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¿Qué es el compression set? – Volumen 2

Y aquí va la fascinante segunda parte…

Vamos a ilustrar rápidamente porqué es necesario crear una fuerza de sellado en un sistema o sobre un material, si no queremos tener fugas. Y lo voy a mostrar como me lo explicaron a mí, pues creo que es el ejemplo más sencillo para entender estos conceptos, y es a través de un collarín hidráulico o neumático, en “U” (también llamado sello de labio, sello V, retén, etc…)

En primer lugar, existen unas medidas de ranura en el equipo (en adelante cajera), donde se introducirá el collarín que deberá generar estanqueidad en el sistema. Podemos ver en amarillo una sección representativa de un collarín en “U”, habitualmente fabricado en elastómero.Cajera + collarin

A continuación, y para poder observar de manera clara la interferencia con la que se ha fabricado el collarín, os muestro esta imagen, donde los labios que deben generar el sellado, se fabrican con unas dimensiones superiores a la cajera que los contendrá, para que, como veremos más adelante, generen una presión, que se conoce como fuerza de sellado (al ser aplicada sobre una superficie). En realidad podéis imaginar que esta es un imagen ilustrativa, ya que automáticamente cuando la goma quede aprisionada en la cajera, se adaptará a la forma de esta (if you put water into a cup…).Cajera + collarín sin comprimir

Y efectivamente, cuando el collarín quede aprisionado en su cajera, quedará de esta forma.Cajera + collarín comprimido

Lo que originará automáticamente una fuerza de sellado sobre la superficie en contacto de los labios con el metal, que generará un gradiente de fuerzas, calculado por el fabricante del sello para que este funcione.Cajera + collarin + fuerza sellado

 

 

En realidad, lo que sucederá cuando el fluido ejerza también presión sobre el collarín, que el gradiente de fuerzas aumentará, incrementando así la fuerza de sellado (aquí algunos deberían entender porqué con presión muchos sistemas no fugan, y cuando esta desaparece, fuga, aunque más adelante veréis donde está concretamente el truco, por culpa del compression set). Cajera + collarin + fuerza sellad + fuerza fluidoLlegados a este punto ¡ya tenemos el primer ingrediente para el compression set! ¡Presión!

El segundo ingrediente ¡la temperatura! En realidad es opcional, como los elevalunas eléctricos cuando yo era pequeño, y en realidad lo más interesante es que si no existe, igualmente se producirá la deformación, pero si existe, provocará una aceleración del proceso.

Y el tercer ingrediente… ¡el tiempo! Ese que todo lo arregla, o todo lo jode, según se mire

Y es que el compresión set no es más que una modificación de la geometría original que sufren los elastómeros y algunos plásticos sometidos a una carga de compresión, con o sin temperatura, que se alarga en el tiempo de manera continua o cíclica.

Como podéis ver en la siguiente imagen, en realidad lo que le pasa a un sello dentro de su cajera, es que “se olvida” de su forma original debido a los procesos de envejecimiento citados en el primer artículo, que sumados a la presión, temperatura y tiempo, conforman el material con cualquier forma que tenga la ranura. Por eso sucede que con el tiempo, cuando un equipo está en marcha, y existe presión, el collarín crea una fuerza de sellado que evita las fugas, pero cuando esta fuerza desaparece, y el compression set ya ha hecho estragos, el líquido es capaz de colarse entre el metal y el collarín de manera que el sistema “suda aceite o el líquido que estemos intentando contener”.

Cajera + collarin deformado

Y hasta aquí queridos niños la maravillosa y apasionante vida del compression set, o más largo para los que gusten de un mayor uso de saliva: deformación permanente por compresión

¿Qué es el compression set? – Volumen 1

En castellano la definición más correcta que he encontrado es “deformación permanente por compresión”, y se refiere al grado de deformación de un elastómero debido a una exposición prolongada a una carga de compresión.

Este asunto es de vital importancia en aplicaciones industriales de sellado de equipos, tanto estáticas como dinámicas, donde los materiales elastómeros son ampliamente utilizados.

Los materiales elastómeros

Debemos partir del conocimiento básico de los elastómeros, que pueden ser de origen natural o sintético, y cuyo proceso de fabricación puede concluir con la vulcanización, que realiza un cohesión de sus moléculas, dotándo al material de unas propiedades muy interesantes.

En general los elastómeros tienen un inconveniente, y es que conforme se fabrican, comienza un proceso de envejecimiento por oxidación que hace que pierda resistencia y elasticidad, este puede ser en días o en años hasta que pierda sus propiedades, pero existe, si no, me quedaría sin artículo ;). Incluso existiendo normas y técnicas sobre su fabricación (con aditivos específicos para retardar este efecto), conservación (almacenamiento controlado en temperatura, humedad, etc), y uso (condiciones ambientales de funcionamiento), es conocido que un elastómero envejece y pierde propiedades.

Todos hemos observado en nuestra propia casa con diferentes elementos como la suela de los zapatos que se endurece, las gomas de pollo que sujetan nuestros cables o cromos que se rompen, incluso los neumáticos de nuestros coches o motos que pierden adherencia, y es que, con el pasar de los años, lo que inicialmente tenía una elasticidad envidiable, y un aspecto “gomoso” muy apetecible :), se torna liso y brillante (por una capa externa endurecida), y con una elasticidad y otras propiedades desaparecidas, incluso llegando al agrietamiento o rotura del material ante una deformación mínima.

Ahora vamos a llevar todo esto al campo de la industria, y en concreto a las aplicaciones de estanqueidad o sellado, que es donde queremos llegar, ya que allí el compression set, o deformación permanente por compresión, cobra una importancia notable, produciendo numerosos problemas en la industria, aunque algunos no quieran reconocerlo 😉

Fuente:Wikipedia

No quiero hacer una lista de materiales elastoméricos, pues es vastamente conocido el uso de diferentes elastómeros para el sellado desde muchas décadas atrás hasta hoy; pero me estoy dando cuenta que la voy a tener que hacer para satisfacer vuestras ansias de conocimiento, pues ya oigo a la gente agolpándose bajo mi ventana para reivindicar un listado mínimo. En este hay una mezcla entre términos técnicos, marcas y “palabros de uso común”; vaya por delante que no está completa, pues sería tarea ardua y quizás mejor que consultéis la ISO 1689:

  • NBR. Nitrilo butadieno, BR, buna-N, Perbunan®, goma-lona (combinación NBR con textil)…
  • EP. Etileno propileno con variantes como EPDM, EP962…
  • FKM. Fluoroelastómeros, FPM, Vitón®…
  • VQM. Silicona, SI, comenzando con las famosas “goma-lona”, hasta llegar al más avanzado compuesto en materia química como son los perfluoroelastómeros, pasando por los nitrilos butadienos (NBR o buna), buna
  • PU. Poliuretanos, PUR, TPU, TPE, AU, EU…
  • FPKM. Perfluoroelastómeros, FFKM, Kalrez®…
  • CR. Chloroprene, Neopreno®…

Qué mejor ilustración para este artículo que la vista esquematizada de un elastómero en reposo (A), y el mismo sometido a tensión (B).

Vaya rollazo os he estado explicando hasta ahora, y aún no hemos empezado con el compression set. Pero no se vayan todavía ¡aun hay más!

La memoria y la estanqueidad

Por si alguien lo dudaba, existe una necesidad básica para conseguir estanqueidad en un sistema, y es la memoria.

Si tienes un poro en un globo que acabas de llenar de agua, instintivamente pones el dedo para que deje de salir, y juegas a mojar a los de al lado. Y así será hasta que olvides porqué tenías el dedo allí, y vuelva a salir agua. Memoria.

Si ponéis un parche en una cámara o neumático se quedará allí hasta que olvide cual era su función y vuelva a perder aire (aunque puedan pasar años). Memoria.

Si ponéis una junta planta en cualquier sitio, y apretáis los tornillos que la aprisionan, estáis dotando al sistema de una carga, que debería permanecer ahí “para siempre” y así tener estanqueidad. Memoria.

Os podría dar cientos de ejemplos más de como el hombre dota a los materiales o a un sistema de memoria para evitar fugas (esta frase con hombre y memoria, es caldo de cultivo para mujeres 🙂 )

¿Y qué pasa si el material o sistema pierde u olvida la memoria? ¡pues averías!

¿Por qué es importante este punto? Aunque breve (con mi mal llevaba brevedad), porque el compressión set, es un proceso por el cual un elastómero pierde la memoria, y deja de realizar su función de estanqueidad, y… ¡avería!

¿Nos vas a explicar de una p*** qué es el compression set? Si. En el próximo artículo

 

¿Qué es un intercambiador de calor? Conceptos

Bueno, es fácil por la gramática averiguar cual es el objetivo de un intercambiador de calor, pero para que pueda hacer al menos un artículo interesante (o incluso dos), hablaremos de cómo hacen ese intercambio de calor, cómo son, y para qué se usan.

Un intercambiador de calor es un equipo que nos permite provocar y controlar un proceso de transferencia de temperatura entre 2 o más cuerpos.

La teoría de estos aparatos nos remite directamente a diferentes principios de la termodinámica, y de manera más práctica a conceptos de transferencia de calor, que juraría que fue la única clase en la que no me dormí en ingeniería térmica, y quizás por eso siempre vacilo con estos conocimientos (que es realidad son los únicos de esta materia que conozco, y aquello de “la energía no se creo ni se destruye, y bla bla bla).

La realidad es que dos cuerpos a diferente temperatura evolucionarán hacia el equilibrio entre estas, siempre de manera que hay una transferencia de energía térmica del cuerpo con mayor temperatura al de menor, y esto se consigue mediante:

– radiación. La que emite un cuerpo por su temperatura en forma de ondas. Por ejemplo una bombilla

– convección. Entre cuerpos separados por un fluido que transporta la energía entre ambos. Por ejemplo las corrientes de aire en la Tierra.

– conducción. Entre dos cuerpos en contacto directo. Por ejemplo una sarten sobre una resistencia eléctrica.

En general en la industria hay muchísimos equipos que actúan bajo estos principios (a veces combinados con otros), y muchas veces sus nombres atienden sólo hacía en qué sentido observamos la transferencia, pues como hemos dicho, el cuerpo caliente siempre cederá energía al frío: radiadores, calderas, condensadoras, intercambiadores, enfriadoras, refrigeradoras, calentadores, aireadores, calefactores, intercooler, etc.

Para acabar decir que tenemos dos intercambiadores de calor en nuestro día a día, que pasan desapercibidos, pero que a raíz de este maravilloso artículo, que cambiará vuestra percepción del entorno, pasarán a formar parte de una nueva dimensión donde explicaréis a vuestras allegados vuestros conocimientos en la materia mientras ellos se adentran en los dominos de Morfeo:

– radiador de vuestro coche o moto. Los que se hayan tenido algún accidente lo saben bien, pero delante del vehículo, tras la parrilla embellecedora de cualquier vehículo, se coloca un radiador por donde se hace circular el líquido refrigerante del motor, donde unos tubos aleateados realizan un intercambio de calor con el aire cuando se está en movimiento, o con el aire producido por el ventilador cuando se está parado.

– nuestra nariz. Para aquellos que aún opinen que estamos mal diseñados, saber que nuestra nariz cumple un objetivo doble. Al inhalar precalentamos el aire que tiene que llegar a nuestros pulmones, y cuando exhalamos lo refrigeramos. Sólo tenéis que colocar vuestra mano delante de la boca y nariz y exhalar aire para comprobar una buena diferencia de temperatura. Después de hacerlo 10 veces, parar, no os vayáis a marear. Y si tenéis alguien al lado mientras leéis esto, por favor tras hacerlo las primeras veces, mirar de reojo por su rostro gira hacía la preocupación o directamente dormita 😉

En mi caso, soy capaz de congelar alimentos con la nariz. Sí, estoy bien dotado. Y al finalizar, os hiero.

Las pistas nos conducen al fallo

Hace bastante tiempo escribí que en muchas situaciones de mi vida no me dedico a buscar culpables, sino que dedico mis esfuerzos a encontrar soluciones; para qué perder el tiempo, si la recompensa por encontrar al culpable es 0, y la solución vale 1 (estoy en modo binario). En realidad, todos necesitamos que una parte de nuestra vida se ejecute en modo diagnóstico (buscando culpable y solución), porque si no seríamos incapaces de relacionarnos con nuestro entorno y avanzar, pues cada día es un cúmulo de circunstancias, que nos permiten aprender mediante observación, y posteriormente, si queremos (actitudes), y/o podemos (aptitudes), buscaremos soluciones (toma filosofía barata).

Recuerdo que en ese mismo artículo aclaré que en la técnica, justamente aplico todo lo contrario, ya que en ese caso si que hay recompensa por encontrar al culpable, la de evitar un error o fallo.

Sobre todo en mecánica, no olvidemos que estoy venía siendo un blog de mecánica, las pistas que nos ofrecen los fallos son muy importantes, y sirven en muchísimos casos para determinar las causas, incluso su orden y su magnitud, y de esta manera, bien corregirlas, bien establecer herramientas de predicción que nos permitan acotarlos. En realidad, con este artículo no invento nada, y por ejemplo se habla de “eliminación del problema” (troubleshooting), o del “análisis de la causa raíz” (root cause analysis), como herramientas que nos permiten encontrar las causas del fallo y solucionar, pero como había empezado a escribir este artículo antes de hablar de estos sistemas, ahora ya lo acabo.

Ahora voy a hacer gala de mi palabra 301, y 302. Este texto, escrito como mecánico venido a más, aunque circunscrito a esta temática, permite extrapolar el sistema a otras muchas disciplinas que no quiero citar para que no me lluevan hostias, incluso a las personas, y me vino a la mente porque:

  1. Tengo espacio de sobra en esta inmensa esfera con pelo que tengo por cabeza
  2. En mi día a día vivo de analizar el fallo, lo que me permite ayudar a otras personas, animales o cosas

Aunque muchas veces, al menos en mi trabajo, no requiere más que unos sencillos pasos que os pasaré a describir:

  1. conocimiento del sistema. El primer punto es básico, por eso es el primero;) , pues lo requerimos para poder entender cómo debe funcionar el sistema. Y aunque la práctica muchas veces lo es todo, aquí la teoría es muy importante, pues nos permite visualizar los tipos de esfuerzo a los que están sometidos las piezas, a los desgastes relativos que pueden producirse, a los propios materiales de los componentes, etc.
  2. búsqueda de pistas mediante observación. Como siempre, sin tiempo no hacemos nada, y es que en función de la experiencia ante la situación, deberemos emplear más o menos tiempo buscando pistas, marcas, señales, cualquier información que nos acerque a la causa o causas del fallo.
  3. relación causa/efecto. Los dos puntos anteriores nos permiten encontrar los efectos, que debemos relacionar con sus causas, y como apuntaba antes, con su magnitud. Añado aquí el término “magnitud”, pues como suelo explicar, conviene relativizar las cosas, pues no es lo mismo un tornillo que se ha roto al segundo día de funcionamiento, que uno que lo hace tras 20 años de servicio. Aunque las causas y los efectos puedan ser las mismas.
  4. solución. Esta es la parte más importante del proceso, y aquí intervienen innumerables cualidades del observador, pero no podemos decir que cerramos el círculo si no somos capaces de corregir o minimizar los efectos de las causas (creo que empiezo a abusar de estas palabras…)

Seguro que muchos de vosotros, que en vuestro día a día tenéis, o necesitáis de este procedimiento para subsistir, tenéis muchas variantes de este sistema que me acabo de inventar mientras hago la digestión, pero para eso están los comentarios del blog ¡y gratis!

Rotura del pantano de Puentes (Lorca)

De cómo se impulsa el semen, a las bombas peristálticas

¡Sí, sí! Has leído bien, ese es el título. Nunca, nunca, nunca, responderé a preguntas sobre cómo se me ocurrió escribir este artículo. Eso sí, esto es una demostración que la ingeniería está en todos lados, o mejor dicho todavía, un ejemplo más de cómo la ingeniería se nutre de la naturaleza para crear.

Pues nada, aquí estamos con un apasionante tema, el cuerpo humano ¿pero si aquí nunca habíamos hablado del cuerpo humano? No es cierto del todo, mira estos ejemplos: sinestesia, prótesis, agua, etc. Y es que, como veremos a continuación, estamos hablando de una aplicación de ingeniería naturomecánicohidráulica (toma patada al diccionario).

Para empezar hay que poner una foto, aunque no parezca acorde a la línea gráfica del blog, si es que alguna vez la he tenido:

Male anatomy blank

No voy a entrar en el detalle del proceso de erección, ya que este artículo explica perfectamente como la parte bioquímica de nuestro organismo hace actuar a la biomecánica, que es donde entraremos nosotros. O sea, nos centraremos en el momento de la eyaculación, de ahí el título…

Esto es una información que extraigo de mi intuición como mecánico, así que espero no equivocarme, primero porque desmontaría este bonito artículo que estoy intentando acabar, y segundo porque perdería la credibilidad que tantos años me ha costado generar. El caso es que existe un tipo de movimiento llamado peristáltico (o peristalsis), que consiste básicamente en aplicar fuerza externas sobre un tubo, de manera que hagan avanzar el fluido o sólido que hay en el interior del tubo, así, por ejemplo, nuestro cuerpo hace avanzar el bolo alimenticio por los intestinos y hace la digestión, y de la misma manera se realiza la eyaculación mediante la contracción de algunos músculos y otras partes del aparato sexual. Observar que no es un proceso contínuo sino rítmico.

Todo esto para llegar a explicar que existe un tipo de bomba en el mercado, utilizada prioritariamente para mover fluidos o sólidos agresivos química o abrasivamente, o, por otro lado, para mover productos alimentarios, farmacéuticos o estériles, ya que el único contacta al ser bombeados, lo realizan con el interior del tubo.

Los tubos que realizar la función peristáltica, sufren continuamente deformaciones para impulsar el producto, así que en muchas ocasiones, están bañados con algún fluido lubricante, que en ningún caso (a menos que se trate de una avería), puede entrar en contacto con el producto.

Aquí adjunto una representación gráfica desde la Wikipedia, que muestra la relación con lo descrito anteriormente, donde la presión continuada en diferentes zonas de un tubo, impulsa en fluido hacia adelante.

Las aplicaciones más comunes en las que podemos encontrar este tipo de bomba son:

  • necesidad de dosificación de productos. Por ejemplo adhesivos para montaje aumático o manual, productos químicos para tratamientos de aguas…
  • bombeo de fluidos con altos contenidos de sólidos (por tanto con probabilidad de abrasión). Por ejemplo fangos en depuradoras, productos áridos como cales, cementos, argamasas…
  • bombeo de productos alimentarios. Por ejemplo zumos, batidos, leche…
  • bombeo de productos sensibles al corte o delicados (que es otro tipo de bombeo dañarían su textura o composición). Por ejemplo zumos, aceites, alimentos triturados…

El pH para mecánicos

¿Qué es el pH? ¿para qué sirve? ¿para qué necesita un mecánico el pH? Todos nos hemos hecho alguna vez estas preguntas antes de irnos a dormir, pues bien, por fin tendrás respuestas.

El pH es una escala de medida simplificada, que indica la acidez o alcalinidad de una solución. En sí, pH significia potencial de hidrógeno, ya que la cantidad de estos iones es quien determina la acidez o alcalinidad. Debemos a Dinamarca las buenísimas galletas de lata azul, la cerveza Carlsberg, y a uno de sus ciudadanos, Søren Peter Lauritz Sørensen, el descubrimiento de este método de medición.

Como cualquier escala de medición, nos sirve para comparar con unas bases establecidas científicamente, y que nos aportan datos sobre la realidad que tenemos presente (lo que estamos midiendo). El ejemplo más básico es cuando medimos el pH de una piscina, utilizamos unos papelitos con unas substancias químicas impregnadas para conocer el pH del agua y actuar en consecuencia.

Fuente: Wikimedia commons

Fuente: Wikimedia commons

Lo mínimo que debemos saber sobre el pH es:

  • el pH igual a 7 es neutro, medido sobre agua a 25ºC.
  • valores por encima de 7 indican alcalinidad.
  • valores por debajo de 7 indican acidez.

Igual que cuando medimos una longitud, la medida por sí sola no nos dice nada, su estudio y comparación sí que nos puede avisar de algo. Por ejemplo, si medimos la cabeza de alguien, y tiene un perímetro de 25cm, y es un barón mayor de 25 años, seguramente nos parecerá raro, y lo es, a menos que haya vivido cerca de una zona de jíbaros y esté muerto. Pues con el pH nos pasa lo mismo, si medimos el pH de nuestra piscina, nos sale pH1, y aún no se ha derretido, yo no me bañaría…

Algunos valores de pH:

  • pH 1,0. Ácido clorhídrico
  • pH 2,3. Zumo de limón
  • pH 2,4. Coca-Cola
  • pH 2,9. Vinagre
  • pH 3,5. Vino
  • pH 4,0. Cerveza
  • pH 4,1. Zumo de tomate
  • pH 5,0. Café, pan.
  • pH 5,6. Lluvia ácida
  • pH 6,0. Orina (lluvia dorada)
  • pH 6,5. Agua de lluvia
  • pH 6,6. Leche
  • pH 7,0. Agua destilada
  • pH 7,4. Sangre, sudor
  • pH 8,0. Agua de mar
  • pH 8,4. Levadura
  • pH 9,0. Bicarbonato de soda
  • pH 9,2. Disolución de bórax
  • pH 9,9. Pasta de dientes
  • pH 10,5. Leche de magnesia
  • pH 11,0. Agua de cal
  • pH 11,9. Amoniaco doméstico
  • pH 13,o. Lejía
  • pH 14,0. Hidróxido de sodio

Y si queréis ver pH de alimentos, por aquellos de los ardores…

Propiedades de los materiales, diagramas de fase y el Titanic

Las propiedades de los materiales, en especial algunas de ellas, se ven claramente afectadas por efecto de la temperatura.

Esta temperatura no procede únicamente del entorno ambiental o climático, puede provenir de algún proceso natural o artificial: un fuego, una reacción química, un extintor rociado sobre un cuerpo, la fricción producida durante un movimiento, un golpe, y muchísimos sitios más, pero muchos muchos…y es que un calentón lo puede tener cualquiera 😉 Y un enfriamiento también 😦

Bueno, quiero ir a parar, a que el universo de los materiales, a nivel microscópico, está en constante movimiento (parezco el Punset). Los materiales, pueden tener comportamientos diferentes, o muy diferentes, en función de la temperatura a la que están. Y eso afecta a nuestras vidas, y mucho.

Si quisiera lleva esto a la ciencia más pura, podríamos llegar a los conocidos como diagramas de fase, que “no son más” que unos gráficos, obtenidos a través de experiencias, y de tíos empollones que no tenían nada mejor que hacer, que representan las fronteras entre diferentes estados de la materia (líquido, sólido y grasioso gaseoso), siempre en función de la temperatura (un eje), y/o volumen, porcentaje de un elemento, presión, etc (otro eje, o dos más).

En ingeniería química, un diagrama de fase típico es el del agua:

Fuente: Wikipedia

Y en ingeniería mecánica, el más típico es el del acero (hierro-carbono):

Fuente: Wikipedia

Pero no hace falta entrar tan profundo, para saber que debemos tener en cuenta los comportamientos de un material a diferentes temperaturas. Y para ello, tres ejemplos:

  • Cuando el ejército nazi, debido “a los retrasos típicos de la guerra”, se encontró en campo soviético durante el frío invierno, no habían tenido en cuenta que todo su armamento metálico, iba a sufrir las consecuencias del frío. Debemos pensar que, a -40ºC, los aceros pueden contraer entre 1-4%, en función de la aleación. En otras palabras, pensar en un tubito por donde sale una bala de cañón, que debería hacer 100mm, que se ha encogido 2 ó 3mm… ¡¡¡¡ppppuuuummmm!!!
  • El PTFE, en estado 100% sólido, puede aguantar hasta los 270ºC, sin perder sus propiedas, y en cortos periodos de tiempo, hasta los 315ºC ¿por qué no más alla? Resulta que a partir de 325ºC, el PTFE empieza a carbonizarse, y a emitir unos vapores que son bastante tóxicos ¡¡¡ojo!!!
  • en los aceros, existen una fase de transición, donde el material cambia su capacidad de deformarse, o sea, pasa de dúctil a frágil. Resulta que unos amiguetes en canoa que recuperaron partes del casco del malogrado Titanic, realizaron los ensayos para determinar la temperatura de esta transición en el acero utilizado, determinando que estaba a -15ºC. Así que, omitiendo el detalle sin importancia del choque contra el iceberg, el empleo de ese material, la temperatura del agua por donde andaban, además de otros detalles estructurales como las uniones entre planchas, provocó la ruptura del casco, y el hundimiento del barco.

La elección de los materiales en ingeniería es algo tan elemental, que debería estar prohibido equivocarse, al final, y podéis verlo en los tres casos, se está jugando con las vidas de personas…

¿Para qué usamos una rosca?

…que se lo cuenten a mi amigo ídolo Homer Simpson

Iba a hacer un breve repaso sobre el tema de roscas antes de abordar la tontería el tema del que os quería hablar, pero visitando la definición de roscado en la Wikipedia, creo que es perder el tiempo, y no estamos para muchos despilfarros…

¡Eso sí! Haciendo un breve vistazo sobre la información de la Wikipedia, no se dedican más de 20 palabras a explicar para qué se usan las roscas, y es que cuando algo se convierte en habitual, casi natural, como el hecho de usar un tornillo o una tuerca, las explicaciones sobran ¿quién no ha tenido un maletín Multihobby o cualquier otra copia similar para niños pobres con tornillos, tuercas y llaves para apretar? Hoy en día, tienen a Bob el Manitas

Así que he pensado que aunque sobre unir elementos, que es el mayor campo de aplicación de las roscas, no hay que explicar muchas cosas,  y tras haber visto descubierto al mundo el uso y posibilidades del antigiro, hoy os voy a comentar una cosa muy básica, pero con la que se realizan muchísimas cosas en mecánica: el avance del paso de rosca.

El principio básico por el que se usan roscas es porque mecánicamente se consigue un movimiento sobre el eje del tornillo o tuerca hacia adelante o atrás ¡¡¡el archiconocido tornillo de Arquímedes!!! Con el que conseguimos desplazar materia hacia adelante.

Si ahora a esto le buscamos más funciones, pues tenemos una que es la que os quería comentar, y es que puede ser un instrumento de regulación.

Sí, una rosca, nos permite en mecánica desplazar cualquier elemento sobre un eje espacial x-y-z. Y os voy a poner como ejemplo, un desplazamiento muy común en industria, que se utiliza para regular la posición del motor respecto a cualquier elemento arrastrado. Cada avance del paso de la rosca, en este caso x o y, provocará un desplazamiento igual sobre la pata del motor (para que lo sepáis esto se hace habitualmente para regular la posición entre el accionamiento o motor, y el elemento arrastrado, ya que las desalineaciones, provocan malfuncionamiento. Mirar el ejemplo de abajo, de como recolocaríamos un eje de una máquina (eje 2), respecto al eje 1.

¡¡¡Vaya inventazo!!! Y que manera de sacar un artículo de la nada…

Además, esto se puede convertir en un movimiento de precisión, y se le puede incorporar una escala graduada o nonio, que vendría a ser la clase alta de las roscas (la burguesía). Cuando estas roscas estan en una bancada de una bomba, para mover en dos direcciones el motor para alinear, y los tornillos están oxidados, y con 15 capas de pintura encima, entonces se le llama: ¡¡¡Manoloooo!!! Apreta un poco más el tornillo y traeteló paquiiiíííí… Pero en el fondo todas descienden de la misma rosca…

Por ejemplo, en el artículo del proyector de perfiles, explicaba que moviendo “las ruedas indicadas en naranja” (tope técnico), conseguíamos el desplazamiento…¡pues bien! Ahora ya sabéis como se consigue esto…

Historia breve de la empaquetadura – 2

En la década de los 80…

Tras la prohibición del uso del amianto, se ha ido avanzando en todo tipo de fibras sintéticas, y se han recuperado algunas naturales. Aparecen las aramidas como el Kevlar®, el poliacrilonitrilo (PAN), y…….¡¡¡el politetrafluoruro de etileno (PTFE)!!! ¡¡¡el Teflón®!!! Por supuesto todos las fibras hace tiempo que estaban descubiertas, pero hacen su irrupción en las empaquetaduras en esta época.

Fuente: Tropfen

Fuente: dongga BS

El PTFE o teflón (nombre dado por DuPont al polímero de su invención que ha dado nombre al material), tiene una resistencia a la tracción elevada, es un material inerte, así que se comporta bien químicamente, y tiene el coeficiente de fricción más bajo conocido (0,125), así que ¡todo el mundo a hacer empaquetadura de teflón! Sin embargo, tiene un pequeño problema, y es que aproximadamente 315ºC se carboniza, y a 325ºC empieza a emitir vapores un “pelín” chungos…

La aramida o kevlar (nombre dado por DuPont al polímero de su invención que ha dado nombre al material), es una poliamida con una resistencia a la tracción “im-presionante”, 7 veces mayor que la del teflón, aunque las temperaturas andan por valores similares, es capaz de soportar mayores presiones. Como inconvenientes es que es un pésimo conductor de calor, y además tiene un elevado coeficiente de fricción, así que  hay que vigilar que no quede sin lubricar…

El poliacrilonitrilo (PAN), no es tan famoso como los anteriores, pero al igual que las anteriores es una fibra polimérica, con una buena resistencia química (pH 2-13), y que es capaz de alcanzar temperaturas de hasta 250ºC. ¡¡¡Pero!!! Esta sí que es una excelente conductora de calor, perfecto para una empaquetadura, y además tiene un coeficiente de fricción cercano al teflón. Así que esta dió paso a las empaquetaduras actuales…

El teflón aparece también en forma de lubricante, y sigue haciéndolo actualmente.

Y los 90…

Llegan los híbridos. Quedando ya pocas cosas por descubrir, el personal se dedica a hacer híbridos con las fibras existentes, pero se da un salta cualitativo a través del grafito y el carbón.

Fuente: Wikipedia

A partir de fibras de rayón (viscosa), se fabrican hilos que se impregnan con grafito en diferentes concentraciones, en función de la aplicación y necesidad (y precio). A partir de un 95% de grafito, se considera grafito puro, en menores porcentajes, de 80 a 95% se considera carbón, y por debajo, encontramos el denominado pitch y otras fibras más baratas, que poseen muchas impurezas, y por tanto tienen un menor rendimiento.

El grafito, es el material del que se hacen las minas de lápiz, así que imaginar un lápiz rozando contra un eje de acero girando, pues más o menos eso hará una empaquetadura de este tipo. El grafito es autolubricante, tiene un coeficiente de fricción de 0,01, y aguanta pH desde 0 a 14 ¡ideal! Encima, como mineral aguanta hasta 1000ºC, y es un excelente conductor de calor ¿qué más podemos medir?

El mismo grafito se puede manipular como lubricante en otras empaquetaduras, así que unimos sus propiedades como lubricante, a las de otras fibras anteriormente citadas.

Os recomiendo leer esta información sobre el grafito, donde aparte de información técnica, leeréis sobre la invención del lápiz, y, ojo al “palabro”: levitación diamagnética ¡alucinante!

Pues nada, ya conocéis un poco de historia sobre empaquetaduras, y un montón de información técnica sobre ellas. Ni que dedir tengo, que todas las fechas escritas, y algunos datos, son orientativos, y tratan de reflejar “momentos cumbre”, o sea, que no tengo ningún rigor periodístico…(siento decepcionaros)

Y cualquier corrección, aclaración, apunte o aportación será bienvenida.

Historia breve de la empaquetadura – 1

Del autor de ¿qué es una empaquetadura? y ¿cómo es una empaquetadura? llega a sus pantallas “Historia breve de la empaquetadura”. Si pensabas que las segundas partes no eran buenas, espera a leer la tercera…y la cuarta…

Me ha parecido interesante hacer un poco de repaso histórico a la evolución de las empaquetaduras, y como es un tema amplio, me han salido dos partes.

Como ya habíamos hablado anteriormente, los tres parámetros con los que podemos jugar en una empaquetadura son su geometría y trenzado, las fibras, y el lubricante. Cada una de ellas ha ido evolucionando o adaptándose a los cambios en la industria, al avance de la técnica, y por supuesto a las necesidades, eso es lo que trataré de mostraros.

El primer cambio que sufrió la empaquetadura con el paso de los años fue su forma, que básicamente ha evolucionado con la técnica que ha permitido fabricar una empaquetadura cada vez más efectiva. Las primeras empaquetaduras, hasta la década de los 50, eran redondas, y se trenzaban igual que una cuerda; aun podemos encontrar cajeras de bombas muy antiguas con las paredes preparadas para compactar esta empaquetadura redonda; más tarde se comenzó a saber como trenzar una empaquetadura cuadrada, pero con los cantos aún bastante redondeados; finalmente, con la evolución de la fibras, se consiguieron hacer refuerzos y formas que formaban un cuadrado muy compacto, perfecto para rellenar toda la cajera. En la foto podéis observar su evolución, y cómo su forma ha ido “llenando” de mejor manera la cajera.

Pese a ir de la mano en lo anteriormente comentado, la evolución de empaquetaduras está sobre todo ligada a las fibras, y también a la de sus lubricantes, y como tratamos en el artículo anterior, a la evolución de los trenzados. Por ejemplo, muchas personas cuando una empaquetadura se ha quedado sin lubricante, decimos que “ha muerto”.

Hasta la década de los 50…

Las fibras eran básicamente vegetales, algodón, lino, yute, y una de las mejores, el ramio (se encontraba en pantanos). Las ventajas básicas es que son materiales que tienen un bajo coste porque se encuentran en la naturaleza, se pueden enlazar fácilmente entre ellas, y tienen una buena resistencia a la descomposición. Su primer inconveniente es su baja resistencia química, de pH 5 a 9, y sólo se pueden usar para trabajar con temperaturas por debajo de 60-80ºC, tienen una baja resistencia a la tracción, y muy importante, no disipan el calor (recordar que una empaquetadura actúa por fricción, y eso genera calor).

Los lubricantes hasta estos años han sido las grasas animales, sobre todo la de cerdo, por aquello de que siempre ha habido muchos cerdos jejeje. La mejor de las grasas animales para empaquetaduras, era la de ballena ¡para que veáis hasta donde llega el aprovechamiento de algunos animales! Y ahí lo dejo…

En la década de los 50…

¡¡¡Llegó el amianto!!! El amianto es un mineral, que podemos encontrar en la naturaleza, y se posicionó rápidamente por encima de todas las empaquetaduras existentes porque es químicamente inerte, y aguanta líquidos con pH 0-14. Además trabajaba hasta los 550ºC y aguantaba grandes presiones por sus buenas propiedades mecánicas. El amianto estaba formado por unas fibras, que en función de su longitud tenían mayor o menor calidad (más largas, mejores). Existían varias calidades, como los que se usaron en materiales de construcción, e incluso en aislantes de estufas y tostadores, de color grisáceo, y el amianto azul, que se extraía de África, que tenía una mayor resistencia química. De hecho, la única incompatibilidad química que se conoce del amianto (o que yo conozca), es el ácido sulfúrico fumante, y no os recomiendo estar cerca. Pero aunque algunos lo recuerden como la 8ª maravilla, tenía varios inconvenientes, algunos técnicos, y uno mortal.
En primer lugar, era un material que tenía un coeficiente de fricción de 3, de hecho se utilizaba para hacer discos de freno, así que parece una incongruencia utilizarlo como material para rozar contra un eje de acero ¿no? Además no tenía ninguna capacidad de evacuar temperatura, eso hacía que el lubricante que acompañaba al amianto en la empaquetadura, desapareciera rápidamente y dejara de hacer su función.
“Lo peor de todo”, después de llevar bastantes años en el mercado, y pese que hacía mucho tiempo que se conocían los aspectos peligrosos de su manipulación, a raíz de una denuncia de una empresa que colocaba placas en el interior de submarinos, que habían padecido unas cuantas muertes por lo que más tarde se conoció como asbestosis, un cáncer que afectaba a los pulmones entre otras dolencias, empezó la debacle y prohibición de utilizar amianto. Básicamente su peligrosidad está en la manipulación de sus fibras en la extracción, en el corte o roturas, y es que sus fibras tienen una forma que al respirarse, se “clavan” en nuestros tejidos, y sobre todo al llegar a los pulmones es imposible de eliminar.

Durante esta época se habían sumado a los lubricantes naturales, la silicona, que no aguantaba mucha temperatura, pero con un gran poder de lubricación.

En el próximo artículo seguiremos con los 80, los 90 y más…