viernes, 27 de diciembre de 2013

¿Cómo podemos evitar la ósmosis en un casco de un barco?

Después de rebuscar por internet sobre este problema y de como evitar que al construir el casco de un barco, utilicemos materiales de baja calidad, he dado con este fantástico texto de la mano de la empresa Resinas Castro, y que me gustaría compartir.

No solo porque nos explica perfectamente el problema, sino que nos enseña a seleccionar cuidadosamente los mejores materiales para trabajar con fibras en general.

¿Cómo podemos evitar la ósmosis en un casco de un barco?



El problema de la ósmosis en la obra viva de un laminado (sobre todo en una embarcación) se puede evitar de una forma muy sencilla utilizando los materiales adecuados.

La ósmosis se debe a la formación de una solución de alta concentración salina en el interior del laminado de resina de poliéster y fibra de vidrio emulsión. 



En la fabricación del laminado por contacto (a rodillo) se dejan pequeñas burbujas de aire, incluso aunque se pase el rodillo metálico para desairear. Si la fibra elegida para estar en contacto con el gel coat es un vidrio de tipo emulsión, es muy probable que con el paso de los años se produzca la ósmosis, sobre todo si la pieza está sumergida en agua, y con mayor probabilidad si el agua es dulce.


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El aire que contienen las burbujas que se han dejado en el laminado condensa con la disminución de la temperatura, formando pequeñas gotas de agua en el interior del mismo. El agua generada diluye al acetato de vinilo que emulsiona (recubre) los hilos de vidrio. De esta forma se genera una disolución de acetato de alta concentración salina. 

El gel coat actúa como una membrana semipermeable entre el laminado "enfermo" y el agua que hay en el exterior (de menor concentración salina), por lo que por difusión, el agua dulce atraviesa esa membrana para reducir la concentración de la disolución de acetato e igualar concentraciones, proceso denominado ósmosis. El agua que va entrando al laminado va haciendo que esas burbujas vayan creciendo con el tiempo, hasta que llega un momento en el las burbujas se rompen y el casco empieza a "delaminarse".


Si en el momento de la construcción del laminado se sustituyen las fibras de vidrio emulsión por las fibras de vidrio en polvo, o al menos en las primeras capas en contacto con el gel coat, se evitará este problema. Este último tipo de fibras tienen como apresto de los hilos una resina de poliéster en polvo, por lo que en el caso de formarse las microburbujas de aire nunca se generaría una disolución salina en el laminado.


Este aspecto es fundamental en la construcción de una embarcación, en las que se suele emplear al menos 2 capas de mat de 300 g/m2 en polvo sobre el gel coat. Por supuesto, el gel coat debe ser de tipo isoftálico (Crystic 65PA o LS97PA), o mejor aún de tipo isoftálico-NPG (neopentilglicol, Crysti 976SMK). La resina que mejor se comporta frente a la hidrólisis es la de tipo isoftálico (Crystic 489PABTLV), aunque un buen laminado con gel coat isoftálico, fibras en polvo y una resina ortoftálica para las capas finales de la estructura suele ser lo más usual. En este caso se puede usar la Crystic R 115PA o la 446PALV.

Si se quiere mejorar mucho el acabado superficial y asegurar la eliminación de cualquier posibilidad de ósmosis en un casco se deben emplear barriercoats como Crestapol 5000PA. Este producto se trata de una especie de segundo gel coat de baja densidad que actúa como amortiguador de la contracción de las fibras y como barrera química frente a la hidrólisis.

Pero sin duda alguna, si lo que queremos es eliminar un problema de ósmosis en una embarcación de poliéster o viniléster deberemos emplear resinas epoxi. Estas resinas son las mejores para evitar este problema. El motivo es su excelente resistencia química, en concreto a la hidrólisis, y su ausencia de poro una vez polimerizadas. Además, estas resinas no se pueden trabajar con fibras de vidrio tipo mat emulsión, por lo que se emplean tejidos de vidrio sin apresto y de ahí que no exista riesgo alguno de ósmosis.

Si lo que se quiere es reparar un laminado que ha sufrido la ósmosis, habrá que descarnar la parte exterior del laminado para eliminar la zona afectada.

Posteriormente, y una vez lijada correctamente toda la superficie, esta se debe lavar abundantemente con agua y jabón varias veces. Posteriormente se debe enjuagar bien y secar el laminado perfectamente.

En función del estado del laminado se puede aplicar una masilla de reparación epoxi como Resoltech 8020EX/8026 para rellenar los huecos que hayan quedado en la superficie. Un vez seca esta masilla, se lija para afinar la superficie y facilitar la adherencia de las capas posteriores. 
Una vez saneada la superficie, se aplicará una imprimación epoxi Fetadit PA-47 y se dejará secar 24 horas a Tª ambiente. A continuación se aplicarán varias capas de resina epoxi Resoltech 1050 con tejidos de bajo gramaje (por ejemplo, 89-300 g/m2) hasta obtener el espesor deseado. Entre capa y capa si la resina epoxi seca habrá que lijar la superficie para asegurar la adherencia entre ellas. 

Seguidamente se deberá aplicar una capa de acabado o highbuild epoxi lijable, como el Resolcoat 3010T/3014, que disimulará los relieves dejados por la fibra de vidrio. Tras 24 horas se lijará esta capa de acabado para suavizar la superficie y prepararla para la mano de pintura final.

Finalmente se debe aplicar una capa de pintura de poliuretano alifático como el Esmaltpoly 275 2C. Por supuesto, que antes de pintar se podría someter la superficie epoxi a un pulido con Pasta 7890 F y a un abrillantado con Lustravit, según las exigencias estéticas requeridas. Esto último no hará más que perfeccionar la calidad final de la superficie y conseguir lo que llamamos acabados cosméticos.

Calculo de voltaje y amperaje sobre motores paso a paso DC

 La selección del voltaje para motores paso a paso no es crítica, ya que por ejemplo, una tensión de 45V trabaja tan bien como una tensión de 48V.

Si la tensión es demasiado alta, los motores podrían calentarse en exceso, y si la tensión es demasiado baja, se pierde en velocidad y fuerza (torque).

A la hora de seleccionar el cableado de los motores, tener en cuenta la cantidad de amperios que circulan por estos,
ya que unos cables muy finos,pueden dar lugar a sobrecalentamiento de estos, pudiendo llegar a quemarse.



---------- Voltaje ----------

La tensión de alimentación a cada motor, debe ser aproximadamente un 20% mayor a la tensión nominal.

La mayoría de la gente coincide que a mayor voltaje, mejor y que el límite está en la temperatura de trabajo de los motores, pero la tensión máxima, no debe de sobrepasar la tensión máxima (de seguridad)de los controladores del motor.

Por ejemplo, los controladores Leadshine, soportan voltajes de mínimo y máximo de entre +20VDC y +80VDC aunque el fabricante dice que a
un trabajo constante, no se sobrepasen los +65VDC, con lo que la tensión de los motores será adecuada a los controladores.

Pero, ¿cual es la tensión a la que debe trabajar un motor paso a paso?

Para calcularlo, hay que ver la ficha técnica del motor y observar el dato (Phase Inductanse mH) que es la inductancia de fase del motor, dada en mH (milliHenry), sacar la raíz cuadrada de este dato y el resultado multiplicarlo por 32.
Suponiendo que nuestro motor tiene un mH de 4.1 calculamos que:

4.1 X 32 = 65 Voltios DC.

Esta es una fórmula conservadora de Marris Freimanis, destinada a motores en constante funcionamiento, a plena carga.
Sabemos que nuestra aplicación CNC nunca ejecutará un motor a plena carga todo el tiempo, con lo que se recomienda
aumentar la tensión un 20% sobre la formula dada.

65v x 120% / 100% = 78 Voltios DC.

El calentamiento de los motores, en el caso de trabajos muy largos o forzados, se puede regular mediante el ajuste
sencillo del amperaje en los controladores (Drivers).

Se aplica este porcentaje, ya que es mas aconsejable comprar una fuente de alimentación con el ya 20% aplicado, a que la
compremos sin el 20%, se nos quede corta nuestra aplicación CNC y tengamos que volver a comprar una fuente mayor.

Y cuantos voltios AC tendrá nuestro toroidal?

Esto depende de los controladores (drivers que estemos usando), y en este caso, usamos unos controladores, que su rango de trabajo está entre +20VDC y +65VDC, con lo que en vez de usar el máximo que soportan los motores, (78VDC), utilizaremos el voltáje máximo de los drivers (65VDC), recomendado por el fabricante.

Para seleccionar un toroidal, tenemos que hacerlo en VAC (voltios AC) con lo que, sabiendo que nuestra fuente, una vez rectificada tendrá 65VDC, podemos calcularlo con una fórmula:

65VDC / 1.4 = 46VAC

Donde 1.4 es el factor de corrección.


----------(VA y Watts)----------

Una vez mas, este dato viene en las especificaciones de cada motor.
Al sumar todos los amperios de todos los motores que tenemos en la aplicación CNC, sabremos de cuantos amperios será nuestra fuente de alimentación.

Si tenemos 6 motores que consumen 4Ah Amperios cada uno, nuestra fuente debe de tener como mínimo 24Ah.

Sorprendentemente, muchos controladores, no necesitan 4Ah para suministrar 4Ah de salida, necesitan bastante menos.

Se ha llegado a una conclusión: que la fuente puede administrar un 30% menos de la energía que calculamos anteriormente,
lo que sería 70% de 4Ah = 2.8Ah.

La razón es que el driver, en los ciclos ON de los pasos, (PWM), consume corriente, y en los ciclos OFF, no. En los ciclos ON, aprovecha la corriente proveniente del condensador, con lo que la corriente suministrada directamente desde la fuente, se reduce de entre un 30% y un 50% en todo el ciclo máximo (PWM).

Por ejemplo: Dos motores de 4Ah cada uno, podrán ser alimentados con una fuente de alimentació no regulada, de 6Ah. (En este caso, estamos hablando de fuentes de alimentación no reguladas, por ejemplo, un transformador toroidal sin sus condensadores y su puente de diodos.)

Pero, ¿Cuantos VA necesitamos en nuestro toroidal?.

Supongamos que necesitamos un toroidal de 46VAC y que nos entregue una potencia de 18Ah. (para 6 motores).
Para saber los VA que necesitamos en la fuente, solo hay que multiplicar los Voltios-AC por los Amperios:

46VAC x 18Ah = 828VA

Por lo que debemos empezar a buscar una fuente de alimentación que supere o iguale los 828VA para nuestros motores.

Si los VA de la fuente son demasiado bajos, esta pudiera calentarse en exceso o llegar a perder una pequeña cantidad de voltios a altas cargas.

Si los VA de la fuente son mas de los calculados, no hay problema, solo hay que vigilar que la fuente , si sobrepasa los 500VA, disponga de unsistema de encendido suave (soft Start).

Los transformadores Toroidales, vienen con los datos técnicos en VA que son (Voltio Amperios), y para saber cuantos W tendrá el toroidal, una vez regulado, que aplicando el coseno de phi (0.8), da lo siguiente:

828VA x 0.8 = 662W

El transformador tendrá una potencia de 662W.





---------- Condensadores ----------


Otra parte de nuestra fuente de alimentación, sin duda será la elección de la capacidad de los condensadores para que todo funcione correctamente.


Calculo de los uF

Y sabiendo que nuestro toroidal será de 46VAC y 828VA a 18Ah, podemos calcular los uF con la siguiente fórmula:

Imax x 80000 / VDC = uF

Donde (Imax) es la intensidad máxima en Amperios que da el toroidal y (VDC) es el Voltaje-DC.

18 x 80000 / 65 = 22154uF

Con lo que se pueden poner dos condensadores de 15000uf.


Calculo de los Voltios

El voltaje que tendrán nuestros condensadores, es calculado un 20% y un 50% por encima del voltaje de salida de la fuente de alimentación, que recordemos es de 65VDC, con lo que tenemos:

65VDC x 150% / 100% = 97,5V

Con lo que unos condensadores de 100V serían adecuados.


--------- Calcular fusible ----------

Para calcular el fusible que instalaremos antes de la fuente toroidal, hay que hacer el siguiente cálculo, Dividir los watios entre los vólitos y a la intensidad resultante se le hace un +25% y este es el valor del fusible.

W/V=I +25% = valor del fusible
662W/230V=2.9A +25%= 3.6A