demasiado tarde y es necesario reparar el sistema hidráulico. Los picos de presión como resultado de la cavitación y el efecto diesel también pueden dañar los transmisores de presión instalados en el sistema por sobreimpulso. El aumento repentino de presión en el sistema hace que la membrana del transmisor de presión se “atraviese” ( lea más sobre esto aquí ).

Dadas las graves consecuencias de la cavitación y el efecto diesel, se deben tomar las medidas adecuadas para evitar estos fenómenos. Esto incluye un llenado suficiente en las cámaras de succión y velocidades de flujo bajas, además de evitar bordes afilados, deflexiones y presiones pulsantes.

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La medición precisa de la presión es fundamental para desarrollar una bomba de aceite eléctrica

by STS | Wednesday, 1 July, 2020 | Industry

Impulsados por la escalada de los objetivos de emisiones globales, los fabricantes de equipos originales están recurriendo cada vez más a la electrificación para reducir el consumo de combustible y las emisiones de gases de efecto invernadero. Una opción popular en este sentido es el vehículo eléctrico híbrido, a menudo impulsado por un motor muy reducido.

El problema con estos motores reducidos es que los sistemas auxiliares que agotan la potencia perjudican gravemente la capacidad de conducción y el rendimiento. Afortunadamente, estas pérdidas parásitas se pueden reducir significativamente reemplazando los componentes tradicionalmente mecánicos con unidades accionadas eléctricamente. Debido a esto, las bombas accionadas eléctricamente están encontrando rápidamente su camino hacia la producción en serie; particularmente accionando bombas de aceite y agua.

Imagen 1: Ejemplo de una bomba de aceite eléctrica
Fuente de la imagen: Rheinmetall Automotive

Pero si bien los beneficios son obvios, la electrificación, en particular la bomba de aceite, es técnicamente compleja: los ingenieros no solo desean hacer circular el aceite a un caudal y presión particulares, sino que también les gustaría adaptarlos inteligentemente a los requisitos del motor.

Para optimizar el rendimiento, es importante que la fricción y las pérdidas de bombeo se minimicen mediante un control cuidadoso del flujo de aceite en diferentes ramas del circuito de aceite y, al mismo tiempo, garantizar que la presión correcta esté disponible en todo momento.

La simulación se basa en información precisa sobre el caudal y la presión del aceite del banco de pruebas

Una bomba de aceite accionada eléctricamente se compone de tres subsistemas: la bomba, el motor y el controlador electrónico. Por lo tanto, el principal desafío de cualquier desarrollo de una nueva aplicación es la integración eficiente de estos módulos para reducir el tamaño y el peso general, así como el número de componentes, al tiempo que se optimiza el rendimiento.

La función principal de la bomba de aceite es entregar un flujo de aceite específico a una presión óptima. Por esta razón, su diseño, que es un proceso iterativo, comienza con los ‘engranajes de bombeo’. Para la mayoría de las aplicaciones, se requiere que la bomba suministre presiones superiores a 1 a 2 bar, que a menudo llegan hasta 10 bar.

Como en la mayoría de los desarrollos de motores, se utiliza una combinación de simulación y pruebas del mundo real para acelerar el diseño.

El ciclo de diseño comienza con la evaluación preliminar de la eficiencia volumétrica basada en los resultados experimentales recopilados en bombas y aplicaciones similares. Estos incluyen la velocidad de la bomba, la temperatura del aceite, la presión y el caudal.

Es importante que la información utilizada para la estimación sea precisa, por lo tanto, la recopilación de datos debe realizarse utilizando un equipo de medición preciso y altamente confiable que pueda brindar lecturas precisas en las condiciones extremas que se encuentran dentro y alrededor del motor.

Para garantizar la precisión y la repetibilidad, es importante que solo se utilicen sensores de la mejor calidad al medir la presión. Estos sensores de presión no solo deben proporcionar lecturas confiables en una amplia gama de presiones y temperaturas, sino que también deben soportar vibraciones.

Durante muchos años, STS ha desarrollado sensores de presión que cumplen con los requisitos de los diseñadores de motores de OEM, de primer nivel y especialistas en el desarrollo de motores.

Desarrollo de una bomba de aceite eléctrica que supera a la unidad mecánica

Con la información recopilada sobre los requisitos hidráulicos a varios caudales, presiones de entrega y temperaturas del aceite, se finaliza un diseño preliminar de los engranajes. Con el software Simulink de Matlab, la información sobre el comportamiento del sistema físico se puede racionalizar en un código unidimensional.

En esta etapa, es importante tener en cuenta que para generar el flujo requerido a una presión especificada, se debe seleccionar una velocidad de rotación que facilite el mejor empaque del motor y la bomba sin crear problemas de cavitación o ruido: por lo tanto, un rango de velocidad típico para operación continua suele ser entre 1500 y 3500 rpm.

En el siguiente paso, se pueden generar varios diseños usando LMS Imagine. El software Amesim de Lab que optimiza los parámetros de diseño, por ejemplo, el número de dientes y la excentricidad, al tiempo que satisface todas las condiciones límite de presión, flujo y temperatura.

Después de implementar las características geométricas de la hidráulica calculada y el diseño intermedio se ha finalizado, el par total requerido para impulsar la bomba en los puntos críticos de trabajo se puede calcular de la siguiente manera:

Mtot = MH + MCL + Mμ

Dónde:

MH es el par hidráulico debido a la generación de presión y flujo requeridos
MCL es la contribución culombiana generada donde hay contactos secos o lubricados entre partes deslizantes
Mμ es la contribución viscosa debida al movimiento del fluido dentro de los espacios libres.

Una vez que se completa el diseño, se construyen prototipos de ingeniería para la evaluación del mundo real en un banco de pruebas de motores.

Una vez más, se miden la presión, el caudal y la temperatura del aceite a distintas velocidades del motor y de la bomba para validar los resultados obtenidos mediante la simulación. Si los resultados cumplen con las especificaciones, se finaliza el programa de desarrollo y el proyecto entra en la fase de industrialización.

Para un rendimiento y una durabilidad óptimos, es obvio que todas las mediciones se registren con precisión , pero el peso dado a la información generada por el sensor de presión posiblemente supere a todos los demás: una presión insuficiente en cualquier punto puede provocar una falla catastrófica; mientras que una presión excesiva desperdicia energía y puede ocasionar problemas con los sellos de aceite.

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