3.1 Plataforma de Soporte para Bolígrafos
3.2.3 Componentes Periféricos del Plato Térmico
Un aspecto que se debe cuidar en todo aparato eléctrico es el cable de alimentación. Para el caso de las resistencias de tipo cartucho el cable que se utiliza para su alimentación es para aplicaciones de alta temperatura comúnmente conocido como cable laqueado. Las resistencias vienen provistas de un segmento de cable, generalmente corto para las resistencias de baja concentración. Las resistencias de alta concentración son generalmente fabricadas bajo pedido, donde se puede ordenar la longitud del segmento que se desee. El calibre del cable es determinado por la potencia de la resistencia, que para el caso de potencias menores a 300 W y un voltaje de 120 VAC el calibre AWG 16 (Aprox. 1.29 mm de diámetro de conductor) prueba ser suficiente. La imagen muestra el cable para temperaturas de 300°C calibre AWG 16 con aislamiento de fibra de vidrio y politetrafluoroetileno (PTFE). Los hilos conductores son de cobre niquelado.
Figura 3.16: Cable para alta temperatura
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Ambos cables (fase y neutro) deberán pasar por un orificio en la lamina de acero para ser conectados al sistema de control. Para que esto se efectúe de manera segura, se utiliza una glándula para a le o st ai eliefs ue p otege los a les de se o tados po el filo del o ifi io e la lá i a de a e o. La glándula también protege a los cables del movimiento (se recuerda que el plato térmico tendrá movimiento vertical) evitando concentrar los esfuerzos, haciendo que estos se distribuyan a lo largo de la extensión de cable (absorbidos en su mayoría por el asilamiento). La glándula deberá ser capaz de alojar ambos cables de alimentación además de los cables del sensor de temperatura. Por lo general las glándulas vienen provistas de un empaque de hule que retiene con fuerza los cables en la cavidad de la glándula; en caso de ser necesario este empaque puede ser cortado para permitir el paso de los cables. Se busca entonces una glándula que pueda alojar fácilmente 4 cables AWG 16 de alta temperatura, siendo que el diámetro total del cable (conductor y aislamiento) es de aproximadamente 3.10 mm.[ ]
Los cables deben ser correctamente ruteados y alojados con aislante termo-contráctil de manera que el conjunto se asemeje lo más posible a un solo conductor. Se busca entonces un diámetro medio, para la selección de la glándula:
√
En la tabla de selección, se busca en el rango que contenga al diámetro medio de 6.20 mm. Varios tamaños pueden ser adecuados, pero la mejor opción es el tamaño 16. Un tamaño 12 podría ser demasiado justo, y es importante que el empaque no se vea muy reducido.
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La glándula agrega mas condiciones de espacio, ya que esta no puede estar en contacto directo con el plato térmico; la glándula esta hecha de nylon el cual puede volverse blando a temperaturas altas. Aunque existe la alternativa de glándulas metálicas (como de aluminio o bronce), se prefieren las de nylon por ser más económicas y por su tamaño; la construcción de las glándulas metálicas tiende a ocupar un espa io a o so ás o u es pa a ta años de a le de uso udo pa a o ifi ios de diá et o de ½ superiores). Para evitar el calentamiento de la pieza, la guarda térmica se alarga hacia atrás para permitir alojar el cuerpo roscado de la glándula y las contras que lo sujetaran a la guarda. La siguiente imagen muestra el ensamblaje del componente en vista lateral, donde en el extremo derecho se aprecia la glándula.El componente ubicado sobre la guarda térmica es la pieza que servirá de interfaz con el mecanismo de presión. La guarda térmica queda aprisionada entre la interfaz y el plato térmico, sirviendo como uniones los tornillos avellanados. La interfaz esta provista del alojamiento cónico para el tornillo, mientras que el plato posee las torres con el barreno roscado. Las torres levantan la guarda de tal manera que solo se tenga como superficie de contacto el área de la torre, aparte de brindar espacio para el aislamiento de poliuretano. Los tornillos inevitablemente serán de acero inoxidable, ya que están en contacto directo con el plato. Dado que los tornillos no soportan carga (simplemente son para unión), el apriete (o precarga) será la única fuerza significativa que experimenten; no es necesario un calculo de dimensionamiento.
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Por su parte la guarda y la interfaz deberán pintarse con esmalte industrial para alta temperatura. Como medida de seguridad la guarda deberá poseer alguna indicación de que es una superficie caliente. El uso de calcomanías nos evita gastos de pintura en varios colores y de texto. Aunque no es un símbolo estandarizado, se presenta una imagen muy común en señalamientos de superficies calientes.La unión superior de la interfaz se llevará a cabo con un componente del mecanismo de presión. La intención es que el tornillo no soporte la carga, sino que solo aporte la unión y fricción entre los componentes a unir. Se utiliza un tornillo Allen, de cabeza hexagonal hueca. Este tipo de tornillo se fabrica por lo general en calidad C, dándole su color negro característico. La tuerca deberá ser del mismo grado y el apriete debe ser tal que ambos componentes no posean movimiento relativo, pudiendo ser efectuado de forma manual sin necesidad de torquímetro. Al igual que los tornillos avellanados, el tornillo solo soporta la precarga dada por lo que no es necesaria más ingeniería para dimensionarlo.
Para unir el pad de silicona al plato térmico se utilizará un adhesivo a base de silicona de la familia LocTite, marca Henkel. De la literatura disponible del fabricante, se encuentra que la subfamilia de productos Superflex satisface las necesidades. Están diseñados para el sellado de juntas mecánicas a altas temperaturas y no como adhesivos, pero pueden unir elementos que no soportan grandes cargas. Los productos Superflex resisten ciclos térmicos bruscos sin agrietarse, endurecerse o encogerse, con poco envejecimiento dando larga vida a la unión. Son adhesivos de un solo componente sin necesidad de mezcla y se vulcanizan a temperatura ambiente (RTV), muy parecidos a los silicones para baños. Se vuelven pegajosos a los 30 minutos seguidos a la aplicación y adquieren máxima dureza a las 24 horas, no se escurren en aplicaciones verticales o contra la gravedad. Son de baja volatilidad al calentarse, aptos para el trabajo en presencia humana sin necesidad de equipo de protección. Las propiedades de resistencia al corte y temperatura dependen del tipo de producto Superflex.
Figura 3.19: Precaución: Superficie Caliente
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Item Componente Cantidad Material Manufactura
1 Silicone Pad 1 Caucho de Silicona A compra
2 Plato Termico 1 Aluminio (6061) Maquinado
3 Guarda Termica 1 Lamina Acero (1023) Maquinado
4 Interfaz 1 Acero (1018) Maquinado
5 Tornillo Avellanado Cruz M6x16 2 Acero Inox (304) A compra
6 Tornillo Allen M8x35 (Calidad C) 1 Grado 8.8 A compra
7 Tuerca M8 (Calidad C) 1 Grado 8.8 A compra
8 Capa de Aislante 1 Poliuretano A compra
9 Calcomania "Hot Surface" 1 Varios A compra
Bloque: Plato Térmico
El producto que satisface las necesidades a menor costo es el adhesivo LocTite Superflex Red High Temp RTV, diseñado para un rango de temperatura de -59°C a 316°C, con un porcentaje de elongación promedio de 300%, dureza Shore 18 A, resistencia ultima a la tensión de 1.5 MPa y fuerza de desprendimiento a 180° de 1.76 N/mm. La presentación de 300 ml cuesta alrededor de los $25 USD, la cual se estima pueda unir alrededor de 60 unidades.
A manera de resumen se presenta el dibujo isométrico del ensamblaje completo del plato térmico y la tabla de partes del sub-ensamblaje. Los componentes eléctricos como la resistencia y la glándula aunque aparezcan en la figura, no se incluyen en la tabla ya que corresponden al sistema eléctrico.
Figura 3.20: Adhesivo Superflex Rojo
Tabla 3.9: Alternativas de adhesivos a base de silicona de la marca LocTite