DISEÑO DE UNA BOQUILLA PARA UN EQUIPO DE PROYECCIÓN TÉRMICA PARA DEPOSICIÓN DE MATERIALES DE BAJA DENSIDAD

Abstract

La proyección en frío, es una técnica relativamente reciente que se está implementando actualmente en numerosos sectores debido a la ausencia de la degradación de la composición inicial del polvo al no superar la temperatura de fusión del material proyectado, lo que la hace un método especialmente recomendable para la reparación de componentes dañados y la producción de recubrimientos libres de tensiones térmicas, oxidación y corrosión. Los equipos de proyección en frío cuentan con un gas portador que acelera las partículas pertenecientes al polvo con unas determinadas condiciones de estancamiento iniciales, cuyos valores dividen los sistemas en dos variantes, donde el equipo de baja presión (LPCS) trabaja a temperaturas y presiones menores que en los sistemas de alta presión (HPCS). Numerosos estudios definen el rango de velocidad de salida de las partículas que debe alcanzarse si se desea una correcta adhesión entre las partículas proyectadas y el sustrato, junto con la formación continuada del recubrimiento durante el proceso. La velocidad crítica supone el límite inferior que debe superarse para generar una ganancia de material y lograr el crecimiento de la deposición, pero exceder un determinado valor conlleva la penetración de las partículas provocando erosión sobre el sustrato que define el límite superior conocido como velocidad de erosión. La simulación del proceso isoentrópico unidimensional que guía el cálculo teórico de la proyección térmica pasa en este trabajo a una innovadora sistemática justificada en el método de los multiplicadores de Lagrange que consta de una restricción angular, convirtiendo la geometría de la boquilla en una curva suave. La consolidación de este método se llevará a cabo mediante el contraste con el utilizado regularmente para el diseño de boquillas cónicas comerciales, demostrando la maximización de la velocidad de salida de las partículas. La explicación teórica establece aquellas variables que inciden de manera fundamental sobre la geometría y la velocidad óptima, que con la ayuda de diagramas de contorno diseñados se facilita su evaluación, poniendo a disposición del usuario la ventana de deposición para la proyección de partículas de aluminio con un equipo de baja presión. Se demuestra el incremento de la velocidad de salida con el aumento de la longitud de la parte divergente de la boquilla, la temperatura y la presión de estancamiento hasta un cierto valor que será presentado posteriormente. El tamaño de partícula y su densidad es claramente uno de los indicadores más importantes en las características de salida y el diseño de la geometría de la boquilla que optimiza la velocidad de la partícula. La obtención de diámetros de salida más amplios vendrá influenciada por partículas más pequeñas y ligeras. A su vez, se podrá observar la concentración de perfiles geométricos menos abiertos para dimensiones superiores de partículas, promoviendo el análisis del tamaño que más se ajusta a las propiedades impuestas y que supera la velocidad crítica. Finalmente, el diseño del producto conlleva la recopilación de los materiales que soportan las condiciones de servicio de trabajo para la boquilla de proyección térmica, englobando una cierta resistencia térmica y abrasiva, así como un límite elástico elevado y una buena estabilidad dimensional térmica. Por consiguiente, el impacto ambiental y económico para la fabricación de la boquilla debe considerarse junto con el mejor proceso de fabricación específico para los materiales cerámicos resultantes y su implementación en la industria.