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Rfid

Was ist Rfid?

RfidRfid (radio frequency identifier) ist ein Oberbegriff für eine automatische Identifizierungstechnologie, die drahtlose Kurzstrecken-Kommunikation nutzt.

Sie unterscheidet sich wesentlich von der optischen Lesung mit Barcodes und QR-Codes, da es möglich ist, mehrere RFID-Etiketten mit elektronischen Informationen, die berührungslos über ein Lesegerät eingegeben werden, gleichzeitig zu lesen, wobei alle Informationen eingegeben, gelöscht und neu geschrieben werden können.

Allerdings ist die Installation von Lesegeräten derzeit noch sehr kostspielig, so dass die Hürde für die Einführung für Restaurants und Geschäfte in Privatbesitz hoch ist.

Einsatzmöglichkeiten von Rfid

Zu den bekannten Verwendungszwecken von Rfid gehören die IC-Karten für den Verkehr und die von den Eisenbahngesellschaften ausgegebenen Prepaid-IC-Karten. Der in einem Führerschein eingebettete IC-Chip ist ebenfalls ein Rfid-Tag, auf dem Informationen wie Name, Geburtsdatum, aktuelle Adresse, rechtmäßiger Wohnsitz, Lichtbild, Art des Führerscheins, Führerscheinnummer und Datum des Führerscheinerwerbs gespeichert sind, um Fälschungen zu verhindern.

Weitere Anwendungen finden sich in der Bekleidungsindustrie, im Vertrieb und im medizinischen Bereich, wo es als Instrument zur Verwaltung verschiedener Informationen über Lagerbestände und Vertriebsprodukte eingesetzt wird, wobei die Bequemlichkeit der gleichzeitigen Verarbeitung großer Datenmengen berücksichtigt wird.

Das Prinzip von Rfid

Rfid nutzt die drahtlose Kommunikation über kurze Entfernungen, um Informationen zwischen Rfid-Etiketten und Lesegeräten stapelweise auszutauschen und zu verwalten. Die Rfid-Etikette enthält in der Regel einen Speicher und eine Antenne zum Senden und Empfangen von Kommunikationssignalen, und die Eingabe und Ausgabe von Informationen mit der Rfid-Etikette als Medium erfolgt über diese Antennen und den Speicher.

Es gibt zwei Haupttypen von Rfid: passiv und aktiv, wobei der Unterschied darin besteht, ob eine Batterie in den Rfid-Tag eingebaut ist oder nicht.

1. Passiver Typ

Passive RFID-Tags nutzen die vom Lesegerät ausgesendeten Funkwellen als Betriebsenergie, und der RFID-Tag überträgt die in seinen Speicher eingegebenen Informationen. Der Informationsaustausch beginnt erst mit einer Antwort des Lesegeräts.

2. Aktiver Typ

Beim aktiven Typ sendet der mit einer Batterie ausgestattete RF-Tag aktiv Informationen, die dann vom Lesegerät empfangen werden. Die gelesenen Informationen werden in einem Computer gespeichert und können eingesehen, bearbeitet und verwaltet werden.

Wie oben beschrieben, ermöglicht Rfid das berührungslose Auslesen über eine drahtlose Kommunikation, so dass Informationen auch dann ausgelesen werden können, wenn der Abstand zwischen dem Rfid-Tag und dem Lesegerät groß ist. Die Möglichkeit, mehrere Etiketten gleichzeitig zu lesen, ist ein weiteres Merkmal, das bei Technologien, die Etiketten optisch lesen, wie z. B. Strichcodes, nicht gegeben ist.

Wenn sie beispielsweise bei Bekleidungsherstellern zur Bestandskontrolle eingesetzt werden, ist es nicht mehr notwendig, die Kleidungsstücke einzeln aus den Koffern zu nehmen und die Strichcodes zu lesen.

Weitere Informationen zu Rfid

1. Preis von Rfid

Für den Einsatz von Rfid benötigen Sie Rfid-Etiketten und Lesegeräte. Der Preis für RFID-Etiketten, die früher teuer waren, ist in den letzten Jahren gesunken, und preiswerte Etiketten sind bereits für 10 Yen pro Stück erhältlich. Tags, die auch Metall lesen können, kosten sogar nur ¥100 pro Tag.

Mit der Verbreitung von Rfid-Etiketten ist der Preis von Rfid-Etiketten weiterhin im Sinkflug, und es heißt, dass der Preis in Zukunft auf etwa 1 Yen pro Etikett fallen könnte, insbesondere bei passiven Typen. Kürzlich wurde ein Pilotprojekt zur Einführung von Rfid in das Produktmanagement von Convenience Stores durchgeführt, um die Effizienz von Bestellung und Wareneingang zu verbessern und die Betriebskosten zu senken. Dieser Preis (unter 1 Yen) gilt als Voraussetzung für die Vereinbarung zwischen dem Ministerium für Wirtschaft, Handel und Industrie und Convenience Store-Unternehmen über die Anwendung von Rfid in Convenience Stores.

Der Preis eines Lesegeräts hängt von seiner Leistung ab, aber die Standardpreisspanne liegt bei etwa 200.000 für einen Handheld-Typ und mehreren Millionen für einen Gate-Typ, der in Vertriebslagern eingesetzt wird. Lesegeräte mit eingeschränkter Leistung sind schon für ¥ 10 000 zu haben, aber es ist zu beachten, dass ihre Verwendung aufgrund der geringen Leseleistung und Stoßfestigkeit des Terminals eingeschränkt ist.

Zusätzlich zu den RF-Tag-Lesegeräten verkaufen einige Anbieter auch Software für die Produktverwaltung usw. als Set. Die Kosten müssen in diesem Fall je nach dem zu installierenden System individuell angegeben werden.

2. Für Rfid verwendete Frequenzen und Standards

Rfid wird je nach verwendeter Frequenz als “LF-Band (130 KHz-Band)”, “HF-Band (13,56 MHz-Band)”, “UHF-Band (900 MHz-Band)”, “ISM-Band (2,45 GHz)” usw. definiert, und je nach Standard unterscheiden sich nicht nur die Übertragungsdistanz und die Kommunikationsstabilität, sondern auch die Antennengröße stark. Auch die Größe der Antenne hängt eng mit dem Standard zusammen.

NFC, das Teil des Rfid-Technologiesystems ist, ist ein unabhängig definierter Standard, der die HF-Band-Kommunikationsmethode verwendet, die ein sehr bekanntes Rfid-Verfahren ist, das für den Transport von E-Geld wie My Number Card und Suica verwendet wird. 860-960 MHz des Ultrakurzwellenbandes wird für Rfid verwendet. Das UHF-Band ermöglicht eine Reichweite von bis zu 10 m, während das von NFC verwendete HF-Band eine Nahbereichskommunikation von etwa 10 cm ermöglicht.

NFC ist eine technische Spezifikation, die vom NFC-Forum, einer Organisation für Industriestandards, entwickelt wurde und für kontaktlose Zahlungen in Smartphones sowie für elektronisches Geld in Verkehrssystemen verwendet wird.

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Wechselrichter

Was ist ein Wechselrichter?

WechselrichterEin Wechselrichter (englisch: Inverter) ist ein Gerät, das Eingangsstrom in Wechselstrom umwandelt.

Der Eingangsstrom kann entweder Gleichstrom oder Wechselstrom sein. Im letzteren Fall wird der eingehende Wechselstrom einmal in Gleichstrom und dann wieder in einen anderen Wechselstrom mit modulierter Spannung und Frequenz umgewandelt.

Wechselrichter werden manchmal als Wechselrichtergeräte bezeichnet, um sie von den Wechselrichterschaltungen zu unterscheiden, die eine der Schaltungen sind, aus denen sie aufgebaut sind.

Verwendungszwecke von Wechselrichtern

Wechselrichter werden häufig in elektrischen Produkten eingesetzt, die mit Motoren arbeiten. Dies liegt daran, dass Wechselrichter hauptsächlich zur Steuerung der Rotation von Motoren verwendet werden.

Das bekannteste Produkt, bei dem Wechselrichter eingesetzt werden, sind Klimaanlagen. Der Wechselrichter ist in der Kompressorabteilung installiert und steuert, wie stark sich der Motor dreht. Ohne einen Wechselrichter müsste die Temperatur der Klimaanlage durch einfaches Ein- und Ausschalten des Betriebs geregelt werden.

Der Wechselrichter ermöglicht es, die Temperatur durch die Intensität des Betriebs und nicht durch das Ein- und Ausschalten des Betriebs zu steuern. Da das Ein- und Ausschalten des Geräts viel Strom verbraucht, tragen Wechselrichter zur Energieeinsparung bei. Aus diesem Grund sind die meisten der heute auf dem Markt befindlichen Klimaanlagen mit Wechselrichtern ausgestattet.

Das Prinzip der Wechselrichter

Ein Wechselrichter besteht aus drei Hauptbestandteilen: dem Umrichterkreis, dem Kondensator und dem Wechselrichterkreis. Um einen Wechselstrom in einen Wechselstrom mit einer anderen Spannungs- oder Frequenzmodulation umzuwandeln, wandelt der Wechselrichter den Eingangsstrom einmal durch den Umrichterkreis in einen Gleichstrom um.

Diese Umwandlung erfolgt durch Gleichrichtung des Stroms mit Hilfe von Dioden. Der gleichgerichtete Strom wird in einem Kondensator gespeichert und durch wiederholtes Laden und Entladen weiter geformt.

So entsteht ein Pseudo-Gleichstrom, der anschließend in eine Wechselrichterschaltung eingespeist wird. In der Wechselrichterschaltung werden durch schaltende Leistungstransistoren Pulswellen unterschiedlicher Breite erzeugt, die so genannte Pulsweitenmodulation (PWM).

Diese können kombiniert werden, um eine Pseudo-Sinuswelle zu erzeugen. Wenn eine Impulsspannung erzeugt wird, spricht man von einem Spannungswechselrichter, wenn ein Stromimpuls erzeugt wird, von einem Stromwechselrichter. Durch die Steuerung der Kombination der zu erzeugenden Impulsbreiten können die Spannung und die Frequenz frei verändert werden.

Weitere Informationen über Wechselrichter

1. Vor- und Nachteile der Steuerung von Wechselrichtern

Vorteile
Der Hauptgrund für den Einsatz von Wechselrichtern ist die Energieeinsparung. Wenn ein Wechselrichter in einer Maschine mit einem rotierenden Mechanismus installiert ist, kann die Drehzahl des Motors an die erforderliche Geschwindigkeit angepasst werden, so dass die Maschine nicht übermäßig läuft, was zu Energieeinsparungen führt.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die Genauigkeit der Temperaturregelung verbessert werden kann, wenn sie in Maschinen eingebaut wird, die die Temperatur von Flüssigkeiten regeln, wie z. B. Klimaanlagen und Ölkonsolen. Herkömmliche Produkte regelten die Temperatur nur durch Ein- und Ausschalten der Stromversorgung, was in der Regel viel Strom verbrauchte und zu großen Fehlern bei der eingestellten Temperatur führte. Wechselrichter haben sich bei der Lösung dieser Probleme als sehr effektiv erwiesen.

Nachteile
Zu den Nachteilen gehören die hohen Kosten und die Tatsache, dass die Kondensatoren im Wechselrichter Verbrauchsmaterial sind und regelmäßig ausgetauscht werden müssen. Wenn man den Einsatz eines Wechselrichters in Erwägung zieht, ist es wichtig, die Nachteile sorgfältig abzuwägen und eine umfassende Entscheidung zu treffen.

2. Ursachen für den Ausfall von Wechselrichtern

Nach jahrelangem Gebrauch sind Wechselrichter anfällig für Überstrom- und Überspannungsauslösungen. Die wahrscheinlichste Ursache dafür ist die “Lebensdauer” der im Wechselrichter eingebauten Kondensatoren.

Die meisten Kondensatoren in Wechselrichtern sind “Elektrolytkondensatoren”. Elektrolytkondensatoren werden leicht von den Umgebungstemperaturen beeinflusst, und es heißt, dass sich die Lebensdauer des Kondensators halbiert, wenn die Temperatur um 10 °C steigt.

In vielen Fällen, z. B. bei Klimaanlagen, die während der heißen Sommermonate ununterbrochen laufen, nutzt sich der Elektrolytkondensator daher schnell ab und fällt schließlich aus. Zusätzlich zu den Überstrom- und Überspannungsauslösungen wird ein frühzeitiger Austausch des Wechselrichters empfohlen, wenn der Motor während des Betriebs vibriert oder anormale Vibrationsgeräusche erzeugt. In einigen Fällen kann eine weitere Verschlechterung dazu führen, dass der Elektrolytkondensator anschwillt oder undicht wird.

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Aluminium-Elektrolytkondensator

Was ist ein Aluminium-Elektrolytkondensator?

Aluminium ElektrolytkondensatorenAluminium-Elektrolytkondensatoren sind kleine Kondensatoren mit hoher Kapazität, die Aluminiumoxid als Dielektrikum verwenden.

Beim nassen Typ wird ein Elektrolyt für die Kathode verwendet, aber es gibt auch trockene Typen, die Feststoffe wie leitende Polymere mit verbesserter Leistung verwenden. Aufgrund ihres niedrigen Preises und ihrer großen Vielseitigkeit werden sie in vielen Produkten mit elektronischen Leiterplatten verwendet, z. B. in Haushaltsgeräten und Personalcomputern.

Anwendungen von Aluminium-Elektrolytkondensatoren

Aluminium-Elektrolytkondensatoren werden in einer Vielzahl von Produkten mit elektronischen Substraten in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt, z. B. in der Automobil-, Haushaltsgeräte- und Industrieausrüstungsbranche, da sie kleiner sind, eine höhere Kapazität haben und preiswerter als andere Kondensatoren sind. Spezifische Anwendungen sind wie folgt:

  • Automobilbereich
    Motorsteuergeräte, fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme, Airbag-Steuerungen, Autoradios, Navigationssysteme
  • Haushaltsgeräte
    Fernsehgeräte, Recorder, Digitalkameras, Audiogeräte, Kühlschränke, Waschmaschinen, Klimaanlagen, Mikrowellenherde, Beleuchtungsgeräte, PCs, TV-Spielkonsolen
  • Industrielle Ausrüstung
    Verschiedene Produktionsausrüstungen, Stromaufbereiter für erneuerbare Energie

Beim Einsatz als Leistungsaufbereiter für regenerative Energie wird eine große Anzahl von 10 bis 100 Aluminium-Elektrolytkondensatoren verwendet. Aufgrund ihrer hohen Vielseitigkeit steigen die Leistungsanforderungen an Aluminium-Elektrolytkondensatoren von Jahr zu Jahr.

Funktionsweise von Aluminium-Elektrolytkondensatoren

Aluminium-Elektrolytkondensatoren verwenden dünne Aluminiumfolie als Anode und Kathode und Aluminiumoxid als Dielektrikum. Auf der Oberfläche der Aluminiumfolie bildet sich durch einen elektrochemischen Oxidationsprozess (chemische Umwandlung) Aluminiumoxid.

Die Oberfläche der Aluminiumfolie wird durch ein Ätzverfahren uneben gemacht, um den Oberflächenbereich zu vergrößern. Die Kapazität eines Kondensators wird durch die folgende Formel ausgedrückt, die proportional zur Oberfläche des Dielektrikums und umgekehrt proportional zu seiner Dicke ist, so dass Aluminiumoxid, das durch Ätz- und chemische Umwandlungsprozesse hergestellt wird, ein Dielektrikum mit einer extrem hohen Kapazität ist:

Kapazität C = ε x S/d 

ε: Dielektrische Permittivität des Dielektrikums

S: Oberfläche des Dielektrikums

d: Dicke des Dielektrikums

Ein Nachteil der Aluminiumoxidbeschichtung ist, dass sie aufgrund des geringen Stromflusses beim Anlegen einer Spannung mehr Leckstrom erzeugt als andere Kondensatoren. Da in der Innenkathode von nassen Aluminium-Elektrolytkondensatoren Elektrolyt verwendet wird, besteht die Gefahr, dass der Elektrolyt im Falle eines Fehlers ausläuft.

Ein weiterer Nachteil ist die geringe Haltbarkeit des Elektrolyts, die sich durch Auslaufen oder Verdampfen desselben verringern kann. Trockene Aluminium-Elektrolytkondensatoren hingegen verdampfen aufgrund der Verwendung leitfähiger Polymere in der Innenkathode nicht und sind haltbarer als nasse Kondensatoren.

Weitere Informationen zu Aluminium-Elektrolytkondensatoren

1. Lebensdauer von Aluminium-Elektrolytkondensatoren

Unter den elektronischen Bauteilen sind Aluminium-Elektrolytkondensatoren vom nassen Typ dafür bekannt, dass sie eine besonders kurze Lebensdauer haben: Während LSIs Zehntausende von Betriebsstunden benötigen, hat ein typischer Aluminium-Elektrolytkondensator eine Lebensdauer von 2000 Stunden bei 85 °C oder 5000 Stunden bei 105 °C, selbst bei Kondensatoren, die hohe Zuverlässigkeit versprechen.

Der Grund für die kurze Lebensdauer liegt im Aufbau des Aluminium-Elektrolytkondensators, bei dem der im Isolierpapier getränkte Elektrolyt mit der Zeit aus dem abdichtenden Gummiteil austritt. Mit dem Auslaufen des Elektrolyts nimmt die Kapazität ab und der ESR (äquivalenter Serienwiderstand) steigt.

Die Lebensdauer eines Aluminium-Elektrolytkondensators folgt dem Arrhenius-Gesetz (chemische Reaktionsformel auf der Grundlage der thermischen Energie), wenn der Kondensator unterhalb der maximalen Betriebstemperatur liegt und die Lebensdauer verdoppelt sich ungefähr, wenn die Temperatur um 10 °C niedriger ist. So hat ein Aluminium-Elektrolytkondensator mit 85 °C/2000 Stunden eine Lebensdauer von 4000 Stunden, wenn er bei 75 °C eingesetzt wird und 8000 Stunden bei 65 °C.

Aluminium-Elektrolytkondensatoren haben einen höheren ESR als andere Kondensatoren und wenn während des Betriebs ein großer Strom fließt, entsteht im Inneren des Kondensators Wärme. Diese Erwärmung lässt die Temperatur des Kondensators ansteigen, was das Auslaufen des Elektrolyts weiter fördert und die Lebensdauer verkürzt.

2. Polaritätskennzeichnung auf Aluminium-Elektrolytkondensatoren

Gepolte Kondensatoren sind immer in irgendeiner Weise gekennzeichnet, so dass die Polarität leicht zu erkennen ist:

  • Vertikale Elektrolytkondensatoren
    Im Allgemeinen befindet sich auf der Seite des Minuspols an der Unterseite des Gehäuses ein Strich. Außerdem ist die Anodenleitung verkürzt.
  • Oberflächenmontierter Elektrolytkondensator
    Kapazität und Spannungsfestigkeit sind auf der Oberseite des Elektrolytkondensators angegeben und in einer Ecke befindet sich eine farbige Markierung. Die Elektrode unter dieser Markierung ist die negative Elektrode.
  • Axial bedrahtete Kondensatoren
    Die Linie mit dem Pfeil zeigt den Anschluss der negativen Elektrode an. Der Elektrolytkondensator hat eine Vertiefung im Gehäuse, die Seite mit dieser Vertiefung ist die positive Elektrode.

Es ist äußerst wichtig, die Polaritätsangabe zu überprüfen, denn bei falscher Polarität kann der Kondensator nicht nur ausfallen, sondern auch Feuer fangen.

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Rodamientos Esféricos

¿Qué son los Rodamientos Esféricos?

Los rodamientos esféricos son rodamientos diseñados con anillos interior y exterior en contacto esférico.

Su principal aplicación se encuentra en movimientos oscilantes, basculantes y de rotación a baja velocidad. Son rodamientos autoalineables que poseen una sección de deslizamiento esférica, lo que les permite soportar cargas radiales y axiales en ambas direcciones de manera simultánea.

Existen dos tipos principales: los rodamientos lubricados, que requieren la aplicación de lubricante en la superficie esférica del contacto deslizante, y los rodamientos sin lubricación, que no necesitan lubricación adicional. Estos rodamientos ofrecen una excelente resistencia al desgaste y se utilizan en aplicaciones donde se requiere una alta capacidad de carga, como articulaciones en maquinaria industrial y de construcción.

Los rodamientos sin lubricación no requieren mantenimiento y son especialmente adecuados para su uso en entornos donde no se permite el uso de aceite, como en maquinaria alimentaria, así como en partes de la maquinaria que no pueden ser lubricadas.

Aplicaciones de los Rodamientos Esféricos

Los rodamientos esféricos sin aceite son ampliamente utilizados en aplicaciones que involucran grandes cargas y impactos, como en la maquinaria industrial y de construcción.

Estos rodamientos se destacan por su excelente resistencia al desgaste y su capacidad para soportar cargas comprimidas sin deformación por fluencia. Además, no requieren lubricación ni mantenimiento periódico.

Son especialmente adecuados para situaciones en las que el uso de lubricante es problemático, como en la industria alimentaria, y en entornos donde el suministro y el mantenimiento del aceite son difíciles.

Los rodamientos esféricos sin aceite también son capaces de soportar cargas axiales en una dirección específica, lo que los hace útiles en una variedad de aplicaciones donde se necesita resistencia y fiabilidad en condiciones desafiantes.

Principios de los Rodamientos Esféricos

1. Rodamientos Rellenos de Aceite

Los rodamientos esféricos lubricados están fabricados con acero para rodamientos de alto contenido de carbono con un recubrimiento de fosfato en las superficies de deslizamiento. Además, suelen estar recubiertos con una capa seca de bisulfuro de molibdeno para mejorar su rendimiento.

Estos rodamientos están diseñados para funcionar con bajo torque y tienen una alta capacidad de carga con una excelente resistencia al desgaste. Sus partes deslizantes en los anillos interior y exterior tienen contacto esférico, lo que les permite soportar cargas pesadas y resistir cargas de impacto o alternantes.

Es importante garantizar una lubricación adecuada en las superficies de deslizamiento para evitar problemas como la generación de calor y otros defectos. La lubricación insuficiente puede afectar el rendimiento y la vida útil del rodamiento.

Estos rodamientos esféricos lubricados son ampliamente utilizados en aplicaciones donde se requiere una alta capacidad de carga y resistencia al desgaste, brindando confiabilidad y durabilidad en diversas condiciones de funcionamiento.

2. Rodamientos sin Aceite

Un ejemplo de rodamientos esféricos sin aceite es una combinación de un revestimiento especial de PTFE reforzado con aleación de cobre adherido a la superficie de deslizamiento del anillo exterior y cromado duro en la superficie de deslizamiento del anillo interior. Las propias superficies de deslizamiento están dotadas de un alto grado de lubricidad.

Incluso sin lubricación, se pueden soportar grandes cargas mediante procesos como la adherencia de un material con excelente resistencia al desgaste.

Más Información sobre Rodamientos Esféricos

1.¿Cómo Fijar Rodamientos Esféricos?

Cuando se utilizan rodamientos esféricos, se aplican tolerancias dimensionales al alojamiento en el que se monta el rodamiento esférico y al eje que se inserta en el rodamiento esférico, dependiendo de la aplicación. También hay que prestar atención a que el alojamiento tenga un grosor de pared suficiente y no se deforme por la carga.

Al realizar el montaje en el soporte, sólo debe introducirse el anillo exterior, de modo que no se aplique fuerza al anillo interior. También es importante asegurarse de que sólo se presiona el anillo interior en el eje, de modo que no se aplique fuerza al anillo exterior. Los métodos de montaje deficientes pueden provocar cargas desiguales, acortar la vida útil y producir traqueteos debido a la deformación del rodamiento.

Existen cuatro condiciones de uso diferentes a la hora de determinar las tolerancias dimensionales del alojamiento y el eje de un rodamiento esférico: carga giratoria del anillo interior, carga giratoria del anillo exterior, carga normal y carga pesada.

Tolerancias dimensionales para sistemas sin lubricación
Para las cargas rotativas del anillo interior, la tolerancia recomendada para los ejes bajo carga normal es k6 y m6 bajo carga pesada. El alojamiento es el mismo para ambos, recomendándose H7 para acero y J7 para aleaciones ligeras.

Para cargas rotativas en el anillo exterior, la tolerancia dimensional del eje es h6 tanto para cargas normales como pesadas, y la del alojamiento es k7 para acero y m7 para aleaciones ligeras para cargas normales; para cargas pesadas, se especifica m7 para acero y ninguna aleación ligera.

Tolerancias dimensionales para los tipos alimentados por aceite
Existen ligeras diferencias en las tolerancias dimensionales para los tipos alimentados por aceite, por lo que deben comprobarse los datos técnicos del fabricante antes de determinar las tolerancias dimensionales.

2. Ejemplos de Rodamientos Esféricos en Uso

Los rodamientos esféricos se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, siendo las más comunes en grandes equipos. En el uso de acoplamientos de ejes, un eje se conecta mediante un acoplamiento con dos rodamientos esféricos. Esto permite absorber la excentricidad y la desalineación de los dos ejes.

Ejemplos de uso en equipos pesados de construcción, como palas mecánicas, son las cabezas de rótula de los cilindros hidráulicos utilizados en cada unión. Otras aplicaciones son los acoplamientos de grúas y las piezas de suspensión de camiones, que suelen utilizarse en cargas pesadas con vibraciones e impactos.

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Arandela Esférica

¿Qué es una Arandela Esférica?

Una arandela esférica es una arandela que utiliza dos arandelas juntas en un conjunto. Una arandela cóncava con una superficie plana y esférica en un lado y una arandela cóncavo-convexa con una superficie esférica plana y convexa en el otro lado.

Las arandelas esféricas se utilizan para corregir el ángulo del eje de un grifo o perno que se ha apretado en ángulo y no se puede quitar.

Cuando un perno está en ángulo, sólo una parte de la fuerza axial aplicada al perno se transmite al metal base. Esto reduce la fuerza axial sobre el metal base, y la fuerza restante se consume como fuerza de fricción en el hueco.

El ángulo que puede compensar una arandela esférica es de unos 3 grados. Si el ángulo es demasiado grande, el uso de una arandela esférica no será eficaz, por lo que apretar el tornillo tanto como sea posible mejorará la fuerza consumida.

Usos de las Arandelas Esféricas

Las arandelas esféricas se utilizan para absorber y compensar el ángulo de un perno o eje de grifo que se ha apretado en ángulo.

La arandela esférica se coloca de modo que el lado cóncavo de la arandela entre en contacto con el metal base y el lado convexo entre en contacto con la parte superior del perno. Al apretar el perno en estas condiciones, se reduce el ángulo del perno fijado en ángulo y se puede apretar el perno de forma que la superficie de asiento no flote.

Debe tenerse en cuenta que la fuerza axial se reduce al no transmitirse suficiente fuerza desde el perno.

Principio de las Arandelas Esféricas

Las arandelas esféricas utilizan dos pares de superficies esféricas concavo-convexas en cada lado para reducir la inclinación creada entre el perno y el metal base, y para corregir el apriete de los pernos que se han apretado en ángulo.

A medida que aumenta la inclinación, la superficie del tornillo en contacto con la base metálica se reduce, lo que provoca su hundimiento o deslizamiento, ya que la fuerza axial deja de transmitirse a la base metálica.

La arandela esférica se coloca entre el perno acodado y el metal base, y apretada en estas condiciones. La superficie esférica convexa se desliza sobre la superficie esférica cóncava a medida que se aprieta el perno, y la arandela esférica convexa se corrige naturalmente al mismo ángulo que el eje del perno, impidiendo que la superficie de asiento flote. Esto impide que el asiento flote.

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Caudalímetro de Combustible

¿Qué es un Caudalímetro de Combustible?

Un caudalímetro de combustible se utiliza para medir la cantidad de flujo que se mueve durante el proceso de transferencia de combustible (caudal de combustible). Existen medidores visuales analógicos o digitales para que los usuarios lean el valor medido.

En los últimos años, la automatización y el ahorro de mano de obra con el fin de mejorar la calidad y reducir los costes han ido progresando en diversas industrias, y los medidores industriales como caudalímetros, termómetros y manómetros están obligados a ser más sofisticados y multifuncionales. Se espera que los medidores de flujo de combustible atraigan más y más atención en el futuro.

Usos de los Caudalímetros de Combustible

Un caudalímetro de combustible mide el caudal de combustibles como la gasolina, el gasóleo, el queroseno, el gasóleo y el alcohol combustible con gran precisión y alta repetibilidad. Pueden ser utilizados como equipos para pruebas de motores y vehículos, y son ampliamente utilizados para medir el consumo de combustible para la investigación y el desarrollo, control de calidad, y otros fines.

Los caudalímetros de combustible se utilizan en una amplia gama de industrias, pero aquí tomaremos como ejemplo uno que se utiliza principalmente en las industrias de construcción naval y transporte marítimo. Las principales aplicaciones de los medidores de flujo de combustible en los buques incluyen la medición del consumo de combustible en los motores principales, generadores y calderas, así como la medición del suministro de aceite lubricante a diversas partes del motor.

Principio de los Caudalímetros de Combustible

Los caudalímetros de combustible se clasifican en dos categorías principales en función del tipo de caudal que se desea medir: caudalímetros volumétricos y caudalímetros másicos.

Los caudalímetros volumétricos tienen una cámara de medición con un rotor en su interior.

Cuando el combustible llena la cámara de medición, el rotor descarga el combustible, y el volumen del fluido (combustible) se mide por el número de repeticiones de este proceso de llenado y descarga.

Dado que el caudalímetro volumétrico mide directamente el caudal midiendo el volumen, tiene una estructura sencilla y es capaz de realizar mediciones muy precisas a un coste relativamente bajo.

También existen métodos de medición de pistón rotativo, de engranaje, de raíces, de paletas, etc., en función de la forma del rotor.

Por otro lado, el caudalímetro Coriolis es un caudalímetro másico típico.

El caudalímetro de Coriolis utiliza la fuerza de inercia, o fuerza de Coriolis, que experimenta una masa en dirección perpendicular a la dirección del movimiento cuando se desplaza en un sistema de coordenadas giratorio para medir directamente el caudal másico de un fluido con gran precisión.

Concretamente, se coloca un excitador en la parte exterior del tubo de medición, que hace vibrar el tubo con una periodicidad determinada.

Cuando el combustible fluye, la inercia del líquido añade torsión a la vibración, y el efecto Coriolis hace que el tubo vibre en distintas direcciones en la entrada y la salida simultáneamente.

Al medir detalladamente estos cambios de vibración en el tiempo y el espacio, los sensores situados en los lados de entrada y salida pueden medir la diferencia de fase del líquido, y el caudal másico puede medirse en función de esta diferencia de fase.

El caudalímetro Coriolis también puede medir directamente la densidad del líquido a partir de la frecuencia de vibración, así como la temperatura y la viscosidad al mismo tiempo, lo que permite medir con precisión combustibles con propiedades diferentes, como el fuelóleo A y el fuelóleo C, con un solo caudalímetro.

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Secador de Aire Caliente

¿Qué son los Secadores de Aire Caliente?

Un secador de aire caliente es un aparato que utiliza aire caliente para secar sustancias o productos.

Se utilizan mucho en procesos industriales y de fabricación. Eliminan la humedad de sustancias y productos reduciendo la humedad y permitiendo que se sequen. Esto puede mejorar la calidad del producto y prolongar su vida útil.

Por ejemplo, los secadores de aire caliente se utilizan en la industria alimentaria para secar frutas, verduras, cereales y productos cárnicos. Se pueden manipular distintos tipos de sustancias controlando el tiempo y la temperatura de secado. También existe una amplia gama de diseños y funciones de secadores que se adaptan a la industria y la aplicación en la que se utilizan.

Usos de los Secadores de Aire Caliente

Los secadores de aire caliente se utilizan ampliamente en una gran variedad de industrias y sectores. A continuación se indican algunos de los usos más comunes.

1. Industria Alimentaria

Se utilizan para secar productos alimentarios como frutas y verduras, cereales, productos cárnicos desecados y marisco. El secado mejora la vida útil de los productos alimentarios y mantiene su calidad. También se suele utilizar en la producción de fruta deshidratada y aperitivos.

2. Industria Farmacéutica

En la industria farmacéutica se utiliza a veces en el proceso de producción de medicamentos y productos farmacéuticos. Elimina la humedad de los medicamentos y mejora la estabilidad y la vida útil del producto.

3. Procesamiento de la Madera y Cerámica

También puede utilizarse mucho en el secado de la madera. Al eliminar la humedad, reduce la contracción y la distorsión de la madera y mejora su durabilidad.

Estos equipos también se utilizan a menudo en la fabricación de cerámica y productos cerámicos. Al reducir la humedad, hacen más eficaces los procesos de secado y cocción de los productos.

4. Plantas Químicas

En las plantas químicas, los secadores de aire caliente se utilizan para secar productos químicos y polvos. Los combustibles en polvo, como el carbón y el mineral, se introducen en hornos de combustible Por ello, se introducen en secadores de aire caliente como pretratamiento para eliminar la humedad.

Los secadores de aire caliente también se utilizan para secar pinturas y sintetizar productos químicos. Los productos químicos, como los pigmentos y los catalizadores, forman parte de los productos químicos.

Principio de los Secadores de Aire Caliente

Los secadores de aire caliente constan de una cámara de secado, una unidad de calentamiento y un sistema de escape.

1. Cámara de Secado

La cámara de secado es el lugar donde se colocan los artículos que se van a secar. Suele tener una estructura de caja o cilíndrica, con espacio para el secado en su interior.

Las paredes interiores se cubren con materiales adecuados, como ladrillos refractarios, en función de la temperatura, para garantizar un control eficaz del calor y la humedad.

2. Aparatos de Calefacción

Los aparatos de calefacción se utilizan para generar aire caliente. Los calentadores eléctricos, los quemadores de gas y los calentadores de vapor son fuentes de calor habituales.

Los dispositivos de calefacción se utilizan para controlar la temperatura del aire caliente y mantener la cámara de secado a la temperatura necesaria y suficiente.

3. Sistema de Ventilación de Escape

El sistema de extracción es el elemento que descarga la humedad y los gases de escape al exterior. Está alimentado por un ventilador o soplante y el aire de escape se descarga al exterior mientras que el aire caliente se envía a la cámara de secado.

Los ventiladores pueden ser de tipo forzado o inducido y suelen instalarse en la parte superior o lateral de la cámara de secado.

Tipos de Secadores de Aire Caliente

Existen dos tipos principales de secadores de aire caliente: de un solo paso (single pass) y de recirculación (recycle).

1. De un Solo Paso

Se trata de un secador de aire caliente en el que el aire caliente pasa una sola vez por la cámara de secado. El aire calentado fluye en una sola dirección a través de la cámara de secado. Normalmente, el flujo de aire desde la unidad de calentamiento hasta el soplador es en línea recta.

La eficiencia térmica es relativamente alta, ya que el material de la cámara de secado se seca en un solo paso. La uniformidad de la temperatura en la cámara de secado depende de la colocación del soplante y de la estructura de la cámara de secado. La colocación adecuada del soplador y el control de la distribución del viento son importantes para mantener la uniformidad.

El tipo de un solo paso es adecuado cuando el proceso de secado es relativamente sencillo y se requiere un secado eficaz.

2. Tipo de Circulación

Se trata de un secadores de aire caliente en el que el aire de la cámara de secado circula. El aire caliente circula por la cámara de secado y vuelve al sistema de calefacción. El aire pasa repetidamente por la cámara de secado, lo que permite un uso eficiente del calor.

Como el aire caliente se reutiliza, la eficiencia térmica es mayor que en los sistemas de una sola pasada, lo que se traduce en una menor pérdida de calor. Además, el aire circula repetidamente, lo que se traduce en una elevada uniformidad de la temperatura. La cámara de secado se caracteriza por las bajas diferencias de temperatura dentro de la cámara de secado.

El tipo de circulación tiene un alto rendimiento térmico y es adecuado para procesos de secado en los que se requiere uniformidad de temperatura o durante largos periodos de tiempo.

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Calorímetros

¿Qué es un Calorímetro?

Un calorímetro, también conocido como calorímetro, es un dispositivo que mide el calor de reacción y otros factores. Puede medir la cantidad de calor producida en las reacciones químicas, la cantidad de calor producida durante la combustión y la cantidad de calor producida durante las transiciones de fase. Los calorímetros pueden dividirse en tres tipos: calorímetros isotérmicos, calorímetros de pared isotérmicos y calorímetros adiabáticos.

En la industria manufacturera, donde se calientan materias primas, se mezclan productos químicos y se llevan a cabo reacciones a muy gran escala, es importante por razones de seguridad conocer la cantidad de calor generada durante el proceso. Por ello, se utilizan calorímetros para analizar la cantidad de calor en cada proceso.

Obtención de Datos de Seguridad y Prevención de Catástrofes

Los calorímetros se utilizan para obtener datos de seguridad y prevención de desastres en los fabricantes de reacciones químicas. Dado que las reacciones químicas se llevan a cabo a muy gran escala en los centros de producción de los fabricantes, las grandes cantidades de calor generadas en el proceso pueden provocar reacciones fuera de control. Por lo tanto, la calorimetría se lleva a cabo en reacciones y procesos preocupantes para evaluar los peligros.

Otros ejemplos son las transiciones de fase en polímeros y materiales inorgánicos, y los valores caloríficos generados durante la descomposición térmica, que pueden evaluarse mediante calorimetría diferencial de barrido (DSC). Las temperaturas de transición de fase varían en función de la estructura química y cristalina del compuesto, por lo que la calorimetría se utiliza en investigación y desarrollo para medir las temperaturas de transición de fase.

Medición del Calor Producido por Cambios en Sustancias

Un calorímetro es un dispositivo que mide la cantidad de calor generada durante una reacción. Además de las reacciones químicas, en el sistema de reacción se genera calor exotérmico o endotérmico durante la disolución, la mezcla y las transiciones de fase de los compuestos. A pequeña escala, como en los tubos de ensayo, el calor generado por estas reacciones químicas no suele ser un problema, pero cuando las reacciones se llevan a cabo en fábricas a escala de decenas o cientos de litros o más, existe el riesgo de que se produzcan reacciones fuera de control o explosiones si se generan grandes cantidades de calor. Por ello, se utilizan calorímetros para analizar la cantidad de calor generada en cada proceso.

Existen varios tipos de calorímetros para diferentes aplicaciones. Los calorímetros para evaluar la seguridad de los procesos miden la cantidad de calor producida durante un proceso de reacción en un sistema que simula la caldera de reacción de una fábrica. Los calorímetros diferenciales de barrido (DSC) para la evaluación de materiales consisten en colocar una pequeña cantidad de muestra en el sistema y cambiar la temperatura, midiendo la cantidad de calor producida a cada temperatura. La temperatura a la que se produce una transición de fase o descomposición se analiza a partir del punto de inflexión o pico de la cantidad de calor en relación con la temperatura. Los calorímetros también incluyen un dispositivo utilizado para analizar reacciones fuera de control. Este dispositivo, denominado CRA, mide el poder calorífico y la presión generados por un compuesto que se exoterma durante la descomposición y provoca una reacción de fuga.

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Elastómeros Termoplásticos

¿Qué son los Elastómeros Termoplásticos?

Los elastómeros termoplásticos son materiales poliméricos que presentan la elasticidad característica del caucho a temperatura ambiente, mientras que muestran fluidez a altas temperaturas. Al igual que los termoplásticos, pueden moldearse libremente por calentamiento. Debido a estas características, los elastómeros se consideran un material intermedio entre el caucho sintético y los termoplásticos. La elasticidad de los elastómeros se explica por el hecho de que las cadenas principales de los polímeros se entrecruzan entre sí, creando una fuerza que intenta volver al estado original. En comparación con los cauchos sintéticos, se utilizan en diversos ámbitos por su mayor moldeabilidad y reutilización.

Usos de los Elastómeros Termoplásticos

Los elastómeros termoplásticos se utilizan en diversas aplicaciones debido a su excelente moldeabilidad y elasticidad. Se utilizan no sólo en productos domésticos como fundas de teléfono y utensilios de cocina, sino también en piezas de automóvil, herramientas eléctricas y otros productos en los que se requiere resistencia a la abrasión y elasticidad. No sólo eso, sino que el hecho de que sean ligeros y se puedan colorear fácilmente es una de las razones por las que se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones. Los elastómeros termoplásticos también se utilizan en guantes de goma porque no contienen sustancias alergénicas presentes en los cauchos naturales y sintéticos.

Características de los Elastómeros Termoplásticos

Esta sección describe los principios y los principales materiales a partir de los cuales se desarrolla la elasticidad de los elastómeros termoplásticos. Los elastómeros son polímeros y, por tanto, tienen largas cadenas principales. Estas largas moléculas se dividen en segmentos duros y blandos, cada uno con propiedades diferentes. Los segmentos duros se entrecruzan y forman una estructura de red cuando se enfrían a temperatura ambiente. Por otro lado, los segmentos blandos pueden moverse libremente y desarrollar así elasticidad. Por el contrario, cuando se calientan, los enlaces cruzados entre los segmentos duros se rompen y el elastómero se vuelve fluido.

A continuación se presentan ejemplos de elastómeros termoplásticos. Los elastómeros más utilizados son los estirénicos, los uretanos, los ésteres, las amidas y las olefinas. Por ejemplo, en los estirénicos, la parte del segmento duro está formada por poliestireno y la parte del segmento blando por polibutadieno. Se utilizan en productos familiares porque son ligeros y tienen un tacto similar al caucho natural. Otros polímeros a base de olefinas se utilizan en piezas de automoción por su excelente resistencia a la intemperie y al calor. Como las propiedades varían mucho según el polímero utilizado, es necesario diseñar las moléculas en función de la aplicación.

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Densitómetro

¿Qué es un Densitómetro?

Los densitómetros son instrumentos utilizados para medir la concentración de una sustancia en un gas o líquido.

La concentración de una sustancia se determina midiendo la cantidad de luz absorbida o reflejada en longitudes de onda específicas obtenidas a través de un filtro o midiendo la cantidad de luz (espectro) dividida en incrementos fijos de longitudes de onda.

Si el objeto a medir es fijo, la concentración se determina irradiando la muestra con luz de una longitud de onda específica que es altamente absorbida por el objeto y midiendo la cantidad de luz transmitida (atenuada) por el detector. Los pulsioxímetros son también un tipo de densitómetro de absorbancia que utiliza la transmisión de luz.

Usos de los Densitómetros de Concentración

Los densitómetros de concentración son ampliamente utilizados en diversas aplicaciones para medir la concentración de sustancias objetivo en líquidos y gases, así como la absorción de longitudes de onda específicas. Estos instrumentos se emplean en una variedad de campos, como la industria de impresión para medir la densidad del color de la tinta, en aplicaciones medioambientales para medir la concentración de gases como el dióxido de carbono (CO2), y en el ámbito médico para medir la concentración de oxígeno en la sangre y glucosa.

En la investigación científica, los densitómetros también se utilizan para medir la respuesta cromática generada por reacciones enzimáticas, convertir valores de actividad enzimática y realizar análisis cuantitativos de la concentración de proteínas y ácidos nucleicos. Estos instrumentos son herramientas fundamentales en el campo de las ciencias experimentales para obtener mediciones precisas y cuantitativas de diversas sustancias y analitos.

Principio de los Densitómetros

En el caso de los densitómetros que no especifican la sustancia objetivo, se utiliza una fuente de luz blanca para irradiar luz de una longitud de onda determinada sobre una muestra contenida en una célula. La atenuación de la luz transmitida se detecta mediante un detector de luz, que registra una señal eléctrica proporcional a la intensidad de la luz transmitida a través de la célula. Con base en esta medición, se calcula la absorbancia, que se define como -logI/I0, donde I0 es la intensidad de la luz incidente y I es la intensidad de la luz transmitida.

La absorbancia (A) se relaciona directamente con la concentración molar (C) de la muestra, la longitud del camino óptico (l) y el coeficiente de absorción molar (ε). Esta relación se expresa mediante la fórmula A = εCl. Utilizando esta ecuación, se puede construir una curva de calibración utilizando muestras de concentración conocida y determinar la concentración de una sustancia desconocida en base a su absorbancia. De esta manera, los densitómetros permiten realizar mediciones cuantitativas de concentración utilizando principios ópticos y cálculos matemáticos.

A = εCl

Entre los métodos para obtener longitudes de onda específicas de la luz de una fuente luminosa se encuentran el método del filtro, que hace pasar la luz a través de un filtro como un vidrio coloreado, el método del prisma, que utiliza un prisma de cuarzo o cuarzo como materia prima, y el método de la rejilla, que utiliza una rejilla de análisis para obtener una espectroscopia continua.

Como fuentes de luz se utilizan tubos de descarga de deuterio, tungsteno y LED, mientras que como detectores se emplean fotosemiconductores (fotocélulas) y tubos fotomultiplicadores (fotomultiplicadores). La gama de longitudes de onda que pueden medirse se divide según el método de espectroscopia y el tipo de detector, por lo que es necesario seleccionar el equipo y el material de la célula en función de la finalidad.

Por otro lado, en el caso de los medidores de concentración, como los oxímetros, en los que la sustancia a medir es fija, sólo se irradian desde la fuente de luz longitudes de onda específicas con alta absorción por la sustancia objetivo, y la luz obtenida por el detector se convierte en una señal eléctrica y se muestra como concentración.