Instalatie Tehnologica de Curatare cu Ultrasunete

CUPRINS:

Introducere

Cap.1 Aspecte generale specifice

1.1 Principii fizice ale activitații ultrasonice

1.2 Structura sistemelor de conversie electro-ultraacustică

1.3 Aplicații tehnologice ale ultrasunetelor

Cap.2 Elemente de tehnologia curățării suprafețelor

2.1 Locul, rolul și importanța curățării suprafețelor

2.2 Metode și procedee de curățire

2.3 Activarea ultrasunetelor și procesul de curățare a suprafețelor

Cap.3 Instalații, utilaje și echipamente destinate curățării ultrasonice a suprafețelor

3.1 Băi ultrasonice în construcție compactă

3.2 Băi ultrasonice cu generator separat

3.3 Echipamente de activare ultrasonică cu transductori imersibili

3.4 Instalații de curățare-degresare multicuvă în solvenți organici

Cap.4 Proiectarea unei instalații tehnologice de curățare cu ultrasunete

4.1 Stabilirea parametrilor constructiv-funcționali

4.2 Dimensionarea subansamblelor componente

4.2.1 Dimensionarea elementelor încălzitoare

4.2.2 Dimensionarea echipamentului ultrasonic

4.3 Alegerea aparatelor electrice și proiectarea lor în schema de forța comandă

și semnalizare

4.3.I Calculul circuitului de forță

4.3.2 Calculul circuitului de comandă

4.3.3. Alimentarea cu energie electrică din rețeaua de curent alternativ

4.4 Memoriu tehnic

4.4.1 Caracteristici tehnicofuncționale

4.4.2 Norme de protecția muncii

Bibliografie

INTRODUCERE

Dezvoltarea rapidă a industriei constructoare de mașini, a electronicii, a electro-tehnicii, a mecanicii fine, a opticii, a industriei aeronautice etc. s-a produs și pe baza punerii la punct și utilizării pe scară largă a electrotehnologiilor: prelucrarea prin electrocoroziune, prelucrarea electrochimică, cu laser, cu ultrasunete, cu fascicul de etectroni și ioni.

Extinderea procedeelor de prelucrare neconvențională se explică prin faptul că

acestea permit prelucrarea în condițiile unor indici tehnici, economici superiori a materialelor cu proprietăți speciale ca de exemplu: carburi metalice, diamante, safire, rubine, materiale mineralo-ceramice, sticla, oțeluri refractare magnetice sau inoxidabile etc. materiale din care sunt confecționate diferite piese cu cele mai variate forme și configurații, unele dintre ele chiar imposibil de obținut prin procedee clasice.

Prelucrarea cu energie ultrasonică are o largă răspândire în multe ramuri ale tehnicii datorită proprietãților pe care le prezintă undele ultrasonice:

– lungime de undă mică;

– accelerații foarte mari ale particulelor care pot ajunge până la valori de 10 ori

mai mari ca accelerația gravitațională;

– posibilitatea de direcționare a fasciculelor ultrasonice înguste spre diferite

locuri greu accesibile;

– posibilitatea de concentrare și focalizare a energiei acustice într-un spațiu

limitat;

Primele cercetări experimentale au fost făcute în anul 1955 de către F. Blaha și B.

Langeneker prin încercări la tracțiune a unor monocristale de zinc. Aceste experimente au pus în evidența 2 efecte importante și anume: „o înmuiere acustică" și o „durificare acustică".

Ulterior s-au facut numeroase cercetări în domeniu, stabilindu-se multe aplicații.

Cap.1 ASPECTE GENERALE SPECIFICE ECHIPAMENTELOR ELECTRO-ULTRASONICE

1.1 Principii fizice ale activării ultrasonice

Ultraacustica este o ramură a acusticii care se ocupă de studiul producerii, propagării și detectării ultrasunetelor, precum și aplicații tehnice ale acestora.

Aplicațiile ultrasunetelor rezultă din proprietațile particulare ale acestora care produc diferite efecte în mediul. [1]

Principalele proprietați ale ultrasunetelor sunt:

– lungime de undă redusă, accelerația până la 10·g imprimate particulelor

– posibilitatea de dirijare a unui fascicul îngust într-o anumită direcție

– posibilitatea concentrării și localizării energiei acustice într-un spațiu

limitat

– fenomene de propagare specifice, de mare importanță este condiția

acustică în mediu lichid

Marimile fizice caracteristice cămpului ultrasonor sunt [2] :

-densitatea volumică a energiei transportate într-un mediu de densitate y:

[J/ ] (1)

unde :

– undă de amplitudine: w=2· ·f pulsatia

– viteza de propagare în [m/s]

(2)

Y – modulul de elasticitate al mediului

– intensitatea acustică I in [W/mz]; (3)

Propagarea câmpului ultrasonor în mediu tehnologic este însoțită de transfer de energie de la undă la mediu. Particulele mediului vor oscila în jurul poziției de echilibru, după trecerea câmpului ultrasonor mișcarea de oscilație a acestora încetează. Dacă direcția de oscilație a particulelor se suprapune cu direcția de propagare a undei, acestea se numesc longitudinale iar dacă direcția este perpendiculară acestea se numesc transversale.

Ultrasunetele reprezintă oscilații mecanice ale particulelor unui mediu elastic având frecvența superioară limitei audibile (f==16 KHz).

Limita superioară a domeniului frecvențelor ultrasonice este considerată frecvența 100 MHz. Un sistem oscilant mecanic (fig. 1.) în regim permaneut armonic este sediul unor vibrații mecanice întreținute de forța perturbatoare periodică în pulsație :

Mișcarea pe direcția x este determinată de forțele ce acționează pe această direcție, forța de inerție , forța rezistentă , forța elastică și este descrisă de ecuația diferențială:

unde:

– coeficientul de amortizare

= – pulsația proprie a sistemului

– frecvența de oscilație

m – masa oscilatorului [kg]

k – constanta versorului [N/m]

r- constanta elementului dispozitiv (rezistența mecanică) [kg/s]

Soluția ecuației este:

(5)

unde:

– pseudopulsația sistemului oscilant

A,B – amplitudinile oscilațiilor amortizate

, – defazajele determinate de elementele elastice ale sistemului După un interval de timp egal cu timpul de relaxare se termină regimul tranzitoriu și se stabilește regimul staționar.

Sistemele ultraacustice trebuie să funcționeze pe frecvența de rezonanță. Fenomenul de rezonanta (fig.2) apare atunci cand forța perturbatoare de modul și fază-constante, dar cu pulsația variabilă , determina mișcări oscilatorii, o amplitudine B, valoare maxima pentru o anumita pulsație

1.2 Structura sistemelor de conversie electro-ultraacustică:

Procedura ultrasunetelor într-un mediu se realizează practic cu ajutorul unui echipament care asigură conversia unei forme de energie (de intrare) în energie acustica, ca parametrii adecvați aplicației telnologice.

Echipamentele electroacustice actuale, din componența instalațiilor tehnologice cu activare ultrasonică, utilizeză energia electrică drept energie de intrare, iar vibrațiile mecanice sunt realizate pe baza caracteristicilor de magnetostricțiune sau electrostric-țiune, prezentate de unele materiale.

Un sistem de conversie electroacustic (fig.3) cuprinde [3]:

l. Sursă de energie primară care adoptă parametrii energiei disponibile la rețeaua electrică de alimentare (tensiune, frecvență, număr de faze) la valorile necesare alimen-tării transductoarelor electroacustice

2. Transductor electroacustic, asigură conversia energiei electrice în energie mecanică

3. Ghiduri de undă destinate realizării legăturii mecano-acustica cu ghidul de undă transductor (emițător) și (receptor)

4. Sculă tehnologică cuplată mecano-acustic cu ghidul de unda și în contact direct cu mediul supus acțiunii vibrațiilor ultrasonore

Transductorul electroacustic reprezintă elementul principal al echipamentului

ultrasonic. Prin poziția sa în lanțul conversiei electroacustice, transductorul este un diport hibrid, care realizează cuplajul dintre două circuite de natură diferită: circuitul electromagnetic și circuitul mecanoacustic. Modelul matematic care descrie compor-tarea unui astfel de diport se stabilește pe baza teoriei sistemelor și a teoriei circuitelor multiport.

Forța vibratoare F↔ tensiune electrică U

Viteza de vibrație v ↔ intensitatea curentului electric I

Relațiile dintre marimile de stare care caracterizează funcționarea transductorului

electroacustic cu forma:

(6)

U – tensiunea electrică aplicată la poarta electrică

I – intensitatea curentului electric stabilit la poarta electrică

F – forța perturbatoare care acționează la poarta mecanică

v – viteza de vibrație (coliniară cu deviația forței F) la poarta mecanică

– impedanța electrică parțială (pentru cazul unui transductor blocat mecanic)

– impedanța mecanică parțială (pentru cazul unui transductor în gol electric)

k – factor de conversie electromecanic

; ; = (7)

Ca interpretare a relațiilor scot în evidență urmatoarele:

intesitatea curentului electric I prin transductor se stabilește atât datorită tensiunii

electrice U aplicată la borne, cât și a tensiunii (-k ∙ v ) determinată de efectul piezoelec-tric direct.

viteza de vibrație v este deteminată atât de forța perturbatoare F aplicată din exterior cât și de forța (- k ∙ l ) datorată efectului piezoelectric invers.

Transductorul electroacustic, generator de vibrații mecanice de frecvență ultrasonoră sub acțiunea inei excitații electrice, este descris de relația de mai jos pentru cazul particular F=0.

(8)

Relația descrie matematic comportarea transductorului electroacustic și permite ca starea de vibrație a acestuia să fie modelată cu ajutorul unei scheme electrice echivalente, în care diportul hibrid, să poată fi definit printr-o impedanță echivalentă Zech, iar mărimilor fizice caracteristice sistemului mecanic le corespund mărimi electrice

În categoria transductoarelor piezoelectrice sunt cuprinse dispozitivele conver-toare care asigură transformarea energiei electrice furnizată de generatorul electronic în energie mecanică pe baza efectului piezoelectric invers.

Efectul piezoelectric invers constă în apariția unor modificări dimensionale și a unor tensiuni mecanice interne în materialele cu proprietăți piezo-active (cuarț, sarea beignette, sarea Rochelle etc.) supuse acțiunii unui câmp electric exterior.[4] Trans-ductoarele piezoelectrice sunt plăcuțe cu geometrie paralelipipedică sau cilindrică extrase din cristalul de cuarț după o tehnologie care ține seama de direcțiile axelor electrice, mecanice și optice.

Dacă cristalul este supus unor forțe de compresiune sau întindere pe fețele

perpendiculare pe axa X apar sarcini electrice opuse și deci o tensiune electrică U. Sarcina electrică este proporțională cu forța exercitată, ceea ce definește efectul piezoelectric direct. Dacă se inversează sensul forțelor sau se va modifica polaritatea tensiuni U.

Efectul piezoelectric invers apare dacă se aplică o tensiune alternativă U,care

determină un câmp electric E=U/1 în transductor pe direcția axei X (l – lungimea plăcuței). Dacă frecvența tensiunii de alimentare este egală cu cea de rezonanță mecanică a transductorului, vibrațiile mecanice sunt maxime ca amplitudine.

Cele mai utilizate materiale ceramice (policristaline și dielectrice) sunt [5]:

– zircovatul – titanatul de plumb numit comercial PZT

– titanatul de bariu (BaTi )

– niobatul de litiu (LiNb ) etc.

Din punct de vedere acustic, tr.

Efectul piezoelectric invers constă în apariția unor modificări dimensionale și a unor tensiuni mecanice interne în materialele cu proprietăți piezo-active (cuarț, sarea beignette, sarea Rochelle etc.) supuse acțiunii unui câmp electric exterior.[4] Trans-ductoarele piezoelectrice sunt plăcuțe cu geometrie paralelipipedică sau cilindrică extrase din cristalul de cuarț după o tehnologie care ține seama de direcțiile axelor electrice, mecanice și optice.

Dacă cristalul este supus unor forțe de compresiune sau întindere pe fețele

perpendiculare pe axa X apar sarcini electrice opuse și deci o tensiune electrică U. Sarcina electrică este proporțională cu forța exercitată, ceea ce definește efectul piezoelectric direct. Dacă se inversează sensul forțelor sau se va modifica polaritatea tensiuni U.

Efectul piezoelectric invers apare dacă se aplică o tensiune alternativă U,care

determină un câmp electric E=U/1 în transductor pe direcția axei X (l – lungimea plăcuței). Dacă frecvența tensiunii de alimentare este egală cu cea de rezonanță mecanică a transductorului, vibrațiile mecanice sunt maxime ca amplitudine.

Cele mai utilizate materiale ceramice (policristaline și dielectrice) sunt [5]:

– zircovatul – titanatul de plumb numit comercial PZT

– titanatul de bariu (BaTi )

– niobatul de litiu (LiNb ) etc.

Din punct de vedere acustic, transductorul se comportă ca un element acordat în "semiundă" (λ/2). Această condiție permite stabilirea grosimii elementului vibrant piezoelectric:

a) Transductorul simplu, este format dintr-o placă (disc, inel) piezoceramică polarizată corespunzător modului de vibrație axial

b) Transductorul compus, este format dintr-o placă piezoceramică polarizată axial și având grosimea g egală cu un sfert de undă

c) Transductorul compus de tip „sandwich” cuprinde una sau două plăci (discuri, inele) piezoceramice polarizate corespunzător modului de vibrație axial, încastrate pretensionat între două armături metalice, cu volum de reflector acustic (placa de oțel având grosimea ) și respectiv radiator acustic (placa din titan cu grosimea ). Stabi-lirea grosimilor elementelor transductorului se face pe baza condiției de rezonator în "semiundă" pentru întreg ansamblul.

Construcția de tip ,,sandwich" este în prezent cea mai întâlnită pentru realizarea

transductoarelor electroacustice piezoceramice de puteri mari (sute watt, mii de watt)

și frecvențe relativ joase (20…50) kHz destinate să echipeze instalații tehnologice industri-ale de curățare-degresare, sudare, prelucrare dimensională etc. [6] și [7].

Din punct de vedere electric, transductorul piezoelectric generator de ultrasunete se modelează schema electrică echivalentă următoare contruită pe baza analogiei

electromecanice din relația (8)

.

– rezisteța de pierderi datorate fenomenului de histerezis în materialul ceramic

– capacitatea proprie (statică), măsurabilă la bornele transductorului la o frecvență departe de cea rezonabilă (uzual lKHz)

– parametrii echivalenți ai circuitului electric în serie acordat pe frecvența de rezonanță

– rezistența electrică echivalentă impedanței acustice de radiație a transductorului la funcționarea în gol

– impedanța electrică echivalentă impedanței acustice de sarcină

La rezonanța : avem :

Schema electrică echivalentă a transductorului piezoelectric poate fi redusă la schema echivalentă serie (fig. 6b) x

Variația modulului impedanței transductorului electroacustic piezoceramic cu frecvența tensiunii de alimentare prezintă o curbă (fig.7) neliniară caracterizată prin două punete de extrem:

– frecvența de rezonanță serie: în care modulul impedanței prezintă o valoare minimă (zeci, sute de mii)

– frecvența de rezonmță paralelă: la care modulul impedanței

prezintă o valoare maximă (zeci de kiloohmi)

Valorile parametrilor schemei echivalente se referă la schema influenței mărimilor fizice de natură neelectrică ce intervin la poarta mecanică a transductorului.

Perechile de valori ( ) și ( ) sunt influențate sensibil de regimul

transductorului în cadrul sistemului de conversie electroacustic (în gol sau în sarcină)..

Determinarea experitmentală a curbei permite obținerea unor informații

deosebit de importante pentru cunoașterea parametrilor schemei echivalente și evaluarea numerică a performanțelor transductorului.

În cadrul echipamentelor electroacustice destinate aplicațiilor tehnologice active, transductoarele piezoelectrice trebuie să funcționeze excitate la frecvența de rezonanță serie [1] În cadrul sistemului de conversie electroacustic, generatorul, ca sursă de alimentare cu energie electrică a transductoarelor electroacustice realizează conversia parametrilor electrici (tensiune, frecvență) de la rețea pentru a corespunde caracteristi-cilor de intrare ale transductorului.

Generatoarele actuale utilizează frecvențe între (20…50) kHz, puteri de (50W … 3KW) și sunt realizate cu tranzistoare de puteri bipolare (BJT) sau tranzistoare de putere MOSFET.

Din punetul de vedere al structurii funcționale, categoriile specifice de generatoare electronice pentru echipamente cu ultrasunete sunt umătoarele:

a) Generator cu oscilator pilot (în buclă deschisă):

Frecvența oscilatorului se impune din exterior, prin acordarea pe frecvența de rezonanță a transductorului electroacustic (funeție de indicația unei valori extreme, de exemplu valoarea maximă a curentului) atunci când modificarea parametrilor procesului impune acest lucru.

Necesitatea acordării de frecvențe generatorului – procedeu greoi din punct de vedere operațional pentru un echipament tehnologic – limitează utilizarea generatorului cu această structură doar la aplicații de laborator, cercetare, testare etc.

b) Generator cu reacție pozitivă de mișcare:

Schema bloc cuprinde un circuit de control automat al frecvenței (CAF) pe baza informaților primite de la transductorul electroacustic care reprezintă sarcina generato-rului. Sunt utilizate traductoare de tip capacitiv (accelerometru) sau inductiv (bobină de reacție) care atașate mecanic blocului ultrasonic în vibrație, determină un semnal cu extrem de rezonanță mecanică. Acest semnal, inclus într-o buclă de reacție pozitivă pilotează oscilatorul în sensul cedării pe frecvența de rezonanță mecanică. Deși adecvată din punct teoretic, această metodă s-a dovedit fiabilă în practică datorită posibilității transmiterii de semnale false, determinate de imprecizia și lipsa de robustețe a fixării mecanice a traductorului pe bloc ultrasonic în vibrație.

c) Generator cu reacție pozitivă intrinsecă :

Schema realizează controlul automat al frecvenței de funcționare pe baza informației cuprinse în defazajul dintre tensiunea la borne și curentul electric care trece prin transductorul electroacustic. La rezonanță, defazajul este nul, deoarece impedanța echivalentă a transductorului prezintă un caracter pur rezistiv.

Condiția de cotare a generatorului pe frecvența de rezonanță a blocului ultrasonic se realizează cu ajutorul unui circuit cuadripol de reacție pozitivă, care furnizează la ieșire un semnal în fază cu semnalul de la bomcle impedanței acustice (de „mișcare”) atât în regim static cât și în regim dinamic, când se modifică atât sarcina acustică cât și implicit frecvența de rezonanță a blocului ultrasonic.

Modulele funcționale din componența schemelor bloc prezentate au următoarele

funcțiuni:

sursa de alimentare cuprinde un redresor alimentar la tensiunea rețelei

electrice și furnizează la ieșire o tensiune continuă fixă sau reglabilă

– blocul preamplificator/oscilator oferă semnale capabile să comande comuta-toarele statice de putere din etajul final

– blocul amplificator de putere (etaj fnal) constituie inventorul propriu zis care generează semnalul electric de excitare a transductorului electroacustic la parametrii adecvați

condiției de rezonanță (frecvență, faza) și cerințele procesului tehnologic (putere, regim de funcționare etc.).

– circuitele de adaptare sunt conifigurații de componente pasive (R, L, C) cu un rol de adaptare a impedanței de ieșire a etajului final cu impedanța totală a sarcinii (transductor electroacustic) și de selectare a fundamentalei semnalului dreptunghiular la ieșirea inventorului (circuit acordat)

– cuadripolul de reacție este un circuit cu componente pasive care include trans-ductorul electroacustic astfel încât să poată pilota oscilatorul pe baza unei informații de fază captată direct de la traductor.

Comportarea ansamblului generator – transductor în funcție de sarcina acustică

variabilă este prezentată în diagramele de mai jos [1] :

În cazul excitării transductorului la frecvența de rezonanță serie, puterea absorbită este minimă și acoperă numai puterea disipată de transductor la sarcina acustică nulă (fig.11a).

În cazul excitării transductorului pe frecvența de rezonanță paralelă, puterea disipată pe transductor este maximă în gol, existând pericolul real de distrugere a transductorului (fig.11b). Puterea absorbită de sistem scade odată cu creșterea sarcinii acustice, ceea ce reprezuită un mod anormal de funcționare.

Rezultă că transductoarele electroacustice destinate aplicațiilor active trebuie să fie excitate la frecvența de rezonanță serie .Această condiție asigură o disipare minimă și o mare flexibilitate la variațiile sarcinii acustice.

Blocul ultrasonic în ansamblu, precum și elementele componente sunt acordate pe

frecvența de rezonanță a transductorului electroacustic.

Determinarea prin calcul a dimensiunilor și a solicitărilor mecanice ale elemen-telor componente se poate face pornind de la forma particulară a ecuațiilor diferențiale de propagare a undelor longitudinale plane dea lungul unei axe, într-un conductor acustic de secțiune variabilă, elastic și omogen. [3]

(11)

ξ(x,t) – elongația mișcării oscilatorii a punctelor materiale ale mediului

A(x) – aria secțiunii transversale a conductorului acustic la cota x

– numărul de undă (modulul vectorului de undă)

– viteza de propagare a undei plane longitudinale în conductorul acustic

ω = 2π∙f – pulsația mișcării oscilatorii (f – frecvența)

λ – lungimea de undă a oscilației

Relația definește procesul de propagare a undelor acustice prin medii solide, elastice și omogene, cu dimensiuni transversale mici în raport cu lungimea de undă (bare metalice înguste), este cunoscută ca ecuația lui Webster.

Criteriile care stau la baza dimensionării elementelor de adaptare acustică sunt

umătoarele:

– frecvența de rezonanță a ansamblului ca și a elementelor componente (fiecare în parte) trebuie să fe identică cu frecvența transductorului.

– suprafețele radiante (extremitățile și ale tronsonului) trebuie să fie situate în ventrele undelor staționare care se stabilesc în blocul ultrasonic.

– zona de fixare mecanică a blocului ultrasonic trebuie situată în unul dintre nodurile undelor staționare

Solicitările mecanice σ(x), în orice secțiune, trebuie să fie inferioare limitei admisibile la oboseală pentru materialul utilizat

(12)

în care Y este modulul de elasticitate longitudinal (Young) al materialului;

dξ/dx – alungirea specifică (deformația elastică).

Rezolvarea ecuației lui Webster este posibilă, în mod concret, prin metode numerice, dacă se precizează condițiile inițiale și la limită particulare.

Sunt valabile următoarele condiții de continuitate:

– la trecerea de la o formă de variație a secțiunii A(x) la altă formă în plan de separație, amplitudinea de vibrație și forma se conservă.

– la trecerea de la un mediu caracterizat de rezistență acustică specifică la un altul cu rezistență acustică specifică , amplitudinea de vibrație, viteza se conservă.

O condiție esențială pentru asigurarea corespondenței dintre valorile proiectate și

procesul real de propagare a undelor ultrasonore prin conductorul acustic constă în

cunoașterea și utilizarea în calcule a valorii exacte a vitezei de propagare a undelor

longitudinale în materialul folosit.

Elementele de adaptare acustică se realizează din materiale cu proprietăți acustice și mecanice deosebite (impedanța acustică specifică , redusă modul de elasticitate

longitudinal Y de valoare ridicată, solicitare limită admisibilă la oboseală cât mai mari). Cele mai utilizate materiale sunt: titan, aliaje de titan, duraluminiu, oțel de scule etc.

Elementele de adaptare utilizate în cadrul echipamentelor tehnologice cu activare ultrasonoră pot fi modelate prin bare cu secțiune circulară de arie variabilă în lungul axei x, , variabilă după o anumită lege. Cele mai utilizate configurații (fig.13) pentru aceste conductoare acustice cu rol: de „ghid de undă” sunt [1]:

De asemenea, se folosese și combinații de tronsoane, cu moduri diferite de variație a secțiunii A(x) în lungul axei x.

Elementele de adaptare acustică au în principal următoarele funcțiuni:

– amplificarea amplitudinii vibrației acustice ( >1) sau atenuarea acestuia

( <1 ).

(14)

– amplitudinea oscilației la intrarea în ghidul de undă,

– amplitudinea oscilației la ieșirea din ghidul de undă

– transmiterea energiei acustice în direc~ia și la locul dorit

– egalarea impedanțelor acustice de ieșire (la traductor ca emițător) și de intrare (a mediului activat ultrasonic ca receptor)

1.3 Aplicații tehnologice ale ultrasunetelor

Principalele efecte, care determină schimbări permanente și utile în structura mediului prin care se propagă ultrasunetele și care stau la baza derulării unor procese tehnologice activate ultrasonic sunt [3]:

a) efecte mecanice, apărute datorită aportului de energie mecanică determinat de propagarea undelor ultrasonice, care pot conduce în mediu la apariția unor eforturi unitare apreciabile; acestea pot cauza mișcarea relativă a snprafețelor și frecarea acestora de formări elasto-plastice și chiar ruperi în corpurile solide, reducerea tensiunii statice de deformare plastică a metalelor („îmnuierea ultraacustică”), agitația mecanică a particulelor în medii fluide, cu efecte de dispersare, sedimentare, filtrare, uscare, difuzare, extracție, etc;

b) efecte termice datorate absorției preferențiale a energiei ultrasonore în mediul prin care se propagă undele acustice (în zonele cu dislocații în rețeaua cristalină, la limita de separare a cristalelor) sau la interfața de separare dintre două medii diferite cauzată de frecarea relativă; rezultă în acest fel o încălzire focalizată, intensă, proporțională cu intensitatea ultraacustică și cu timpul de activare;

c) cavitația acustică apărută datorită faptului că în mediul lichid parcurs de ultrasunete suficient de intense se formează „bule” sau „cavități gazoase” ca rezultat al „ruperii” lichidului sub incidența compresiilor și destinderilor rapide cauzate de propagarea undelor staționare; cavitățile, conținând vaporii lichidului și gaze dizolvate în lichid, au o durată de viață foarte scurtă, apoi dispar prin implozie producând șocuri mecanice și termice importante;

d) efecte chimice determinate de faptul că energia asociată propagării undelor ultraacustice în medii lichide favorizează, prin diferite mecanisme specifice, intensificarea activității chimice reacții de oxidare și reducere, polimerizare și depolimerizare, hidroliza, cataliza etc.; de asemenea s-a constatat că activarea ultrasonică poate provoca unele reacții chimice, care nu ar avea loc în condiții normale;

e) efecte biologice, care pot apărea la propagarea ultrasunetelor prin sisteme biologice dacă se depășesc valorile de prag ale parametrilor de expunere (frecvență, intensitate acustică, durată, etc.) în funcție de caracteristici ale mediului (formă, dimensiuni, concentrație, stare „in vivo”/„in vitro” – natură, tip etc.); influența asupra mediului poate avea efecte biopozitive (analgezice, terapeutice ete.) sau bionegative (distrugerea micro organismelor) degradarea macromoleculelor, modificări histologice, leziuni etc.)

Aplicațiile active ale ultrasunetelor sunt cele în care energia ultraacustică utilizată este suficient de mare pentru a determina modifcări în structura mediului în care se propagă, ultrasunetele în acest caz având rolul de sculă tehnologică care realizează un lucru mecanic, sau al unui agent catalizator al procesului tehnologic. Principalale aplicații active ale ultrasunetelor în procesele tehnologice industriale sunt:

– curățarea suprafețelor

– sudarea ultrasonică

– prelucrarea dimensională

– activarea ultrasonică a proceselor fizico chimice

– activarea ultrasonică a procedeelor convenționale de prelucrare

Curățarea – degresarea ultrasonică în mediul lichid se bazează pe acțiunea combinată a cavității acustice și a proprietăților de înmuiere, emulsionare, dizolvare, specifîce soluțiilor (solvenților) de curățare.

Sudarea ultrasonică a metalelor și a materialelor plastice se bazează pe efectul termic care apare ca rezultat al transformării mecanice de vibrație în căldură, prin absorbție și frecare relativă. Sudarea ultrasonică a metalelor este o soluție modernă ne fiind necesar materialul de adaos (sudarea prin frecare, la rece).

Prelucrarea dimensională în câmp ultrasonic se bazează pe acțiunea de eroziune abraziv-cavitațională a sculei tehnologice (în vibrație 1a frecvență ultrasonoră) asupra obiectului de prelucrat, în mediul de lucru lichid (emulsie, cu suspensie abrazivă). Piesele de

Piesele de prelucrat sunt realizate în mod obișnuit din materiale fragile, casante, cu duritate ridicată, greu prelucrabile prin alte procedee telnologice.

Activarea ultrasonică a proceselor fizico chimice are loc pe baza efectelor mecanice, tehnice, chimice și cavitaționale, determinate în mediul de propagare.

Performanțele calitative impun acest procedeu atât ca „sculă” de laborator cât și ca procedeu industrial.

Activarea ultrasonică a procedeelor de prelucrare convențională a metalelor are la bază efecte mecanice și tehnice care determină „înmuierea acustică” și reducerea frecării de contact sculă-piesă sub acțiunea undelor ultrasonore. Astfel, utilizarea ultrasunetelor (vibrații ultrasonore) are efecte pozitive în procedee de prelucrare prin deformare plastică.

Băi pentru curățare-degresare ultrasonică

Curățarea-degresarea prin imersie în soluție activată ultrasonic este unul dintre cele mai moderne și eficiente procese tehnologice, caracterizat printr-o serie de avantaje tehnico-economice (în raport cu procedeele convenționale):

– calitate superioară a suprafețelor, evaluată printr-un grad de curățare foarte ridicat [1]:

– productivitate ridicată (timp de curățare redus, 15 s … 2000) cu circa 48% față

de procedeele uzuale.

– eficiența economică ridicată determinată de consumuri materiale și energetice reduse, precum și exploatarea și întreținerea deosebit de simplă

– compatibilitate cu o gamă largă de materiale, metalice și nemetalice (materiale plastice, sticlă, materiale campozite etc.)

– posibilitatea curățării unor piese care nu pot fi curățate prin alte procedee (ge-ometrii complicate, găuri sau canale înguste etc.)

– condiții economice și de securități ale personalului de exploatare mai bune

– utilizarea unor utilaje de dimensiuni reduse, cu ridicat grad de automatizare

Efectul de curățare a suprafețelor prin imersie în soluție activată ultrasonic este o

acțiune fzico-chimică ce implică, ruperea unor legături și conversia componentelor în sub produși alternativi, ca rezultat a1 interacțiunii vibrațiilor ultrasonice cu mediul lichid în care se propagă.

Majoritatea studiilor efectuate consideră că la baza procesului de curățire stă fenomenul de cavitate acustică. Fenomenul constă în formarea în lichid a unor bule gazoase, care conțin vapori ai lichidului în amestec cu gaze dizolvate în lichid, urmată de implozia acestor cavități, însoțită de efecte termodinamice intense.

Propagarea undelor ulrasonice în mediu lichid produce dilatării și comprimări periodice care conduc la apariția cavității acustice.

Soluția (solventul) de curățare, cu caracteristici fizico-chimice adecvate, acțio-nează prin înmuiere, solvatare, descompuneri etc. asupra particulelor de murdărie deta-șate de pe suprafața piesei supuse curățării.

Procedeul de curățare degresare prin imersie în soluție activată ultrasonic permite îndepărtarea de pe suprafața pieselor a următoarelor tipuri de depuneri:

– unsori, uleiuri minerale și produse de descompunere ale acestora

– depuneri aderente din compoziția emulsiilor de răcire

– urme de pastă de lustruit

– impurități adecvate de origine organică sau anorganică (praf, cenușă, pulberi

metalice etc.)

Sunt efectuate operații de curățare cu activări ultrasonice chiar și la piese cu

configurații complexe, care prezintă locuri greu accesibile, înainte sau după montarea mai multor repere sau subansambluri.

Frecvența de lucru se stabilește în principal în funcție de următorii factori:

– tipul, densitatea și adeverința impurităților

– forma și dimensiunea pieselor supuse curațării

– tipul soluției (solventului) care impune pragul energetic de cavitație

În general majoritatea instalațiilor de curățare-degresare cu ultrasunete funcționează în domeniul de frecvență (20… 50) kHz, dar sunt utilizate și echipamente eu frecvențe de 800 kHz.

Instalațiile industriale de curățare-degresare cu ultrasunete pot fi împărțite în două

categorii. În fancție de domeniul aplicaților tehnologice:

– instalații utilizând frecvențe relativ joase (18…25) kHz, adecvate pentru curățări grele ale unor piese cu dimensiuni relativ mari 1a care cavitația trebuie să determine o acțiune mecanică erozivă cât mai puternică

– instalații utilizând frecvențe relativ ridicate (25…50)kHz chiar 75 kHz, indicate pentru curățări de finețe și precizie, în optică sau microelectronică

Puterea necesară pentru activarea ultrasonică a instalațiilor de curățare-degresare se determină, în principal în funcție de volumul cuvei, mărimea (masa) pieselor supuse curațării și tipul soluției (solventului) care impune pragul energetic al cavitației [1].

În funcție de domeniul aplicațiilor folosite posibile, extrem de vast și diversificat, sunt disponibile următoarele tipuri de echipamente și agenți dinamici:

– băi ultrasonice în consctrucție compactă, cu capacitate de (0,5… 30) …. și dotate în mod uzual cu încălzire termostatată, programator-temporizator, reglarea puterii ultraacustice

– echipamente de activare ultrasonică, cu traductor imersibil și puterea utilă de (100…2000) W, destinate echipării unor instalații (băi, linii telnologice) de mare capacitate

– instalații de curățare-degresare multicuvă, cu solvenți organici (tricloretilena, percloretilena ete.) cu deservire manuală sau cu manipulator part-șarjă programabil).

Sudarea ultrasonică a materialelor plastice

Utilizarea vibrațiilor mecanice având frecvența în domeniul ultrasonor, ca mijloc de îmbinare a materialelor plastice, s-a impus datorită avantajelor deosebite tehnico-economice, în multe dintre aplicațiile industriale de serie mare.

Plastifierea materialelor termoplaste (fig. 16) prin încălzire locală datorată energiei mecanice de vibrație a sculei, prin "ciocănirea" materialului cu frecvență ridicată permite sudarea nituirea și înserarea pieselor [8].

Procedeul prezintă următoarele avantaje:

-energia termică generată se localizează doar în zona îmbinării, fiiiid excluse deformările datorită supraîncălzirilor

-este posibilă sudarea unor materiale plastice similare sau disimilare compatibile

-reproductivitate foarte bună a îmbinării recomanda procedeul pentru procese de

fabricație de serie foarte mare

-durata procesului de sudare este foarte redusă (de ordinul secundelor).

În prezent sunt utilizate instalații de sudură în gamă de puteri (300…2000) W la frecvența de 20 kHz și ecbipamente portabile (tip pistol) cu puteri de (50 …300) W la frecvențe cu (35…40) kHz.

Sudarea ultrasonică a metalelor

Sudarea metalelor cu ajutorul energiei de vibrație la frecvență ultrasonică, se încadrează în grupa procedeelor de sudare prin frecare, la „rece” având în vedere că pe durata procesului nu apare temperatura ridicată și nici procese de topire [9).

Piesele sunt supuse frecării prin oscilații mecanice de înaltă frecvență precum și unei forțe statice normale de strângere .

Procedeul de sudare ultrasonică este utilizabil în cazul metalelor și aliajelor neferoase. Se pot îmbina metale cu puncte de topire diferite (cupru-aluminiu, titan-nichel, aluminiu-alamă)

Principalele avantaje ale sudurii materialelor cu ultrasunete sunt:

– realizarea unei îmbinări de calitate și cu rezistență mecanică ridicată

– productivitate mare respectiv durata procesului de sudare foarte redusă (0,1… 0,8)s

– consum redus de energie

– reproductibilitate ridicată (procedeul permite producția în serie mare) Echipamentele și utilajele actuale utilizate pentru sudarea materialelor cu puteri

utile de 300..3000 W și mai mari, la frecvențe de lucru de 20…35 kHz.

Echipamente pentru prelucrarea ultrasonică

Procesul de prelucrare prin eroziune ultrasonică este datorat transmiterii energiei cinetice de vibrație a sculei (vârful blocului ultrasonic) materialului supus prelucrării prin intermediul granulelor abrazive libere, prezente în suspensie lichidă în interstițialul de lucru. Mecanismul de prelucrare este cunoscut sub denumirea „coroziune abraziv ca-vitațională” și este aplicabil materialelor fragile, casante, cu duritate ridicată, electroizo-lante sau conductoare în general greu prelucrabile prin alte procedee tehnologice [10].

Sub acțiunea vibrațiilor mecanice, particulele abrazive aflate în suspensie, sunt puternic accelerate și, lovind suprafața piesei de prelucrat, determină prelevaera unei cantități de material.

În principiu echipamentul de prelucrare cu ultrasunete este similar celui destinat sudării ultrasonice a materialelor plastice. În plus echipamental destinat prelucrării ultrasonice conține subansamble și sisteme specifice tehnologiilor de prelucrare prin așchiere: sistem de antrenare și control micrometric al avansului tehnologic al blocului ultrasonic, sistem de prescriere și reglare a forței de apăsare sculă-piesă.

Cea mai frecventă aplicație tehnologică a prelucrării ultrasonice este rectificarea suprafețelor active ale filierelor pentru trefilarea sârmelor.

Principalele avantaje ale acestui procedeu sunt:

-precizie dimensională ridicată la o calitate superioară a suprafeței prelucrate (rugozitate redusă)

-viteză mare de prelucrare (zeci de secunde… câteva minute) în comparație cu un procedeu convențional (zeci de minute… câteva ore)

-absența unor tensiuni interne și a încălzirii locale a materialului supus prelucrării Parametrii prelucrării sunt în general controlabili la nivelul blocului electroacus

tic. Astfel se pot controla: frecvența (de regulă 20 kHz), puterea (zeci… sute de watt), durata de prelucrare, forța normală sculă-piesă.

Deshidratarea priu filtrare în câmp ultraacustic

O serie de procese fizico-chimice pot fi influențate (favorizate, accelerate, modi-ficate) prin efectele datorate propagării ultrasunetelor de intensitate ridicată prin mediile respective. Pe această bază au fost dezvoltate următoarele aplicații:

– dispersia (răspândirea) particulelor unei substanțe printre particulele altei substanțe rezultând soluții, emulsii sau aerosoli

– sedimentarea (aglomerarea) particulelor în zone nodale ale unui câmp ultra-acustic staționar

– extracția (separarea) uneia sau mai multor substanțe dintr-un amestec

– sterilizarea (amplificarea acțiunii antibacteriene a unor dezinfectanți) datorită efectului bionegativ al ultrasunetelor

În această categorie de procese este cuprinsă și deshidratarea prin filtrare în câmp

ultraacustic. În industria chimică, alimentară, farmaceutică, metalurgică o serie de procese tehnologice necesită separarea particulelor solide sau lichide dintr-o suspensie coloidală (îndepărtarea apei). Fără schimbarea stării de agregare, dintr-un sistem eterogen solid lichid.

Separarea acustică a suspensiilor solid-lichid este un proces complex, datorat efectelor produse prin interacțiunea undelor ultrasonore cu mediul lichid prin care se propagă [11].

În principiu, echipamentul (fig 19), care permite deshidratarea în câmp ultrasonor

conține o membrană metalică filtrantă, cuplată mecanic cu sonotrodei, peste care se

aduce, cu ajutorul unei diferențe de presiune, sistemul bifazic particule solid-apă.

Procedeul de deshidratare electroacustică se caracterizează, prin consumuri energetice specifice reduse, precum și prin influențe specifice asupra fazei tehnologice fimale (uscare), determinând reducerea substanțială a sarcinii termice a uscătorului. Echipamentul pentru deshidratarea electroacustică constă, din punct de vedere construc-tiv, din următoarele elemente principale:

– celula filtrantă l, cilindrică, verticală

– membrană metalică 2 amplasată transversal și antrenată în mișcarea vibrației

la frecvența ultrasonică

– blocul nitrasonic 3 echipat cu transductorul electroacustic 4 piezoceramic

– generatorul electric 5 destinat excitării transductorului 1a rezonanță

– fitinguri pentru alimentarea celulei filtrante cu suspensie 6 și respectiv pentru evacuarea filtratului 7 sub acțiunea unei diferențe de presiune (vaccum) creată din exte-rior cu ajutorul unui agregat de vid

– electrozi pentru aplicarea câmpului electric mediului supus filtrării, anodul 8, catodul 2

Echipamente pentru trefilare în câmp ultrasonic

Deformarea plastică a metalelor în câmp ultrasonic este în prezent utilizată în industrie având în vedere că în prezența câmpului ultrasonic se constată un efect de „înmuiere” a metalului și reducerea tensiunii statice de deformare [1].

Dacă deformarea se face cu scule active acustic (filiere, matrițe, etc.) apare un efect de reducere a frecării de contact în planul de separație dintre sculă și piesă. Suprafețele de contact au o mișcare relativă între ele, dacă viteza de vibrație este mai mare decât cea relativă de deplasare iar față de frecare este mult mai redusă.

Executându-se în mod obișnuit la rece, trefilarea este însoțită de ecruisare. Gradul de reducere a secțiunii metalului depinde în primul rând de capacitatea acestuia de ecruisare. De asemenea, pentru a evita ruperea materialului, este necesar ca efortul principal la ieșirea din filieră să nu depășească limita de curgere.

În operațiile de trefilare, scula de lucru, filiera, poate fi plasată, în centrul oscila-țiilor undelor ultrasonore longitudinale (în nodul de presiune) sau în maximul de presi-une (nodul oscilației) (fig20).

Activarea ultraacustică a sculei permite reducerea forței de tragere cu (30…50%) cu fluctuații ce pot fi atenuate prin realizarea rezonanței sistemului mecanic.

Uu efect benefic important îl are realizarea de unde staționare în sârma transă 1 în

acest scop sunt plasate în mod convenabil role de presiune și de o parte și de alta a filierei 4 poziționată în zona de maxim a oscilației undelor ultrasonore.

O deosebită importanță o prezintă distanța la care sunt plasate rolele reflectoare , distanță care asigură, în cazul activării ultraacustice longitudinale, în sensul tragerii, îu funcție de cinetica trefilării, apariția în sârmă a undelor staționare.

Cap.2 ELEMENTE DE TEHNOLOGIA CURĂȚĂRII SUPRAFEȚELOR

2.1 Locul, rolul și importanța curățării suprafețelor

Una dintre cele mai importante condiții pentru obținerea unei acoperiri galvanice foarte aderente și satisfăcătoare ca aspect exterior este curățarea minuțioasă a suprafeței ce trebuie acoperită [12]. Toate obiectele, oricât de curate ar părea la o examinare superficială, au pe suprafețele lor impurități care dăunează procesului galvanizari normale. După natura lor, impuritățile care se întâlnese pe suprafețele metalelor se împart în 3 categorii și anume:

– oxizi și compuși asemănători

– grăsimi, uleiuri și alte substanțe organice

– corpuri străine solide de diverse proveniențe, rămase sau căzute pe suprafața

obiectelor la prelucrarea lor, cum ar fi, de exemplu: grafit, nisip (la piesele turnate), zgură, praf, incluziuni superficiale de particule de atom metale etc.

În galvanotehnică nu este indiferentă metoda de curățire a suprafeței. Alegerea

procedeului și a condițiilor de prelucrare a suprafeței nu depinde numai de natura și cantitatea impurităților, ci și de natura metalului supus acoperirii, de caracterul preluc-rării sale mecanice anterioare și de natura și destinația stratului depus galvanic.

2.2 Metode și procedee de curățare

2.2.1 Metode mecanice:

Pregătirea mecanică a suprafețelor constă în netezirea și nivelarea acestora pentru

îmbunătățirea aspectului general și în special al luciului acoperirilor galvanice depuse ulterior.

În funcție de starea suprafețelor și a gradului de finisare dorit, piesele se supun la două operații: șlefuire și lustruire; ambele se efectuează în moduri similare și cu același gen de utilaje. La șlefuire se îndepărtează cantități relativ mari de metal, în vederea ni-velării suprafețelor, în timp ce lustruirea are ca scop finisarea suprafețelor. Ea realizează reducerea adâncimii rizurilor și zgârieturilor provenite de la prelucrarea anterioară. Prin lustruire se îndepărtează cantități reduse de metal. De multe ori lustruirea se realizează și după depunerea galvanică, pentru a se obține grade superioare de luciu. Pentru așchierea și netezirea suprafeței metalului se folosese materiale abrazive. Ca material abraziv poate fi folosit orice mineral natural sau sintetic ale cărui granule prezintă duritate ridicată și proprietăți așchietoare. Materialele abrazive trebuie să aibă muchii ascuțite pe care le păstrează chiar dacă se sparg. Mărimea granulelor este stan-dardizată. Pentru netezirea și curățarea suprafeței obiectelor mici se folosește prelucra-rea mecanică în tobe și clopote. Piesele se încarcă într-o tobă rotativă sau clopot, unde ele se freacă și se zgârie reciproc cu marginile. Prin aceasta nu se netezește numai suprafața piesei, dar se și curăță de rugină și arsuri. Cele mai bune rezultate se obțin când se introduc în tobe, odată cu piesele și materiale abrazive corespunzătoare stării suprafeței lor. Ca materiale abrazive utilizate în tobe sau clopote se pot menționa grani-tul, bazaltul și cuarțul.

O altă metodă mecanică este șlefuirea și lustruirea prin vibrare. Se folosește un rezervor în formă de U așezat pe arcuri în poziție liberă de oscilare, căptușit cu un strat de cauciuc special având rezistența chimică mare. Frecvența de vibrare este de 900-3600 vibrații/min și amplitudine de 0,4 la 0,6 mm.

Timpul de prelucrare în vibratoare este mult mai mic decât la șlefuirea în tobe rotative.

2.2.2. Metode chimice și electrochimice

Degresarea se poate considera, pe de o parte, ca prima operație de prelucrare a

suprafețelor metalice în atelierele galvanice, în scopul îndepărtării grăsimilor după o

prelucrare brută și pe de altă parte una dintre ultimele operații de pregătire a pieselor lustruite.

Curățarea suprafețelor metalice se realizează în practică folosind următoarele procedee:

– degresarea în solvenți organici

– degresare în soluții alcaline

– degresare în emulsii

– degresare electrolitică etc.

Degresarea în solvenți organici constă în dizolvarea grăsimilor saponificabile și nesaponificabile.

Solvenții organici se clasifică în două categorii: inflamabili (benzină, petrol lampant, white-spirit, benzen, toluen) și neinflamabili (tricloretilenă, percloretilenă, tetraclorura de carbon etc.)

Datorită tendinței lor de a se aprinde la temperaturi relativ joase, utilizarea solvenților organici inflamabili nu este indicat. Pe lângă acest neajuns ei se impurifică foarte repede cu grăsimi și alte substanțe organice.

Solvenții organici neinflamabili permit degresarea la temperaturi ridicate, dizolvă foarte bine grăsimile și uleiurile și, cu puține excepții, nu reacționează cu metalele. Principalele neajunsuri ale solvenților organici (mai ales ale celor clorurați) care restrâng folosirea lor în industrie, constau în toxicitatea precum și prețul de cost relativ ridicat. Toxicitatea ridicată a solvenților organici clorurați necesită o bună ventilație a încăperilor de lucru.

Degresarea obiectelor cu ajutorul solvenților organici neinflamabili se face în di-ferite moduri, cum ar fi scufundarea în lichid, prin tratarea cu vapori sau prin stropirea cu solvent pulverizat; pentru aceasta se folosesc aparate închise etanș.

Degresarea combinată, (fig 21) folosind secțiunea unui solvent lichid (prin scu-fundare sau stropire) și tratarea suplimentară cu vapori dă rezultatele cete mai bune. Su-perioritatea acestei metode constă în faptul că suprafața murdărită vine întotdeauna în contact cu solventul curat.

Degresarea în soluții alcaline

Soluțiile pentru degresare chimică conțin substanțe care formează compuși stabili cu grăsimile și uleiurile saponificabile, reduc forța de coeziune dintre pelicula de grăsi-me sau impuritățile mecanice și metal, ușurează spălarea și preîntâmpină coroziunea metalului ce ar surveni în timpul degresării. Asemenea componenți sunt: hidroxizi de sodiu și potasiu, soda calcinată etc.

În funcție de gradul de alcalinitate; soluțiile de degresare chimică pot fi împărțite în 3 categorii:

– puternic alcaline (ph=12… 14) folosite la curățarea pieselor de oțel

– de alcalinitate medie (ph=11…12) utilizate la curățarea pieselor chiar înainte

de galvanizare

– slab alcaline (ph=10… 11) care servesc la degresarea metalelor neferoase și

ușoare

pentru degresarea aluminiului, zincului, staniului și altor metale și aliaje care se dizolvă în baze se folosese solu~ii care con~in săruri alcaline slab hidrolizate, sodă calcinată, fosfat trisodic, cianură de potasiu.

Mai jos sunt date câteva soluții folosite la degresarea chimică a diferitelor metale:

pentru metale neferoase [12]:

– NaOH 80… 100 g/l

– 30…40 g/l

– sicc. 30…40 g/1

pentru aluminiu și aliaje de aluminiu:

– 20…30 g/1

– sicc. 30…40 g/1

– 20…30 g/1

Degresarea prin emulsie

Dacă suprafața pieselor este impurificată concomitent cu uleiuri și cu alte particule solide mici, în cantitate mare (de exemplu cu praf metalic), tratarea cu solvenți organici și soluție alcalină trebuie să fie foarte îndelungată și însoțită de ștergerea supra-feței cu perii. Pentru asemenea cazuri este propus procedeul degresării cu emulsie. El se bazează pe utilizarea unui amestec de solvent organic, emulgator și apă cu soluții slab alcaline. Într-un asemenea amestec saponificarea grăsimilor și spălarea impurităților mecanice are loc mult mai repede decât în solvenți organici sau alcalini obișnuiți.

Degresare electrochimicã

Degresarea electrochimică se execută în soluții alcaline, la catod sau la anod. De cele rnai multe ori se aplică degresarea catodică sau un tratament combinat la început la catod și apoi la anod. Metoda de degresare electrochimică este mult mai eficace decât curățarea prin metode chimice obișnuite. Electrolitul de degresare conține, în general, hidroxid de sodiu sau potasiu, carbonat de sodiu, fosfat trisodic, cianură de sodiu sau de potasiu.

În timpul procesului de electroliză se petrec următoarele reacții:

La catod

La anod

Gazele care se degajă pe electrozi contribuie la emulsionarea grăsimilor sau ule-iurilor de către substanțele alcaline.

Electrozii folosiți la degresarea electrochimică sunt confecționați din plăci de oțel

nichelate, grafit preferabil din plăci de nichel.

Fierul neacoperit cu nichel nu se recomandă ca anod, deoarece este atacat în tim-pul degresării catodice, impurifică soluția și se depune parțial la catod.

Acest lucru este extrem de dăunător la degresarea catodică a obiectelor lustuite.

Degresarea se face la temperaturi cuprinse între 50-80°C cea ce mărește conductivitatea

Electrică și intensitatea acțiunii asupra impurităților.

Densitatea de curent folosită la degresarea electrochimică este de 3-11 A/dm² Degresarea poate fi efectuată folosind curent alternativ, 1a densitatea de 5-7

A/dm².

Degresare cu ultrasunete

Degresarea cu ultrasunete asigură un grad ridicat de curățire a suprafețelor meta-lului într-un timp scurt. Procedeul recurge la băi speciale, utilate cu generatoare cu ul-trasunete și se aplică numai în cazul în care costul ridicat al instalației este justificat de calitatea superioară a produselor.

Gradul de curățire scade cu creșterea frecvenței oscilațiilor dar creºște cu temperatura soluției. (fig.22)

După cum rezultă din figura curbelor corespunzătoare au maxime ale căror valori depind de compoziția soluției și de temperatura ei. Degresarea cu ultrasunete în soluții apoase se efectuează între 45 și 55°C iar durata depinde de gradul de impurificare a suprafeței pieselor și condițiile de lucru de obicei durata degresării nu depășește câteva minute.

Pentru degresare cu ultrasunete piesele trebuie astfel plasate încât toată suprafața lor să fie expusă acțiunii câmpului sonic. Diversele neregularități pot ecrana propagarea oscilațiilor, astfel că ele trebuie rotite în timpul degresării.

Presele mărunte se așează în coșuri metalice perforate; dacă numărul lor nu este mare, degresarea se poate efectua în vase de sticlă, umplute cu lichide de degresare plasate în câmpul ultrasonor.

Ca soluții alcaline apoase și chiar apa.

Căteva soluții de degresare în câmp ultrasonic :

– peutru piese din oțel

· NaOH 30 g/1

· 10 g/1

· 20g/I

– pentru aluminiu și aliajele sale:

· 15…20 g/1

· sicc. 10…20 gll

· 5… 10 g/1

Temperatura băii este de 40… 60°C

Avantajele degresării cu ultrasunete față de celelalte metode constau în următoa-rele:

– o degresare perfectă în adâncimi și pori de suprafață de celelalte metode

constau în următoarele:

– degresare mai pronunțată în general

– durata de timp foarte scurtă

– întrebuințarea unor soluții de degrasare foarte ieftin

Decapare

Procesul de îndepărtare a oxizilor (rugină și țundăr) de pe suprafața metalelor prin tratarea obiectelor cu soluții de acizi, săruri acide sau alcaline sau dizolvate anodic se numește decapare. Rugina constituie un amestec de hidroxizi de si iar țundărul de pe fier aliajele lui constă dintr-un amestec de oxizi( , , ); la interacțiunea cu acizii acești oxizi formează săruri solubile în apă. Alegerea procedeului de decapare depinde de natura metalului, de caracterul și grosimea stratului de oxid care îl acoperă, precum și de natura metodelor de prelucrare preliminară și ulterioară galvanizării. Prin înlăturarea oxizilor de pe suprafața metalelor feroase se utilizează acidul sulfuric, acidul clorhidric, acidul fosforic etc. Deseori se folosește pentru descompunerea metalelor feroase procedeul de topituri de săruri alcaline. Îndepărtarea oxizilor, a nisipului de turnătorie de pe suprafața metalelor feroase se poate realiza și prin reducerea lor în săruri topite cu ajutorul hidrurii de sodiu.

Temperatura topiturii este de 360…375°C. Această metodă prezintă ca avantaje evitarea oricăror pierderi de metal.

Decaparea cuprului se poate efectua în acid sulfuric, care dizolvă straturi groase de oxizi de cupru, fără a ataca metalul de bază.

Aluminiul se decapează în soluție apoasă de NaOH, 5… 10% la temperatura de 40 – 70°C.

Decaparea electrochimică are o valoare deosebită mai ales la metalele feroase.

Avantajele metodei constau în consumul redus de acid, atacul minim al metalului și scurtarea timpului de lucru, întrucât efectul chimic al acidului este coroborat cu efectul mecanic, asociat cu degajarea hidrogenului (varianta catodică). Concentrația acidului este de 10…30% temperatura de 60°C, iar tensiunea 4… 10V, densitatea de curent de 0,75 A/dm², obiectul este conectat la catod.

Decaparea acidă cu inversarea sensului se realizează fie într-o baie în care la un

moment dat se inversează sensul curentului se realizează fie în două băi succesive, într-una efectuându-se decaparea catodică iar în cealaltă decapare anodică.

2.3. Acțiunea ultrasunetelor în procesul de curățire al suprafețelor

Dacă în unele domenii ale tehnicii cavității constituie un fenomen cu efect nega-tiv (chiar distructiv) asupra performanțelor și integrității echipamentelor (agregatelor) în domeniut electro-tehnologiilor cavitația de natură ultraacustică este motorul numeroa-selor aplicații interesante, utile și performante (curățire-degresare, sonochimie, separare, filtrare, dezintegrare biologică etc.) [13]

Fenomenul de cavitație – caracterizat în esență prin formarea de bule de gaz (cavi-tăți) într-un lichid – este întâlnit frecvent într-o serie de domenii ale tehnicii ca de exem-plu: mașini hidraulice, instalații și construcții hidrotehnice, motoare termice etc. Cavitația poate apărea în lichid dintr-o varietate de cauze: curgerea turbulentă, fierbere, descărcări electrice, iradiere laser sau activitate ultraacustică.

În toate cazurile lichidul este adus într-o stare tensionată. Lichidele pure și omogene pot fi tensiouate prin reducerea presiunilor sau prin creșterea temperaturi.

Când tensiunea lichidului atinge o anumită valoare critică lichidul se rupe sau cavitează devenind un sistem bifazic format din lichid și vapori. În plus, în cavități redu-se, apar și gaze dizolvate în prealabil în lichid.

Reducere în continuare a presiunii prin tensionare ( în fig.24) duce la dezvoltarea și amplificarea cavităților vaporoase gazoase ce apar în lichid, la generarea lor continuă deci la fenomenul de cavitație. Același efect poate fi obținut prin supraîn-călzirea lichidului ( în fig.24) și aducerea acestuia în stare de fierbere. În general o substanță lichidă supratensionată sau supraîncălzită se consideră ca fiind într-o fază metastabilă care oricând (la apariția unui factor) poate duce la cavitație sau fierbere. Limita acestei stări metastabile, caracterizată prin incipiența explozivă a cavitației sau fierberii, definește tensiunea de rupere ( ) a lichidului.

Într-un lichid (având impedanța acustică specifică y∙c) supus acțiunii unui câmp

ultrasonor (având pulsația ω=2πf) se creează o presiune acustică alteruativă, periodică:

Pa=Pa∙sintωt unde Pa = yc , este amplitudinea presiunii acustice care se adaugă

presiunii hidrostatice în ambientale, aplicate constant mediului lichid.

Intensitatea acustică (energia transmisă în unitatea de timp, pe unitatea de suprafață a mediului lichid) este

Odată cu propagarea undelor prin mediu, ultrasunetele după direcția de propagare

determină oscilații ale moleculelor în jurul poziției lor medii de echilibru cu deplasrea (ξ), viteza (v) și accelerația (a)

(15)

După dispariția prezenței câmpului ultrasonor, mișcarea oscilatorie a particulelor

încetează.

Moleculele lichidului puse în mișcare de vibrație manifestă interacțiuni vâscoase care diminuează intensitatea acustică, o parte din energie este pierdută prin absorbție și este convertită în căldură. Intensitatea acustică este atenuată pe măsura pătrunderii undei în mediu:

unde:

– intensitatea acustică la intrarea mediului lichid (x=0)

 – coeficientul de atenuare prin absorbție în mediul lichid

Kirchoff a dedus o relație de evaluare prin calcul a coeficientului de atenuare . Pentru orice mediu lichid dat, la o temperatură dată rezultă:

Adică la frecvențe mai mari atenuarea ultrasunetelor e corespunzător mai mare, deci intensitatea acustică e mai rapid atenuată cu adâncimea de pătrundere în mediul lichid.

Altfel spus, pentru a obține aceeași intensitate acustică la o distanță dată într-un mediu lichid, la o frecvență mai mare este necesară o putere corespunzător mai mare de la sursă (generatorul electronic) de exemplu pentru frecvența de 40 kHz este nevoie de o putere de 4 ori mai mare ca puterea furnizată la 20kHz.

3. INSTALAȚII, UTILA.IE ȘI ECHIPAMENTE DESTINATE

CURĂȚĂRII ULTRASONICE A SUPRAFEȚELOR

În concordanță cu spectrul aplicațiilor posibile extrem de vast și diversificat în țările dezvoltate există o ofertă bogată de echipamente de curățare-degresare cu activare ultrasonică. Marea majoritate a firmelor producătoare prezintă o strategie de fabricație orientată pe următoarele direcții:

3.l. Băi ultrasonice în construcție compactă

Cuprinzând familii de tipodimensiuni cu capacități ale cuvei în gama 0,5dm³ – 30 dm³ și o serie de facilități opționale: temporizare în domeniul 30 sec – 30 min. sau de exemplu, firma Branson oferă o temporizare digitală până la 99 min. unele firme asigură termostatări reglabile.

În tabelul I se prezintă câteva caracteristici ale acestui tip de utilaj. Cuva este realizată din oțel inoxidabil sudat sau ambutisat. Pot fi dotate cu un container portscule sau coșuri portscule, pahare, rastel, iar unele variante au și lichid de curățare. Toate tipurite au cuva protejată cu capac.

3.2. Băi ultrasonice cu generator separat

Cuprind familii de tipodimensiuni cu capacități ale cuvei în gama zeci, sute dm³. Instalațiile pot avea ventilator de răcire sau instalații de încălzire a soluției cu termosta-tare. Unele variante pot avea și robinet de golire sau ștuț. Cuva se realizează de obicei din tablă inoxidabilă ce poate fi și antifonată. Ca accesorii poate avea container piese, rastel piese, sau nu. În tabelul 2 se prezintă câteva caracteristici ale acestor tipuri de utilaje.

3.3. Echipamente de activare ultrasonică cu transductori imersibili

Destinat echipării unor instalații (băi, linii tehnologice) existente cuprinzând familii de tipodimensiuni cu puteri în gama 100W – 200W în funcție de varietatea cons-tructivă, poziția de montaj în baie poate fi verticală (pe perete), orizontală (la fund) sau și orizontală și verticală. Cuva este realizată din tablă de inox, iar la unele tipuri sunt și antifonate. În tabelul 3 se prezintă câteva caracteristici ale acestor utilaje.

3.4. Instalații de curățire – degresare – multicuvă în solvenți organici

(tricloretilenă, percloretilenă, freon, etc.) ofertabile într-o mare varietate de tipodimensiuni cu o serie de facilități opționale:

– ventilator evacuare noxă

– separator apă- solvent – ventilator răcire

– senzori nivel solvent

– pompă filtru

– container piese

Instalațiile au mute cuve (de exemplu trei dispuse în linie), cu un flux tehnologic ce cuprinde trei faze: imersie, activare U.S., vapori. Puterea instalată pe fiecare post poate fi de la 500W la 2500W, existând la unele variante și termostatare. În tabelul 4

sunt prezentate și pentru acest tip câteva caracteristici.

Toate instalațiile prezentate mai sus sunt echipate cu transductori piezo-electrici.

4. PROIECTAREA INSTALAȚIEI TEHNOLOGICE DE CURĂȚARE

DEGRESARE CU ULTRASUNETE

4.1. Evaluarea parametrilor constructivi funcționali

Se abordează proiectarea unei instalații tehnologice destinată curățirii – degresării

unei mari diversități de piese metalice cu dimensiuni relativ mici prin parcurgerea unui

flux tehnologic în trei stadii (fig.3.1)

– post 1: imersare în solvent încălzit și activat ultrasonic

– post 2: imersie în solvent încălzit până la limita punctului de fierbere

– post 3: curățire flnală în vapori de solvent

Instalația are următoarele caracteristici termice:

▫ capacitatea maximă a șarjei de 12 dm³ la o greutate maximă de 20 kg. Corespunzător

șarjei maxime rezultă dimensiunile necesare pentru cuvele de tratament:

· post 1: L·V·h = 345·300·330 [mm]

· post 2: L·l·h = 345·300·380 [mm]

· post 3: L·l·h = 345·300·430 [mm]

·volumul total de solvent în cuve este de 64 dm³ din care:

– post l: 22 [dm³]

– post 2: 27 [dm³]

– post 3: 15 [dm³]

▫ temperaturile solventului în cuve vor fi:

· post 1: 60 ±5 [°C] tricloretilenă ( )

· post 2: 70 ±3 [°C] tricloretilenă ( )

· post 3: 87 ±3[°C] tricloretilenă ( )

▫ timpul de încălzire: max 15 [min]

▫ instalația se va echipa cu un sistem de absorbție/evacuare uree (vapori)

▫ tensiunea de alimentare cu energie electrică de rețea U :

3·220 / 380V / 50 Hz +N +PE

▫ condiții de mediu: θ amb: 25° C

P amb

umiditate

4.2. Dimensionarea subansamblelor componente

4.2.1. Dimensionarea elementelor încălzitoare

Caracteristicile principale ale elementelor încălzitoare în tub sunt tensiunea de

lucru, puterea elementelor încălzitoare, puterea specifică, temperatura de lucru, regimul

termic, stabilizat și grosimea stratului izolant.

Astfel, pornind de la caracteristicile geometrice și tipul de solvent ce trebuie

încălzit în timpul prescris, vom determina puterea necesară pcntru elementul încălzitor

alimentat la tensiunea de 220 V. Acest calcul îl vom face pentru postul 2 deoarece are

dimensiunile cele mai mari astfel încât încălzirea să se facă în timpul impus în temă.

Pentru celelalte posturi vom face o verificare a timpului de încălzire de la temperatura

ambiantă la temperatura de funcționare. El trebuie să fie sub cel impus.

După ce temperatura a ajuns la temperatura nominală de funcționare se impune

calculul puterii ce se pierde prin pereți și suprafața liberă sub formă de căldură.

Calculul elementului încălzitor pentru postul 2:

În continuare trecem valorile numerice ale mărimilor ce intervin în calcule.

– pentru tricloretilenă:

▫ densitate (la 20° C) γ = 1,464 [kg/dm³]

▫ punct de fierbere: θf= 86,8 [°C]

▫ căldura latentă de vaporizare: λ = 238,648 [kj/kg]

▫ căldura specifică c = 0,95 [kj/kg·k]

▫ pentru oțel inoxidabil:

– densitatea la 20°C: γ = 7,85[kg/dm³]

– căldura specifică c = 0,494 [kj/kg·k]

Puterea necesară încălzirii soluției și pereților cuvei este:

+

Masa soluției este:

= 39,5 [kg]

Masa cuvei din tablă de oțel cu grosimea de 3 mm este:

= 14 [kg]

unde:

=2·380·345·3·2·380·300·3·345·300·3=1,78·~l0 =1,78 [dm³]

Iar Λt = 70-25 = 45 [°C]

Cu aceste valori puterea necesară pentru a încălzi soluția în 15 min este:

= 2,22 [kW]

Din [4] alegem un element încălzitor cu următoarele caracteristici tehnice: – – puterea nominală P = 2300 [W]

– tensiunea nominală U = 220[V ]

– puterea specifică p = 11,5[W/cm²]

– lungimea L = 259 [mm]

– material tub: inox

Pentru puterea 2,3 kW timpul de încălzire este 14,49 minute deci sub impus.

Din motive tehnico-economice se echipează și posturile l și 3 cu același tip de element încălzitor, urmănd să verificam dacă timpul de încălzire este sub cel impus.

Masa soluției este:

= 32,2 [kg]

Masa cuvei din tablă de oțel cu grosimea de 3 mm este:

= 14 [kg]

unde:

=2·345·3·330+2·300·330·3+300·345·3=1,58·10=1.,58[dm³]

Λt = – = 61 [°C]

Deci:

= 556s = 9.26 [min]

Se observă că pentru această cuvă timpul de încălzire este sub cel maximal impus

Masa soluției este:

= 22 [kg]

Masa cuvei din tablă de oțel cu grosimea de 3 mm este:

= 7 [kg]

unde:

=2·345·150·3+2·300·150·3+345·300·3=0,89·10 = 0,89[dm³]

Λt = – = 86-25 = 61 [°C]

Deci:

= 575s = 10 [min]

Pentru fiecare cuvă vom calcula timpul în care rezistența trebuie să funcționeze pentru a acoperi pierderile ce se realizează prin suprafața liberă a lichidului, prin pereții laterali și pentru a încălzi șarja la temperatura de lucru. Pentru ca instalația să aibe o productivitate ridicată s-au urmărit ca acești timpi să fie relativi mici. Pentru a se micșora pierderile prin pereți în exteriorul cuvelor se montează o coală de azbest cu gro-simea de 4 mm.

Pierderile pe unitatea de suprafață prin pereți ( p ) și suprafața liberă ( p ) rezultă din [14], monogramele din fig.3.6. și fig.3.7. Valorile numerice rezultate din mo-nograme și mărimea suprafeței libere și a suprafeței pereților sunt trecute în tabelul 5:

Postul 3.

La acest post șarja stă pe grătar deasupra solventului care fierbe; iar vaporii

acestuia se condensează pe piese realizând ultima fază a spălării. Vaporii care nu se

condensează pe piese formează perna de vapori din instalație.

Acești vapori se condensează pe serpentina de condens unde solventul este colectat și reintrodus în cuva 3. Timpul necesar pentru evaporarea unui kilogram de solvent este:

= 150s = 2,5 [min]

unde: p = 271 [W]

= 434,7[W]

În funcție de acest timp se dimensionează sistemul de țevi astfel încât la o

funcționare continuă a rezistenței cantitatea de lichid evaporată să fie completată în timp

util cu solvent colectat de la serpentina de condens astfel încât nivelul solventului în cuvă să fie aproximativ același.

Regulator electronic de temperatură cu termorezistență

Pentru reglarea temperaturii și menținerea ei constantă în cuvă, se vor conecta și

deconecta în jurul temperaturii dorite (reglare bipozițională) elementele încălzitoare.

Pentru acesta folosim un contactor intermediar deoarece contactele releului de comandă

al regulatorului IRT96 [15] au o putere de rupere insuficientă.

= 100 W; = 250 W; = 3 A

Deci rezultă: la încheierea contactului de reglare contactorul este declanșat conec-tând la rețeaua trifazată conexiunea stea a elementelor încălzitoare.

Regulatorul are o putere electrică absorbită = 6 [VA]

Tensiunea de alimentare: = 24 V ± 10 % ; c.a 50 Hz Traductorul de

temperatură este o termorezistență de tip Pt 100

Pentru Postul 1:

În această fază mașina e aptă de funcționare iar în momentul în care se introduce

coșul cu piese, acestea vin de la temperatura ambiantă, și încep să se încălzească

preluând căldură de la lichid. Vom calcula timpul în care trebuie să funcționeze

rezistența astfel încât șarja să ajungă la temperatura nominală din cuva 1:

diferența de temperatură Λt = = 87-25 =62 [°C]

iar pierderile prin pereți și suprafața liberă sunt:

= 305,35[W]

= 197,34[W]

cu aceste valori timp este:

=176s=3min

Postul. 2:

Șarja tece de la Postul 1 la Postul 2 care are o temperatură mai ridicată, deci mai

trebuie să sufere o încălzire până la temperatura de aici. Vom calcula timpul în care

funcționează rezistența pentru a realiza această încălzire și a acoperi pierderile prin pereți și suprafața liberă

= 511,23[W]

= 283,86[W]

iar Λt = 70-60 = 10 [°C]

Cu aceste valori timpul este:

4.2.2. Dimensionarea echipamentului ultrasonic

Puterea necesară pentru activarea ultrasonică a instalației de curățire-degresare se determină în principal funcție de volumul curs mărimea șarjei de piese și timpul solven-tului care impune pragul energetic de cavitație. Din figura 3.10 pentru. frecvența de 20 kHz și pentru curba 2 care este cea mai apropiată din punct de vedere al pragului de cavitație cu tricloretilenă rezultă o putere specifică:

= 0,58 [W/cm²]

Înmulțind această putere specifică cu aria bazei cuvei rezultă puterea ultrasonică ce trebuie instalată în cuva 1

Aria bazei cuvei este:

= 1035 [cm²]

Deci puterea totală este: = 600 [W]

Alegând din [5] transductorul tip TGUS – 100-20-2 cu următoarele caracteristici:

– frecvența: 20 [kHz]

– puterea: l00 [W]

– tip difuzor

rezultă că pentru aplicația în cauză sunt necesari 6 transductori. Din motive de solicitare termică, pentru ca transductorii să funcționeze la o putere mai scăzută, se aleg 7 transductori.

Pentru ca randameutul să fie maxim, cei 7 transductori trebuie așezați în ventrele undei de staționare ce se formează prin fundul cuvei. De aceea distanța în linie dreaptă între transductori trebuie să fie multiplu de lungime de undă fig. 3.1 l.

Pentru a calcula lungimea de undă λ transversală prin tabla de oțel trebuie mai întâi să calculăm viteza de propagare a undei în acest mediu:

[m/s]

unde:

E = 21500 [d·N/mm²] = modului de elasticitate

δ = 2·l0 [Hz] = frecvența

γ = 7,85 [kg/dm³] = duritatea oțelului

τ = 0,292 = coeficient Poisson pentru oțel

Cu aceste mărimi viteza undei este:

=771,72 [m/s]

iar lungimea de undă este:

= ς/δ= 771,7/20000 = 0,038585 [m] = 38,585 [mm]

λ/2 = 19,2925[mm]

Pentru a excita transductorii se alege un generator de energie ultrasonică din [16] de tipul GUS-600A cu următoarele caracteristici tehnice: (fig. 3.12)

– frecvență

– autoacord de frecvență

– tensiune de alimentare 220 [V] /50

– putere utilă în sarcină 600 ± 10% [W]

– puterea absorbită 750 ± 10% [VA]

– temperatura ambiantă maximă 35 [°C]

– dimensiuni de gabarit (L·l·b)·440·300·160 [mm]

– masă 7,5 [kg]

Conectarea generatorului se va efectua temporizat pentru ca instalația să serveas-că o gamă largă de utilități. Pentru aceasta alimentarea se va face printr-un releu electro-nic de temporizare cu valori reglabile între 0,5 – 5 min. din [17] alegem releul electronic RSF-1 cod R574985DEI.

Acest releu are temporizare la revenire și se alimentează la U = 24 [V]

4.3. Alegerea aparatelor electrice și proiectarea lor in schema de forță, comandă și semnalizare

4.3.1. Calculul circuitului de forță

Pentru elementele de încălzit alese anterior vom dimensiona schema de conectare.

Aceste elemente de temperatură 1RT96, prin intermediul contactoarelor

Deoarece curentul prin elementele încălzitoare este:

I = P /U = 10,45 [A]

alegem contactoare din [18] pentru ; de tip TCA32 cod 4010 cu tensiunea de

alimentare a bobinei:

=24 [V]

Iar puterea absorbită nominal/la acționare este:

= 18/100 [KW]

Pentru a proteja elementele încălzitoare pe coloana de alimentare se vor monta

siguranțe fuzibile cu curentul nominal al fuzibilului

= 16 [A]

iar curentul nominal al soclului la toate siguranțele fuzibile este:

I = 25 [A]

Pentru ventilatorul evacuare noxe în circuitul de forță și comandă, vom alege

conectarea clasică în rețeaua trifazată a unui motor asincron prin intermediul siguranței

fuzibile de protecție, a unui conector și a unui releu termic.

În cazul accstui motor cu puterea 0,37 [kW] la 2700 [r. p.m. ] avem:

– curentul nominal I = 1,1 [A]

– curentul la pornire = 6,5 [A]

Astfel alegem:

= 10 [A]

Pentru acționarea motorului vom folosi un contactor TCA 6 cod 4001 cu următoarele caracteristici tehnice:

– I = 6 [A]

– = 24 [V]

– = 17 [KW]

– = 55 [VA]

reprezentat în schema electrică de ansamblu prin K4.

Ca protecție termică s-a ales un releu termic tripolar din [18] de tip TSA 10 cod 3670 cu un curent nominal:

– I = 10 [A]

– curent de reglaj = 1,3 [A]

– plaja de reglaj optim:

– =0,78 [A]

– = 1,43 [A]

Se observă că poziția reglată se situează cu partea de mijloc a plajei. Generatorul de ultrasunete se va proteja cu o siguranță fuzibilă ce va avea curentul fuzibilului:

= 4 [A]

Deoarece = 3,4 [A], deci este acoperitor. Conectarea generatorului va fi comandată de către releul temporizator D, prin intermediul contactorului .Acesta este de tipul TCA6 cu caracteristicile tehnice prezentate anterior.

Electroventilul pentru admisia apei în serpentină va fi conectat atât timp cât mașina se află sub tensiune. El este protejat cu o siguranță fuzibilă ce are curentul prin fuzibil:

= 1[A]

4.3.2. Calculul circuitului de comandă

Regulatoarele de temperatură sunt conectate prin intermediul unui releu inter- mediar ales din [17] de tipul Rl-3B-60 cod R570659 cu următoarele caracteristici:

– = 24 [Vca]

– = 16 [VA]

– are 6 contacte normal deschise

Acest releu se conectează manual cu butonul . este un buton cu revenire simplu cod 2909-2-4 cu două contacte ND, iar culoarea sa este verde. Are:

– U = 24 [V]

– I = 6,3 [A]

– Φ = 22 [mm]

Ventilatorul funcționează atunci când capacul este deschis. Pentru a sesiza

deschiderea capacului folosim un microîntrerupător tip AM cu tija telescopică, cod

3430 cu borne tip șurub. Are un contact ND și unul NI; tensiunea de funcționare:

U = 250 [V], iar curentul nominal al contactelor I = 10 [A].

Releul de timp D, se comandă cu butonul similar cu .

Toate contactoarele și releul intermediar au conectate în paralel cu bobinele lor o

lampă de semnalizare pentru a indica realizarea comenzilor. Aceste lămpi sunt lămpi

simple tip 2901-24-4 de culoare verde, cu bec tip BA7S, U = 24 [V] și

P =1,5 [W].

Pentru alimentarea circuitului de comandă se va folosi un transformator uzual de

220/24 [Vca]. În alegerea lui se va ține seama de consumul total al elementelor de comandă și control (relee contactoare, regulatoare electronice, becuri semnalizatoare). Pentn aceasta se va calcula puterea totală prin însumarea puterilor nominale a tuturor elementelor în starea alimentată cu excepția unui contactor la care se va trece puterea de șoc la anclanșare. Considerăm această situație ca pe o situație limită a consumului de curent (putere) pe partea de comandă alimentată din secundarul transformatorului Tl la 24 Vca.

Puterea regulatorului electronic: P = 3 [VA]

( la șoc) – contactoarele TCA 32 au puterea nominală 18 [VA].

TCA 6 are puterea nominală 17 [VA], iar are puterea nominală 16 [VA]. Puterea de

șoc a lui este 100 [VA]. Releul ternporizat D, are puterea nominală 17 [VA]; iar

lămpile semnalizatoare 1,5 [VA].

Făcând bilanțul rezultă puterea necesară pentru transformatorul Tl :

=212 [VA]

Din [19] alegem un transformator cu. puterea nominală:

P = 250 [VA]

Curentul fuzibilului siguranței fuzibile este:

I = = 1[A] I = = l0[A]

Soclul acestor siguranțe are curentul nominal de l0A

4.3.3. Alimentarea cu energie electrică din rețeaua de curent alternativ trifazat 380/220 V prin intermediul întrerupătorului automat tripolar AMRO 16

Se poate trece la calculul de bilanț al consumului în circuit de forță și comandă

pentru alegerea întreupătorului automat tripolar de curent alternativ tip AMRO cu mențiunea că în afară de consumatorii simetrici, pe cele 3 faze, în schemă s-a proiectat astfel încât consumatorii monofazați să fie distribuiți în ordine pe câte o fază diferită, în calcul luându-se curentul maxim de pe faza S (cea mai încărcată).

Pe această fază avem:

– un element încălzitor cu I = 10,5 [A]

– motorul ventilatorului cu I =l,1 [A]

– generatorul U.S. cu I = 3,4 [A]

Însemnând aceste puteri rezultă curentul pe faza cea mai încărcată:

I = 15 [A]

Conform cu acest curent alegem din [20] un întrerupător general tip AMRO 16 cod 4537 cu următoarele caracteristici tehnice:

– curentul nominală I =16 [A]

– tensiunea nominală U =500 [Vca]

– curent de reglaj =15 [A]

– plajă de reglaj (0,6-l,l) [ ]

Curentul de reglaj tensiune se situează între limitele:

– = 9,6 [A]

– = 17,6 [A]

– Contactele auxiliare și DI :1 ND + 1NI + DT ,

Întrerupătorul automat tripolar de curent alternativ tip AMRO 16:

În circuitul de alimentare generală avem:

– H lampă cu transformator cod 2902-6-220-6

– S buton ciupercă simplu cod 2862-1-1

– F siguranță de protecție

– =3,6 [VA]

– Curentul I = 0,0l [A]

Valoarea STAS a fuzibilului siguranței este I = 0,2 [A] în patron tubular de

sticlă tip ED-18 cod P23083-030.

MEMORIU TEHNIC

4.4.1. Caracteristici tehnico-funcționale

A. Destinație, componență

Instalația de curățire-degresare cu U.S. în solvenți organici este destinată unei mari diversități de piese metalice cu dimensiuni mici prin parcurgerea unui ciclu tehno-logic în 3 stadii:

– imersarea în solvent încălzit și activat ultrasonic

– imersarea în solvent încălzit până în apropierea punctului de fierbere

– imersarea în vapori de solvent

Instalația se compune din următoarele pării principale:

– batiu executat din profile laminate în construcție sudată

– ansamblu cuvă executat din tablă de oțel inoxidabil în construcție sudată

compartimentat în 3 cuve corespunzător fluxului tehnologic, echipate cu transductori piezoceramici și elemente încălzitoare.

– sistem de aspirație vapori format din tubulatură colectoare executată din

tablă de oțel zincată și un ventilator axial monoaspirant.

instalație electrică de alimentare, protecție; comandă și semnalizare

compusă din echipament electric și electronic, inclusiv generatorul de ultrasunete.

B. Funcționare

Instalația reglează în mod automat parametrii tehnologici ai curățirii, iar deservi-rea (încărcarea, transportul interoperațional și descărcarea șarjei) se realizează manual. La punerea sub tensiune prin intermediul întrerupătorului întreaga instalație este alimentată. Electroventilul pentru admisia apei ( ) fiind alimentat direct de la

bornele de tensiune, acționează permițând apei să circule prin serpentina de condens. Pentru a pregăti mașina în vederea funcționării, din această etapă se pornește încălzirea prin .După această operație, devin active comenzile pentru pomirea generatorului U.S. ( ) și a ventilatorului pentru evacuarea noxelor ( ). Funcționarea generatorului U.S. este temporizată de releul între 0,5 min. și 5 min. în funcție de necesitățile fluxului tehnologic. La rândul său, se pornește prin butonul . Ventilatorul va intra în funcțiune (atunci când încălzirea este pornită) numai la ridicarea capacului. Încălzirea se decuplează prin butonul .Prin această manevră se decuplează și ventilatorul și generatorul de U.S., rămânând în funcțiune electroventilul de admisie a apei. Toate comenzile ce se dau sunt semnalizate pe panoul mașinii prin lămpile

C. Amplasare și montare

În principiu pentru această instalație trebuie să se asigure o încăpere ce permite

conectarea ei la rețeaua de apă și la canalizare. De asemenea instalația de evacuare noxe

trebuie racordată la un circuit de ventilație. Dacă acesta nu există, atunci lungimea

temperaturii nu trebuie să depășească l0 m, mașina trebuie racordată la o rețea electrică

trifazată de alimentare, cu parametrii precizați în schema electrică.

D. Reglare și punere în funcțiune

În vederea punerii în funcțiune se fac următoarele verificări și reglaje:

– se verifică toate siguranțele să corespundă cu valorile din schemă și să nu

fie întrerupte;

– se verifică legătura la nulul de protecție și centura de împământare;

– se verifică frecvența U.S.;

– se verifică, eventual se corectează prescrierea temperaturilor de pe

regulatorul 1RT96;

– se reglează durata activării U.S.;

La încheierea acestor operații instalația e gata de punere în funcționare.

4.4.2. Norme de protecție a muncii

Operațiile de punere în funcțiune și exploatare a instalației pentru curățare- degresare cu U.S. se vor desfășura cu respectarea prevederilor din:

– Norme republicane de protecție a muncii

– Norme departamentare de protecție a muncii

– Norme de tehnică a securității muncii pentru instalații electrice

– Norme P.S.I.

Enumerarea de mai sus nu e limitată, întâi se recomandă respectarea tuturor prescripțiilor și reglementărilor în vigoare referitoare la protecția muncii aplicabile la folosirea instalației de față.

În timpul exploatării produsului se interzice:

– alimentarea cu energie electrică fără prezența nulului de protecție, fără împământare;

– executare intervențiilor de către personal necalificat sau neinstruit corespunzător – orice contract între corpul operatorului și soluția de solvent organic

– aplecarea operatorului deasupra cuvelor

– nerespectarea instrucțiunilor de pomire și comandă a operatorului conform pro-cesului tehnologic

– nu se admit nici un fel de improvizații în manevrarea și funcționarea posturilor tehnologice cât și în cadrul instalației electrice de forță și comandă prevăzute cu protecție clasică.

O problemă suplimentară pentru această instalație o reprezintă existența undelor ultrasonore. Ultrasunetele au efecte nocive asupra sistemelor biologice, în special la intensități mari: distrugerea celulelor vii, dezintegrarea microorganismelor, distrugerea globulelor roșii ete. Energia ultrasunetelor se transformă în căldură în țesuturile vii, producând variații de temperatură mari (50°C-90°C) și variații mari de presiune (până la 5,4 atmosfere).

Ca reguli de protecție a muncii se recomandă ca transformatoarele și camera de

ultrasunete să fie căptușită cu materiale fonoabsorbante. Șarja se introduce în cuva de

ultrasunete cu ajutorul unui coș, iar după pornirea generatorului este interzis accesul la

piese.

Se interzice manipularea șarjei în interiorul cuvei de ultrasunete în timpul func-ționării generatorului U.S. Ultrasunetele se propagă și prin mânerul coșului putând pro-duce perturbații în circulația sângelui sau chiar distrugerea unor vase de sânge, ce ar duce la perturbarea irigării unor țesuturi. Acest fenomen e cunoscut sub numele de "Boala mâinilor albe".

În cazul activității permanente în câmp ultrasonic personalul are regim similar cu

persoanele care lucrează în câmpuri cu radiații radioactive. După o activitate de 6 ore de

ultrasonare este necesar ca manipulatorul să desfășoare o activitate de cel puțin 2 ore în

alt mediu pentru ca organismul să poată reveni la starea inițială.

BIBLIOGRAFIE

[1] I. Sora, N. Golovanov – Electroetrmie si electrotehnologii vol. II, Ed tehnica,

Bucuresti t999

[2] Stanomir D. – Sisteme electroacustice. Câmpul, radiația și transducția. Ed.

Tehnică București 1984

[3] Amza Gh., Barb D., Constantinescu F. – Sisteme electroacustice, Ed. Tehnică,

București 1988

[4] Scheffel M., Știuca P. – Dispozitive cu ultrasunete , vol. I si II. Ed. Tehnică

București 1989

[5] *** Transductori generatori de ultrasunete – STR CSEN Nr. 55/1988

[6] *** Components and Materials. Piezoelectric Ceramics. MBL ELECTRONICS, CM 4b, 12 – 76, Bruxelles, Belgium, 1976

[7] *** Pizoelectric Ceramics , EDO WESTER,N CORP, Salt Lake City, Utah,

USA 1976

[8] Clesiu S.R. – Sudarea materialelor plastice. ISIM Timișoara, OID-ICM,

București 1987

[9] Golde H.D. – Ultraschall – Metallschwessen – Die Bibliotek der Technik,

Band 108, Verlag Moderne Industrie, SPAPLA Ultraschall – Technik , 1995

[10] Al. Nichici , V. Popovici, M. Nica, N. Achimescu – Prelucrări prin eroziune în construcția de mașini, Ed. Facla, Timișoara 1983

[11] Sora M., David L.,Sora I. – Separarea suspensiilor solid-lichid prin filtrare

în câmp ultrasonic. Revista de chimie. București, nr. 3-4, 1992

[12] L. Oniciu, E Grunvald – Galvanotehnica. Ed științifică și enciclopedică 1980 [13] Mason T. J., Lorimer J. P. – Sonochemistry Theory, Applications and uses of ultrasound in chemistry – J'ohn Wiley & Sons, 1988

[14] *** True Heat Corporation USA 1976

[l5] *** Catalog, IAEM -Timișoara

[16] * * * Catalog tehnofma SA – București Băneasa