Una de las nuevas opciones, disponible ya en el mercado de aplicaciones para la industria, es la soldadura ultrasónica, la cual resulta atractiva para unir piezas pequeñas, películas metálicas muy delgadas, cable plano flexible, metales tanto similares como diferentes e incluso plásticos. La soldadura ultrasónica no utiliza productos consumibles, se realiza rápidamente, consume poca energía, no producen gases ni olores nocivos al ambiente y puede ser controlada electrónicamente para asegurar un control de calidad en la línea de producción.

LA SOLDADURA ULTRASÓNICA

Cuando se unen materiales por medio de soldadura ultrasónica, a las partes a ser unidas se les aplican simultáneamente una fuerza estática, la cual mantiene en posición las piezas y facilita la unión, y una fuerza dinámica (vibración ultrasónica), la cual genera la fricción que produce el calor necesario para “soldar” los materiales a unir. Este procedimiento es usado en las industrias tanto

para unir plásticos como para unir metales.

SOLDADURA ULTRASÓNICA DE PLÁSTICOS

La soldadura ultrasónica de plásticos ha sido usada por muchos años. Cuando se sueldan termoplásticos las vibraciones son introducidas verticalmente. El incremento térmico en el área de unión es producida por la absorción de las vibraciones mecánicas de alta frecuencia (20 a 70kHz), la reflexión de las vibraciones en el área de contacto y la fricción entre las superficies de las partes.

En el área de contracción, se produce calor por la fricción de tal manera que el material se plastifica localmente, forjando una conexión entre ambas partes en un corto período de tiempo.

El prerrequisito es que ambas piezas de trabajo tengan un punto de fusión cercano. La calidad de la unión es muy uniforme porque la transferencia de energía y el calor interno liberado permanecen constantes y se limitan al área de unión. Para obtener un óptimo resultado las áreas a unir son preparadas para hacerlas adecuadas a la unión ultrasónica. La soldadura ultrasónica puede ser utilizada para unir firmemente o embeber partes de metal con o en plástico.

SOLDADURA ULTRASÓNICA DE METALES

Mientras que en la unión ultrasónica de plásticos las vibraciones de alta frecuencia son usadas para incrementar la temperatura y así lograr la plastificación del material; la unión ultrasónica de metales es un proceso completamente diferente: las vibraciones mecánicas son introducidas horizontalmente, las partes a ser soldadas no son calentadas hasta el punto de fusión, sino que son

conectadas gracias a la aplicación de presión y vibraciones mecánicas de alta frecuencia.

Durante la soldadura ultrasónica de metales, un proceso complejo es iniciado el cual involucra fuerzas estáticas, fuerzas cortantes de oscilación y un moderado incremento de temperatura en el área a soldar. La magnitud de estos factores depende del grosor de las piezas a unir, de su estructura superficial y de sus propiedades mecánicas.

Las piezas de trabajo son localizadas entre una pieza fija, esto es, el yunque, y el dispositivo generador de las vibraciones ultrasónicas denominado “Sonotrode” o “horn”, el cual oscila horizontalmente a alta frecuencia (usualmente 20, 35 o 40 kHz) durante el proceso de soldado. La frecuencia de oscilación más comúnmente usada (frecuencia de trabajo) es 20 kHz.

Esta frecuencia está sobre el rango audible del oído humano y permite el mejor uso posible de la energía. Para procesos de soldadura en los que se requiere sólo una pequeña cantidad de energía, puede ser usada una frecuencia de trabajo de 35 ó 40 kHz.

El sonotrode y el yunque tienen superficies ásperas o tienen generalmente superficies fresadas con estrías cruzadas para apretar las piezas que se ensamblarán y prevenir deslizamientos indeseables.

Se aplica presión estática perpendicularmente a la interfaz a soldar. Luego se sobrepone la fuerza cortante oscilante de alta frecuencia (ultrasonido). Las fuerzas dentro de los objetos deben mantenerse por debajo del límite de elasticidad para que las piezas no se deformen. Si las fuerzas sobrepasan un valor de umbral dado, ocurrirá una deformación local en los materiales a unir.

Las piezas se compactan ligeramente en la superficie debido a la fuerza de sujeción antes de conectar la energía ultrasónica; el intervalo durante el cual sucede esto se llama tiempo de exprimido. Después de apagar la energía ultrasónica y aflojar la fuerza de sujeción, se aplica una breve ráfaga de la primera para evitar que el ensamble soldado se pegue a la herramienta o al yunque.

Las vibraciones de alta frecuencia inducen fuerzas cortantes que disminuyen la contaminación superficial de los materiales a unir y producen un enlace puro entre los metales en la interfase. La oscilación posterior hace que el área de la soldadura crezca. Al mismo tiempo lleva a cabo una difusión atómica en el área de contacto y el metal se recristaliza en una estructura de grano fino similar al que caracteriza a los metales trabajados en frío.

La soldadura ultrasónica del metal es local y limitada a las fuerzas de corte y al desplazamiento de las capas intermedias. Sin embargo, una fusión no ocurre si la fuerza de presión, la amplitud y el tiempo de la soldadura son ajustados correctamente. Los análisis microscópicos usando microscopios ópticos y electrónicos hacen evidente la recristalización, la difusión y otros fenómenos metalúrgicos. Sin embargo, no proporcionan ninguna evidencia de fusión (interfaz fundida). El uso de sensores térmicos altamente sensibles en las capas intermedias muestran un aumento inicial de la temperatura con una posterior disminución constante de la misma.

La temperatura máxima obtenida depende de los ajustes que se hagan a los controles del equipo de soldadura. Un aumento en la energía ultrasónica conduce a un aumento de la máxima temperatura posible. Un aumento en la fuerza estática conduce a un aumento de la temperatura inicial, pero al mismo tiempo limita la posible temperatura máxima. Por lo tanto, el perfil de temperatura puede ser manejado, dentro de ciertos límites, haciendo los ajustes apropiados en la máquina. La temperatura en la capa intermedia es, por supuesto, también una función de las características del material. La regla básica es que la temperatura obtenida es mayor en los materiales con una conductividad térmica baja, tal como el hierro, y menor para los metales con una conductividad térmica más alta, tal como el cobre y el aluminio.

Las medidas de temperatura efectuadas en diversos materiales, con puntos de fusión que varían ampliamente, han mostrado que la temperatura máxima en la interfase de la soldadura no excede de un 35 a 50% de la temperatura que derrite al metal individual, cuando se han seleccionado los parámetros de la soldadora apropiadamente.

La soldadura ultrasónica de metales no produce una adhesión superficial en los metales. Se ha probado que las uniones son sólidas, homogéneas y duraderas. Si, por ejemplo, una hoja de aluminio fina se suelda ultrasónicamente a una hoja de cobre fina, puede ser observada fácilmente que después de cierto tiempo de soldado, las partículas de cobre aparecen en la cara opuesta a la unión de la hoja de aluminio, al tiempo que las partículas de aluminio aparecen en la cara opuesta a la unión de la hoja de cobre. Esto muestra que los materiales se han penetrado uno a otro, siendo este proceso conocido como difusión. Este proceso ocurre dentro de fracciones de segundo.

VENTAJAS Y LIMITACIONES

A continuación se presentan las principales ventajas y limitaciones de la soldadura ultrasónica:

Ventajas:

La soldadura ultrasónica permite unir metales diferentes

Los tiempos de ciclo son menores a un segundo.

La calidad de la soldadura es alta y uniforme

Las ligas son normalmente más fuertes que las juntas hechas con soldadura o por resistencia

Necesidad moderada de habilidad y entrenamiento del operador para producir uniones de alta calidad

No requiere de soldadura o fundente

No hay acumulación de calentamiento , de modo que no se fragilizan las zonas afectadas por el calor

La conductividad eléctrica es normalmente superior a la obtenida por conexiones tranzadas o soldadas

Oxidación o contaminación superficial no afectan la cantidad de la conexión

Desventajas:

La soldadura se restringe a soldadura de solapa

No permite hacer soldaduras de cordón

Solo se pueden soldar piezas con espesores menores a 3 milímetros

Solo se pueden unir superficies planas o con poca curvatura

No es adecuafa para partes estañadas

El costo de capital es más alto que el de la soldadura normar

COMENTARIOS FINALES

Como los sistemas de soldadura ultrasónica tienen bajas demandas de energía, no utilizan productos consumibles, no necesitan agua de enfriamiento y ocupan poco espacio, pueden ofrecer soluciones rentables y ecológicamente inocuas para aquellas aplicaciones que están dentro de sus rangos de aplicabilidad.

Que la soldadura ultrasónica sea apropiada para una aplicación específica depende de los materiales, la tasa de producción, el tiempo de proceso, el tamaño de las piezas, las demandas energéticas y el costo del equipo, el cual deberá descender durante los próximos años.

Dado que ésta es una tecnología emergente, en el futuro veremos aparecer nuevas aplicaciones, mayores rangos de aplicación tanto en materiales como en tamaño, máquinas más portátiles, mayor facilidad de operación, más fabricantes y proveedores de equipos y costos más bajos.

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¿De qué se componen los detergentes?

En la mayoría de las culturas antiguas, el jabón ya era conocido, lo usaban tanto para el cuerpo como para la ropa. Antiguamente, lo hacían con agua, grasas vegetales o animales, y cenizas vegetales o sustancias minerales como la sosa cáustica.

En latín, detergente quiere decir limpiar, es decir, un detergente es una sustancia que limpia, gracias a tener las siguientes dos propiedades:

Reduce la tensión superficial del agua, de manera que las moléculas de agua no se sienten tan atraídas mutuamente, y pueden penetrar mejor en la superficie a limpiar (por ejemplo un tejido)

Las moléculas del detergente tienen un polo lipófilo, que combina bien con las grasas, y un polo hidrófilo, que combina bien con el agua. La suciedad (que está adherida a los tejidos mediante partículas oleosas) atrae a los polos lipófilos, y los polos hidrófilos quedan dispuestos hacia fuera y rodeando la suciedad, de forma que el agua arrastra todo el conjunto.

Pero no fue, hasta 1930 que se empezaron a sintetizar sustancias detergentes derivadas del petróleo. Posteriormente se descubrieron otros ingredientes que, añadidos a las sustancias detergentes, daban al conjunto una mayor capacidad limpiadora.

Composición de los detergentes

Los principales componentes de los detergentes actuales, son:

Abrillantadores Ópticos para detergentes

Los abrillantadores ópticos tienen trascendental importancia en el lavado de una prenda blanca, aun cuando está limpia. Por esta razón desde el siglo XIX, la gente comenzó a lavar con trazas de colorante azul, de modo que el color blanco fuera modificado levemente y eso provocará una sensación visual de blancura más intensa.

Los abrillantadores fluorescentes son compuestos orgánicos que convierten una porción de la luz ultravioleta invisible en luz azul visible. El tono amarillento de los sustratos textiles desaparece al usar detergentes con abrillantadores ópticos. En día la mayoría de los detergentes existentes en el mercado contienen abrillantador óptico.

Proveedores de abrillantadores  ópticos

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El Concepto actualizado de limpieza

La limpieza es un paso importante en el procesamiento del material de uso médico. Si un artículo no puede ser limpiado en forma apropiada, la esterilización de este material no puede ser garantizada. Es por ello que existen diversos equipos y productos para la esterilización de equipo médico.

El personal que realiza el proceso de lavado debe estar debidamento protegido con barreras protectoras como guantes, delantal, mascarilla y lentes protectores. Estos deben usarse de acuerdo a la actividad realizada y al riesgo al que se está expuesto, hasta que el material esté lavado y seguro para su manipulación.

Los detergentes comunes no logran remover la totalidad de la materia orgánica, no eliminan totalmente la suciedad, siendo necesario cepillar el instrumental en especial
las ranuras y articulaciones muchas veces con cepillos de acero, que dañan el instrumental. Los detergentes comunes son ácidos, alcalinos, cáusticos, abrasivos que finalmente destruyen la capa protectora del instrumental.

En fechas recientes se ha determinado que el proceso de lavado es potencialmente riesgoso para el personal, por el elevado contenido del material infeccioso contaminante de los instrumentos y equipos provenientes de algunas cirugías.

Los detergentes proteolíticos o enzimáticos han surgido como una respuesta al aumento de la complejidad de los procedimientos invasivos y por ende del instrumental. A través de las
investigaciones se han formulado detergentes que no dañan el instrumental y por sobre todo tienen una gran efectividad en la remoción de la materia orgánica.

La característica de los detergentes enzimáticos es que contienen enzimas que compiten con las proteínas de la materia orgánica disolviéndolas; el detergente remueve la suciedad y disuelve las partículas de la superficie del instrumental incluyendo las áreas más inaccesibles. Otra característica importante es que no daña el instrumental.

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