Independentment de com es converteix el metall en brut en un tub o canonada, el procés de fabricació deixa una quantitat important de material residual a la superfície.Formar i soldar en un laminador, dibuixar sobre una taula de dibuix o utilitzar un apilador o extrusora seguit d'un procés de tall a la longitud pot provocar que la canonada o la superfície de la canonada quedi recoberta de greix i es pugui obstruir amb deixalles.Els contaminants habituals que s'han d'eliminar de les superfícies internes i externes inclouen els lubricants a base d'oli i aigua del dibuix i el tall, les restes metàl·liques de les operacions de tall i la pols i els residus de fàbrica.
Els mètodes típics per netejar la fontaneria interior i els conductes d'aire, ja sigui amb solucions aquoses o dissolvents, són similars als que s'utilitzen per netejar superfícies exteriors.Aquests inclouen el rentat, l'obturació i la cavitació ultrasònica.Tots aquests mètodes són efectius i s'han utilitzat durant dècades.
Per descomptat, cada procés té limitacions i aquests mètodes de neteja no són una excepció.El rentat normalment requereix un col·lector manual i perd la seva eficàcia a mesura que la velocitat del fluid de rentat disminueix a mesura que el fluid s'acosta a la superfície de la canonada (efecte de capa límit) (vegeu la figura 1).L'embalatge funciona bé, però és molt laboriós i poc pràctic per a diàmetres molt petits com els que s'utilitzen en aplicacions mèdiques (tubs subcutani o luminal).L'energia ultrasònica és eficaç per netejar les superfícies externes, però no pot penetrar en superfícies dures i té dificultats per arribar a l'interior de la canonada, especialment quan el producte està empaquetat.Un altre desavantatge és que l'energia ultrasònica pot causar danys a la superfície.Les bombolles sonores s'eliminen per cavitació, alliberant una gran quantitat d'energia a prop de la superfície.
Una alternativa a aquests processos és la nucleació cíclica al buit (VCN), que fa que les bombolles de gas creixin i col·lapsen per moure el líquid.Fonamentalment, a diferència del procés d'ultrasons, no corre el risc de danyar les superfícies metàl·liques.
VCN utilitza bombolles d'aire per agitar i eliminar el líquid de l'interior de la canonada.Aquest és un procés d'immersió que funciona al buit i que es pot utilitzar tant amb fluids a base d'aigua com amb dissolvents.
Funciona amb el mateix principi que es formen bombolles quan l'aigua comença a bullir en una olla.Les primeres bombolles es formen en determinats llocs, sobretot en testos ben utilitzats.Una inspecció acurada d'aquestes zones sovint revela rugositat o altres imperfeccions superficials en aquestes zones.És en aquestes zones on la superfície de la paella està més en contacte amb un volum determinat de líquid.A més, com que aquestes zones no estan subjectes a un refredament convectiu natural, es poden formar bombolles d'aire fàcilment.
En la transferència de calor en ebullició, la calor es transfereix a un líquid per elevar la seva temperatura fins al seu punt d'ebullició.Quan s'arriba al punt d'ebullició, la temperatura deixa de pujar;afegir més calor dóna lloc a vapor, inicialment en forma de bombolles de vapor.Quan s'escalfa ràpidament, tot el líquid de la superfície es converteix en vapor, que es coneix com a ebullició de pel·lícula.
Això és el que passa quan portes a bullir una olla d'aigua: primer, es formen bombolles d'aire en determinats punts de la superfície de l'olla, i després a mesura que l'aigua s'agita i s'agita, l'aigua s'evapora ràpidament de la superfície.Prop de la superfície és un vapor invisible;quan el vapor es refreda pel contacte amb l'aire circumdant, es condensa en vapor d'aigua, que és clarament visible a mesura que es forma sobre l'olla.
Tothom sap que això passarà a 212 graus Fahrenheit (100 graus Celsius), però això no és tot.Això passa a aquesta temperatura i pressió atmosfèrica estàndard, que és de 14,7 lliures per polzada quadrada (PSI [1 bar]).En altres paraules, un dia en què la pressió de l'aire al nivell del mar és de 14,7 psi, el punt d'ebullició de l'aigua al nivell del mar és de 212 graus Fahrenheit;el mateix dia a les muntanyes a 5.000 peus d'aquesta regió, la pressió atmosfèrica és de 12,2 lliures per polzada quadrada, on l'aigua tindria un punt d'ebullició de 203 graus Fahrenheit.
En lloc d'augmentar la temperatura del líquid al seu punt d'ebullició, el procés VCN redueix la pressió a la cambra fins al punt d'ebullició del líquid a temperatura ambient.De manera semblant a la transferència de calor d'ebullició, quan la pressió arriba al punt d'ebullició, la temperatura i la pressió es mantenen constants.Aquesta pressió s'anomena pressió de vapor.Quan la superfície interior del tub o canonada s'omple de vapor, la superfície exterior omple el vapor necessari per mantenir la pressió de vapor a la cambra.
Tot i que la transferència de calor en ebullició exemplifica el principi de VCN, el procés de VCN funciona inversament amb l'ebullició.
Procés de neteja selectiva.La generació de bombolles és un procés selectiu destinat a netejar determinades zones.L'eliminació de tot l'aire redueix la pressió atmosfèrica a 0 psi, que és la pressió de vapor, fent que es formi vapor a la superfície.Les bombolles d'aire en creixement desplacen el líquid de la superfície del tub o broquet.Quan s'allibera el buit, la cambra torna a la pressió atmosfèrica i es purga, líquid fresc omplint el tub per al següent cicle de buit.Els cicles de buit/pressió solen establir-se entre 1 i 3 segons i es poden configurar a qualsevol nombre de cicles depenent de la mida i la contaminació de la peça.
L'avantatge d'aquest procés és que neteja la superfície de la canonada partint de la zona contaminada.A mesura que el vapor creix, el líquid s'empeny a la superfície del tub i s'accelera, creant una forta ondulació a les parets del tub.La major emoció es produeix a les parets, on creix el vapor.Essencialment, aquest procés trenca la capa límit, mantenint el líquid a prop de la superfície d'alt potencial químic.A la fig.La figura 2 mostra dos passos del procés utilitzant una solució tensioactiva aquosa al 0,1%.
Perquè es formi vapor, s'han de formar bombolles sobre una superfície sòlida.Això vol dir que el procés de neteja va de la superfície al líquid.Igualment important, la nucleació de bombolles comença amb petites bombolles que s'uneixen a la superfície, formant finalment bombolles estables.Per tant, la nucleació afavoreix les regions amb una gran superfície sobre el volum líquid, com ara canonades i diàmetres interiors de canonades.
A causa de la curvatura còncava de la canonada, és més probable que es formi vapor dins de la canonada.Com que les bombolles d'aire es formen fàcilment al diàmetre interior, el vapor s'hi forma primer i amb prou rapidesa com per desplaçar normalment entre el 70% i el 80% del líquid.El líquid a la superfície al pic de la fase de buit és gairebé el 100% de vapor, que imita la pel·lícula que bull en la transferència de calor en ebullició.
El procés de nucleació és aplicable a productes rectes, corbats o retorçats de gairebé qualsevol longitud o configuració.
Trobeu estalvis ocults.Els sistemes d'aigua que utilitzen VCN poden reduir significativament els costos.Com que el procés manté concentracions elevades de productes químics a causa d'una mescla més forta a prop de la superfície del tub (vegeu la figura 1), no es requereixen concentracions elevades de productes químics per facilitar la difusió química.Un processament i una neteja més ràpids també es tradueixen en una major productivitat per a una màquina determinada, augmentant així el cost de l'equip.
Finalment, tant els processos VCN basats en aigua com en dissolvents poden augmentar la productivitat mitjançant l'assecat al buit.Això no requereix cap equip addicional, és només una part del procés.
A causa del disseny de la cambra tancada i la flexibilitat tèrmica, el sistema VCN es pot configurar de diverses maneres.
El procés de nucleació del cicle de buit s'utilitza per netejar components tubulars de diverses mides i aplicacions, com ara dispositius mèdics de petit diàmetre (esquerra) i guies d'ones de ràdio de gran diàmetre (dreta).
Per als sistemes basats en dissolvents, es poden utilitzar altres mètodes de neteja, com ara vapor i esprai, a més de VCN.En algunes aplicacions úniques, es pot afegir un sistema d'ecografia per millorar el VCN.Quan s'utilitzen dissolvents, el procés VCN està recolzat per un procés de buit a buit (o sense aire), patentat per primera vegada el 1991. El procés limita les emissions i l'ús de dissolvents al 97% o més.El procés ha estat reconegut per l'Agència de Protecció Ambiental i la Gestió de la Qualitat de l'Aire de la Costa Sud de Califòrnia per la seva eficàcia per limitar l'exposició i l'ús.
Els sistemes de dissolvents que utilitzen VCN són rendibles perquè cada sistema és capaç de destil·lar al buit, maximitzant la recuperació de dissolvents.Això redueix les compres de dissolvents i l'eliminació de residus.Aquest procés en si allarga la vida del dissolvent;la velocitat de descomposició del dissolvent disminueix a mesura que disminueix la temperatura de funcionament.
Aquests sistemes són adequats per al posttractament com la passivació amb solucions àcides o l'esterilització amb peròxid d'hidrogen o altres productes químics si es requereix.L'activitat superficial del procés VCN fa que aquests tractaments siguin ràpids i rendibles, i es poden combinar en el mateix disseny d'equip.
Fins ara, les màquines VCN han estat processant canonades de fins a 0,25 mm de diàmetre i canonades amb relacions de diàmetre a gruix de paret superiors a 1000:1 al camp.En estudis de laboratori, VCN va ser eficaç per eliminar bobines contaminants interns de fins a 1 metre de llarg i 0,08 mm de diàmetre;a la pràctica, va poder netejar a través de forats de fins a 0,15 mm de diàmetre.
Dr. Donald Gray is President of Vacuum Processing Systems and JP Schuttert oversees sales, PO Box 822, East Greenwich, RI 02818, 401-397-8578, contact@vacuumprocessingsystems.com.
Dr. Donald Gray is President of Vacuum Processing Systems and JP Schuttert oversees sales, PO Box 822, East Greenwich, RI 02818, 401-397-8578, contact@vacuumprocessingsystems.com.
Tube & Pipe Journal es va llançar l'any 1990 com la primera revista dedicada a la indústria de canonades metàl·liques.Avui dia, segueix sent l'única publicació del sector a Amèrica del Nord i s'ha convertit en la font d'informació més fiable per als professionals del tub.
Ja està disponible l'accés digital complet a The FABRICATOR, que ofereix un accés fàcil a recursos valuosos de la indústria.
Ja està disponible l'accés digital complet a The Tube & Pipe Journal, que ofereix un accés fàcil a recursos valuosos de la indústria.
Gaudeix de l'accés digital complet a STAMPING Journal, la revista del mercat de l'estampació de metalls amb els últims avenços tecnològics, bones pràctiques i notícies del sector.
Ja està disponible l'accés complet a l'edició digital de The Fabricator en Español, que ofereix un fàcil accés a recursos valuosos de la indústria.
L'artista i instructor de soldadura Sean Flottmann es va unir al podcast de The Fabricator a FABTECH 2022 a Atlanta per a un xat en directe...
Hora de publicació: 13-gen-2023