orozco espinosa

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA CÁMARA DE ENVEJECIMIENTO ACELERADO POR TEMPERATURA PARA POLÍMEROS

TESIS PROFESIONAL. DANIEL OROZCO ESPINOSA 1

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

PROYECTO DE INVESTIGACIÓN CGPI No. 1442-2006

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA CÁMARA DE

ENVEJECIMIENTO ACELERADO POR TEMPERATURA PARA POLÍMEROS”

TESIS QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO INDUSTRIAL PRESENTA:

DANIEL OROZCO ESPINOSA

ASESOR: ING. ROSA MARIA PERALTA HUITRADO

MÉXICO D.F. DICIEMBRE DE 2007.



DEDICATORIA.

Con cariño, admiración y respeto a mis padres:

Raúl Orozco Rodríguez.

Irma Espinosa Rivera.

A mi abuelita:

Herlinda Rivera López.

A mis hermanos:

Angel Orozco Espinosa.

Rebeca Orozco Espinosa.



AGRADECIMIENTOS.

A mis padres: (Irma y Raúl) Que me apoyaron incondicionalmente en todo momento durante este largo camino, por brindarme su amor, fortaleza y comprensión en cada una de las etapas de mi vida. Les reitero mi agradecimiento y respeto. LOS QUIERO MUCHO

A mi abuelita: (Abue) Eternamente gracias por toda la ayuda y el apoyo que me has brindado, por todo tu tiempo, esfuerzo y cariño que siempre me has dado para mi formación. INFINITAMENTE GRACIAS.

A mis hermanos: (Angel y Rebeca) Por compartir tantas vivencias que hoy nos hacen valorar la vida y apoyo de nuestros padres, por ser unos buenos hermanos y mejores amigos. MUCHAS GRACIAS.

Al ING. Daniel Germán Sánchez Arcos: Por todo el apoyo que me brindaste y por guiarme en este camino, te reitero mi admiración y respeto. GRACIAS.

A todos mis tíos y tías que estuvieron apoyándome, en especial a mi tío y mejor amigo Alfonso Hernández Quiroz “Tío Ponchito”, por todo lo que me has dado y por tantos momentos de gran felicidad.

A todos mis primos, gracias por acompañarme en todo momento y por todas las experiencias que vivimos juntos.

A mi compañero y amigo Fernando López Piña gracias por tu trabajo y apoyo para lograr la terminación de esta tesis. Y a todos mis amigos que me apoyaron y me brindaron su amistad.

A la profesora ING. Rosa Maria Peralta Huitrado por su apoyo, orientación y consejos para realizar este trabajo.

A la ESIQIE, mi alma mather, por abrirme la puerta al conocimiento y fomentar en mi, habilidades y aptitudes por medio de la educación para mi formación profesional.



CONTENIDO Pág.NOMENCLATURA 5 RESUMEN 9 INTRODUCCIÓN 11 CAPÍTULO I. GENERALIDADES DE LAS CÁMARAS DE ENVEJECIMIENTO ACELERADO 14 I.1 Cámaras de envejecimiento acelerado 15 I.2 Tipos de cámaras de envejecimiento acelerado 15 I.3 Aplicaciones de las cámaras de envejecimiento acelerado 29 I.5 Intemperismo 30 I.6 Intemperismo acelerado 30 I.7 Norma utilizada para el diseño 31 CAPÍTULO II. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL EQUIPO 36 II.1 Descripción de las partes que constituyen el equipo 37 II.2 Descripción del funcionamiento del equipo 38 CAPÍTULO III. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL EQUIPO 41 III.1 Determinación de los parámetros termodinámicos como elementos para el diseño 42 III.2 Diseño del serpentín 43 III.3 Dimensionamiento de la cámara 50 III.4 Cálculo y selección del agitador mecánico 52 III.5 Dimensionamiento del divisor del flujo de aire 55 III.6 Cálculo y selección del medio de calentamiento 57 III.7 Cálculo del espesor del recipiente 60 III.8 Cálculo y selección del aislante térmico 62 III.9 Cálculo y selección de las celdas 63 III.10 Cálculo y selección del compresor de aire 66 III.11 Selección del filtro de aire 68 III.12 Selección del secador de aire 69 III.13 Selección de los instrumentos adicionales del equipo 70 III.14 Dimensionamiento de las portamuestras 72 III.15 Imágenes de la cámara construida 73 CAPÍTULO IV. APLICACIÓN Y RESULTADOS 75 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 105REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 108ANEXOS 111



NOMENCLATURA

A Área de transferencia de calor. Aa Altura de las aspas. Ap Ancho de las aspas. a´fc Área de flujo de las celdas. a´lc Área de flujo por pie lineal exterior de las celdas. a´fs Área de flujo del serpentín. a´ls Área de flujo por pie lineal exterior del serpentín. aT c Área de flujo total. aT s Área de flujo total del serpentín. C Espesor por corrosión. CpA Capacidad calorífica del aire. CpL Capacidad calorífica del aceite lubricante. Da Diámetro del agitador. DE c Diámetro exterior de las celdas. DI c Diámetro interior de las celdas. DE s Diámetro exterior del serpentín. DI s Diámetro interior del serpentín. DS Diámetro del serpentín. E Eficiencia de la soldadura. e Espesor del aislante térmico. FA Flujo total de aire. Fc Flujo de aire en las celdas. GT c Masa velocidad del aire en las celdas. GT s Masa velocidad del aire en el serpentín. Hm Altura del divisor del flujo de aire. HP Potencia del agitador mecánico. HPc Potencia de compresor. Hpcomercial Potencia comercial del compresor. Hpoli Carga politrópica. hc Altura de las celdas. hd Coeficiente de transferencia de calor de diseño. hio Coeficiente de transferencia de calor referido al diámetro interior. hL Altura del aceite lubricante en el recipiente. ho Coeficiente de transferencia de calor referido al diámetro exterior. J Factor para transferencia de calor. KA Conductividad térmica del aire. KL Conductividad térmica del aceite. L Longitud del serpentín. La Longitud de las aspas. Lr Altura y lado de la cámara. Ln Longitud de las aspas montadas en el disco central. M Peso de la muestra después del envejecimiento.



N Velocidad normal del agitador. Np Número de potencia. Nv Número de vueltas del serpentín. n Exponente politrópico de presión-volumen del aire. npoli Eficiencia politrópica. nreal Eficiencia real. O Peso original de la muestra. P1 Presión del aire a la entrada del compresor. P2 Presión del aire a la salida de las celdas. PATM Presión atmosférica. PD Presión de diseño. Pop Presión de operación. QA Calor necesario para calentar el aire. QL Calor necesario para calentar el aceite. RdA Factor de incrustación del aire. RdL Factor de incrustación del aceite. ReA Número de Reynolds del aire. ReL Número de Reynolds del aceite lubricante. r Relación de presiones. S Esfuerzo permisible. Tamb Temperatura del medio ambiente. TA2 Temperatura del aire caliente. TL Temperatura del aceite caliente. Tw Temperatura de pared. t Espesor del recipiente. tCOM Espesor del recipiente comercial. tA1 Temperatura del aire frío. tm Temperatura media del aire. UC Coeficiente total de transferencia de calor. UD Coeficiente total de diseño. UD BIB Coeficiente total de diseño bibliográfico. V Velocidad del aire en las celdas. Vaceite Volumen ocupado por el aceite en el recipiente. Vceldas Volumen ocupado por las celdas. VD Volumen de diseño del recipiente. Vdivisor Volumen ocupado por el divisor del flujo de aire. Vhorno Volumen del recipiente sin los equipos adicionales. VL Volumen ocupado por el aceite lubricante en el recipiente. Vr Relación de volúmenes. Vserpentín Volumen ocupado por el serpentín. %VL Porcentaje de volumen ocupado por el aceite en el recipiente. W Cambio de peso. Waceite Peso del aceite contenido en el recipiente.



ΔT Diferencia de temperaturas del aire. Δta Diferencia de temperaturas del aceite y el aire. μA Viscosidad del aire. μL Viscosidad del aceite lubricante.

LVη Fracción de volumen ocupado por el aceite en el recipiente φA Densidad del aire. φL Densidad del aceite lubricante. Θ Tiempo de envejecimiento de la muestra de prueba.



RESUMEN En este trabajo se expone el diseño y la construcción de una cámara de envejecimiento acelerado por temperatura, para experimentar con materiales poliméricos a una temperatura máxima de 150°C y una temperatura mínima de 50°C. La variable que se puede controlar en este equipo de envejecimiento acelerado es la temperatura, la variable dependiente es el envejecimiento de la muestra de prueba como función del tiempo y la temperatura de exposición de la misma. Para el desarrollo del tema se abordan los fundamentos del diseño de equipos industriales, así como el concepto de cámara de envejecimiento acelerado y sus tipos existentes, además de sus aplicaciones más comunes y la importancia que tienen hoy en día este tipo de equipos en el desarrollo de nuevos productos. Se cita la norma utilizada para el diseño de la cámara climática de envejecimiento acelerado, así como el ambiente o condición simulada en la cámara, el cual es el intemperismo y el principio que se utilizó para determinar el tiempo real de intemperismo acelerado que presenta la muestra u objeto de prueba, al estar sometido en la cámara de envejecimiento acelerado por temperatura construida. Se mencionan brevemente las partes que constituye la cámara de envejecimiento acelerado por temperatura como son el serpentín, las celdas, el recipiente, el divisor del flujo de aire y el aislante térmico, además de todos los equipos complementarios tales como el agitador mecánico, compresor, secador y filtro de aire, y la función que cada una de estas partes y equipos tienen, presentando posteriormente el método y los cálculos realizados para el diseño de la cámara, así como el funcionamiento general de la misma. En la parte del diseño se citan las selecciones comerciales hechas para las diferentes partes y equipos. Por último se realiza un análisis técnico del funcionamiento de la cámara, así como un análisis experimental para determinar el tiempo real de envejecimiento acelerado que van a tener los diferentes tipos de materiales al estar sometidos a las condiciones de la cámara. Es importante señalar que la contribución de este trabajo es proporcionar un equipo que sea capaz de predecir el comportamiento de algún tipo de material polimérico en el tiempo a largo plazo, para conocer a un corto plazo, como se desarrollan en las condiciones ambientales naturales a las que pueden estar expuestos los materiales antes señalados, y así tener una idea clara de las propiedades con que van a contar y estimar un tiempo de vida útil.



INTRODUCCIÓN

Hoy en día, es inconcebible pensar en el lanzamiento de un producto sin antes conocer exhaustivamente el comportamiento del mismo en las condiciones ambientales en las cuales se vaya a desarrollar su actividad, con el fin de poder garantizar su fiabilidad a largo plazo. Estas condiciones pueden ser naturales o artificiales. En cualquiera de los casos, no sólo es necesario conocer su comportamiento en dichas condiciones, sino que además habrá de garantizarse el funcionamiento óptimo de los materiales a largo plazo, haciendo los estudios pertinentes y conocer las propiedades de alguna pieza o material en el tiempo. Para ello, es necesario realizar ensayos de envejecimiento por temperatura, de tal manera que todas las muestras de prueba estén a condiciones que superen las reales, de forma controlada, con el fin de que se puedan sacar conclusiones a escala de laboratorio relativas a la durabilidad y fiabilidad de la muestra ensayada, no sólo para cumplir con los normativas exigibles, sino también para garantizar la pervivencia en el mercado de algún producto y evitar graves repercusiones, tales como las consecuencias posibles de un mal funcionamiento de la muestra, daños colaterales y perjuicios económicos derivados del desconocimiento de su comportamiento, además de la propia cobertura perceptiva en materia de seguridad. Las cámaras por temperatura de envejecimiento acelerado ayudan a conocer el potencial de duración y el comportamiento de una pieza o producto acabado, cuando están sometidos a un ambiente o condición climática, llamada intemperismo. El intemperismo es el proceso de transformación química que degrada a los materiales a través del tiempo por efecto natural del medio ambiente sobre sus capas superficiales. Dependiendo de la estructura de la muestra de prueba y del medio en el que se encuentre, éste se comportará de manera diferente. Utilizando cámaras de envejecimiento acelerado por temperatura, se puede reproducir el intemperismo, de forma acelerada y así analizar la degradación del material, el cambio de color, si presenta tensiones en la estructura, si el recubrimiento o pintura, si es el caso, es atacado o no está bien adherido, etc. Los tamaños de las cámaras de envejecimiento acelerado pueden variar según las exigencias de la prueba, y el tamaño y cantidad de las muestras, la cámara puede tener un tamaño muy pequeño o decenas de metros cúbicos. Generalmente las cámaras no sobrepasan un dimensionamiento de 90×90×90 cm. o de un volumen equivalente, sin embargo existen cámaras de dimensiones superiores para muestras de mayor tamaño.



La presente investigación tiene como finalidad el realizar el diseño y la construcción de una cámara de envejecimiento acelerado que permita realizar ensayos de envejecimiento acelerado bajo condiciones controladas y que reproduzca las condiciones climáticas típicas a las que están sometidos algunos materiales poliméricos, al ser expuestos al intemperismo diario, y así tener conclusiones a nivel laboratorio del tiempo de vida útil de los polímeros, permitiendo conocer las propiedades de los mismos y cuidando el tema del deterioro al medio ambiente. Para el diseño de la cámara climática de envejecimiento acelerado se siguió las especificaciones de la norma ASTM E-95-1990, por lo que el trabajo que se expone es un diseño normado.



CAPÍTULO 1

“GENERALIDADES DE LAS CÁMARAS DE ENVEJECIMIENTO ACELERADO”.

En este capítulo se trata de forma general las cámaras de envejecimiento acelerado, su definición, los diferentes tipos que existen y los usos y las aplicaciones que tienen estos equipos. Se describe la norma utilizada para el diseño, así como el ambiente o condición simulada en la cámara, el cual es el intemperismo y el principio que se utilizó para determinar el tiempo real de intemperismo acelerado que presenta la muestra u objeto de prueba, al estar sometido en el prototipo construido. 1.1. Cámara de envejecimiento acelerado. Se utiliza éste término para designar a los dispositivos utilizados en el laboratorio con el fin de simular distintas posibilidades climáticas y poder evaluar el comportamiento del objeto de prueba en dichas condiciones ambientales. Básicamente, una cámara permite controlar parámetros como temperatura, humedad e intensidad luminosa, pudiéndose también manejar otras variables como presión, nivel de CO2, etc., según las especificaciones del ensayo. El envejecimiento se da por la constante exposición del objeto de prueba a diferentes condiciones ambientales. Cuando hablamos de condiciones ambientales, nos referimos, no sólo a los climas naturales, sino también a climas generados por los múltiples desarrollos tecnológicos y también situaciones artificiales, pudiendo destacar las siguientes:

• Altas o bajas humedades (condensaciones o situaciones de sequedad). • Altas o bajas temperaturas (burn-in o ultra congelación). • Corrosión salina por proximidad al mar. • Corrosión atmosférica industrial o urbana (niebla ácida de diferente

composición). • Simulación espacial (vacío, altas radiaciones, ultra congelación, etc.). • Simulación abisal (altas presiones). • Atmósferas tóxicas y explosivas (gases controlados). • Simulación solar (radiaciones ultravioleta mediante lámparas de xenón). • Simulación ciclónica (túnel de viento, polvo y arena). • Climas agresivos (granizo, nieve, lluvia torrencial). • Alta concentración de ozono. • Ensayos dinámicos combinados con climas cíclicos (vibración, tracción,

compresión, flexión, etc., combinados con choques térmicos). • Reproducción de situaciones complejas diversas.

1.2. Tipos de cámaras de envejecimiento. Las cámaras de envejecimiento se pueden clasificar de acuerdo a la condición ambiental que van a reproducir, pudiendo destacar las siguientes:



Cámaras por temperatura.

Los ensayos en la cámara por temperatura o climática permiten conocer el comportamiento de un material o pieza acabada tras ser sometida a unas condiciones determinadas de temperatura y humedad. El funcionamiento de las cámaras climáticas se basa en la circulación de aire de tipo forzado mediante un compresor, un ventilador o un turbocompresor, con el fin de poner este aire en contacto con el material o pieza de prueba, y así degradar al polímero. Cuentan con un sistema de calefacción, el cual permite calentar el aire circulado hasta la temperatura deseada, alcanzando un rango desde -60°C hasta 180°C. Un sistema de deshumidificación, permitiendo alcanzar el secado mínimo del aire. Un sistema eléctrico que contiene a todos los elementos de control, tanto eléctricos como electrónicos, disponiendo de un sistema de seguridad que controle el buen funcionamiento de todo el sistema. Un sistema de filtración, el cual elimina las impurezas contenidas en el aire tales como polvo, aceite, etc. Una plataforma de ensayos, utilizada para colocar el material o pieza de prueba. (Dombey…, 2005)

Cámaras de envejecimiento solar. Este tipo de equipos se utiliza para el envejecimiento acelerado de materiales por radiación ultravioleta permitiendo realizar ensayos de resistencia a la radiación solar para verificar las deformaciones de los componentes por efecto de la luz infrarroja sobre las muestras, por medio de un sistema de lámparas de arco de xenón. Las lámparas de este tipo de equipos emiten radiación ultravioleta en las mismas longitudes de onda que la radiación solar, sobre las muestras con objeto de simular, de forma acelerada, la degradación que sufrirían frente a una exposición directa al sol. Este equipo se muestra en la figura 1.2, se puede observar las lámparas de arco de xenón que la constituyen. (www.figursa.com...,2007) Sus características técnicas son:

• Lámparas: UVA-340, UVA-351, UVB-313. • Rango temperaturas (ciclo luz): 45-80°C. • Rango temperaturas (ciclo condensación): 40-60°C. • Sus considerables dimensiones permiten que se puedan ensayar

sistemas de gran tamaño. Por otra parte se pueden programar ciclos de condensación y lluvia con objeto de simular otros fenómenos atmosféricos adversos para los materiales. Estos equipos tienen una especial aplicación en el campo de los materiales plásticos, pinturas y recubrimientos orgánicos.



Fig. 1.2 Cámara de envejecimiento solar. (www.cci-calidad.com...,2007)

Cámaras de investigación científica. (www.invemasl.com...,2007)

Este tipo de cámaras permiten simular ambientes con atmósfera de gases controlados, tóxicos, explosivos y sus mezclas. Existe un gran número de casos particulares en los cuales se requiere efectuar ensayos de calidad y comportamiento de materiales, equipos y sistemas en presencia de uno o más gases, en proporción, cantidad y presión controladas. Existen múltiples aplicaciones para este tipo de cámaras, tales como la corrosión climática gaseosa, estudio de comportamiento de los materiales frente a los contaminantes atmosféricos (ambientes urbanos, granjas, atmósferas industriales, etc.), tales como estudios de carbonatación de materiales de construcción, entre otros. Otra de las aplicaciones importantes de estos equipos es el almacenamiento y conservación, tratamiento y estudio de sistemas en condiciones extremas de atmósfera inerte y temperatura, controladas. Estas cámaras admiten cualquier tipo de gas, puro o en mezcla, siempre y bajo los principios de compatibilidad y seguridad. Generalmente son construidas de acero inoxidable AISI 316, formando un recipiente con soldadura por argón en continuo sin zonas de transición corrosibles. Constan de un sistema de generación de gases, los cuales son circulados dentro de la cámara para estar en contacto con el material a ensayar. Cuentan con rangos de temperatura, humedad y concentraciones gaseosas, manómetro indicativo de presión interior y válvula de sobrepresión y seguridad. Este tipo de cámara de envejecimiento acelerado se muestra en la figura. 1.3.



Fig. 1.3 Cámara de investigación científica.

Cámaras climobáricas.

(www.aitex.es...,2007) Este tipo de cámaras han alcanzado una gran relevancia en nuestros días, de manera primordial para la simulación espacial a escala de laboratorio, así como en otros campos de la investigación aplicada tales como en aeronáutica, defensa, electrónica, química, etc., y en particular en todos los casos en los cuales se quiera conocer el comportamiento de los productos a diferentes alturas, o en diferentes condiciones barométricas. Se hace referencia a la importancia que tiene el poder estudiar el comportamiento de materiales y sistemas, instrumentos, mecanismos, etc., en diversas condiciones de altitud, no solo en la tierra, sino en las rutas de navegación aérea y en el espacio, en los cuales existen condiciones muy diferentes que pueden provocar comportamientos inesperados, fatiga y letalidad prematura. Las características técnicas generales de este tipo de cámaras son: Rango de temperaturas: desde -70 hasta 350°C. Volumen: desde 80 hasta 2000 litros. Rango de humedad (%HR): 10 – 98 Rango vacío (mb): hasta 0.1 Este tipo de equipo se muestra en la figura 1.4.

Fig. 1.4 Cámara climobárica.

(www.cci-calidad.com...,2007)



Cámaras para ensayos de envejecimiento debido al polvo.

Este tipo de cámaras son diseñadas para efectuar ensayos de aspiración, suspensión o circulación de polvo o arena, exponiendo la muestra, al estudio de la resistencia de penetración de polvo sobre la estructura. Dependiendo de la norma, la suspensión del polvo puede ser:

• Aspiración y suspensión del polvo mediante aire comprimido o ventilador soplante. El aire pasa a través de un aro porta-boquillas, que permite que el polvo pueda ser impulsado y esparcirse por todo el interior de la cámara. La granulometría de polvo suele ser de cemento (ASTM C 150-84).

• Suspensión de polvo mediante una bomba de circulación. La granulometría de polvo suele ser de talco, debidamente tamizado (UNE 20-324-89). (www.dycometal.com...,2007)

Las muestras susceptibles a este tipo de ensayo suelen ser: sistemas de alumbrado vial, componentes electrónicos y eléctricos de señalización, elementos de alumbrado y señalización en automóviles, elementos eléctricos y electrónicos de seguridad acústica o luminosa, cajas eléctricas, etc. En la figura 1.5 se muestra una cámara para ensayos de envejecimiento debido al polvo.

Fig. 1.5 Cámara para ensayos de envejecimiento debido al polvo.

Cámaras de ensayos dinámicos. Los ensayos realizados en este tipo de cámaras permiten conocer el comportamiento de un material o pieza acabada tras ser sometida a unas condiciones determinadas de viento. Este tipo de cámaras utiliza un túnel de viento, donde los ensayos se realizan bajo norma y en función de la aplicación, con control electrónico de la velocidad del viento. En la figura 1.6 se muestra un ventilador utilizado en este tipo de cámaras.

Fig. 1.6 Ventilador.

(www.ineltec.com...,2007)



Cámaras de corrosión cíclica. (www.aitex.es...,2007)

También denominadas cámaras de corrosión compleja o cámaras climo-salinas, son equipos capaces de llevar a cabo cualquier tipo de ensayo de corrosión con soluciones químicas diversas de sales orgánicas e inorgánicas, sea cual sea la norma que lo demande, reproduciendo cualquier secuencia medioambiental de forma cíclica. Este tipo de cámaras puede contar con un sistema de programación automática de ciclos, permitiendo realizar, tanto la programación convencional, como la secuencia climática específica:

• Intervalo de niebla con soluciones químicas diversas de sales orgánicas e inorgánicas a temperatura deseada.

• Intervalo de humedad relativa controlada a temperatura de norma. • Intervalo de secado a temperatura de norma.

Los materiales de fabricación de este tipo de cámaras interiores y exteriores son metálicos, incluyendo tornillería, y son absolutamente en acero inoxidable AISI 316, ofreciendo al usuario una garantía máxima frente al deterioro corrosivo y el cumplimiento de las más recientes normas de seguridad y de protección de riesgos laborales. Teniendo en cuenta los derramamientos de solución química que se producen por los bordes y partes exteriores de estos equipos, el acabado externo no se pinta, esto para evitar algunas reacciones indeseadas entre la solución química y la pintura exterior del equipo. Este tipo de cámara se muestra en la figura 1.7.

Fig. 1.7 Cámara de corrosión cíclica.



Cámaras de tecnología ultra criogénica.

(www.aries.com.es...,2007)

Permiten realizar diferentes ensayos a bajas temperaturas como medición de la fragilidad de piezas plásticas ante impactos o resistencia de los cables eléctricos a la torsión. Estas cámaras utilizan arcones congeladores que están destinados principalmente al envejecimiento acelerado controlado de muestras en medicina, farmacia, botánica, biología, química, etc., así como también para la realización de ensayos de control de calidad en diversos campos de la industria y la investigación aplicada. Su construcción puede ser adaptada a cualquier tamaño y forma, tanto en lo que compartimiento de ensayo se refiere, como a estructura exterior. Las características técnicas de este tipo de cámaras son: Rango de temperatura: desde 0 hasta -190°C. Volumen útil: desde 120 hasta 200 litros. Estabilidad de temperatura: desde ±0.1°C hasta ±2.0°C. En la siguiente figura (fig 1.8), se muestra una cámara de tecnología ultra criogénica.

Fig. 1.8 Cámara de tecnología ultra criogénica.


Cámaras de ozono.

Es de todos conocidos la presencia de ozono (O3) en la alta atmósfera (como variedad alotrópica del oxígeno) y sus efectos beneficiosos al actuar como barrera de protección contra la radiación cósmica. Sin embargo este compuesto en el aire ejerce un agresivo efecto de envejecimiento y deterioro sobre un gran número de materiales de origen orgánico y de forma muy especial, sobre los elastómeros.



Es importante destacar la importancia que tiene el ozono en el grado de deterioro, agrietamiento y destrucción final de los productos fabricados con hule y sus derivados. Debido a que la presencia de ozono ambiental cada vez es más creciente, como consecuencia de la industrialización, tanto en ambientes industriales, como urbanos, proximidad a estaciones eléctricas y grandes máquinas, etc., llegando a alcanzar incluso concentraciones muy por encima de los valores permitidos y siendo conocido que este gas es el responsable del deterioro del hule y sus derivados, cobra una vital importancia el estudio a nivel de laboratorio del comportamiento de dichos materiales para conocer su resistencia en las condiciones normales de uso. Para ello, se han desarrollado cámaras de ensayos capaces de combinar diversas concentraciones de ozono con temperaturas, humedades y ensayos de fatiga mecánica, tales como tracción, compresión, flexión, etc. Estas cámaras cuentan con un equipo generador de ozono u ozonizador que es capaz de producir ozono artificialmente, mediante la generación de un voltaje que produce iones negativos y ozono. Las aplicaciones de estas cámaras son múltiples, tanto en el campo eléctrico, como en el automotriz, dada la relevancia que puede tener la destrucción de las mangueras de frenada ABS, juntas para los faros, juntas homocinéticas, etc., y en la seguridad en general. (www.aidico.es...,2007)

En la figura 1.9 se muestra una cámara de ozono.

Fig. 1.9 Cámara de ozono.

(www.ibertest.com...,2007)



Cámaras salinas.

Las cámaras salinas o de niebla salina crean un ambiente cargado de sal con humedades altas, y normalmente a elevada temperatura, así que las muestras colocadas en el interior están expuestas a una niebla salina continua y altamente corrosiva. Son capaces de reproducir, de forma acelerada, los ambientes próximos al mar o simular un envejecimiento en el entorno marino. Los ensayos de niebla salina están muy utilizados en aceros galvanizados, por ejemplo, donde se puede evaluar tanto la protección del recubrimiento como el deterioro estético del mismo. Además de que pueden utilizarse para evaluar el comportamiento de recubrimientos metálicos, pinturas y tratamientos y pretratamientos en metales recubiertos. (www.telproce.com...,2007)

Estas cámaras de ensayos están desarrolladas para someter a las muestras a las siguientes condiciones:

• Cambios controlados de temperatura. • Ambiente de niebla salina. • Secado a temperatura constante. • Secado con aire forzado. • Alta humedad a temperatura constante. • Alta humedad con ciclos de temperatura.

Estos tipos de cámaras cumplen con todos los estándares internacionales usuales en ensayos de corrosión y son equipos ideales para aplicaciones en control de calidad. Este tipo cámara se presenta en la figura 1.10.

Fig. 1.10 Cámara Salina (www.ineltec.es...,2007)

Cámaras de choque térmico.

(www.figursa.com...,2007)

Estos equipos permiten realizar de forma automática cambios bruscos de temperatura sobre las muestras de prueba para analizar su incidencia.



Las cámaras de choque térmico constituyen el elemento fundamental para el ensayo de fatiga térmica de los materiales e instrumentos. Sus aplicaciones fundamentales se centran en la investigación espacial, aeronáutica, industria militar, electrónica y telecomunicación, automotriz, etc., y de forma general en el control de calidad industrial y en la investigación de materiales. Este tipo de cámaras se presentan de dos tipos, denominados “bicámara” y “tricámara”, y la diferencia entre el sistema "bicámara" y "tricámara", es que, en el primer caso las muestras pasan súbitamente de la cámara de alta temperatura a la de baja temperatura, mientras que en el segundo caso las muestras pueden, si se desea, pasar a través de un tránsito de temperatura intermedia e incluso permanecer en él (zona amarilla de la figura 1.11).

Figura 1.11 Transito de temperatura de alta a baja.

El accionamiento de disparo, que permite el transito de temperatura en las cámaras, se realiza por el sistema de robótica de nueva generación, mediante cilindros neumáticos sin vástago, programables, con velocidad de disparo regulable, lubricación automática visualizable e incluyendo el sistema original de insonorización absoluta del disparo. La vida de este sistema es de tal calidad, suavidad y robustez (todos los elementos de transmisión son de acero inoxidable antimagnético) que existen evidencias de hasta 5000000 de accionamientos con la única intervención de la reposición del aceite lubricante, como único mantenimiento. En la figura 1.12, se muestra una cámara de choque térmico para envejecimiento acelerado.

Fig. 1.12 Cámara de choque térmico.




Cámaras de efecto vibratorio.

(www.controltecnica.com...,2007)

Las cámaras para ensayos térmicos y climáticos bajo vibración son equipos concebidos para ensayar los efectos de las vibraciones, tanto de origen mecánico, como electrodinámico, bajo diversas condiciones climáticas, térmicas aceleradas o ambientales controladas. Con ello, no sólo es posible investigar el comportamiento de los materiales, elementos y sistemas, sino también detectar defectos prematuramente, conociendo a fondo el comportamiento futuro de los mismos y permitiendo garantizar la seguridad de su buen funcionamiento en tales condiciones. Permiten la realización de ensayos combinados de temperatura y vibración en sistemas completos y de gran tamaño debido a sus grandes dimensiones. Las características técnicas de este tipo de cámaras son: Rango de temperatura: -60 a 200°C Velocidad térmica: de 1°C por minuto a 20°C por minuto. En la figura 1.13, se presenta una cámara de efecto vibratorio para envejecimiento acelerado.

Fig. 1.13 Cámara de efecto vibratorio.

Cámaras para ensayos de envejecimiento debido a la lluvia. Todo elemento o sistema instalado a la intemperie, necesariamente, en algún momento, ha de estar sometido a los efectos de la lluvia, salpicaduras, rocío, etc. Es por eso que este tipo de cámaras simulan este tipo de efectos que pueden afectar al material u objeto a ensayar. Teniendo en cuenta que la presencia de agua en los materiales, aparatos, instrumentos, luminarias, etc., puede ser seriamente perjudicial, se ha generado la necesidad de efectuar las pruebas pertinentes de aplicación general para establecer que tanto afecta el agua sobre los elementos mencionados.



Estas cámaras cuentan con un sistema de control de temperatura, caudal y presión, dispositivos de rociado intercambiables, rociadores de ángulo apropiado, multigoteo por gravedad, chorro a presión, simulación de vapor a presión, etc. Sus aplicaciones fundamentales se encuentran en la industria eléctrica y electrónica, iluminación, aeronáutica, automoción, defensa, etc. (www.dycometal.com...,2007)

En la figura 1.14, se presenta una cámara para ensayos de envejecimiento debido a la lluvia.

Fig. 1.14 Cámara de ensayos de envejecimiento debido a la lluvia.

(www.ibertest.com...,2007)

Cámaras Kesternich. (www.invemasl.com...,2007)

El ensayo de corrosión Késternich ha sido concebido para simular atmósferas industriales o urbanas mediante la formación de una atmósfera artificial compuesta de aire anhídrido sulfuroso, con o sin dióxido de carbono, provocando una exposición de la muestra a los efectos de la lluvia ácida. Con el ensayo Késternich se obtiene una atmósfera artificial con la aproximación máxima a los resultados que se obtienen cuando se exponen diferentes tipos de metales en atmósferas naturales sulfurosas. La prueba de Késternich comprende un ciclo de 24 horas divididas en dos partes: la primera comprende 8 horas con la cámara cerrada y las piezas en su interior, colocadas según indica la norma, y expuestas a 40ºC ±2°C en el que se introduce 0,2 ó 2 litros/gr., de anhídrido sulfuroso con una Humedad Relativa (HR) del 100%. Pasado este tiempo, sigue otra etapa de 16 horas en el que se abre la puerta, se para la calefacción y las piezas están expuestas a la temperatura ambiente del aire. La prueba termina cuando se presenta una influencia inadmisible en el aspecto de las piezas expuestas, o cuando se ha alcanzado el número de ciclos acordados para la duración del ensayo. Las cámaras para ensayos de corrosión acelerada por atmósfera industrial Kesternich reproducen la formación de ambientes ácidos como consecuencia de las emanaciones de gases procedentes de los motores de combustión, sistemas de calefacción y otros de origen industrial.



Estos equipos se construyen con rigor absoluto de norma, empleando en su totalidad acero inoxidable especial AISI 316 antimagnético, con aleación específica. Este material no se deforma por el calor, ni son afectados por la carbonización de la materia orgánica producida por el ácido sulfúrico generado, soportando las repetidas limpiezas exigidas después de cada ciclo, sin deterioros progresivos, al no existir materias plásticas. En la figura 1.15 se muestra una cámara kesternich.

Fig. 1.15 Cámara Kesternich.

(www.ineltec.es...,2007)

Cámaras termobáricas.

(www.aitex.es...,2007)

Las cámaras termobáricas son concebidas para la simulación de profundidad, así como para ensayos de resistencia a la difusión de la humedad en diversos campos de la investigación oceanográfica, electrónica, plásticos, cerámica, etc. Las características técnicas de este tipo de cámaras son:

• Capacidad (litros): 10 a 100. • Rango temperatura (ºC): 100 a 140. • Sobrepresión ensayo (bar): 0 a 200.

En la siguiente figura (Fig. 1.16) se muestra una cámara termobárica.

Fig. 1.16 Cámara termobárica.




Cámaras Humidostáticas. (www.invemasl.com...,2007)

Las cámaras humidostáticas o cámaras de ensayo de clima tropical (Fig. 1.17), están concebidas para simular atmósferas industriales o urbanas, para realizar ensayos de exposición de muestras a una atmósfera húmeda saturada artificial. Este tipo de cámaras son muy parecidas a las cámaras kesternich, sólo que la atmósfera simulada por estas cámaras es menos corrosiva debido a que no se introducen gases como el dióxido de azufre. La aplicación característica de este tipo de equipos es el rápido reconocimiento de defectos y el estudio de la resistencia de los diferentes recubrimientos o capas de protección de superficies sometidas al ataque de las atmósferas citadas.

Fig. 1.17 Cámara Humidostática. (www.ineltec.es...,2007)

Grandes cámaras vistables. (www.controltecnica.com...,2007)

La creciente demanda de multitud de tamaños y aplicaciones, así como la amplia variedad de ensayos requeridos, ha obligado a poner a punto sistemas de fabricación tanto de construcción compacta, como de construcción modular, tal que permita, mediante sistemas ensamblables, construir cámaras de cualquier forma y tamaño, ajustándose a las dimensiones requeridas en cada caso, desde 3 m3 hasta 50000 m3. Incluso se pueden construir cámaras con diferentes compartimentos y condiciones ambientales distintas, así como ser desmontadas, reducidas, ampliadas, trasladadas, etc., en cualquier momento.



Sus amplias aplicaciones se centran en los campos de la electrónica, motores, equipos automáticos, equipos de cómputo, automotriz, defensa, aeroespacial, farmacia, alimentación, botánica, agricultura, comportamiento humano, etc. Además de todo ello, las grandes cámaras visitables admiten la conexión y acoplamiento de cualquier tipo de mecanismo que pueda formar parte de un ensayo dinámico particularizado. Igualmente admiten altas disipaciones térmicas procedentes de elementos alimentados eléctricamente durante el proceso de ensayo, tratamiento, control o investigación. Las características técnicas de este tipo de cámaras son: Dimensiones: desde 3 m3 hasta 50000 m3. Rango de temperatura: desde la ambiente hasta 60°C. Rango de humedad relativa: desde la ambiente hasta 98%. En la siguiente figura 1.18, se muestra una cámara visitable de envejecimiento acelerado.

Fig. 1.18 Cámara visitable.


1.3. Aplicaciones generales de las cámaras de envejecimiento. (Espinosa, Gaytán, Jasso, Martínez, 2003)

Estas cámaras tienen diversas aplicaciones como:

• Estudio de alimentos. • Estudios de genética. • Investigaciones virales.



• Estudios del medio ambiente. • Industria farmacéutica. • Industria de materiales de construcción. • Bioquímica. • Estudios de crecimiento. • Industria mecánica. • Ensayo de equipos o materiales. • Botánica. • Ensayos de envejecimiento acelerado en textiles. • Ensayos de envejecimiento acelerado en polímeros (fibras, elastómeros,

pinturas, adhesivos, etc.). Y para usos generales de laboratorio donde se requiera un ambiente con condiciones controladas. 1.4. Intemperismo. (Espinosa, Gaytán, Jasso, Martínez, 2003)

El intemperismo es el proceso de trasformación química que sufren los materiales a través del tiempo por efecto natural del medio ambiente (sol, lluvia, viento, etc.), es decir, sufren degradación en sus capas superficiales. Los rayos solares (formados por ultravioleta, infrarrojos, gama etc.) afectan la estructura de los materiales que se exponen, junto con agua y viento, ayudando a incrementar dicha degradación. Cuando las muestras están expuestas en la superficie de la tierra las condiciones físicas de erosión, congelamiento, fusión del agua, calentamiento y enfriamiento las van debilitando lentamente, pero el cambio más grande lo provoca el contacto de agua, oxígeno, dióxido de carbono y compuestos orgánicos que se encuentran en el aire y medio ambiente. 1.5. Intemperismo acelerado. (Espinosa, Gaytán, Jasso, Martínez, 2003)

Se le denomina así al proceso de la trasformación química acelerada de los materiales reproduciendo fenómenos naturales en cámaras de prueba llamadas “Cámaras de envejecimiento acelerado” bajo condiciones estrictas de laboratorio, con éstas pruebas se obtiene información y resultados confiables y en un corto plazo posibilitando así el cálculo de tiempo que resiste un material expuesto a éstas condiciones contra el tiempo real al que se enfrenta en condiciones de uso diario. Este método no está normado. Por medio de él se mide la acción combinada de todos los elementos de la naturaleza que afectan a la muestra como son: la lluvia, el clima (calor, frío), el tiempo (día, noche), el viento, ácidos y sales que generalmente se encuentran en la atmósfera (anhídrido carbónico, cloruro de sodio y ácido sulfúrico), bacterias y hongos, los cuales generan diferentes procesos físicos, cambio de volumen debido a la formación de sales, temperatura o humedad, desgaste



superficial por la acción del viento y la lluvia y grietas motivadas por dilataciones y contracciones. Estos fenómenos pueden llegar a destruir a la muestra a largo o mediano plazo. El ensayo del intemperismo consiste en colocar muestras a la intemperie, realizándose mediciones del porcentaje de perdidas de peso o porcentaje de aparición de grietas y erosión a través del tiempo. Las mediciones de pérdida de peso se realizan pesando las muestras al principio y al final de cierto periodo de tiempo, llevando a porcentaje, la cantidad de peso perdido. Y las mediciones de erosión se realizan colocando sobre la muestra una hoja cuadriculada transparente y se miden el número de cuadrículas en las cuales aparecen grietas o erosión, llevándose estos resultados a porcentaje. Este método también se puede realizar por medio de fotografías sucesivas a diferentes edades. 1.6. Norma utilizada para el diseño. (NORMA ASTM E-95-1990)

La presente Norma establece los requisitos para estufas de laboratorio, usadas en pruebas de envejecimiento acelerado para polímeros.

A. Tema. Esta especificación cubre los requerimientos generales de un horno de celdas con velocidades controladas de ventilación para la determinación de pérdidas en peso o cambio de propiedades de los materiales al calentarlos a elevadas temperaturas. Este método toma en cuenta las condiciones de la geometría de la cámara, las velocidades de ventilación y la temperatura, el cual cada uno afecta la pérdida de los constituyentes volátiles de un material, o el cambio de otras propiedades. Este horno es recomendado cuando sea que los resultados dependan del tiempo y de la temperatura de calentamiento, de la velocidad de ventilación, o ambos. Se asume que los requerimientos específicos tales como la forma de la muestra, las dimensiones, las velocidades de ventilación, el tiempo, y la temperatura serán incluidos en la especificación de materiales o en la lista de métodos. Nota 1. La reunión de estas especificaciones para hornos han sido encontradas muy útiles para la determinación de la pérdida de plastificantes en los plásticos, y para un envejecimiento controlado de elastómeros y polímeros.

B. Géneros.

• Los hornos son clasificados de acuerdo a la velocidad de ventilación dentro de la celda, siendo la ventilación hecha para baja o alta velocidad.



De este modo, para materiales que manifiestan bajos rangos de pérdida de peso, una calidad inferior es provista para su evaluación sin la necesidad de proveer el calor excesivo de entrada requerido para la alta velocidad de ventilación. Esto debe, como sea, ser establecido por el experimento, cuando se usa el horno de baja ventilación donde la velocidad de ventilación es adecuada para evitar los estancamientos en la superficie de la muestra, como serían causados, por ejemplo, por altos rangos de difusión de los componentes volátiles a través de la superficie de la muestra.

• Los tipos de hornos son clasificados como sigue:

TIPO VELOCIDAD DE VENTILACIÓN.

Baja ventilación. 0.25 a 25 m/min. Alta ventilación. 100 a 250 m/min. C. Requerimientos.

• El horno debe consistir de una o más celdas cilíndricas, cada una de teniendo

un mínimo de 3.0cm de diámetro y un mínimo de 30cm de largo. Las celdas deben ser montadas en un medio termostáticamente controlado para la transferencia de calor: por ejemplo, un bloque de aluminio, un baño líquido, o un horno de circulación de aire. Las celdas no deben ser construidas de cobre o aleaciones de cobre.

• El diseño de horno debe consistir en que el aire caliente entra en un extremo

de la celda y es agotado en el otro extremo de la celda sin ser recirculado. Esto es, para prevenir la migración cruzada de los componentes volátiles contenidos en la muestra siendo analizada, el aire que pasa sobre la muestra en una celda no debe estar en contacto con muestras en otras celdas.

• El aire que entra a las celdas debe de haber sido filtrado y secado antes de

estar en contacto con la muestra, con el fin de eliminar la humedad y las impurezas contenidas en el aire, como polvo, partículas de aceite, etc. El diseño, también, debe permitir que las celdas sean limpiadas fácilmente después de cada prueba.

• Se deberá de medir el flujo de aire a lo largo de cada celda dentro de ±10%

de cualquier velocidad deseada dentro del alcance de un tipo de horno en particular. El aire debe ser medido para cada tubo, o debe ser usado un aparato simple de control de presión, haciendo una cámara plena. Si la cámara plena es usada, las celdas deben estar conectadas entre sí, por pasajes u orificios teniendo restricciones para asegurar el mismo rango de flujo de aire de cada celda.



La velocidad de flujo debe ser medido a la entrada y a la temperatura del cuarto. Se debe aplicar el factor apropiado para el incremento de la velocidad de flujo causado por la expansión térmica del aire cuando es incrementado a la temperatura de la celda.

• Las provisiones deben ser hechas para soportar y posicionar muestras dentro

de la celda, separados de cada otro y sin tocar las paredes de la celda. Nota 3. Sólo una muestra debe ser montada en cada celda a menos de que se sepa que la inclusión de más muestras no afectará el resultado.

• La temperatura en el espacio ocupado por la muestra debe ser controlada dentro de 2°C de cualquier temperatura especificada dentro de un rango de 50 a 150°C. no se debe de asumir que la temperatura del serpentín es la misma que la temperatura del medio de calentamiento, o que la temperatura de las celdas es simplemente parecida porque están inmersas en el mismo medio de calentamiento. Diferencias en la temperatura de las celdas pueden resultar por diferencias en la velocidad del flujo de aire, en la temperatura del aire al entrar a la celda, o en la temperatura a varios lugares del horno.

Es recomendado que la temperatura en el espacio ocupado por la muestra sea verificada por medio de termopares o termómetros, siendo tomados con cuidado para evitar pérdidas de calor a través de los alambres de plomo del termopar o los bulbos de los termómetros.

• Las dimensiones internas de la cámara de envejecimiento, deben ser como

mínimo de 30 x 30 x 30 cm. y como máximo de 90 x 90 x 90 cm. o de un volumen equivalente.

• Debe colocarse un termómetro o termopar con una sensibilidad de ±2°C,

capaz de registrar la temperatura real de envejecimiento, en la parte central superior de la cámara, cerca del centro de los especimenes por envejecer.

D. Diseño. El horno se puede diseñar si cumple con las especificaciones señaladas en los requerimientos. Otro diseño es mostrado en el apéndice de ASTM Método D 1870.

E. Procedimiento.

• Las muestras que se van a envejecer, se pesan y se colocan dentro de las celdas. Se pueden colocar dos o más muestras en las celdas, sólo si se sabe que no afectará el resultado, o si las muestras tienen idénticas composiciones.



• Realizar la prueba de envejecimiento para un tiempo y temperatura especifica.

• Al término del envejecimiento, se retiran las muestras de las celdas,

permitiéndoles que se enfríen a la temperatura ambiente y si es posible, en un cuarto de temperatura, para evitar que las muestras se contaminen con polvo, aceite, gases y otros compuestos que contiene el aire.

• Una vez enfriadas las muestras, se pesan y se procede al paso 6 que son los

cálculos.

F. Cálculos.

• Teniendo los pesos de las muestras, antes y después de ser envejecido, se expresa el resultado como el cambio de peso en porcentaje, calculado como sigue:

W = 100)(×⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −

OMO

Donde: W = Cambio de peso O = Peso original de la muestra M = Peso de la muestra después del envejecimiento

G. Observaciones.

Precauciones. Deben tomarse las siguientes precauciones especiales, con el fin de obtener un calentamiento uniforme y correcto en todas las partes de la cámara de envejecimiento. El aire empleado debe ser cuidadosamente circulado en la estufa, por medio de un mecanismo de circulación (ventilador, compresor o turbocompresor). Cuando se use un ventilador movido por motor, el aire no debe ponerse en contacto con las escobillas del motor debido al peligro que hay de formar ozono. El medio de calentamiento de la cámara de envejecimiento, debe ser aire caliente circulado dentro de ella, que se pone en contacto con la muestra a envejecer, teniendo especial cuidado con la velocidad y la cantidad que tenga el aire dentro de las celdas, todo esto para obtener la temperatura deseada, dentro del rango



recomendado de 50 a 150°C, comprobando esta temperatura, con un termómetro o un termopar. La figura 1.19 presenta los objetivos mínimos que debe de alcanzar cualquier horno estandarizado utilizado en el envejecimiento acelerado, con flujo de aire forzado y porcentaje de humedad determinada.

Fig. 1.19. Horno estandarizado de inserción de aire.



CAPÍTULO 2

“DESCRIPCIÓN GENERAL DE EQUIPO”.

2.1. Descripción de las partes que constituyen el equipo. A continuación se describen las partes y el equipo que constituye la cámara por temperatura de envejecimiento acelerado, y para ello, se auxilia de la figura 2.1 como sigue:

1. Estructura. Consiste de una tina de acero inoxidable T-304, el cual contiene al baño termostático de aceite lubricante y a los componentes del equipo. Está recubierto con un material aislante de fibra de vidrio, para evitar pérdidas de calor a los alrededores.

2. Sistema Calefactor. Formado por una resistencia eléctrica de acero que opera

a una temperatura máxima de 170°C, la cual es regulada por un reostato.

3. Sistema de Medición. Es un equipo utilizado para medir la temperatura del aire que esta en contacto con la muestras a analizar, se compone de un termopar de tipo K y un instrumento indicador o de registro. El termopar genera una fem la cual se mide en minivolts, este minivoltaje se transforma en el potenciómetro por medio de un sistema electrónico a temperatura. El instrumento indicador cuenta con dos agujas, una para posicionar esta en la temperatura de trabajo y la otra indica la temperatura en cualquier momento.

4. Sistema de Agitación. Consta de un agitador mecánico, construido de acero

inoxidable T-304 con tres aspas, impulsado por un motor eléctrico.

5. Sistema Divisor de Flujo de Aire y Celdas. Formado por un instrumento de acero inoxidable T-304 al cual llega el aire caliente y divide el flujo dirigiéndolo hacia las ocho celdas, estas celdas están constituidas de ocho tubos de acero inoxidable T-304 y dentro de los cuales se encuentran las muestras a ensayar.

6. Serpentín. Tubo de acero inoxidable T-304 de ½ pulgada de diámetro

exterior, enrollado en forma de espiral simple, en el que su interior lleva el flujo de aire y el cual es calentado durante su trayecto dentro de este serpentín a la temperatura deseada. Al final, el serpentín se conecta al sistema divisor de flujo de aire.

7. Válvula de compuerta. Válvula que permite el paso al flujo de aire hacia al

serpentín.

8. Portamuestras. Dispositivos construidos de acero inoxidable T-304, el los

cuales se colocan las muestras que se destinan a ser ensayadas, dichas muestras no deben estar en contacto con las paredes de las celdas.



9. Secador de Aire. Dispositivo destinado a eliminar la humedad contenida en el flujo de aire. Del tipo de secadores de adsorción sin calor para alcanzar puntos de rocío de hasta -70°C. El aire comprimido ingresa al equipo donde se pone en contacto con el material adsorbente el cual retiene al líquido condensado en el aíre.

10. Filtro para Aire. Dispositivo que ayuda a eliminar las impuerezas contenidas en

el aire como son el polvo, partículas de aceite, etc. El aire pasa a través del recipiente y se pone el contacto con los filtros oleófobos de su interior, los cuales repelen de forma activa el aceite y el polvo para reducir al mínimo la caída de presión y los costes de funcionamiento.

11. Compresor. Equipo que reduce el volumen ocupado por el aire ejerciendo

presión sobre él. Este aire es descargado sobre una tubería de acero inoxidable de ½ pulgada de diámetro exterior, para luego pasar al filtro y al secador de aire y después conectarse con el serpentín, teniendo un flujo de aire constante.

2.2. Descripción del funcionamiento del equipo. Como se ha mencionado en el capítulo anterior una cámara por temperatura es capaz de reproducir el envejecimiento natural, que se produce sobre diferentes materiales, utilizados bajo condiciones de intemperie, conociendo el comportamiento de un material o pieza acabada tras ser sometida a unas condiciones determinadas de temperatura y humedad, simulando así, largos períodos de trabajo de distintos materiales (textiles, plásticos, pinturas, etc.), trabajando en condiciones atmosféricas adversas. El equipo diseñado en este trabajo, consiste de un compresor, el cual permite la inserción de aire a través del equipo y el cual estará en contacto con la muestra a ensayar, pasando previamente por un filtro de aire, para eliminar impurezas contenidas como pueden ser polvo, partículas de aceite, etc. Y un secador de aire, que permite tener una determinada humedad en el aire. Después de esto, el aire se calienta dentro del serpentín de la cámara, el cual se encuentra dentro de un baño termostático de aceite lubricante. Una vez caliente el aire, se alimenta a las celdas, donde se encuentran las muestras a ensayar. Para ello, se ha utilizado la estructura de un horno de celdas con velocidades controladas de ventilación, la cual consiste de un recipiente cuadrangular, creando una cámara de acero inoxidable, recubierto de un material refractario para disminuir las pérdidas de calor a los alrededores.



CAPÍTULO 3

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL EQUIPO”.

3.1. Determinación de los parámetros termodinámicos como elementos para el diseño.

Para el diseño de la cámara de envejecimiento acelerado se considera un flujo de aire de 10 lb/h. Para la temperatura del aire que está en contacto con la muestra a ensayar se consideró la temperatura de 150°C, porque es la temperatura recomendada por la norma ASTM D-158. Para la temperatura del aceite lubricante se consideró 10°C mayor que la temperatura del aire. Se considera también la temperatura del aire ambiente de 25°C.

Tabla 3.1. Parámetros establecidos para el diseño. Temperatura del medio ambiente Tamb = 25°C = 77°F

Temperatura de aire frío. (Temperatura promedio del aire ambiente).

tA1 = 25°C = 77°F

Temperatura del aire caliente. (Recomendado por la norma ASTM E-95-1990).

TA2 = 150°C = 302°F

Temperatura del aceite caliente. (De 10 grados de diferencia con el aire).

TL = 160°C = 320°F

Flujo de aire. FA = 10 lb/h

Tabla 3.2. Propiedades del aire (Fluido Frío). Capacidad Calorífica CpA = 0.25 BTU/lb°F

Densidad φA = 0.02718 lb/ft3 Viscosidad μA = 0.023 cpoise

Conductividad Térmica KA = 0.01776 BTU/h ft2(°F/ft) Factor de Incrustación RdA = 0.002 h ft2 °F/BTU

Tabla 3.3. Propiedades del aceite lubricante (Fluido Caliente).

Capacidad Calorífica CpL = 0.51 BTU/lb°F Densidad φL = 46.488 lb/ft3 Viscosidad μL = 1.1 cpoise

Conductividad Térmica KL = 0.069 BTU/h ft2(°F/ft) Factor de Incrustación RdL = 0.001 h ft2 °F/BTU



IV.2. Diseño del serpertín.

Cálculo del calor necesario para calentar al aire a 302°F. QA = FA CpA ΔT QA = (10) (0.25) (302 – 77)

QA = 562.5 h

BTU

Suponiendo un diámetro exterior del serpentín de ½ plg. DE s = ½ plg De la tabla de datos de tubos para condensadores e intercambiadores de calor (ver anexo A), se obtiene: DI s = 0.37 plg

a’lS = 0.1309 ftft 2

a’fS = 0.1076 plg2 Cálculo del área de flujo.

aTs = 144' Sfa

aTs = 1441076.0

aTs = 0.00747 ft2 Cálculo de la masa velocidad de aire.

GTs = ST

A

aF

GTs = 00747.010

GTs = 13382.8996 hft

lb2



Cálculo del Número de Reynolds del aire, dentro del serpentín.

ReA = )42.2()12( A

STSI GDμ

ReA = )42.2)(023.0)(12(

)89969.13382)(37.0(

ReA = 7413.5717 Con el número de Reynolds y de la grafica de coeficientes de transferencia de calor (ver anexo B), se obtiene: J = 140 Cálculo del coeficiente de transferencia de calor referido al diámetro interior.

hio = J ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

SI

A

DK12

3/1

42.2⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

A

AA

KCp μ

Φ0.14

hio = (140) ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ×

37.001776.012

3/1

01776.025.0023.042.2

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ××

(1)

hio = 74.3483 Fhft

BTU2

Cálculo del Número de Reynolds del aceite lubricante, fuera del serpentín.

ReL = L

LNLnμϕ2

ReL = )42.2)(1.1(

)488.46)(15000)(164.0( 2

ReL = 7049.1077 Con el número de Reynolds y de la grafica de coeficientes de transferencia de calor (ver anexo B), se obtiene: J = 135



Cálculo del coeficiente de transferencia de calor referido al diámetro exterior.

ho = J ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

SE

L

DK12

3/142.2

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

L

LL

KCp μ

Φ0.14

ho = (135) ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ×

5.0069.012 3/1

069.051.01.142.2⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ××

(1)

ho = 603.5368 Fhft

BTU2

Corrección por temperatura de pared.

Tw = tm + ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+ hiohoho

(Tm – tm)

Tm = T2 = 160°C = 320°F

tm = 2

21 AA Tt + =

230277 +

= 189.5°F

Tw = 189.5 + ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+ 3483.745368.6035368.603

(320 – 189.5)

Tw = 305.68°F Se obtiene una nueva viscosidad a la nueva Tw con la figura para viscosidades de líquidos (ver anexo F), se tiene: μL = 1.19 cpoise

Φ0.14 = 14.0

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

w

L

aTaT

μμ

= 14.0

19.11.1⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ = 0.9891

Cálculo de ho.

ho = ANTERIOR

ANTERIORNUEVA hoΦ

Φ ))((

ho = 1

)5368.603)(9891.0(

ho = 596.9283 Fhft

BTU2



Tw = 189.5 + ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+ 3483.749283.5969283.596

(320 – 189.5)


Φ0.14 = 14.0

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

w

L

aTaT

μμ

= 14.0

20.11.1⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ = 0.9879

Cálculo de ho.

ho = ANTERIOR

ANTERIORNUEVA hoΦ

Φ ))((

ho = 1

)5368.603)(9879.0(

ho = 596.2294 Fhft

BTU2

Tw = 189.5 + ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+ 3483.742294.5962294.596

(320 – 189.5)


Φ0.14 = 14.0

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

w

L

aTaT

μμ

= 14.0

21.11.1⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ = 0.9868

Cálculo de ho.

ho = ANTERIOR

ANTERIORNUEVA hoΦ

Φ ))((

ho = 1

)5368.603)(9868.0(

ho = 595.5371 Fhft

BTU2



Tw = 189.5 + ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+ 3483.745371.5955371.595

(320 – 189.5)


Φ0.14 = 14.0

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

w

L

aTaT

μμ

= 14.0

21.11.1⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ = 0.9868

Cálculo de ho.

ho = ANTERIOR

ANTERIORNUEVA hoΦ

Φ ))((

ho = 1

)5368.603)(9868.0(

ho = 595.5371 Fhft

BTU2

Como ya no hay variación en los datos obtenidos, se toman los últimos valores como los correctos.

Tabla 3.4. Tabla comparativa de resultados. Tw (°F) μL (cps) Φ0.14 ho (BTU/ft2h°F)

320 1.10 1.0000 603.5368 305.68 1.19 0.9891 596.9283 305.54 1.20 0.9879 596.2294 305.53 1.21 0.9868 595.5371 305.52 1.21 0.9868 595.5371

Cálculo del coeficiente total de transferencia de calor.

Uc = ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+×

hohiohohio

Uc = ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+×

5371.5953483.745371.5953483.74

Uc = 66.0966 Fhft

BTU2



Cálculo del coeficiente de transferencia de calor de Diseño.

hd = LRd

1

hd = 001.01

hd = 1000 Fhft

BTU2

Cálculo del coeficiente total de Diseño.

UD = hdUchdUc

+×

UD = 10000966.6610000966.66

+×

UD = 61.9987 Fhft

BTU2

Se cumple condición de Uc>UD, y UD entra dentro del rango de UDBIB = 5 – 75 ± 10%

Cálculo del área de transferencia de calor.

A = aTD

A

UQΔ

A = )30251.305(9987.61

5.562−

A = 2.5805 ft2 Cálculo de la longitud del serpentín.

L = sla

A´

L = 1309.05805.2

L = 19.7129 ft = 236.5548 plg



Cálculo del número de vueltas del serpentín. Considerando diámetro del serpentín de 13 plg. Suficiente para dejar espacio para las celdas. DS = 13 plg =1.0827 ft Por vuelta = (π)(DS)(a’lS) = (π)(1.0827)(0.1309) = 0.4452 ft2

NV = vueltaPorA =

4452.05805.2

= 5.79 vueltas.

Material seleccionado para el serpentín es acero inoxidable T-304. En la figura 3.1 se muestra el serpentín y sus medidas.

Fig.3.1 Serpentín, vista por arriba y de lado.



3.3. Dimensionamiento de la cámara.

Geometría de la Cámara (Lado). Espacio ocupado por los cilindros = (diámetro de los cilindros) (No. Cilindros) = (1.50plg) (4) = 6.0 plg Espacio ocupado por el serpentín = (diámetro del serpentín) (2 lados) = (0.50plg) (2) = 1.0 plg Espacio ocupado entre la pared y el serpentín = (distancia) (2 lados) = (1.2 plg)(2) = 2.4 plg Espacio ocupado entre el serpentín y los dos cilindros = (distancia) (2 lados) = (1.2plg) (2) = 2.4 plg Espacio ocupado entre los cilindros = (distancia) (2 lados) = (0.8 plg) (2) = 1.6 plg Espacio ocupado entre las hileras de los cilindros = 1.6 plg Total = 15.00 plg Ajustando Lr =15.748 plg En la figura 3.2 se muestra la cámara en vista de lado con algunas medidas faltantes.

Fig.3.2 Vista de lado de la cámara de envejecimiento.



Geometría de la cámara (Altura). Distancia entre en techo de la cámara y la base de los cilindros = 11.811 plg Altura del divisor del flujo de aire = 1.2 plg Distancia entre el divisor del flujo de aire y las propelas = 0.8 plg Distancia entre las propelas y el fondo de la cámara = 0.8 plg Altura de la propela = 0.443 plg Total = 15.054 plg Ajustando Lr = 15.748 plg En la figura 3.3 se muestra la cámara en vista frontal con algunas medidas faltantes.

Fig.3.3 Vista frontal de la cámara de envejecimiento.



3.4. Cálculo y selección del agitador mecánico.

La selección del tipo de agitador se hace en base a la viscosidad del aceite lubricante y tomando en cuenta la velocidad de agitación. (Monter G,M.,1978)

Por lo tanto se elige un agitador de tres aspas, mostrado en la figura 3.4.

Fig.3.4 Agitador de tres aspas.

Cálculo de la longitud de las aspas montadas en el disco central. Ln = (0.125)(Lr) Ln = (0.125)(15.748) Ln = 1.9685 plg = 0.164 ft



N = 250 R.P.M ; seleccionada en la tabla de velocidades más comunes para aspas (ver anexo D), en base a la viscosidad del aceite lubricante.

N = 15000 h

rev = 4.1666 RPS

Material en contacto con el aceite lubricante: Acero Inoxidable T – 304. Cálculo del diámetro del agitador.

Da = ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

55.31

Lr

Da = ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

55.31

(15.748)

Da = 4.436 plg Se considera la distancia del fondo del tanque a las aspas de 2 plg. Suficiente para evitar choque de las aspas con el fondo del recipiente y con el divisor del flujo de aire. Cálculo del ancho de las aspas.

Ap = ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

8.21

(Da)

Ap = ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

8.21

(4.436)

Ap = 1.58 plg Cálculo de la longitud de las aspas.

La = ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

2.21

(Da)

La = ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

2.21

(4.436)

La =2.0 plg



Cálculo de la altura de las aspas.

Aa = ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛101

(Da)

Aa = ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛101

(4.436)

Aa =0.443plg Aa = 1.125cm Se considera altura del aceite lubricante de 4 plg menos que la altura del recipiente, altura suficiente para cubrir el serpentín. hL = 15.648 – 4.0 hL = 11.648 plg Con el Número de Reynolds del aceite lubricante (ReL = 7049.1077) y de las curvas de potencia (ver anexo G), se obtiene: Np = 1.1 Cálculo de la potencia del agitador.

HP = 17750

))()()(( 53aL ANNp ϕ

HP = 17750

)125.1)(1666.4)(488.46)(1.1( 53

HP = 0.3755 Ajustando al comercial HP = 0.5



3.5. Dimensionamiento del divisor de flujo de aire.

La conexión de este dispositivo con el serpentín se considera como el diámetro interior del serpentín. La conexión con las celdas se considera como el diámetro interior de las celdas. Se consideran también las ocho celdas. Cabe mencionar que este dispositivo se fabricó de acero inoxidable T-304. En la figura 3.5 se muestra la imagen del divisor de flujo de aire y las medidas que tiene.

Fig.3.5 Divisor del flujo de aire, vista por arriba y de lado.



En la figura 3.6 se muestra el divisor de flujo de aire en una imagen en tres dimensiones, con sus respectivas medidas.

Fig. 3.6 Divisor del flujo de aire en tres dimensiones.



3.6. Cálculo y selección del medio de calentamiento.

Cálculo de la masa necesaria de aceite. Volumen ocupado por el aceite en el recipiente. Vaceite = Vhorno – Vceldas – Vdivisor - Vserpentín Vhorno = 15.648 × 15.648 × 11.648 = 2852.2 plg3 Vceldas = (π/4)(DEc 2)(H) = (π/4)(1.52)(11.648) = 20.6 plg3 Vdivisor = [(5.94 × 1.6 × 1.2) 4] + [10 × 1.2 ×1.7] = 66.0192 plg3 Vserpentín = (π/4)(DEs 2)(L) = (π/4)(1.52)(236.5548) = 418.0268 plg3 Vaceite = 2852.2 – 20.6 – 66.0192 – 418.0268 Vaceite = 2347.554 plg3 = 1.3585 ft3 Waceite = Vaceite × φL

Waceite = (1.3585)(46.488) Waceite = 63.1557 lb Cálculo del calor necesario para calentar el aceite a 160°C. QL = Waceite CpL (TL – Tamb) QL = (63.1557)(0.51)(320 – 77) QL = 7826.8859 BTU = 2293.7097 W-h Se selecciona el medio de calentamiento. Se utilizará una resistencia del tipo calentador por inmersión. Las especificaciones del calentador se muestran en la tabla 3.5.



El calentador seleccionado es un calentador de aceite. Material: Cubierta de acero. Capacidad del calentador: 3000 W-h (Inmediato superior comercial). Voltaje requerido: 115 V. Este tipo de calentador de resistencia eléctrica se muestra en la figura 3.7 con sus elementos comunes.

Fig.3.7 Calentador por inmersión.

(D. Q. Kern.,1999)



3.7. Cálculo del espesor del recipiente.

Volumen ocupado por el aceite lubricante en el recipiente. VL = Lr × Lr × hL

VL = 1.3123 × 1.3123 × 0.9842 VL = 1.6951 ft3 Volumen de diseño del recipiente. VD = Lr × Lr × Lr VD = 1.3123 × 1.3123 × 1.3123 VD = 2.2601 ft3 Cálculo del porcentaje de volumen ocupado por el aceite lubricante en el recipiente.

%VL = 100×D

UTIL

VV

%VL = 1002601.26951.1

×

%VL = 75% Expresándolo en fracción de volumen ocupado por el aceite lubricante en el recipiente.

LVη = 0.75

Para este calculo se considera la presión atmosférica que existe en la Ciudad de México. PATM = 585 mmHg

PATM = 11.3121 2lgplb



Cálculo de la presión de operación.

Pop = PATM + ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ ××

144LrV L

Lϕη

Pop = 11.3121 + ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ××

144488.463123.175.0

Pop = 11.6297 2lgplb

Cálculo de la presión de diseño. PD = (1.1) Pop PD = (1.1) (11.6297)

PD = 12.7927 2lgplb

Cálculo del espesor. Para este cálculo se consideraron los siguientes datos, para placas de acero inoxidable T – 304. (D. Q. Kern.,1999)

S = 16000 2lgplb

E = 0.80 C = 1/8” = 0.0104’ para fluidos no corrosivos.

t = CPSE

LP

D

rD +− 2.12

t = 0104.0)7927.12)(2.1()80.0)(16000)(2(

)3123.1)(7927.12(+

−

t = 0.01114 ft t = 0.1326 plg



Ajustando al espesor comercial. tCOM = ¼ plg tCOM = 0.0208 ft En la figura 3.8 se muestra el recipiente de la cámara de envejecimiento acelerado y sus medidas calculadas anteriormente.

Fig.3.8 Recipiente con sus medidas.



3.8. Cálculo y selección del aislante térmico.

Selección del aislante. Tomando en cuenta la temperatura del aceite lubricante, se elige utilizar placas semirígidas de fibra de vidrio como aislante térmico (RF-4000). La fibra de vidrio consiste en pequeños y delgados filamentos que son aglutinados con una resina de tipo fenólico y presentan las siguientes características:

a) Máxima eficiencia térmica, lo cual se traduce en menores espesores y menor costo.

b) Incombustibles, lo cual evita accidentes y grandes pérdidas. c) Elasticidad, propiedad de la fibra de vidrio que hace que ocupe plenamente los

espacios, sin dejar huecos sin aislar. d) Dimensionalmente estables, no se deforman, alargan, contraen o agrietan. e) Inorgánicos, lo cual les da su larga duración, ya que no producen hongos o

bacterias. f) No favorecen la corrosión del cobre, acero o aluminio. g) Fácil de instalar y manejar. h) Son económicos. i) Pueden empalmarse para formar el espesor requerido.

Las propiedades físicas más importantes para placas semirígidas se muestran en la tabla 3.5 y 3.6.

Tabla 3.5.Propiedades físicas de placa semirígida de fibra de vidrio. (Garcia C, S.,1990)

Densidad (Kg/cm3) 16 24 32

Conductividad térmica (Kcal/hm2)

0.034 0.030 0.029

Rango de temperatura de servicio (°C)

-84 a 232

Absorción de humedad Menos de 0.2% por volumen, durante 96 hrs. a 49°C

Tabla 3.6.Rango de espesores de placas semirígidas de fibra de vidrio. (Garcia C, S.,1990)

Material Espesores (cm) RF-4000 2.7 a 12.7 RF-4150 2.5 a 11.4 RF-4200 2.5 a 8.9



Selección del espesor del aislante térmico. La selección del espesor del aislante térmico se realizó en base a lo recomendado por la siguiente tabla:

Tabla 3.7.Espesores recomendados para placas semirígidas de fibra de vidrio.(Garcia C,S.,1990)

Temperatura de operación (°C)

Espesor recomendado (cm)

Espesor recomendado (plg)

Pérdida de calor (kcal/hr m)

Hasta 65 1.905 ¾ 58.21 66 a 93 2.540 1 75.09 94 a 149 3.810 1 ½ 99.54 150 a 204 6.350 2 ½ 86.58 205 a 232 7.620 3 83.41

Analizando la tabla 3.7 y en base a la temperatura del aceite lubricante se elige utilizar un espesor de material aislante de 1 ½ plg (3.81 cm).

3.9. Cálculo y selección de las celdas. Cálculo de las celdas. Se sabe que el diámetro exterior de las celdas es: DEc = 1½ plg. De la tabla de datos de tubos para condensadores e intercambiadores de calor (ver anexo A), se obtiene: DIc = 1.37 plg

a’lc = 0.3925 ftft 2

a’fc = 1.47 plg2 Cálculo del área de flujo.

aTc = 144

' fa

aTc = 144

47.1

aTc = 0.01021 ft2



Cálculo de la masa velocidad. Considerando que el flujo total de aire se divide entre los ocho celdas de la cámara.

Fc = 8

AF

Fc = 8

10

Fc = 1.25 hlb

GTc = T

A

aF

GTc = 01021.0

25.1

GTc = 122.4289 2hftlb

Cálculo de la velocidad en las celdas.

V = 3600×δTcG

V = )3600)(027.0(

4289.122

V = 1.2595 sft

V = 23.0337 minm

, Por lo tanto la velocidad entra dentro de la velocidad

recomendada por la norma ASTM, para hornos de baja velocidad. La altura mínima de las celdas recomendada por la norma ASTM es de 30 cm (11.811 plg), por lo que la altura total de las celdas se considera los treinta centímetros más el espesor de la pared del recipiente y el espesor del aislante térmico. hc = 11.811 + t + e hc = 30 + 0.25 + 1.5 hc = 13.561 plg



En la figura 3.9 se muestra una imagen de las celdas y sus dimensiones utilizadas para el diseño de la cámara de envejecimiento acelerado.

Fig.3.9 Celda vista por arriba y de lado.



4.10. Cálculo y selección del compresor de aire.

Se selecciona un compresor de pistón ya que ofrecen una gran flexibilidad en rango operacional, manejan menor caudal a altas presiones, tiene mayor eficiencia adiabática y menor coste de potencia, son menos sensible a cambios en la composición del gas, ofrecen bajos requerimientos de mantenimiento, el rendimiento del compresor supera el 50% en una amplia gama de capacidad media de suministro y el consumo de energía es muy bajo.

FA = 10 hlb

= 173.661 minlt

Considerando pérdidas de un 40%.(Richard W,G.,1996)

FA = (173.661)(1.4) = 243.124minlt

= 8.5847 min

3ft

Presión de salida recomendada (6-9 bar) para flujos de aire no muy grandes, (180-500 lt/min) y considerando el diámetro de la tubería de descarga (Richard W,G.,1996). Se selecciona una presión de operación (P2) de 8 bar.

Considerando presión atmosférica (P1) de 585mmHg = 11.3120 2lgplb

(presión

atmosférica de la Ciudad de México). P1 = 0.78 bar. Los cálculos serán por el método politrópico. (Richard W,G.,1996) Se obtiene el dato del exponente politrópico de presión-volúmen del aire. n = 1.434 Cálculo de la relación de presiones.

r = 1

2

PP

r = 78.08

r = 10.2564



Cálculo de la relación de volúmenes.

Vr = n

PP

1

1

2⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

Vr = 434.11

78.08

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

Vr = 5.0701 Cálculo de la carga politrópica.

Hpoli = ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

−− 1111 n

n

r

nn

Rt

Hpoli = ⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡−⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡−

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

1)2564.10(434.1/)1434.1()3.53)(537( 434.1

1434.1

Hpoli = 96738.7 lb

lbft ⋅

De la tabla de valores aproximados de rendimientos (ver anexo I), se considera la eficiencia politrópica de 75% (npoli = 75%). Cálculo de la potencia del compresor.

HPC = ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

poli

poli

nFH

RtP

33000144

1

1

HPC = ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛)75.0)(33000(

)7.96738)(5847.8()537)(3.53(

)3120.11)(144(

HPC = 1.9086 HP HPComercial = 2.0 HP En la figura 3.10 se presentan las especificaciones del compresor de aire, y en la figura 3.11 se muestra las dimensiones del mismo.



Fig.3.10 Especificaciones del compresor.

(www.pegasocompresores.com...,2007)

Fig.3.11 Dimensiones del compresor.

(www.pegasocompresores.com...,2007)

Con cilindro de hierro fundido para alargar su duración, colector de aluminio para óptima refrigeración de aire comprimido.

3.11. Selección del filtro de aire. En la figura III.12 se muestra una hoja de especificaciones de filtros para aire, en base a esa lista se hizo la selección del filtro para aire adecuado. Se tomó como base de selección, el flujo de aire manejado, la conexión que tiene el filtro con la tubería y la presión máxima de operación.



Fig.3.12 Hoja de especificaciones técnicas de filtros para aire.

(www.kaizer.com...,2007) En base a esta lista de especificaciones se seleccionó filtro grado 64 ya que cumple con las especificaciones establecidas.

3.12. Selección del secador de aire. En la figura 3.13 se muestra una hoja de especificaciones de secadores de aire, en base a esa lista se hizo la selección del secador de aire adecuado. Al igual que el filtro para aire, el secador de aire se seleccionó en base al flujo de aire manejado, la conexión que tiene el filtro con la tubería y la presión máxima de operación.



Fig.3.13 Especificaciones técnicas para secadores de aire.

(www.hymperdryer.com...,2007) Analizando la hoja de especificaciones se escogió el modelo HM017 ya que cumple con las especificaciones deseadas.

3.13. Selección de los instrumentos adicionales del equipo. Válvula de compuerta. En el equipo se instaló una válvula de compuerta (Fig 3.14), la cual permite el paso al flujo de aire hacia al serpentín. La válvula está construida de acero al inoxidable 316 su característica principal es abre o cierra totalmente (Fig 3.15).

Fig.3.14 Válvula de compuerta.



Fig.3.15 Válvula de compuerta abierta y cerrada.

Las especificaciones técnicas de este tipo de válvula son: Uniones soldadas. Material: Acero inoxidable 316. Presión máxima de operación: 6000 psi Temperatura de operación: -10°C a 230°C Las dimensiones de la válvula de aguja se muestran en la figura 3.15.

Fig.3.15 Dimensiones de la válvula de compuerta.

(www.potenciafluida.com...,2007)



Instrumento de medición de la temperatura. El instrumento indicador con el que se cuenta es el termopar aeropak compacto, con ambos elementos encapsulados en cerámica, tipo K Cromel-Alumel, calibre 20 con funda de acero inoxidable. Algunas de sus características se presentan en la tabla 3.10.

Tabla 3.10 Características del termopar tipo K. Cromel 90% Ni, 10% Cr Alumel 95% Ni, 2% Al, 3% Mn

Sensibilidad 0.041 milivolts/°C Región de temperaturas -200°C a 1200°C

Diámetro exterior 5/16 plg Largo 15 plg

El alambre de cromel funciona como conductor positivo y el alambre de alumel como conductor negativo.

3.14. Dimensionamiento de las portamuestras. Tomando en cuenta el diámetro interior de cada celda, el cual es de 1.37 pulgadas, se tiene que las portamuestras serán de un largo de 0.8 pulgadas y de ancho de 0.8 pulgadas, la altura será de 6 pulgadas, esto para colocar las muestras de prueba aproximadamente a la mitad de cada celda. Las portamuestras no son soldadas a la cámara, esto para poder ser retiradas y limpiadas además de ser más fácilmente manejables. El material de construcción de las portamuestras es de acero inoxidable T-304, con un total de ocho ejemplares, uno por cada celda. Este tipo de equipo se muestra en la figura 3.16, también se muestra las dimensiones antes señaladas.

Fig.3.16 Portamuestra y sus dimensiones.



3.15. Imágenes de la cámara de envejecimiento acelerado construida.

En las figuras 3.17, 3.18 y 3.19, muestran fotografías de la cámara de envejecimiento acelerado ya construida.

Fig.3.17 Fotografía de la cámara de envejecimiento ya construida, se

muestra el divisor del flujo de aire, el serpentín y las celdas.

Fig.3.18 Fotografía de la cámara de envejecimiento acelerado, se muestran

las paredes de la cámara, y las celdas.



Fig.3.19 Fotografía de la cámara de envejecimiento acelerado, se muestra

el serpentín y las celdas.



CAPÍTULO 4

“APLICACIÓN Y RESULTADOS”. Para hacer la determinación del tiempo real de intemperismo simulado por la cámara se utilizó el método de perdida de peso de muestras iguales de PVC flexible. Se dejaron muestras a envejecer al intemperie por 8760 horas, o un año, tomando los pesos de la muestra, al inicio de la prueba y después cada 30 días hasta completar los 365 días, de igual manera se metieron muestras a la cámara a diferentes temperaturas en un rango de 50 a 150°C, por un periodo de 3 horas, analizando cada media hora el peso de la muestra, con los datos obtenidos se puede construir una gráfica en la cual se muestra el tiempo trascurrido y el porcentaje de pérdida de peso por las muestras. Prueba realizada al ambiente. Los datos obtenidos de esta prueba se presentan en la tabla 4.1.

Tabla 4.1 Datos obtenidos de la prueba al ambiente. W (%) Θ (h)

0 0 0.2611 720 0.3692 1440 0.4522 2160 0.5221 2880 0.5837 3600 0.6395 4320 0.6907 5040 0.7384 5760 0.7831 6480 0.8255 7200 0.8658 7920 0.9106 8760

Graficando los valores de la tabla 4.1 en la figura 4.1.



0100020003000400050006000700080009000

10000

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Porcentaje de pérdida de peso

Tiem

po tr

ansc

urri

do e

n ho

ras

Fig.4.1 Gráfica de los datos obtenidos en la prueba al ambiente.

Analizando estos datos se puede notar que la gráfica presenta una curva, cuya ecuación es la siguiente:

Θ = aW2 (ec. 4.1)

Despejando la constante “a”.

a = 2WΘ

(ec. 4.2)

Teniendo los datos de (x,y) se puede calcular el valor de la constante “a”. Estos valores se representan en la tabla 4.2.

Tabla 4.2 Valores calculados de la constante “a”. W (%) Θ (h) Constante “a” 0.2611 720 10561.3334 0.3692 1440 10564.2606 0.4522 2160 10563.1302 0.5221 2880 10565.3795 0.5837 3600 10566.3043 0.6395 4320 10563.3738 0.6907 5040 10564.5651 0.7384 5760 10564.2606 0.7831 6480 10566.7287 0.8255 7200 10565.7016 0.8658 7920 10565.4991 0.9106 8760 10564.3889



aprom = 10564.4967

Teniendo la constante “a”, la ecuación 4.1 se puede expresar como sigue:

Θ = 10564.4967 W2 (ec. 4.3) Por lo tanto en un año (8760 horas) al intemperie, la muestra pierde 0.9106% de su peso inicial. Prueba realizada a 50°C. Los datos obtenidos en la experimentación se representan en la tabla 4.3.

Tabla 4.3 Datos obtenidos de la experimentación a 50°C. W (%) Θ (h)

0 0 0.3657 0.5 0.5172 1 0.6334 1.5 0.7314 2 0.8177 2.5 0.8958 3 0.9676 3.5




0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2


Tiem

po tr

ansc

urri

do e

n ho

ras

Fig.4.2 Gráfica de los datos obtenidos en la prueba realizada a 50°C.

De la ecuación IV.2.

a = 2WΘ

Y teniendo los datos de (Θ,W) se puede calcular el valor de la constante “a”. Estos valores se presentan en la tabla 4.4.

Tabla 4.4 Valores calculados de la constante “a”. W (%) Θ (h) Constante “a” 0.3657 0.5 3.7387 0.5172 1 3.7384 0.6334 1.5 3.7388 0.7314 2 3.7387 0.8177 2.5 3.7389 0.8958 3 3.7385 0.9676 3.5 3.7383

aprom = 3.7386




Θ = 3.7386 W2 (ec. 4.4) Teniendo la ecuación 4.4, se puede calcular el tiempo en el que la cámara se tardará en simularan el envejecimiento de una muestra sometida al medio ambiente. Si W=0.9106%, Θ=? Θ = 3.7386 × 0.91062 Θ = 3.1 horas Esto quiere decir que se necesitan 3.1 horas, para que la cámara a una temperatura de 50°C degrade al polímero de la misma forma que lo degrada el medio ambiente en un año. Es decir, si dejamos un año al polímero en la intemperie, la cámara lo degrada igualmente en 3.1 horas a una temperatura de 50°C. Prueba realizada a 60°C. Los datos obtenidos en la experimentación se presentan en la tabla 4.5.


0 0 0.3781 0.5 0.5347 1 0.6549 1.5 0.7562 2 0.8455 2.5 0.9262 3




0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1


Tiem

po tr

ansc

urrid

o en

hor

as


De la ecuación 4.2.

a = 2WΘ


Tabla 4.6 Valores calculados de la constante “a”. W (%) Θ (h) Constante “a” 0.3781 0.5 3.4975 0.5347 1 3.4977 0.6549 1.5 3.4974 0.7562 2 3.4975 0.8455 2.5 3.4971 0.9262 3 3.4971

aprom = 3.4974




Θ = 3.4974 W2 (ec. 4.5) Con la ecuación 4.5, se puede calcular el tiempo en el que la cámara se tardará en simularan el envejecimiento de una muestra sometida al medio ambiente. Si W=0.9106%, Θ =? Θ = 3.4974 × 0.91062 Θ = 2.9 horas Esto quiere decir que se necesitan 2.9 horas, para que la cámara a una temperatura de 60°C degrade al polímero de la misma forma que lo degrada el medio ambiente en un año. Es decir, si dejamos un año al polímero en la intemperie, la cámara lo degrada igualmente en 2.9 horas a una temperatura de 60°C. Prueba realizada a 70°C. Los datos obtenidos en la experimentación se presentan en la tabla 4.7.


0 0 0.3919 0.5 0.5542 1 0.6787 1.5 0.7837 2 0.8762 2.5 0.9598 3




0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2


Tiem

po tr

ansc

urrid

o en

hor

as



a = 2WΘ



aprom = 3.2562






0 0 0.4072 0.5 0.5759 1 0.7054 1.5 0.8145 2 0.9106 2.5 0.9975 3




0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2


Tiem

po tr

ansc

urrid

o en

hor

as



a = 2WΘ



aprom = 3.0149






0 0 0.4246 0.5 0.6004 1 0.7354 1.5 0.8491 2 0.9494 2.5 1.0399 3




0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2


Tiem

po tr

ansc

urrid

o en

hor

as



a = 2WΘ



aprom = 2.7738






0 0 0.4444 0.5 0.6284 1 0.7696 1.5 0.8886 2 0.9935 2.5 1.0884 3




0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

porcentaje de pérdida de peso

Tiem

po tr

ansc

urrid

o en

hor

as



a = 2WΘ



aprom = 2.5326






0 0 0.4553 0.5 0.6439 1 0.7886 1.5 0.9106 2 1.0181 2.5 1.1153 3




0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

porcentaje de pérdida de peso

Tiem

po tr

ansc

urrid

o en

hor

as



a = 2WΘ


Tabla 4.14 Valores calculados de la constante “a”. x=Porcentaje de pérdida de peso

Y=Tiempo trascurrido en horas

Constante “a”

0.4553 0.5 2.4120 0.6439 1 2.4119 0.7886 1.5 2.4120 0.9106 2 2.4120 1.0181 2.5 2.4118 1.1153 3 2.4117



aprom = 2.4119




0 0 0.4671 0.5 0.6606 1 0.8091 1.5 0.9342 2 1.0445 2.5 1.1442 3




0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4


Tiem

po tr

ansc

urrid

o en

hor

as



a = 2WΘ





aprom = 2.2914




0 0 0.4799 0.5 0.6787 1 0.8313 1.5 0.9598 2 1.0731 2.5 1.1756 3




0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4


Tiem

po tr

ansc

urrid

o en

hor

as



a = 2WΘ


Tabla 4.18 Valores calculados de la constante “a”. W (%) Θ (h) Constante “a” 0.4799 0.5 2.1710 0.6787 1 2.1709 0.8313 1.5 2.1706 0.9598 2 2.1710 1.0731 2.5 2.1709



1.1756 3 2.1704

aprom = 2.1708




0 0 0.4938 0.5 0.6984 1 0.8553 1.5 0.9877 2 1.1043 2.5 1.2097 3




0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4


Tiem

po tr

ansc

urrid

o en

hor

as



a = 2WΘ


Tabla 4.20 Valores calculados de la constante “a”. W (%) Θ (h) Constante “a” 0.4938 0.5 2.051 0.6984 1 2.050 0.8553 1.5 2.051 0.9877 2 2.049



1.1043 2.5 2.050 1.2097 3 2.049

aprom = 2.050




0 0 0.5091 0.5 0.7199 1 0.8817 1.5 1.0181 2 1.1382 2.5



1.2468 3 Graficando los valores de la tabla 4.21 en la figura 4.12.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4


Tiem

po tr

asnc

urrid

o en

hor

as



a = 2WΘ


Tabla 4.22 Valores calculados de la constante “a”. W (%) Θ (h) Constante “a” 0.5091 0.5 1.9292 0.7199 1 1.9295 0.8817 1.5 1.9295



1.0182 2 1.9298 1.1382 2.5 1.9297 1.2468 3 1.9299

aprom = 1.9296


Θ = 1.9296 W2 (ec. 4.14) Con la ecuación 4.14, se puede calcular el tiempo en el que la cámara se tardará en simularan el envejecimiento de una muestra sometida al medio ambiente. Si W=0.9106%, Θ =? Θ = 1.9296 × 0.91062 Θ = 1.6 horas Esto quiere decir que se necesitan 1.6 horas, para que la cámara a una temperatura de 150°C degrade al polímero de la misma forma que lo degrada el medio ambiente en un año. Es decir, si dejamos un año al polímero en la intemperie, la cámara lo degrada igualmente en 1.6 horas a una temperatura de 150°C. Con los datos calculados en cada prueba se construye una gráfica, que es la gráfica de la cámara de envejecimiento acelerado (Fig 4.13), en ella se grafica la temperatura en grados centígrados contra el tiempo de exposición de la muestra en la cámara, para simular un año al intemperie, los datos obtenidos se presentan en la tabla 4.25.

Tabla 4.25 Datos obtenidos de los cálculos de la experimentación.

Temperatura °C Tiempo de exposición de la muestra en

la cámara, para simular un año al intemperie. (horas)

50 3.1 60 2.9 70 2.7



80 2.5 90 2.3 100 2.1 110 2.0 120 1.9 130 1.8 140 1.7 150 1.6

Esta gráfica nos proporciona información acerca de cuanto tiempo se debe dejar la muestra a envejecer para simular un año de envejecimiento en la intemperie, para ello es necesario conocer la temperatura a la que se va a realizar la prueba deseada de envejecimiento acelerado. La temperatura seleccionada para realizar la prueba de envejecimiento acelerado, dependerá de la temperatura de transición vítrea del polímero que se desee analizar, es recomendable que las pruebas que se realicen a cierta polímero se hagan entre 10 y 20 grados centígrados debajo de la temperatura de transición vítrea, esto para evitar que el polímero pase al estado viscoelástico, en el cual el polímero es parecido a una goma y puede fluir y caerse de la portamuestras, por lo cual el experimento no será útil. A continuación se muestra la tabla 4.26, algunos polímeros y su temperatura de transición vítrea (Tg).

Tabla 4.26 Temperatura de transición vítrea de polímeros más comunes. Polímero Tg °C

Polietilen tereftalato (PET) 80 Polietileno de baja densidad (LDPE) 60 Poletileno de alta densidad (HDPE) 90 Poliestireno (PS) 100 Policloruro de vinilo (PVC) 80 Polipropileno (PP) 70 Polimetilmetacrilato (PMMA) 60 Poliacrilonitrilo (PA) 87 Policarbonato (PC) 152



Los polímeros cristalinos presentan temperatura de fusión cristalina (Tm), igualmente es recomendado realizar las pruebas de 10 a 20 grados centígrados por debajo de la temperatura de fusión cristalina. Igualmente se presenta la tabla 4.27, algunos polímeros y su Tm.

Tabla 4.27 Temperatura de fusión de algunos polímeros. Polímero Tm °C

Acrilonitrilo Butadieno Estireno (ABS) 190 Poliéter (PE) 235 Policloruro de vinilideno 215 Poliacetal 175 Nylon 6 225 Nylon 6,6 260 Nylon 6,10 215 Nylon 11 185



Fig.

4.13.G

ráfic

a de O

pera

ción

de la

Cám

ara d

e En

vejec

imien

to A

celer

ado

00.

511.

522.

533.

5

050

100

150

200

Tem

pera

tura

°C

Tiempo de exposición de la muestra en la

cámara, para simular un año al intemperie



Ejemplo de uso de la figura 4.13, gráfica de operación de la cámara de envejecimiento acelerado. Se desea conocer las propiedades que tendrá un polímero de Polietileno de alta densidad (HDPE), en diez años, ¿Cuánto tiempo y a que temperatura se debe de someter la muestra en la cámara de envejecimiento acelerado?

1. Seleccionar la temperatura a la que se va a realizar la prueba. Como se trata de un polietileno de alta densidad (HDPE), de la tabla 4.26 se obtiene su temperatura de transición vítrea, que es de 90°C. Para realizar la prueba se elige realizarla 20°C menor a la temperatura de transición vítrea, por lo que la temperatura a la que se realizará la prueba es de 70°C.

2. De la figura 4.13 y con la temperatura de 70°C, se lee, el tiempo que requiere la cámra de envejecimiento acelerado para simular un año de intemperismo. Esto se representa en la figura 4.14.

Gráfica de Operación de la Cámara de Envejecimiento Acelerado

00.5

11.5

22.5

33.5

0 50 100 150 200

Temperatura °C

Tiem

po d

e ex

posi

ción

de

la m

uest

ra e

n la

cá

mar

a, p

ara

sim

ular

un

año

al i

ntem

perie

Fig.4.14 Lectura de la gráfica utilizada en el ejemplo.

De la gráfica anterior se puede leer que el tiempo requerido por la cámara para simular un año de intemperismo a 70°C es de:



Tiempo = 2.7 horas. Como se desea que la muestra sea envejecida por 10 años, se tiene que: Tiempo total = (2.7 horas)(10) Tiempo total =27 horas. Esto quiere decir que para simular 10 años en la intemperie la cámara de envejecimiento acelerado requerirá de 27 horas a 70°C, este es el tiempo que se dejará la muestra en la cámara para simular el envejecimiento requerido.



CONCLUSIONES Este trabajo da a conocer que son las cámaras de envejecimiento acelerado y las diferentes tipos que existen, su principio de funcionamiento y las pruebas que se pueden realizar en ellas, además los diferentes usos que tienen. Se diseñó una cámara de envejecimiento acelerado y todas las partes de las que está constituida que son el serpentín, las celdas, el compresor, el agitador, el divisor del flujo de aire, el aislante térmico, las portamuestras y el recipiente. Todos estos equipos son indispensables para el funcionamiento del prototipo presentado en este trabajo. Se construyo la cámara de envejecimiento acelerado para realizar pruebas con diferentes polímeros. Las pruebas de envejecimiento se pueden realizar a una temperatura mínima de 50°C y una temperatura máxima de 150°C, bajo un flujo constante de aire de 4.54 kg/h (10 lb/h). La construcción de cámaras de envejecimiento es importante porque permiten conocer las propiedades que tendrán las muestras a ensayar en un largo plazo, para conocer a un corto plazo, como se desarrollan estas propiedades en las condiciones ambientales naturales a las que pueden estar expuestos los materiales antes señalados, y resulta conveniente ya que así se puede tener una idea clara de las propiedades con que van a contar el polímero a ensayar y estimar un tiempo de vida útil, cuidando el tema del deterioro al medio ambiente. El aire utilizado para realizar las pruebas de envejecimiento acelerado es obtenido del medio ambiente, por lo que tiene contenidos varios compuestos como pueden ser polvo, partículas de aceite y humedad, los cuales son filtrados y secados para evitar la contaminación de la muestra a ser ensayada. Para ello se cuenta con un filtro y secador, instalados después del compresor. Para realizar las pruebas, la norma ASTM E-95 recomienda realizarlas a una humedad de aire constante. Se sabe que la humedad relativa del aire en la ciudad de México es alrededor de 35%, está humedad depende de la presión, la altitud con respecto al mar y la temperatura del aire, es por eso que este dato puede variar. Con el secador instalado en la cámara de envejecimiento acelerado, se podrá alcanzar una humedad relativa máxima de 2%, con lo que se puede concluir que el aire utilizado está casi seco. Se realizaron distintas pruebas en cámara a diferentes temperaturas desde 50°C y cada 10°C hasta 150°C, esto para determinar el tiempo real de intemperismo simulado por la cámara. Con los datos obtenidos de las experimentaciones, se construyó una gráfica, que es la gráfica de operación de la cámara, la cual nos permite conocer el tiempo que se debe dejar una muestra a ensayar a una temperatura conocida, para simular o acelerar el envejecimiento de un año al intemperie.



RECOMENDACIONES

Sería recomendable instalar un sistema integral para la medición de la temperatura del aire, ya que es difícil de ajustar la temperatura deseada, sin que existan variaciones. A este prototipo se puede acondicionar algún otro elemento que permita simular diferentes condiciones ambientales con objeto de simular otros fenómenos atmosféricos adversos para los materiales, como ejemplo, se pueden instalar lámparas de radiación ultravioleta, para simular el envejecimiento solar, combinado con el envejecimiento por temperatura.



REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Análisis de Equipos, (marzo 2007) http://www.aidico.es/maqueta2.php?pagina=260&cat_id=7&idioma=1 Bancos de Ensayo. (febrero 2007) http://www.controltecnica.com/c/equipos/productos/equipos-proyectos/2.htm Cámaras, (febrero 2007) http://www.figursa.com/camaras.php Contenido de Laboratorio, (marzo 2007) http://www.telproce.com/CONTENIDOS/LABORATORIOS/CamaraClimatica.html Desempeño de Cámaras o Cuartos Climáticos. (marzo 2007) http://www.aitex.es/frames/textilesTecnicos/automocion.htm Dombey S., (marzo 2002) Cámara Climática Para el Ensayo de Emisiones de Formaldehído en Tableros. Revista de Plástico Moderno. Vol.69. Núm.529, Págs. 190-193. Donald Q. Kern., (1999) Procesos de Transferencia de Calor, Trigésima Primera Reimpresión, Editoral CECSA. Ensayos Ambientales, (marzo 2007) http://www.ibertest.com/es_enam1.htm Equipos de Simulación, (enero 2007) http://www.ineltec.es/cas/estructura.htm Escoger Producto, (junio 2007) http://www.pegasocompresores.com/index.php?page=shop.browse&category_id=7&option=com_virtuemart&Itemid=1 Espinosa B. A., Gaytán M. A., Jasso C.D., Martínez A. J., Dosis de Nitrógeno y Número de Riesgos en el Rendimiento y Calidad de la Semilla de Algodón. Revista Fitotecnia Mexicana. Vol. 26, Págs. 95-99. Fabricación de Cámaras de Envejecimiento Acelerado, (febrero 2007) http://www.dycometal.com/images/DESCARGAS/01-dycometal_general.pdf Garcia Carrizosa Sergio Evaristo, Muñoz Cruz Mario, (1990) Selección, Cálculo e Instalación de Aislantes Térmicos, Tesis Profesional, ESIQIE, IPN. México D.F. Ingeniería y Sistemas, (febrero 2007) http://www.aries.com.es/industrial/detalle.jsp?c1=10&c2=226&id=226&cn1=Ensayos+clim%E1ticos&cn2=C%E1maras+clim%E1ticas



Monter García Marcelino, (1978) Selección y Cálculo de agitadores, Tesis Profesional, ESIQIE, IPN. México D.F. NORMA ASTM E-95., (1990) Cell-Type Oven With Controlled Rates of Ventilation. Perry Robert H., Green Don W., Maloney James O., (2005) Manual del Ingeniero Químico, Novena Edición, Editorial Mc Graw Hill. Productos, (Abril 2007) http://www.hymperdryer.com/productos Productos, (Abril 2007) http://www.kaizer.com/productos Productos, (Junio 2007) http://www.potenciafluida.com.mx/promociones_e.htm?sessionid=70442121317183771 Productos Climáticos, (febrero 2007) http://www.invemasl.com/invema_cache/camaras_climaticas_1.html Programa de Fabricación de Cámaras de Ensayo, (febrero 2007) http://www.cci-calidad.com/productos01.htm Richard W. Green., (1996) Compresores, Octava Edición, Editorial Mc Graw Hill.



ANEXOS

Anexo A. Tabla de datos de tubos para condensadores e intercambiadores de calor. (D. Q. Kern.,1999)



Anexo C. Tabla de valores aproximados de los coeficientes totales para diseño. Los valores incluyen un factor de obstrucción total de 0.003 y caída de presión

permisible de 5 a 10 lb/plg2 en la corriente que controle. (D. Q. Kern.,1999)

ENFRIADORES.

FLUIDO CALIENTE FLUIDO FRÍO UD TOTAL

Agua Agua 250-500*

Metanol Agua 250-500*

Amoniaco Agua 250-500*

Soluciones acuosas Agua 250-500*

Sustancias orgánicas ligeras Agua 75-150 Sustancias orgánicas medias Agua 50-125 Sustancias orgánicas pesadas Agua 5-75

Gases Agua 2-50 Agua Salmuera 100-200

Sustancias orgánicas ligeras Salmuera 40-100

CALENTADORES. FLUIDO CALIENTE FLUIDO FRÍO UD TOTAL

Vapor de agua Agua 200-700*

Vapor de agua Metanol 200-700*

Vapor de agua Amoniaco 200-700*

Vapor de agua Soluciones acuosas: Vapor de agua Menos de 2.0 cps 200-700 Vapor de agua Mas de 2.0 cps 100-500*

Vapor de agua Sustancias orgánicas ligeras 50-100 Vapor de agua Sustancias orgánicas medias 100-200 Vapor de agua Sustancias orgánicas pesadas 5-50 Vapor de agua Gases 5-50***

INTERCAMBIADORES.

FLUIDO CALIENTE FLUIDO FRÍO UD TOTAL Agua Agua 250-500*

Soluciones acuosas Soluciones acuosas 250-500*

Sustancias orgánicas ligeras Sustancias orgánicas ligeras 40-75 Sustancias orgánicas medias Sustancias orgánicas medias 20-60 Sustancias orgánicas pesadas Sustancias orgánicas pesadas 10-40 Sustancias orgánicas pesadas Sustancias orgánicas ligeras 30-60 Sustancias orgánicas ligeras Sustancias orgánicas pesadas 10-40

Sustancias orgánicas pesadas Gases 5-75***



Las sustancias orgánicas ligeras son fluidos con viscosidades menores de 0.5 centipoises e incluyen benceno, tolueno, acetona, etanol, metil-etil-cetona, gasolina, kerosén y nafta. Las sustancias orgánicas medias tienen viscosidad de 0.5 a 1.0 centipoises e icluyen kerosén, strawoil, gasoil caliente, aceite de absorbedor caliente y algunos crudos. Las sustancias orgánicas pesadas tienen viscosidades mayores a 1.0 centipoises e incluyen gasoil frío, aceites lubricantes, petróleo combuestible, petróleo crudo reducido, breas y asfaltos. * Factor de obstrucción 0.001. ** Caída de presión de 20 a 30 lb/plg2. *** Estas tasas están influenciadas grandemente por la presión de operación.

Anexo D. Tabla de velocidades más comunes para aspas.(Monter G,M.,1978)

ALTA VELOCIDAD 1750 R.P.M. para líquidos de baja viscosidad como soluciones acuosas.

MEDIANA VELOCIDAD 1150 R.P.M. para líquidos de mediana viscosidad como jarabes ligeros y barnices.

BAJA VELOCIDAD 250 R.P.M. para aplicaciones con aceites pesados, pinturas, suspensiones, cristales suaves, fibras y donde se presente la posibilidad de espuma.

Anexo E. Tabla de viscosidades de fracciones de petróleo.(Perry R,H.,2005)

X Y Gasolina natural 14.4 6.4

Gasolina 14.0 10.5 Kesrosén 11.6 16.0 Destilado 10.0 20.0

Crudo continental 10.3 21.3 Aceite 10.0 23.6

Las coordenadas deberán usarse en la figura de viscosidades para líquidos (anexo F).



Anexo F. Figura para viscosidades de líquidos.(Perry R,H.,2005)



Anexo H. Tabla de las curvas de potencia.(Monter G,M., 1978)

Curva 1 Pala Paso igual al diámetro, sin mamparas. Curva 2 Propela Paso igual al diámetro, 4 mamparas de 0.1 DT

Cuerva 3 Propela Paso al doble del diámetro, sin mamparas. Cuerva 4 Propela Paso al doble del diámetro, 4 mamparas de o.1 DT o sin

pantallas, pero en posición excéntrica. Curva 5 Turbina 6 paletas planas sin mamparas Curva 6 Turbina 6 paletas planas, 4 mamparas de 0.1 DT

Curva 7 Turbina 6 paletas curvas, 4 mamparas de 0.1 DT Curva 8 Turbina 6 paletas en cabeza de flecha, 4 mamparas de 0.1 DT Curva 9 Turbina 8 paletas planas, 4 mamparas de 0.1 DT Curva 10 Propela 2 o 3 aspas, sin mamparas. Curva 11 Turbina

encerrada 6 paletas plana, 4 mamparas de 0.1 DT

Curva 12 Turbina encerrada

6 paletas planas, impulsor anular de 20 aletas.

Curva 13 Pala Sin mamparas Curva 14 Pala Sin mamparas

Anexo I. Tabla de valores aproximados de rendimientos.(Richard W,G.,1996)

r npoli (%) nreal (%) 2 80-85 90 4 80-85 88 6 80-85 85 8 75-80 83

10 75-80 80

orozco espinosa

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