CLASE 52º PROBLEMA FRIGORIFICO Nº1 CICLO SIMPLE

CLASE 125º SISTEMAS FRIGORIFICOS INUNDADOS 7º PARTE

A2L refrigerants – myths and realities

In the first of a series of articles, Karl Richardson of Logicool Air Conditioning & Heat Pumps presents an unbiased look at the myths and realities of the new “mildly flammable” A2L gases.

Having spent the best part of the last six months researching R32 and A2L refrigerants and also having successfully trained a lot of our customers on this subject I think it is time to deliver this knowledge to the general trade in the most relevant and compact way possible.

The air conditioning industry is facing a huge step-change in the next few years.

From 2015, the EU is reducing CO2 emissions that are directly produced from the manufacture of refrigerants (it seems that we have given up on trying to prevent leaks). In previous years we have seen CFCs and HCFCs banned completely. The new regulations encourage innovations by capping the potential CO2 emissions in stages between 2015 and 2030.

CO2 emissions from refrigerants are directly related to global warming potential (GWP). Every refrigerant has a GWP number. The higher the number, the higher the CO2 emissions, the more effect that any product leaked to atmosphere has on the environment.

By assembling data from all refrigerant producers, importers etc between 2009 and 2012, the EU has imposed a baseline CO2 figure of 183 million tonnes of consumption.

The refrigerant producers/importers within the EU are now issued with a CO2 emissions quota on an annual basis. They can only produce more product by encouraging the use of refrigerants with a lower GWP. They cannot manufacture more than their quota. This promotes innovation in that the EU is not restricting sales but potentially encouraging growth but only via lower-GWP product.

Phase down

Remember that the European phase-down started in 2015. This was 100% of the baseline figure. The current phase-down for 2016 is 93% of the baseline. By 2030 we need to be at 21% of the baseline. This means an 81% reduction or 34.77 million tonnes of CO² compared to the 2015 baseline of 183 million tonnes. The challenge is to engage with a growing market by producing more product but emitting less CO² to the atmosphere.

The reality is that 2014 saw a CO2 consumption figure much greater than the actual benchmark. This can be put down to potential factors such as a significant increase in imports before the benchmark began in 2015 and restored confidence in the economy.

Of greater concern are the following facts and figures:

• The economy is much more buoyant now than when the benchmark data was analysed. Therefore we are, in reality, in a much deeper phase-down if the typical market consumption is already on the increase and in excess of the predicted actual product equivalent of 183 million tonnes

• 2017 – 37% reduction (115.29 million tonnes)

• 2024 – 69% reduction (56.73 million tonnes)

Simple mathematics tells us that if we do nothing then we will have a real supply issue in 2017.

Progress

Some industries that use refrigerants are already progressing with lower GWP alternatives. One well documented example is the automotive market. This particular industry is transferring to the HFO R1234yf which has a GWP of just 4. Considering that its predecessor R134a had a GWP of 1430 this means that as a rule of thumb we can charge 1428 new cars with R1234yf to achieve the same GWP or CO2 impact as one car with R134a.

Products such as air-to-water heat pumps and chillers are also already making the leap to lower GWP alternatives, although this is not as advanced as the automotive market.

This is comforting news for other industries such as the one that I operate in. It gives us a little bit of breathing space.

Packaged air conditioning is slow to react to the required changes by way of launching product. The reasons are complex but are mainly down to re-publishing of existing legislation which I will cover in another post. However, the following are the principle reasons for the delay:

• Some EU countries currently prohibit the use of flammable refrigerants in commercial applications (Spain, Italy, France)

• Chillers, air to water and automotive systems are fixed charge, fixed capacity systems. Packaged splits and VRF have variables such as differing capacities, pipe sizes and pipe runs. This means that the design and application of the product are different and need more thought from an r&d perspective.

• The total allowable refrigerant charge will be limited in packaged air conditioning products and this is likely to affect the range of products available.

R32

Changes to legislation are not moving as quickly as we would like. However, it seems that most Japanese manufacturers have confirmed pre-2017 launches for RAC products. This means small commercial/domestic systems up to and including 7kW. Some manufacturers have confirmed packaged/commercial air conditioning products “sometime in 2017”. Expect all the main players to confirm their official announcements soon. Two of our manufacturers have commercial product (up to 14kW split systems) confirmed for 2017. At Logicool we already have R32 product installed and available in 2.5, 3.5 and 5kW flavours.

All of these packaged air conditioning products will  be charged with refrigerant R32. This is a mildly flammable refrigerant but there is no need to panic.

In the UK, if you or your engineers have City & Guilds 2079 and/or a valid F-Gas certificate then you are qualified to use A2L refrigerants including R32. 

The mild flammability is only an issue if you do not understand why and how. The products have a flammable logo on the nameplate so awareness and management are key to this. I will cover this in a future post.

R32 has a GWP of 675 compared to R410A which has a GWP of 2088. This means that our refrigerant suppliers can continue to supply our specific industry with refrigerant for the next few years.

What we as an industry need to do is focus more on containment and promote good practice. Keeping refrigerant where it should be is the ultimate goal. Expect more changes from 2020 onwards as R32 may not be the long-term solution for all products.

What is here to stay is A2L, all of which are mildly-flammable refrigerants. This is a culture change that we need to get to grips with now.

In Part 1, we looked at A2L refrigerants and why the air conditioning industry is faced with moving from R410A to R32.

Hopefully we now understand that this is to comply with EU requirements to reduce CO2 emissions.

Now let’s move on to the main issue with A2L Refrigerants. They are flammable. Or, to be exact, they are “mildly flammable”. But what does this mean?

I have heard some talk in the industry that “it is not really flammable and that this is much ado about nothing”. Let’s explore that and examine the facts and the reality.

In the last twenty years the world has changed. A naked flame applied to R22 with mineral oil would create a similar effect to R32 with synthetic oil. Mineral oil such as Suniso 3GS used with CFC or HCFC refrigerants is a “product not classified as flammable but is inherently combustible”

But that was then and this is now. We live in a world dominated by health and safety, legislation and regulation. Unless you are extremely fortunate you will have clients who will expect you to be aware that A2L refrigerants are flammable (albeit mildly) and that you have training, documentation and procedures to handle this fact.

During the 1970s to 1990s engineers admit that they vented refrigerants liberally and used them as cleaning agents. Leak containment was not an issue and it would not be unusual to keep topping up leaking systems with new refrigerant. These refrigerants had high GWP’s (R502 = 4657). Health and Safety was not the issue that it is now. In 1974 fatal injuries in the workplace totalled 651.

Now it is illegal to vent refrigerant to atmosphere. A young engineer accepts they would be disciplined if they did not reclaim, recover and recycle refrigerants. R32 is mildly flammable and has a GWP of 675, and we are actively pursuing lower GWP alternatives. In 2014-2015 fatal injuries in the workplace totalled 92. Health and Safety is now a real issue and anything that is potentially combustible or flammable raises eyebrows.

All A2L alternatives are mildly flammable. All new refrigerants being tested are A2L. Mild flammability is here to stay and our industry needs to adapt to working with these products.

Remember: if you have a valid F-gas certificate then you are qualified to use HFC refrigerants. R32 is an HFC. Remember that safety bit at the beginning of your training? It is now relevant.

Whilst you may assume that mildly flammable refrigerants are “not really flammable”, your client may have a different perception and they will expect you to be professional in the handling of the product.

Your client is likely to see a flammable label on the side of their unit. It will not say “mildly flammable”. All installers should be aware of this and be prepared to provide answers. “It’s not really flammable, trust me” may not placate a business owner or health and safety manager. People see what they see. A flammable label is a flammable label.

What does A2L mean?

Typical refrigerants that we use in the HVAC industry are split into three safety classifications.

A1: low toxicity, non-flammable
A2: low toxicity, lower flammability
A3: low toxicity, higher flammability

There is a proposal for a new classification to allow the industry to accommodate new lower GWP products, most of which are “A” Class refrigerants. The proposal is for “A2L” refrigerants which is lower flammability with lower flame propagation. By this we mean that any flame will have a burning velocity of less than 10cm/sec.

This reclassification is important to the future of the HVAC industry. Presently, A2 refrigerants are banned from public buildings in Spain, Italy and France. This reclassification to A2L will allow these refrigerants to be used widespread throughout Europe. However, for this to happen legislation needs to be rewritten and republished. The legislation that is affected is not just BS: EN378 but also EN60335-2.

For those who have noticed the drip-feed of R32 product into the market you will note that the largest offering is a 5kW domestic wall-mount.

It is no co-incidence that half of Western Europe will not allow R32 in public installations and commercial air conditioning product is not yet available in the UK. We all draw from similar stock and it is vitally important that legislation is rewritten and republished to allow the reclassification to A2L refrigerants. Once done we should see an influx of R32 product.

EN60335-2

Our industry is governed almost solely by BS: EN378. This governs the life cycle of an air conditioning system from initial design through to installation, servicing and end of life.

EN60335 is a piece of legislation which covers the safety of Household and Similar Electrical Appliances. Air Conditioning products are already covered by this legislation but it has never previously been an issue to the industry. However, now that we have a “flammable” refrigerant inside our pipes it becomes a significant issue which brings this legislation into play.

I will cover the implications of this when we look at design and application considerations in a future post.

Flammability

So just how flammable are A2L refrigerants? There is a lot of conjecture on this issue. Some are more flammable that others but they all have lower flammability, lower flame propagation levels.

Let’s look at R32 as our example. This is the proposed solution for commercial air conditioning.

Is it flammable? Yes

What do I need to ignite R32?
A concentration limit (or LFL) of between 13 – 30
An MIE (Minimum Ignition Energy) of 30 to 100mJ
A flame higher than 600°C
A constant supply of oxygen

Can I set fire to it? Yes

Will my engineers try to set light to it? I know of engineers who have applied a flame to leaking propane in fridge cabinets so who is to say?

Can a spark from a light switch ignite it? No

What is the most likely circumstance of a flame being produced? An engineer, most likely in error, or the product in the wrong hands.

Will this be a substantial flame requiring emergency services? Not unless you keep holding a flame to the exposed refrigerant or if it creates a fire by setting light to another material. The propagation is very low and the flame will normally self-extinguish.

Assuming all of the above, how likely is it that R32 will ignite on site? Very unlikely (and I write that so as not to implicate myself by saying “no”. But there is never a “never”)

But surely with all of the above it is possible? Yes.

What would the most likely scenario be? A system that is being installed may have a leak and an engineer from any trade may be using a constant flame in the vicinity of that leak. Poor practice may cause this but it is very unlikely. The chances of a similar set of scenarios occurring when the system is installed are equally unlikely.

So there is nothing to worry about then? If you take that approach, then you are more likely to have an incident.

What is LFL

As per the above, oxygen, MIE, a temperature of over 600°C and the concentration limit are the ingredients for combustion.

We are unlikely to exceed the MIE in an installed environment. As stated earlier, the energy from a switch should not exceed the MIE.

It is, of course, possible to apply a flame of over 600°C to a leaking system and this will create a flame. An example of this can be seen on our YouTube channel by clicking here.

The Lower Flammability Limit or LFL is essentially the minimum concentration limit that is required for the product to become potentially combustible. Anything less than the LFL means that combustion is not possible.

LFL can be presented as a number or in volume. Examples for R32 are 0.307 or 13.3%.

There is also an Upper Flammability Limit or UFL. Any concentration greater than this means that the product mix with oxygen is too rich and therefore the product cannot combust.

So how likely is it to exceed the LFL in day-to-day air conditioning applications?

For split system applications it is unlikely unless a product has been significantly oversized for the application. VRF may pose other questions due to total refrigerant charge but at present there are no VRF products on the horizon so we do not need to consider that scenario at the moment.

I will revisit this when we look at design and application. This is the one area that will need consideration as it will directly affect what products come to market and how we apply our products to comply with current and forthcoming legislation. Going forward, LFL will become an important buzzword in air conditioning design and application.

To summarise the important issue of flammability for now:
• If you are F-gas trained, then you are qualified to handle R32
• Ensure your health & safety procedures are up to date.
• Consider further training on hydrocarbons and adjust your policies and procedures to fit around the handling of those products
• Be aware that your customer may have questions that they will be seeking assurance on.
• Yes, your customer may have a gas supply but don’t use that as a lazy argument. Be knowledgeable and professional in your answers and advice.
• Respect R32 and A2L.
• Don’t cut corners. If R410A allows you to cut some corners, then stop now. R32 may not be so forgiving.

Opteon™ XP44 (R-452A) refrigerant

Opteon™ XP44 (R-452A) is a non-ozone depleting, low global warming potential (GWP) hydrofluoro-olefin (HFO) based refrigerant replacement for R-404A/R-507 in new equipment and retrofit of existing systems. Opteon™ XP44 offers a near-match to the compressor discharge temperature and mass flow rate of R-404A/R-507, eliminating the need for TXV adjustments.

Applications

Commercial Refrigeration

• Low- and medium-temperature transport DX refrigeration
  • Refrigerated trucks
  • Refrigerated vans
  • Reefer containers
• Low- and medium-temperature commercial and industrial DX refrigeration

Chillers

• Direct Expansion

Benefits

• Low GWP: 45% reduction compared to R-404A/R-507*
• Closest match in compressor discharge temperature to R-404A/R-507
• Approved and adopted by major equipment manufacturers
• Compatible with existing equipment design/lubricants
• Can be topped off after leaks

* Assessment Report 4 (AR4)

Properties

Industry-Leading Opteon™ XP40 and XP10 Low Global Warming Potential

Wilmington, Del., March 31, 2015

Emerson Climate Technologies Approves Opteon™ XP40 (R-449A) and XP10 (R-513A) for Use in Their Scroll and Semi-hermetic Compressors

Emerson Climate Technologies has approved Opteon™ XP40 (R-449A) and XP10 (R-513A) for use in a wide range of their scroll and semihermetic compressors. This approval represents a significant milestone for Opteon™ refrigerants as it paves the way for use in new and existing compressors for a wide range of refrigeration applications.

Opteon™ XP40 is a new low global warming potential (GWP), non-flammable replacement for R-404A and R-507 refrigerants, which have been identified in a proposal by the U.S. Environmental Protection Agency (EPA) to be banned in specific new and retrofit applications by Jan. 1, 2016. XP40 has more than 60 percent lower GWP and significantly increased energy efficiency compared to R-404A and R-507. Opteon™ XP10 is an optimized new low GWP, azeotropic, non-flammable replacement for R-134a with more than 55 percent lower GWP and comparable properties and performance.

“DuPont is extremely pleased that Emerson Climate Technologies has approved Opteon™ XP40 and XP10 for use in their compressors,” said Kathryn K. McCord, global business director, DuPont Fluorochemicals. “Emerson’s approval of Opteon™ XP40 and XP10 for their compressors sets the stage for these new low GWP refrigerants to become refrigerants of choice in refrigeration and other applications.”

Emerson has a reputation of working with refrigerant manufacturers like DuPont  to provide guidance to the industry and ensure that component approvals of new refrigerants, like Opteon™ line of refrigerants, stay ahead of regulation.

“It is critical that our customers have tested, proven and more sustainable alternatives to refrigerants that have been targeted for delisting,” said Rajan Rajendran, vice president, Systems Innovation Center and Sustainability for Emerson Climate Technologies, in reference to the EPA proposal to ban R-404A and R-507 refrigerants from specific new and retrofit applications by 2016. “To help our customers lessen the resource constraints and costs associated with a shift of this magnitude, we have been working to develop products and equipment that will not only comply with this delisting proposal, but also those in the foreseeable future.”

DuPont – one of the first companies to publicly establish environmental goals more than 20 years ago – has broadened its sustainability commitments beyond internal footprint reduction to include market-driven targets for both revenue and research and development investment. The goals are tied directly to business growth, specifically to the development of safer and environmentally improved new products for key global markets. www.dupont.com

DuPont (NYSE: DD) has been bringing world-class science and engineering to the global marketplace in the form of innovative products, materials, and services since 1802. The company believes that by collaborating with customers, governments, NGOs, and thought leaders we can help find solutions to such global challenges as providing enough healthy food for people everywhere, decreasing dependence on fossil fuels, and protecting life and the environment. For additional information about DuPont and its commitment to inclusive innovation, please visit www.dupont.com.

New Generation of HFO Refrigerants

New

Generation

of

HFO

Refrigerants

 

https://www.chemours.com/Refrigerants/en_US/products/Opteon/Stationary_Refrigeration/assets/downloads/news/new-generation-hfo-refrigerants.pdf

Opteon™ XP40 (R-449A) refrigerant

Opteon™ XP40 (R-449A) is a non-ozone depleting, low global warming potential (GWP) hydrofluoro-olefin (HFO) based refrigerant replacement for R-404A/R-507, R-407A/F, and R-22 for new equipment and retrofit of existing systems. Opteon™ XP40 has a GWP of 1397, which is a 65% reduction, and provides energy consumption 8-12% lower than R-404A/R-507. Compared to R-407A, Opteon™ XP40 offers improved performance, similar capacity and 34% lower GWP.

Applications

Commercial Refrigeration

• Low- and medium-temperature commercial and industrial DX re- frigeration
• Food service (e.g., condensing units)
• Cold storage
• Self-contained systems
• Supermarkets
  • Centralized rack systems
  • Distributed systems
  • Walk-in coolers/freezers, prep rooms, etc.

Chillers

• Direct expansion
• New equipment/retrofit of existing systems

Benefits

• Low GWP: 65% reduction compared to R-404A/R-507*
• 8-12% more energy efficient than R-404A/R-507
• Safe and nonflammable**
• Approved by major equipment and component manufacturers
• Alternative to R-407 series low- and medium-temperature re- frigerants
• Compatible with existing equipment design/lubricants
• Superior efficiency to CO₂
• Extensively field tested with no equipment/lubricant/seal changes***
• Can be topped off after leaks

See why Raley’s Supermarkets is championing the transition to Opteon™ XP40

  * Assessment Report 4 (AR4)
 ** ASHRAE A1 Safety Classification
*** Superheat adjustment may be required

CALCULO DE PRESIONES DE DESCARGA Y SUCCION EN SISTEMAS DE REFRIGERACION

Opteon™ XP10 (R-513A) refrigerant

Opteon™ XP10 (R-513A) is a non-ozone depleting, low global warming potential (GWP) hydrofluoro-olefin (HFO) based refrigerant replacement for R-134a. Opteon™ XP10 is an azeotropic refrigerant and is suitable for new and retrofit of existing systems, offering excellent capacity and energy efficiency match to R-134a.

Applications

Commercial Refrigeration

• Medium-temperature commercial and industrial DX refrigeration
• Medium-temperature circuit of hybrid cascade systems
• Water chillers, air conditioning and heat pumps

Chillers

• Centrifugal
• Direct expansion

Benefits

• Low GWP: 56% reduction compared to R-134a*
• Azeotropic refrigerant with zero glide
• Excellent capacity and efficiency match for R-134a
• Approved by major equipment and component manufacturers
• Compatible with existing equipment design/lubricants

* Assessment Report 4 (AR4)

Properties

Opteon™ XP10 In the News

Better performance for your business. And the planet

The Opteon™ XL Series is the latest addition to our refrigerants portfolio providing the refrigeration and air conditioning industry with very low GWP solutions for new equipment designs. These new refrigerants provide similar properties and in many cases increased performance when compared to the HFCs they are designed to replace.

See which innovative new product best meets your needs:

• Opteon™ XL10 (R-1234yf): The lowest GWP Opteon™ replacement for R-134a in new equipment designs. Opteon™ XL10 has a GWP <1 and offers similar performance when replacing R-134a in positive displacement, direct expansion medium temperature commercial and industrial applications.

• Opteon™ XL20 (R-454C): The lowest GWP Opteon™ replacement, for R-404A and R-22 in new equipment designs. With a GWP of 146, Opteon™ XL20 falls under the 150-threshold value in the F-Gas regulation 517/2014 and Eco-design, thus being particularly suited for hermetically-sealed systems.

• Opteon™ XL40 (R-454A): A lower GWP replacement for R-404A in new equipment designs, but with improved performance and higher cooling capacity. Opteon™ XL40 has a GWP of 238 and offers the optimal balance of properties when replacing R-404A in positive displacement, direct expansion low- and medium temperature commercial and industrial applications

• Opteon™ XL41 (R-454B): The lowest GWP Opteon™ replacement for R-410A in new equipment designs. Opteon™ XL41 has a GWP of 467 and offers the preferred option when the lowest GWP is required to replace R-410A in positive displacement, direct expansion air conditioning, heat pump and chiller applications.

• Opteon™ XL55 (R-452B): A low GWP replacement for R-410A in new equipment designs, but with improved performance, excellent design compatibility with R-410A equipment and lower 2L flammability properties. Opteon™ XL55 has a GWP of 676 and offers the optimal balance of performance, safety and design compatibility when replacing R-410A in positive displacement, direct expansion air conditioning, heat pump and chiller applications. Its combination of design compatibility and reduced compressor discharge temperature, as compared to other R-410A alternatives such as R-32, enables OEMs to transition their R-410A equipment platform with minimal re-design and capital expenditures

COMO INSTALAR UN CLIXON INT 69 EN UN COMPRESOR FRIGORIFICO SEMIHERMETICO

CLASE 176º HIGROMETRIA MEZCLA ADIABATICA DE DOS CORRIENTES DE AIRE HUMEDO

SOLDADURA DE PLASTICOS

Soldadura de plásticos

Introducción

La soldadura de plástico es un proceso destinado a unir piezas constituidas de materiales termoplásticos. La soldadura tiene lugar por el reblandecimiento de las zonas a unir. Las moléculas del polímero adquieren cierta movilidad por acción de un agente externo (calor, vibración, fricción, disolvente, etc.). Al juntarse ambas piezas y aplicárseles presión, se logra la interacción de las moléculas de ambas partes a unir, entrelazándose. Una vez cesada la acción del agente externo, disminuye el movimiento de las moléculas quedando constituida una estructura entrelazada de las mismas, formándose la unión de ambas partes plásticas.

Soldadura de plásticos

En el mercado existen diversos procesos de soldadura para unir plásticos y la aplicación idónea de cada una de ellas depende de múltiples factores. El tipo de pieza o elemento a unir, las características del material plástico, el número de piezas a unir en un mismo proceso, la aplicación del producto final..., son tan solo algunas de las múltiples variables que pueden influir directamente en la elección de un tipo u otro de soldadura.

La soldadura puede ser utilizada para producir uniones con propiedades mecánicas que se acercan a las del material matriz. La soldadura de plástico se limita a los polímeros termoplásticos, debido a que estos materiales pueden ser ablandados y fundidos por el calor. Los polímeros termoestables una vez endurecidos no pueden ser ablandados de nuevo por calefacción. El calor necesario para la soldadura de los polímeros termoplásticos es menor que la requerida para los metales.

Técnicas de soldadura

Un número de técnicas se utilizan para la soldadura de plásticos. En general, las distintas formas de unir piezas plásticas por soldadura se pueden agrupar en cuatro grandes bloques:

- Mediante aportación de calor de un elemento calefactor externo: una técnica que se destina a termoplásticos que, ante al aumento de temperatura, se funden, pudiéndose unir por compresión las superficies fundidas;

- Por emisión de alta frecuencia y ultrasonido: un método que consiste en emitir ondas de una determinada frecuencia en las superficies a unir, generando un efecto de vibración entre las moléculas del material, que provoca un aumento de temperatura y lo reblandece.

- Por emisión de haz láser: un sistema que se reserva para unir piezas pequeñas en áreas determinadas, emitiendo un haz láser que calienta la superficie a soldar;

- Por vibración: un proceso altamente fiable que permite manejar grandes piezas de materiales exigentes o múltiples piezas por ciclo con facilidad.

Otra técnica de soldadura de plásticos que cabría mencionar, bastante empleada tanto a nivel industrial como doméstico, es la soldadura química mediante el uso de solventes.

Procesos

A continuación se detallan brevemente algunas de las principales técnicas de soldadura de termoplásticos empleadas en la industria.

Soldadura por placa caliente

Es la más simple de las técnicas de producción en masa para unir plásticos. Una placa calentada se sujeta entre las superficies a unir hasta que se ablanden. La placa se retira y las superficies se reúnen de nuevo bajo presión controlada durante un período específico.

Las superficies fusionadas se dejan enfriar, formando una unión. La herramienta de soldadura o elemento calefactor está construido comúnmente de calentadores eléctricos insertos en una placa de aluminio.

Las temperaturas son generalmente entre 180°C y 230°C dependiendo del espesor y del tipo del material a soldar.

Etapas del proceso de soldado por placa caliente

Este proceso se utiliza comúnmente para soldar los extremos de tubos de plástico utilizados en la distribución de gas y agua, aguas residuales y evacuación de efluentes y en la industria química, la unión de tubos de llenado y conectores en los tanques de combustible moldeado por soplado para aplicaciones de automoción.

Muchos de los artículos de uso diario son producidos por este proceso: carcazas de aspiradoras, piezas para lavadoras y lavavajillas, piezas de automóviles, tales como depósitos de líquido de frenos, luces traseras, luces indicadoras, etc. La desventaja de este proceso es que es relativamente lento (intervalos de 10 a 20 segundos para artículos pequeños y hasta 30 minutos para tuberías muy grandes). Los platos calientes para el tipo convencional de soldadura (con temperaturas de hasta 300°C) son principalmente de aluminio. Los platos calientes para soldadura de alta temperatura se componen principalmente de aleación de cobre y de aluminio. La temperatura de las placas calientes es controlada por los reguladores electrónicos, con el sensor térmico situado lo más cerca posible a la superficie de trabajo.

Depósito de agua de plancha soldado por placa caliente

Soldadura por aire/gas caliente
Este proceso es similar a la soldadura oxi-acetileno de metales. La única diferencia es que la llama abierta de la soldadura de oxiacetileno se sustituye por una corriente de gas caliente. El aire comprimido, nitrógeno, hidrógeno, oxígeno o dióxido de carbono se calienta mediante una bobina eléctrica a medida que pasa a través de una pistola de soldadura.
La soldadura de gas caliente es un proceso de fabricación para materiales termoplásticos.
El proceso, inventado a mediados del siglo XX, utiliza una corriente de gas caliente, normalmente aire, para calentar y derretir el material del sustrato termoplástico y una varilla de soldadura termoplástica. Se funde el material del sustrato y de la varilla para producir una soldadura. Para garantizar la soldadura, temperatura y presión adecuadas se deben aplicar a la varilla, junto con la correcta velocidad de soldadura y posición de la pistola.

Esquema de soldadura por aire caliente

Las aplicaciones típicas incluyen recipientes de almacenamiento de productos químicos, conducciones de ventilación y reparación de piezas de plástico, tales como los parachoques de automóviles. El nitrógeno se usa para plásticos sensibles al oxígeno. El aire comprimido es muy popular, ya que da resultados satisfactorios para muchos propósitos y es barato.

Los plásticos que pueden ser soldados son: PVC, polietileno, policarbonatos, poliamidas, etc. La principal ventaja de este proceso es que se pueden construir grandes fabricaciones complejas.

Este proceso es lento y la calidad de la soldadura depende totalmente de la habilidad del soldador.

Reparación de pieza plástica de automóvil mediante soldadura de aire caliente

Sellado por calor

El termosellado es el proceso de sellado de un termoplástico a otro termoplástico similar usando calor y presión. Principalmente es aplicado para la unión de películas o láminas plásticas entre sí o para la unión de estas a otro artículo plástico. El método de contacto directo de termosellado utiliza un dado o barra de soldadura constantemente calentado para aplicar calor a un área o línea específica de contacto para sellar o soldar los termoplásticos juntos.

Las aplicaciones comunes para el proceso de sellado térmico son para cierre hermético de bolsas y películas para alimentos o dispositivos médicos esterilizados, fabricación de bolsas, etc. Esta técnica también es utilizada en la industria electrónica para unir las pantallas LCD a los PCB en muchos productos electrónicos de consumo.

Sellado térmico de bolsa con alimentos

Soldadura por extrusión

La soldadura por extrusión permite aplicar soldaduras más grandes en un solo paso de soldadura. Es la técnica preferida para uniones de materiales de más de 6 mm de espesor. La varilla de material de aporte se introduce en una extrusora miniatura de plástico, el material es plastificado y forzado a salir de la extrusora contra las partes a unir, que se suavizan con un chorro de aire caliente para permitir que la unión tenga lugar.

Soldadura por extrusión

Soldadura por inyección

La soldadura por inyección es similar a la soldadura de extrusión, excepto, con algunas variaciones en la soldadora portátil, se puede insertar la punta en los agujeros de defectos de plástico de diferentes tamaños. El Drader injectiweld es un ejemplo de tal herramienta.

Soldadura por inyección

Soldadura por ultrasonido

Este método utiliza vibraciones de alta frecuencia mecánicas para formar la unión. Las piezas a ensamblar se mantienen juntas bajo presión entre el sonotrodo oscilante y un yunque o cuna inmóvil y se someten a vibraciones ultrasónicas de frecuencia de 20 a 40 KHz en ángulo recto con el área de contacto.

Esquema de soldadura por ultrasonido

La acción de la alta frecuencia genera calor en la interfaz común para producir una soldadura de buena calidad. Los equipos para este proceso son bastante caros por lo que se prefiere su uso en grandes series de producción.

La soldadura se limita a los componentes con longitudes de soldadura que no excedan de unos pocos centímetros.

Etapas de soldadura por ultrasonido

Las aplicaciones van desde válvulas y filtros utilizados en equipos médicos, a los cuerpos de cassette, componentes de automoción y carcazas de electrodomésticos.

Piezas soldadas por ultrasonido (luces de bicicleta)

Soldadura por alta frecuencia

Ciertos plásticos con dipolos químicos, tales como PVC, poliuretanos y poliamidas pueden ser calentados con ondas electromagnéticas de alta frecuencia. La soldadura de alta frecuencia utiliza esta propiedad para ablandar los plásticos a unirse. El calentamiento puede ser localizado, y el proceso puede ser continuo. También conocido como sellado dieléctrico o termosellado RF (Radio Frecuencia).

En la soldadura con alta frecuencia (HF) los materiales se unen utilizando la energía de un campo electromagnético (27,12 MHz) y aplicando presión sobre las superficies a soldar. La energía la produce un generador y la herramienta usada para aplicarla se denomina electrodo. La energía eléctrica hace que las moléculas del interior de los materiales empiecen a moverse, lo cual produce calor, que a su vez reblandece los materiales a soldar, que entonces se unen entre sí.

Esquema de soldadura por alta frecuencia

Como ejemplos de aplicaciones de esta técnica pueden citarse toldos para camiones y embarcaciones, lonas plásticas, tiendas y carpas, liners de piscinas, toldos de sol, productos inflables, depósitos para líquidos, pantallas de cine, camas de agua, túneles de ventilación, barreras de contención, etc.

Salvavidas inflable de PVC soldado/sellado por alta frecuencia

Soldadura por láser

La soldadura por láser es adecuada para unir películas y piezas plásticas. Se utiliza un rayo láser para fundir el plástico en la región de la unión. El láser genera un haz intenso de radiación (por lo general en la zona infrarroja del espectro electromagnético), que se centra sobre el material a unir. Esto excita a una frecuencia de resonancia en la molécula, lo que resulta en el calentamiento del material circundante.

Esquema de soldadura por láser

La soldadura por láser es un proceso de producción de alto volumen con la ventaja de no crear vibraciones y la generación de inflamación mínima de la soldadura. Los beneficios de un sistema de láser incluyen; un haz de potencia controlable, lo que reduce el riesgo de la distorsión o daños a los componentes; enfoque preciso del haz de láser permitiendo que se formen uniones precisas en un proceso sin contacto, que es a la vez limpio e higiénico. La soldadura por láser se puede realizar de una manera de disparo único o continuo, pero los materiales a unir requieren de sujeción. Generalmente se utiliza para la unión de un termoplástico transparente al laser (no absorbente del infrarrojo) con un termoplástico opaco absorbente del infrarrojo, el cual se calienta y funde para generar la soldadura.

Las velocidades de soldadura dependen de la absorción de polímero.

Soldadura láser de faro trasero de automóvil

Soldadura por vibración

Este proceso también se conoce como soldadura por fricción lineal. Dos piezas termoplásticas se frotan entre sí bajo presión a una frecuencia y amplitud adecuada, hasta que se genera el calor suficiente para fundir el polímero.

Después se detiene la vibración, las partes se alinean y el polímero fundido se deja solidificar creándose la soldadura. El proceso es similar a soldadura rotatoria, excepto que el movimiento es lineal en lugar de rotatorio. El proceso es rápido, las vibraciones aplicadas normalmente son de 100 - 240 Hz, 1-5 mm de amplitud.

La principal ventaja de este proceso es su capacidad para soldar grandes uniones lineales complejas a altas tasas de producción. Otras ventajas son la capacidad para soldar un número de componentes de forma simultánea, la simplicidad de los equipos y la aptitud para la soldadura de casi todos los materiales termoplásticos.

Equipo para soldadura por fricción lineal

La soldadura por vibración ha encontrado sus principales aplicaciones en la industria del automóvil y de los electrodomésticos.

La soldadura por vibración se puede aplicar a casi todos los materiales termoplásticos, ya sea moldeado por inyección, extruido, moldeado por soplado, termoformado, espumado o estampado.

Depósito de líquido de freno soldado por vibración lineal

Soldadura por fricción (rotacional)

La soldadura por fricción de termoplásticos es también llamada soldadura por frotamiento rotativo. La soldadura por rotación es una forma particular de la soldadura por fricción. En este proceso uno de los sustratos es fijo, mientras que el otro se hace girar con una velocidad angular controlada. Cuando las partes se presionan entre sí, el calor de fricción hace que el polímero funda y una soldadura se crea en el enfriamiento. Los principales parámetros de soldadura incluyen la velocidad de rotación, la presión por fricción, presión de forja, tiempo de soldadura y área de soldadura.

Esquema de soldadura por fricción rotacional

Las ventajas de la soldadura por fricción son la alta calidad de la soldadura y la sencillez y reproducibilidad del proceso. El inconveniente de este proceso es que, en su forma más simple, sólo es adecuada para aplicaciones en las que al menos uno de los componentes es circular y no requiere alineación angular.

Esta es una forma común de producción de bajo y medio costo de ruedas de plástico, por ejemplo, de juguetes o carritos de compra.

Soldador rotacional

Soldadura por disolvente

En la soldadura por disolvente, se aplica un disolvente que pueda disolver temporalmente el polímero a temperatura ambiente. Cuando esto ocurre, las cadenas de polímero son libres de moverse en el líquido y pueden mezclarse con otras cadenas disueltos de manera similar en el otro componente. Dado suficiente tiempo, el disolvente se evapora, de modo que las cadenas pierden su movilidad. Esto deja una masa sólida de cadenas de polímero entrelazadas que constituye una soldadura.

Esta técnica se utiliza comúnmente para la conexión de tuberías de PVC y ABS, como en la tubería de la casa. También es empleada para reparación de piezas plásticas.

Esquema de unión de tubo de PVC por soldadura química

Existe una larga lista de disolventes, tales como tolueno, dicloroetano, acetona, cloroformo, acetato de butilo, ciclohexanona, etc., que por su composición química tienen la propiedad de disolver ciertos materiales plásticos. Uno de los más utilizados es la acetona, que es empleada para la soldadura de piezas de ABS.

Unión de tubería de PVC por soldadura química

REPARACION DE PIEZAS PLASTICAS

Reparación de piezas plásticas

Introducción

La evolución en diseños de automóviles, acompañada de las políticas medioambientales de reciclabilidad de materiales, ha otorgado a los plásticos un gran protagonismo en la industria automotriz. Hoy en día, representan ente el 10 y el 15 % del peso total de un vehículo, lo que equivale aproximadamente a 150 Kg distribuidos en un promedio de 1.700 piezas. Por esta razón, la reparación de los mismos es fundamental.
En los siniestros de automóviles existe un claro incremento de piezas plásticas afectadas, y por consiguiente la necesidad de sustituirlas o, en el mejor de los casos, de repararlas. Centrándonos en esto, se puede afirmar que es un prejuicio muy frecuente en nuestro mercado reparador considerar que al verse afectada una pieza plástica la única solución factible es su sustitución, ya que cualquier reparación efectuada no garantizaría una calidad aceptable.

Materiales plásticos utilizados en los automóviles

La industria automotriz en el mundo es uno de los tres principales mercados para los plásticos y el primero en importancia para los cauchos. Esto se debe a que, desde el punto de vista técnico, las defensas de metal ya no cubren las regulaciones de impacto y, las llantas, son el único sistema disponible para asegurar el contacto adecuado (agarre) al piso.
Desde el punto de vista económico, los plásticos son la respuesta a la producción en masa. Asimismo, estéticamente, los plásticos ofrecen mayor libertad de diseño que el acero y otros materiales convencionales. Por si no bastara, desde el ángulo del ambiente, los plásticos, al ser ligeros, reducen el peso en los vehículos y el sucesivo ahorro de combustible; es decir, el uso de los plásticos, más ligeros que los metales, principalmente el hierro, con una densidad siete veces mayor, se traduce en más kilómetros por litro de combustible.
La mayoría de los plásticos están involucrados en la fabricación de partes para automóviles. Algunos como el polipropileno (PP) y el poliuretano (PUR) se utilizan en prácticamente todos los vehículos y otros como los materiales compuestos (composites), sólo se utilizan en ciertos modelos especiales
Con plásticos se pueden producir desde partes muy grandes, como facias y consolas, hasta partes muy pequeñas para el motor o los sistemas de control, donde la precisión es importante.

El polipropileno en grados especiales y modificados, ocupando el primer lugar en consumo en el sector automotriz, utilizado tanto en partes exteriores como interiores, y compitiendo frontalmente con el ABS, que le sigue en volumen de consumo.
El PC es, hoy por hoy, el material ideal para todos los sistemas de iluminación, principalmente frontales. En los sistemas traseros compite con el acrílico.
El poliuretano abarca una variedad de aplicaciones que incluyen desde los asientos hasta volantes y paneles laterales y frontales, moldeados a través del proceso RIM (Reaction Injection Molding).

Las poliamidas, así como otros plásticos de ingeniería, como el acetal (POM) y polibutilén tereftalato (PBT) se utilizan principalmente en partes interiores del motor y en diversos mecanismos de accionamiento. Una pieza que llama la atención es el múltiple del motor, fabricado con un grado modificado de poliamida y fibra de vidrio por una tecnología especial denominada “lost core”, que permite de manera mucho más rápida y eficiente su fabricación si se compara con la misma pieza, pero de metal.

El polietileno (PE) se usa substancialmente en combinación con EVOH para tanques de combustible, y la resina poliéster tiene buena aceptación para la construcción de carrocerías de autobuses y camionetas.
Entre los demás plásticos que se utilizan en industria automotriz se incluye al PVC para diversos recubrimientos interiores y perfilería, los compuestos fenólicos para balatas y algunas piezas del interior del motor, así como algunos otros compuestos termofijos.

Identificación del tipo de plástico
Cuando se va a reparar una pieza de plástico lo primero que hay que hacer es identificar de manera correcta el tipo de plástico que trataremos. Esto se hace para poder determinar los procesos, productos y equipos que serán utilizados en el proceso de reparación.
La mayoría de los plásticos que se utilizan en el automóvil están identificados en la parte trasera por letras y números. Ver acrónimos de los plásticos
La identificación se encuentra localizada generalmente entre puntas de flecha donde encontramos una serie de números y letras (>XX-XXX<).

Las primeras letras, siempre mayúsculas, indican el tipo de polímero base. Las restantes indican el tipo de material de refuerzo, así como la presentación del mismo, las características especiales del plástico y el porcentaje del material de refuerzo.

Ejemplos:
>PEHD – T10<
PEHD: Polietileno de alta densidad.
T: Tipo de la carga de refuerzo “Talco”.

10: Porcentaje de la carga de refuerzo “10%”.

>PA66 – GF20<
PA66: Poliamida 66.
GF: Tipo de la carga de refuerzo “Fibra de vidrio”.
20: Porcentaje de la carga de refuerzo “20%”.

Identificación de las piezas que no presentan código
Cuando no se cuente con el código de identificación, se procederá a determinar de qué tipo de plástico se trata, si es un termoplástico o un termofijo.
Esta diferenciación se realizara a simple vista mediante unas sencillas comprobaciones.
- Termoplásticos: Si se aplica calor y el material se ablanda y fluye entonces se trata de un termoplástico.
- Termofijos: Si al aplicar calor el material no se ablanda, ni llega a deformarse (duro y fibroso) estamos ante un termofijo.

Identificación por combustión
La prueba de combustión es uno de los métodos más utilizados por su rapidez y sencillez para averiguar con seguridad el tipo de plástico que se está utilizando, esto cuando no tiene código de identificación.
Este método consiste en quemar un trozo de material, cortándolo de una parte donde a simple vista no se note que se extrajo, además se debe eliminar cualquier resto que pueda alterar los resultados de la prueba (pintura, grasa o suciedad) y posteriormente examinar las características de la combustión (color de la llama, humo, olor, etc.).

La forma correcta de oler la muestra es una vez apagada la llama y con precaución, ya que hay plásticos tóxicos que pueden causar irritaciones en las vías respiratorias.

"Identificación de plásticos por combustión"

Técnicas de reparación

Existen técnicas de reparación de plásticos que ofrecen resultados de calidad y con alcances realmente sorprendentes.
Dependiendo de las magnitudes de los daños, son perfectamente reparables piezas que habitualmente se ven afectadas como paragolpes, spoilers, guardabarros plásticos, carenados de motocicletas, soportes de ópticas, faros, rejillas de frente, molduras, y hasta ciertas roturas en los sectores plásticos de los radiadores.
El alcance de estas técnicas permite también corregir deformaciones o reparar roturas en piezas interiores del habitáculo como tableros o planchas de abordo.
A continuación, se efectua una descripción general de dichas técnicas de reparación, aunque se debe tener presente que el conocimiento integral y la capacidad para ponerlas en práctica requiere de una capacitación adecuada.

Conformado de termoplásticos
El conformado de deformaciones puede ser una solución única para la recuperación de determinadas piezas, o bien un método de apoyo que permitirá llevar a cabo una reparación posterior.

El conformado de una deformación consiste en devolver a la pieza su forma y configuración original. Para ello, es preciso tomar en cuenta dos factores: calor y presión.

Aplicación de calor
El calentamiento de la zona dañada tiene como finalidad, llevar el material a un estado próximo al pastoso, facilitando de este modo su conformación, el calentamiento se hará de forma uniforme a través de la superficie dañada, dependiendo de la magnitud de la deformación.

Pistola de Aire Caliente

Aplicación de presión
La aplicación de presión posibilita la conformación, ya que los materiales plásticos no fluyen por sus propios medios.
La presión se ejercerá en sentido opuesto a la que produjo la deformación, hasta que el material recupere su forma original. Es recomendable aplicar la presión cuando el material se encuentre caliente, manteniéndola hasta que alcance la temperatura ambiente.

Martillos de acabados

Tases y dales de hojalatero

"Ejemplo de conformado de una autoparte"

Soldadura de termoplásticos.
Uno de los métodos más usados en la reparación de materiales plásticos es la soldadura, ya que es el tipo de procedimiento de unión que mejores resultados ofrece y se emplea comúnmente en la reparación de materiales termoplásticos.

En la soldadura de materiales plásticos hay que tener presente dos parámetros fundamentales: la temperatura y la presión, con una velocidad de avance adecuada.

Temperatura
La temperatura es un factor importante para llevar el material a un estado pastoso y para que se efectúe una perfecta unión molecular. Cada material llega a fluir a una determinada temperatura, la cual es distinta de un material a otro.

Tabla con valores de temperatura de termoplásticos automotrices

Material	Temperatura de soldadura
PP	300°C
PE	280°C
PP / EPDM	300°C
PA	400°C
PC	350°C
PC / PBT	350°C
PC / ABS	350°C
ABS	350°C

Presión
El proceso de soldadura se realiza cuando la unión de las moléculas del material que se pretende soldar y este se encuentra en estado pastoso.
Este estado se conoce como viscoelástico, por tratarse de un sólido muy elástico o de un líquido muy viscoso, por esta razón y para que se produzca ese contacto molecular, es necesario ejercer presión sobre las superficies a unir.
Una soldadura sin presión forma uniones de escasa o nula resistencia mecánica.  

"Ejemplo de soldadura aplicada a una autoparte"

Soldadura química
La soldadura química se basa en la propiedad que presenta la acetona al atacar y disolver a los materiales termoplásticos, tales como el ABS y PMMA y sin tener influencia en el polipropileno (PP) y polietileno (PE).
Esta técnica es apropiada y de rápida ejecución en la reparación de pequeñas grietas y en rotura de patillas y pivotes existentes en faros y calaveras, etc.

Este procedimiento consiste en aplicar unas gotas de acetona industrial o acetato de etilo en los bordes a unir y esperar a que el material se disuelva, la unión se efectúa cuando el material se encuentra en estado pastoso.

"Ejemplo de soldadura química aplicada a una autoparte"

Reparación con adhesivos o resinas termoestables
Existen determinados materiales plásticos que no se pueden reparar mediante la soldadura. Es el caso de los plásticos termofijos y en ocasiones encontramos el mismo caso en los termoplásticos debido a las cargas de refuerzo que llevan adicionalmente para mejorar sus propiedades mecánicas.

Materiales y productos empleados
En los procesos de reparación con adhesivos, se utilizan en la mayoría de los casos materiales idénticos o muy similares a los empleados en la fabricación del plástico a reparar.

Productos de limpieza
En la reparación de cualquier pieza de plástico, la limpieza de la zona dañada es un factor clave para la obtención de buenos resultados. Si la reparación implica la aplicación de adhesivos, deberá desengrasarse la zona a reparar, de lo contrario su adherencia quedara reducida.

Resinas y adhesivos
Son sustancias orgánicas que se pueden presentar en estado líquido o pastoso, su función es asegurar la unión de los componentes de la armadura y proporcionar la dureza necesaria. Su secado o curado se debe a un proceso químico denominado polimerización, mediante el cual la resina pasa de un estado líquido o pastoso a un estado sólido. Las resinas empleadas son: resina de poliéster y resina epoxi.

Resina poliéster, activador y catalizador

Adhesivo epoxi

Refuerzos
Los refuerzos aportan a los materiales compuestos: resistencia mecánica y rigidez. Pueden ser de distinta naturaleza y presentar formas y estructuras muy variadas.

Mat de fibra de vidrio

Equipo
El equipo y las herramientas para efectuar la reparación de plásticos con adhesivos se clasifican en:
- Equipo para el lijado y mecanizado. Se emplea para la preparación de la superficie a reparar y para el acabado final y mecanizado de la reparación.
- Equipo para la preparación y aplicación de los productos. Son las herramientas y equipos que se emplean para la preparación y aplicación de las resinas, cargas de refuerzo y productos de acabado.
- Equipo auxiliar. Es el equipo que nos facilita el proceso de reparación.

"Ejemplo de reparación mediante adhesivo"