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1. Introducción: antecedentes y posibilidades de la técnica C.D.E. La ruta convencional de procesado pulvimetalúrgico consiste, básicamente, en el prensado en frío de los polvos, para conseguir un conformado en verde, y su posterior sinterizado en horno, para obtener la pieza finalmente cohesionada. Aunque ésta es la tecnología con mayor implantación en la industria, no dejan de estudiarse alternativas nuevas que aspiran a mejorar, al menos parcialmente, los problemas y deficiencias de la tecnología actual. En este sentido, el uso directo de la electricidad como vía de sinterización de polvos (especialmente, los conductores) ha sido sugerido y abordado numerosas veces, generalmente desde un punto de vista experimental. Aunque son muchas las modalidades y variantes propuestas, todas ellas podrían englobarse bajo el nombre genérico de “técnicas de sinterización eléctrica”. Recientemente, se ha hecho popular la designación inglesa de Field-Assisted Sintering Techniques, abreviadamente, F.A.S.T., porque, en efecto, la rapidez es la característica más destacable de todas estas técnicas, y su común denominador. Una de las técnicas F.A.S.T. es la denominada Sinterización por Resistencia Eléctrica (S.R.E.), que ya ha sido abordada experimentalmente y teóricamente por investigadores. La técnica de S.R.E. esencialmente consiste en aplicar una corriente eléctrica alterna de baja tensión y alta intensidad a través del polvo contenido en una matriz aislante, en tanto que, simultáneamente, se aplica presión. Dado que los requerimientos eléctricos (baja tensión y alta intensidad) son perfectamente satisfechos por un equipo de soldadura por resistencia, éste puede servir de base para la implementación de la técnica S.R.E. En otra de las modalidades de Sinterización Eléctrica, la denominada Consolidación por Descarga Eléctrica (C.D.E.), la corriente eléctrica que atraviesa el polvo también es de elevada intensidad, pero a diferencia del proceso de S.R.E. la tensión puede tomar valores muy superiores. Esta combinación (alta intensidad y alta o moderadamente alta tensión) puede lograrse mediante la descarga de la energía almacenada en un banco de condensadores (se cargan los condensadores a centenares de voltios y se descargan al cortocircuitarlos con el polvo a través de una tensión e intensidad exponencialmente decreciente con el tiempo); una técnica bien conocida en la soldadura eléctrica. Dado que el paso de la corriente eléctrica provoca rapidísimas microsoldaduras en los puntos de contacto entre partículas, el tiempo de consolidación puede ser extraordinariamente breve, incluso de sólo unos pocos microsegundos. La rapidez del proceso supone una gran ventaja, pues hace innecesaria la utilización de vacío o de atmósferas y de hornos de alto consumo (debe tenerse en cuenta que el ahorro energético sería muy significativo), pero no sólo por ello. La preservación de la nanoestructura inicial inherente a los polvos de partida es una de las ventajas que también han sido atribuidas al proceso de C.D.E., y consecuencia directa de su extraordinaria rapidez. Semejante característica hace posible la fabricación rápida de piezas destinadas a aplicaciones magnéticas con propiedades nunca antes conseguidas. Las posibilidades que pueden derivarse de ello son asombrosas. Otra importante virtud de la técnica de C.D.E. es la capacidad de eliminar las películas de óxidos o hidróxidos que envuelven a las partículas de polvo. Se trata de una significativa característica, pues es conocido que estas películas dificultan el proceso de sinterización (se dice que empeoran la “sinterizabilidad” del polvo). Generalmente, el prensado en frío al que se someten los polvos es suficiente para retirar en parte estos

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óxidos. Cuando esta opción no es eficiente, la receta tradicional pasaba por someter a los polvos a procesos de extrusión. La eliminación de las películas de óxido con la técnica de C.D.E. se cree que es debida a las tensiones relativamente altas empleadas, que provocan la ruptura dieléctrica de las capas, haciéndolas conductoras y permitiendo el paso de una elevada intensidad. El fuerte calentamiento generado por esta corriente eléctrica ablanda (o funde) al metal sobre el que ha crecido el óxido, de modo que éste llega a fracturarse. Los procesos de reordenación de partículas subsiguientes, retiran los restos de las películas. El proceso es efectivo incluso sin la aplicación de presión, basta aumentar la tensión aplicada. Esto hace viable la consolidación de piezas con un alto grado de porosidad. Esta posibilidad representa una importante diferencia con la técnica de S.R.E., para la que los polvos inicialmente muy resistivos resultan muy difíciles de sinterizar, porque la intensidad que logra pasar a través del agregado de polvo toma valores insignificantes. La técnica presentaría otra ventaja no comentada hasta ahora. Los polvos obtenidos mediante molienda mecánica de larga duración están tan extraordinariamente endurecidos, por lo que su consolidación en frío resulta muy difícil. La ruta convencional resulta, por tanto, inoperante, a menos que se recurra a aglomerantes que, a la postre, contaminan el polvo. El proceso C.D.E. constituiría una ruta válida para la consolidación de este tipo de polvos (o como paso previo a la sinterización en horno). Frente a la sinterización convencional (de prensado en frío y sinterización en horno), además de las ventajas ya señaladas, no debe olvidarse el ahorro energético derivado de su enorme rapidez, pero tampoco la no necesidad de una etapa de recalibrado final; como toda técnica de conformación en caliente (y la C.D.E. lo es en cierto modo) la forma que adquiere la pieza tras el proceso es la definitiva. Respecto a la S.R.E., quizás la principal ventaja que puede esgrimirse es que los equipos de descarga de condensadores son, en general, menos costosos que las máquinas de soldadura por resistencia, pero también pueden aducirse otras razones de índole más técnica: debido a que la energía se toma de un banco de condensadores y no de un transformador, la energía máxima que el equipo es capaz de suministrar no dependerá tanto de la acometida energética de la que se disponga, como del dimensionamiento del mismo. Esto permite ciertos replanteamientos, que también están siendo abordados en la actualidad en el ámbito de la soldadura. 2. Justificación del proyecto y aplicaciones industriales Dado que no existen equipos comerciales específicos para poner en práctica la técnica de consolidación por descarga eléctrica (C.D.E.), el presente proyecto contempla el diseño, desarrollo e implementación del equipo experimental necesario. Dicho equipo experimental servirá como banco de pruebas y ensayos para el estudio, experimentación y desarrollo de la técnica C.D.E., persiguiendo lograr el conocimiento profundo de los fenómenos que acontecen durante la descarga eléctrica. Dicha comprensión permitiría alcanzar un grado de control satisfactorio y seleccionar los parámetros idóneos del procesado (energía almacenada, presión, porosidad, tiempo de descarga, etc.) y eludir la tediosa tarea de selección por vía de ensayo y error, pudiéndose así desarrollar un simulador de proceso y perfeccionar el modelo

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matemático del que se parte. La idea es hacer posible la explotación industrial de la técnica. Se espera que la técnica de C.D.E., actualmente no implantada en la industria, resulte ventajosa en la fabricación de pequeñas piezas pulvimetalúrgicas destinadas a la joyería, a filtros e implantes / prótesis porosos, y en piezas destinadas a aplicaciones magnéticas. La técnica resultará especialmente indicada cuando las piezas finales deban tener un alto grado de porosidad, o cuando sea imprescindible preservar la nanoestructura inherente de los polvos de partida. A continuación se muestran los beneficios potenciales de la técnica C.D.E. si se aplicara en la fabricación de piezas con claro interés industrial: - Fabricación de piezas para joyería-bisutería. Las especiales características de la técnica de C.D.E. (con presión simultánea) parecen especialmente recomendables para la fabricación de grandes tiradas de pequeñas piezas de polvos muy caros (como los de metales preciosos, incluido el titanio). Generalmente, estas piezas no deben satisfacer unos requerimientos mecánicos especialmente exigentes, por lo que obtenerlas con alta porosidad reportará un considerable ahorro de producción, al reducirse la cantidad de polvo de partida. Las piezas salientes del proceso de C.D.E. (aplicando presión) requerirían un acabado final (de eliminación de rebabas, pulido, etc.), no diferente, sin embargo, del que se requiere con los actuales procesos de moldeo. Hasta el momento, no se ha aplicado la tecnología pulvimetalúrgica a la fabricación de joyas, excluyendo a los antiguos incas, que fueron pioneros en esta práctica. - Fabricación de filtros porosos. Una posible aplicación del proceso de C.D.E. podría consistir en la elaboración de pequeños filtros (por ejemplo, de acero inoxidable o de bronce). La técnica pulvimetalúrgica convencional, de prensado en frío y sinterización en horno, no resulta posible para este tipo de piezas, pues tras el prensado en frío, la pieza ha de tener una cierta consistencia (resistencia en verde) para que pueda ser manipulada, sin perjuicio, en la etapa siguiente de sinterización. El problema es que esta consistencia sólo se alcanza reduciendo la porosidad, lo que automáticamente descarta la posibilidad de obtener piezas altamente porosas, como un filtro. Con la técnica de C.D.E., el polvo podría ser consolidado con la aplicación de muy poca carga de comprensión. El resultado sería una pieza muy porosa (con el grado de porosidad seleccionable), pues sería la corriente eléctrica, y no la fuerza mecánica, la que provocaría las uniones entre las partículas del agregado pulverulento (como si se tratasen de microsoldaduras). El tamaño del poro del filtro podría controlarse, en teoría, eligiendo la granulometría adecuada del polvo de partida, controlando la porosidad final del compacto (variando la fuerza de compresión) y el espesor de la propia pieza final.

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- Fabricación de piezas porosas destinadas a implantes o prótesis. Ciertas piezas destinadas a implantes (por ejemplo, los implantes dentales) requieren tener porosidad, puesto que ésta favorece el agarre con las estructuras orgánicas. Tal como se dijo en la tarea anterior, el proceso de C.D.E. nos brinda la posibilidad de obtener piezas con alto grado de porosidad. Sólo la potencia eléctrica del equipo de descarga supondrá un factor limitante para el tamaño de las piezas. Dado el reducido tamaño de los implantes dentales, ésta podría ser una excelente aplicación que no debería topar con dificultades. - Fabricación de piezas magnéticas mejoradas obtenidas a partir de polvos nanocristalinos o amorfos. Son muchas las piezas magnéticas de pequeño tamaño que podrían fabricarse con la técnica de C.D.E. + presión y que verían mejorada sus propiedades. Estas mejoras serían debidas a la extraordinaria rapidez de la técnica que dejaría inalterada la nanoestructura inicial de los polvos. Es bien conocido que una naturaleza nanocristalina en materiales magnéticos duros mejora su coercitividad (es decir, incrementa su dureza magnética). Es posible que también se viera mejorada su remanencia, lo que posibilitaría la reducción de tamaño y consiguientemente de peso. Por otro lado, un material magnético blando amorfo, sería extraordinariamente más permeable que su homólogo cristalino. Además, su carácter amorfo aumentaría la resistividad eléctrica, lo que lo convertiría en un material potencialmente indicado para aplicaciones de radiofrecuencia (en la tecnología de los móviles, por ejemplo), pero también para los núcleos de transformadores, que verían mermadas sus pérdidas por corrientes parásitas o de Foucault, mejorando el rendimiento de la transformación. Es posible conseguir polvos con naturaleza nanocristalina o amorfos mediante molienda mecánica de alta energía. El problema surge durante el proceso de consolidación. Con las técnicas tradicionales, se logra una buena cohesión de las partículas, pero se pierde, o en el mejor de los casos, se deteriora, la nanoestructura del polvo de partida. El proceso de C.D.E. parece especialmente indicado para resolver este espinoso problema. 3. Procedimientos experimentales: diseño de circuitos En el presente proyecto se han diseñado, simulado e implementado tres placas de circuito impreso. En todo diseño electrónico un paso fundamental es el de la simulación del circuito esquemático diseñado, y así comprobar, al menos teóricamente, si dicho circuito funciona correctamente. Se utiliza para realizar las simulaciones requeridas el programa informático “Micro – Cap 7”. Verificadas las simulaciones, el siguiente paso es el diseño del PCB. Este se realiza con el programa de diseño electrónico “P – CAD”. Nuestro layout se lleva a

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cabo bajo dos consignas principales: una distribución de componentes óptima, de tal manera que se minimice el tamaño de la placa, y unas conexiones entre componentes correctas, coherentes con el circuito esquemático. El PCB diseñado, con sus dimensiones reales, se imprime (impresión láser) en papel vegetal. Se eliminan las partes donde no exista dibujo y se obtiene el fotolito. Este se usa para marcar la placa fotosensible de una sola cara. Por estas marcas cortamos con ayuda de una guillotina el tamaño adecuado de placa. Este tamaño será el definitivo de la placa de circuito impreso. Realizando los pasos que se describen continuación, implementamos físicamente el circuito: 1º.- Se toma la placa fotosensible y se retira la lámina de polietileno que protege la cara fotosensible de cobre. 2º.- La cara del fotolito con tinta se coloca mirando hacia el cobre de la placa y el conjunto fotolito-placa se lleva a la insoladora. 3º.- En la insoladora, con el cobre mirando hacia la luz, se realiza una exposición de 3-4 minutos. 4º.- La placa se sumerge en el revelador y se agita durante algún tiempo. La capa fotosensible desaparecerá donde la luz de la insoladora la haya alcanzado, es decir, todo lo que no sea pista. 5º.- Para la eliminación del cobre innecesario se sumerge la placa en una solución corrosiva:

- 50% agua - 25% agua oxigenada de 110% - 25% agua fuerte

Agitando durante cierto tiempo el dibujo del circuito impreso aparecerá en cobre. 6º- Secado de la placa. 7º.- Eliminación de la capa fotosensible, que aún queda en las pistas de cobre, con acetona. 8º.- Se procede al taladrado de los pad’s. 9º.- Soldadura de componentes electrónicos. 10º.- Con la implementación de la placa terminada y debidamente probada, se procede a su barnizado para evitar la oxidación de las pistas de cobre.

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4. Diseño, desarrollo e implementación del equipo necesario para poner en práctica la técnica C.D.E. La dedicación principal del actual proyecto se centra en el diseño de un equipo experimental que permita poner en práctica la técnica C.D.E.. Una vez diseñado se procederá a la selección y compra de dispositivos y elementos necesarios para la implementación física del equipo. Dicho equipo dispondrá de la instrumentación y electrónica necesaria para adquirir las principales magnitudes del proceso (intensidad de descarga, tensión de descarga, presión aplicada y porosidad) que serán procesadas en PC. Todo el sistema será gobernado desde un software de control. 4.1 Componentes básicos Un esquema de los componentes básicos del equipo experimental desarrollado es el siguiente:

Equipo de descarga de condensadores

∼∼∼∼ 1 2

3

4

4

3

6

7

(1) Matriz térmica y eléctricamente aislante, (2) Polvo, (3) Electrodos (superior e inferior), (4) aislamientos eléctricos (superior e inferior), (5) Cables de conexión al banco de condensadores, (6) Fuente de tensión externa (red eléctrica, 220V), (7) Prensa neumática.

5

5

Fig.1: Esquema de los componentes básicos del equipo experimental

A continuación de detallará ampliamente cada componente seleccionado. 4.1.1. Dispositivo de descarga eléctrica: batería de condensadores El “corazón” del equipo experimental que implementa la técnica C.D.E. es el dispositivo de descarga eléctrica. Se utiliza como tal, un equipo de soldadura de pernos o espárragos, cuya aplicación habitual es la “soldadura por descarga eléctrica” (en inglés “Electrodischarge welding”). La justificación del uso de este equipo de soldadura es que implementa una tecnología ya bien conocida y aplicada con éxito en el campo de la soldadura, y su adaptación a nuestro fin resulta ser perfectamente viable ya que reúne las especificaciones eléctricas requeridas (altas intensidades de descarga y altas o moderadamente altas tensiones).

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A. Principio de funcionamiento La descarga de un condensador a través de una resistencia (circuito RC, despreciando cualquier efecto inductivo), es el principio en el que se basa el proceso. Un condensador es un dispositivo formado por dos superficies conductoras enfrentadas (armaduras) separadas por un dieléctrico. Cuando se aplica una diferencia de potencial V entre las dos armaduras, se provoca la acumulación de una carga positiva +Q en la armadura con potencial mayor, y de una carga igual de signo contrario -Q en la otra armadura. El valor de la carga almacenada resulta ser proporcional a la diferencia de potencial aplicada, Q = CV, siendo la constante de proporcionalidad la capacidad del condensador. Debido a la carga acumulada, aparece un campo eléctrico entre las armaduras del condensador que, por tanto, es capaz de almacenar en su interior energía eléctrica. Los procesos de carga y descarga de un condensador no son instantáneos, y dependen de los elementos eléctricos a los que el condensador está conectado. Nuestro modelo es un circuito RC. Suponiendo que nuestro condensador esta cargado (carga inicial = 0Q ) a cierta tensión (tensión inicial 0V ) y que se tiene el siguiente circuito:

Fig.2: Circuito RC

Al cerrar el interruptor la carga de su armadura positiva irá pasando progresivamente a la armadura negativa (a través de la resistencia R), hasta que el condensador quede totalmente “descargado”. Aplicando Kirchoff a la malla tenemos:

Dado que I(t) = dQ/dt. Integrando esta ecuación diferencial, llegamos a:

Por tanto, el proceso de descarga es tal que tanto la carga Q(t) que queda en el condensador en el instante t, como la diferencia de potencial V(t) entre las armaduras del condensador y la intensidad de corriente I(t) en el circuito, evolucionan con el tiempo de forma exponencial decreciente (ver Fig.3), siendo 0V e 0I los valores de la

tensión y de la intensidad en t = 0, y τ = RC la llamada constante de tiempo (o tiempo característico, o tiempo de relajación) del circuito, que representa el tiempo que tarda cualquiera de estas magnitudes en llegar a un valor 1/e veces su valor inicial (es decir, aproximadamente a un valor 37% de dicho valor inicial). Desde un punto de vista energético, podemos decir que la energía almacenada inicialmente en el condensador se pierde continuamente en la resistencia por efecto Joule (calentamiento). Notemos que cuanto mayor sean la resistencia del circuito o la capacidad del condensador, mayor es τ y, por tanto, más lento es el proceso de descarga.

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Fig.3: Descarga exponencial

El proceso de carga es análogo, pero tendremos una curva exponencial creciente. La carga se realiza sometiendo los terminales de éste a una tensión continua (1º se rectifica la tensión AC de red mediante un puente de diodos, 2º se filtra y, por último, se estabiliza al valor de tensión al que se desea cargar el condensador). La peculiaridad en C.D.E es que la resistencia a través de la que se descarga la batería de condensadores es de valor muy pequeño (orden de mΩ ) y, por lo tanto, la constate de tiempo ( RCτ = ) es también muy pequeña (suponiendo R = 15 mΩ y C = 132 mF, tenemos un τ = 1.98 ms tomando 3τ = 5.94 ms, lo que supone teóricamente un 95% de descarga, siendo en la práctica una descarga total en ese tiempo), con lo que la pendiente en cada punto de la exponencial decreciente es muy inclinada, lo que supone una descarga muy rápida (∼ 5 ms) . En nuestro circuito la resistencia de descarga modela: - la resistencia eléctrica de los cables de cobre que conectan la batería de condensadores (dispositivo de descarga) con los electrodos. - la resistencia eléctrica de la unión mecánica, a través de tornillos avellanados, arandela y tuerca (latón, aleación cobre-zinc), de los cables con los electrodos. - la resistencia eléctrica de los electrodos de cobre. - la resistencia eléctrica de las obleas cobre-wolframio, necesarias para evitar que quede soldado el polvo consolidado a los electrodos. - la resistencia eléctrica del polvo a consolidar. Debido a que la resistencia eléctrica que aporta el polvo, disminuye a medida que aumentan las microsoldaduras (disminuye la porosidad), la resistencia de descarga no mantiene un valor constante durante el proceso de consolidación (<∼ 5 ms), por lo que el valor de la “constante” de tiempo, τ , es variable. Esto indica que la curva teórica de descarga de nuestra batería de condensadores no es exponencial pura. Dado que a intensidad ( )I t (AMPERIOS [A]) en un condensador (en este caso tenemos una batería de condensadores) es:

( )dq dV

I t Cdt dt

= = ×

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Donde dt , en este caso, es el tiempo que dura la descarga (<∼ 5 ms), podemos obtener la energía que va a suministrar la batería de condensadores durante la descarga en la técnica C.D.E.:

Fig.4: Energía de un condensador

22

21 1 1 1 1

2 2 2 2 2

q q C qE q V q C C V

C C C C = × × = × × = × × = × × = × ×

La potencia suministrada durante la descarga se obtiene del siguiente modo:

( )dE

P tdt

=

( )P t : potencia suministrada en WATIOS [W=J/s] dE : evolución de la potencia suministrada en JULIOS [J] dt : tiempo de descarga en SEGUNDOS [s] B. Descripción del equipo de descarga seleccionado El equipo comercial seleccionado, para actuar como dispositivo de descarga, es el modelo “LSP130 - MICROPROCESADOR” del fabricante “BTH-TECH”. Dicho equipo consta, esencialmente, de una batería de condensadores y de la electrónica necesaria para el control de la carga y descarga.

Fig.5: Equipo LSP130 para la soldadura por pernos

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Este equipo dispone de un display frontal que indica:

- todas las funciones del ciclo de soldadura - contador de descargas efectuadas - selección de pistola conectada - parámetros de soldadura El manejo y navegación por los distintos menús de opciones se realiza a través

de un único botón, situado en la parte superior derecha del frontal, que es giratorio-pulsador (la función giratoria es para seleccionar y la función pulsante para activar y confirmar).

Los datos eléctricos básicos del equipo son:

- U2 = 50...200 V - I2 MAX (200V) = 16kA - U1 = 230V AC (50 Hz) - I1 = 10 A (incorpora fusible de 16 A)

Podemos seleccionar, tanto la tensión a la que se cargará la batería de condensadores (entre 50 y 200 voltios) y que será la tensión inicial de descarga, como la capacidad de dicha batería (tres posibilidades: 44 mF ó 88 mF ó 132 mF). Seleccionados estos parámetros es posible conocer la energía y la potencia de descarga.

El esquema explosionado del equipo, indicando las partes de las que consta, se muestra a continuación:

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Fig.6: (a) Despiece del equipo LSP130. (b) Esquema frontal del equipo LSP130. (c) Esquema pines conector cable de mando. (d) Cable de mando

1: Asa para transportar el equipo 2: Carcasa metálica 3: Módulo electrónico entrada/salida (automático) 4: Solenoide 5: Circuito que controla la carga de la batería 6: Base / cierre inferior 7: Módulo entrada/salida 8: Pletina para sujeción de 7 9: Condensador electrolítico de 22 mF y 200V. La batería la conforman 6 de estos condensadores. Al

cargar la batería se cargan los 6. Sólo descargarán la capacidad que seleccione el usuario (2C 44 mF; 4C 88 mF; 6C 132 mF) 10: Interfaz CNC 11: Fuente de alimentación 12: Cierre parte trasera 13: Cable de conexión a la red 14: Ventilador 15: Vía anódica 16: Tiristor SKT 491/04 D 17: Pletina de sujeción 18: Diodo SKR240/04 19: Resistencia 220R/20W 20: Módulo de seguridad 21: pletina de bronce en ángulo 22: Resistencia 3R/70W 23: filtro

100: Interruptor de encendido 101: Conector cable de mando (BE7/MTA6). Este conector dispone de 7 pines. 102: Conector + (BE50) 103: Montaje frontal para interactuar con el display 104: Display

1-2: Imán pistola 3-4: Control disparo 5-7: No se usa

a

b

c

d

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C. Guía rápida de utilización del equipo de descarga

A continuación se expone la guía de ajuste del “LSP130”:

Conectar equipo a la red eléctrica y pulsar el interruptor de encendido en la posición I (I ≡ encendido, 0 ≡ apagado).

Fig.7: Frontal LSP130

Aparecerá en el display la pantalla principal:

Fig.8: Pantalla principal

Que consta de los siguientes elementos:

PASO 1

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a. Menú principal:

b. Barra de secuencia de estados, que muestra el ciclo de soldadura de pernos:

c. Indicador de tensión de carga y capacidad, que muestra la tensión y la capacidad seleccionada para la batería de condensadores:

d. Barra de parámetros seleccionados, que muestra los parámetros seleccionados para la soldadura de pernos (material perno, diámetro perno, etc):

Para nuestra aplicación no se selecciona nada por defecto y, por lo tanto, es información irrelevante.

e. Barra de parámetros leídos tras la soldadura:

: Energía suministrada durante la descarga [JULIOS]. : Intensidad máxima [AMPERIOS].

: Tensión de cebado [VOLTIOS].

: Tensión a la que se carga la batería de condensadores

[VOLTIOS].

: Tiempo que dura la descarga [MILI_SEGUNDOS]

En la primera fila se muestran los valores medios de todas las descargas realizadas y en la segunda sólo los valores de la última:

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+ 1ª fila:

+ 2ª fila: f. Indicador del número de descargas realizadas

g. Icono indicador tipo pistola conectada (en nuestra aplicación el disparo se controla mediante un interruptor electrónico y, por lo tanto, no existe pistola física).

Pulsar el único botón (botón que es giratorio-pulsador; función giratoria para seleccionar y función pulsante para activar y confirmar) existente en el panel durante 3 segundos aproximadamente. Tras esto, ya podremos movernos por el menú principal con ayuda del botón giratorio.

Seleccionar y pulsar. Con el botón giratorio se selecciona la tensión a la que se desea cargar la batería de condensadores. El rango de tensiones posibles es:

• Tensión mínima: 50V • Tensión máxima: 200V

siendo la precisión: V∆ =1V.

Una vez seleccionada la tensión deseada, pulsar el botón y parpadeará mientras se produce la carga. Cuando el icono quede permanente, eso significará que la carga está completa.

PASO 2

PASO 3

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Esperar a que la carga de la batería de condensadores se complete ( permanente).

Seleccionar y pulsar. Elegir la capacidad que se desea:

Fig.9: Capacidades seleccionables

Pulsar botón.

Una vez seleccionados la tensión de carga (paso 3) y la capacidad (paso 5) tenemos lo siguiente:

C V q× = C : capacidad total en FARADIOS [F], de la batería de condensadores V : tensión en VOLTIOS [V] a la que se ha cargado la batería q : carga total en COULOMBIOS [C]

El icono no se usa. Es una opción que trae el equipo (ajuste automático de parámetros, básicamente tensión y capacidad, en función del material a soldar, acero suave, acero inoxidable, aluminio, latón, aleaciones especiales soldables, y del diámetro

PASO 4

PASO 5

PASO 6

PASO 7

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normalizado, Ø2- 10 / M3- M10, del perno) que sólo tiene utilidad si se realiza soldadura de pernos.

El icono tampoco se usa.

Pulsando , se accede al submenú 1:

a. El icono no se usa, ya que sirve para ajustar los parámetros de la pistola de soldadura y en nuestra aplicación no hay pistola (se dejan los parámetros por defecto).

b. Seleccionando podemos inicializar el contador de descargas.

c. Seleccionando podemos acceder a información del equipo. Un dato a destacar de esta información es la temperatura a la que se encuentra dicho equipo.

d. El icono no se usa (es una opción para el servicio técnico del fabricante).

e. Seleccionando , volvemos al menú principal.

PASO 8

PASO 9

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Pulsando , se accede al submenú 2:

a. Seleccionando se accede a , donde podemos modificar fecha y hora.

b. El icono no se usa.

c. El icono tampoco se usa (opción para el servicio técnico del fabricante)

d. Pulsando en se vuelve al submenú 1. Nota 1: Si se está varios segundos sin realizar ninguna función con el botón giratorio-pulsador, volveremos al menú principal. Si se desea utilizar dicho botón, simplemente hay que pulsarlo durante 3 segundos aproximadamente, tras lo cual ya podremos realizar la acción que se desee. Nota 2: Los iconos y no presentan opción alguna. Nota 3: En primer lugar se ajustará los parámetros en el propio equipo. A continuación los parámetros seleccionados se introducirán por teclado en el programa que gestiona el sistema desde PC.

4.1.2. Prensa neumática Para aquellas aplicaciones que requieran presión simultánea a la descarga eléctrica es imprescindible el uso de una prensa. Se selecciona una tipo neumática por triple motivo:

PASO 10

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- No se requiere una prensa que proporcione excesiva fuerza. Para nuestra aplicación basta con que proporcione entre 1.5 y 2 toneladas-fuerza (2000-1500 kgf). Una prensa neumática cubre perfectamente esta restricción.

- El tiempo de respuesta de la prensa ante variaciones de la posición del pistón

debe ser prácticamente instantáneo, ya que así podremos mantener la presión aplicada aproximadamente constante durante todo el proceso de C.D.E., especificación que se debe cumplir, aunque exista contracción del polvo (ésta existirá porque la porosidad disminuye con el paso de la corriente). Está claro que la respuesta de una prensa hidráulica no es rápida, ya que el fluido de trabajo es un líquido viscoso, generalmente aceite, donde hay que poner en marcha una bomba. La respuesta de una prensa neumática sí que se puede considerar aproximadamente instantánea, ya que el fluido de trabajo es aire comprimido y el tiempo de entrada / salida de aire y de relleno del volumen de la cámara es prácticamente nulo.

- Como ventaja marginal, una prensa neumática presenta un coste más bajo en

comparación con una hidráulica. Resumiendo, un dispositivo tipo neumático resulta perfectamente indicado para la tarea asignada (aplicar presión simultánea a la descarga eléctrica), puesto que da el rango de fuerzas requerido, es de respuesta rápida y su coste no es excesivo. Se selecciona la prensa neumática “PULMÓN MODELO 200-N”, con cilindro de doble efecto, del fabricante “RECTIFICADOS J. LINARES”:

Fig.10: Prensa neumática “PULMÓN MODELO 200-N”

Las especificaciones técnicas de esta prensa se muestran a continuación:

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Fig.11: Especificaciones técnicas 200-N Como puede observarse (Fig.10) el equipo que nos suministra el fabricante consta de la propia prensa apoyada sobre un mueble metálico. Dicho mueble contiene la instrumentación neumática necesaria, y un pedal mecánico, responsable de la apertura/cierre de la válvula que regula la entrada/salida de aire comprimido a la cámara de la prensa, y con ello, la fuerza aplicada.

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Con el objetivo de disponer de un equipo lo más compacto y automático posible, se decide:

- Extraer la prensa del mueble metálico, desatornillando las fijaciones mecánicas existentes.

- Diseñar una bancada de madera de pino (espesor: 30 mm) para apoyar la prensa.

La superficie en planta es 500 mm X 650 mm.

Fig.12: Bancada de madera de pino para la prensa

- Diseñar un panel de madera aglomerada (espesor: 10 mm) accesible y visible,

donde colocar toda la instrumentación neumática necesaria. Se une mecánicamente mediante tornillos a la bancada, formando 90º con ésta.

- Sustituir la válvula mecánica que traía de serie por una electroválvula (ver

apartado 4.2.6.).

El resultado de la adaptación es el siguiente:

Fig.13: (a) Adaptación. (b) Panel de instrumentación

a

b