Fuelle metálico

Los fuelles metálicos son recipientes elásticos que pueden comprimirse cuando se aplica presión en el exterior del recipiente o extenderse al vacío. Cuando se libera la presión o el vacío, el fuelle volverá a su forma original, siempre que el material no haya sido sometido a una tensión superior a su límite elástico . Se utilizan tanto por su capacidad de deformarse bajo presión como por proporcionar un sello hermético que permita el movimiento.

La tecnología de fuelles de precisión de los siglos XX y XXI se centra en los fuelles metálicos, mientras que en aplicaciones menos exigentes se utilizan los de caucho y plástico. Estos productos se parecen poco a los fuelles de cuero originales que se utilizaban tradicionalmente en chimeneas y forjas .

Hay tres tipos principales de fuelles metálicos: formados, soldados y electroformados.

Los fuelles conformados se producen mediante el retrabajo de tubos, normalmente producidos por embutición profunda , con una variedad de procesos, incluyendo el conformado en frío (laminado) y el hidroconformado . También se denominan fuelles convolutados o sifones .

Los fuelles soldados (también llamados fuelles de diafragma o de borde soldado) se fabrican soldando entre sí una serie de diafragmas formados individualmente. La comparación entre los dos tipos de fuelles generalmente se centra en el costo y el rendimiento. Los fuelles hidroformados generalmente tienen un alto costo de herramientas , pero, cuando se producen en masa, pueden tener un precio por pieza más bajo. Sin embargo, los fuelles hidroformados tienen características de rendimiento más bajas debido a las paredes relativamente gruesas y la alta rigidez. Los fuelles metálicos soldados se producen con un costo de herramientas inicial más bajo y mantienen características de rendimiento más altas. El inconveniente de los fuelles soldados es la resistencia reducida del metal en las juntas soldadas, causada por la alta temperatura de la soldadura. ^[1]

Los fuelles electroformados se producen mediante el recubrimiento ( electroformado ) de una capa de metal sobre un modelo (mandril) y la posterior extracción del mandril. Se pueden producir con costos de herramientas modestos y con paredes delgadas (25 micrómetros o menos), lo que proporciona a estos fuelles una alta sensibilidad y precisión en muchas aplicaciones exigentes, y también se pueden producir en formas que serían excepcionalmente difíciles de producir por otros medios con poca dificultad adicional. ^{[2] [3]}

Otro ámbito de comparación es el de los metales de construcción. Los fuelles hidroformados y laminados se limitan a metales con características de elongación plástica elevada, mientras que los fuelles soldados pueden fabricarse a partir de una variedad más amplia de aleaciones estándar y exóticas, como acero inoxidable y titanio , así como otros materiales de alta resistencia y resistentes a la corrosión. Los fuelles electroformados pueden fabricarse a partir de níquel , sus aleaciones de alta resistencia y cobre .

Los fuelles metálicos se utilizan en una gran cantidad de aplicaciones industriales. A continuación, encontrará algunas:

• Células de carga : una célula de carga se deforma si se le impone una determinada carga en forma de presión o tensión. Esta deformación se detecta mediante un extensómetro por el que circula una corriente continua de bajo voltaje . El cambio de voltaje se detecta y se hace visible en un panel de control . Se monta un fuelle sobre el extensómetro para protegerlo de influencias externas.
• Interruptores de vacío; para conmutar voltajes muy altos en estaciones transformadoras, se debe mantener un alto vacío o gas dieléctrico a alta presión alrededor de los contactos mientras están en servicio para mitigar la formación de arcos que dañarían los contactos y podrían impedir una interrupción segura del circuito. En este caso, los fuelles permiten que los contactos se muevan hacia adentro y hacia afuera mientras se mantiene un sello hermético confiable.
• Sellos mecánicos : se utilizan principalmente para cerrar el interior de una bomba del mundo exterior para evitar fugas . Para ello, se monta un sello mecánico en el eje de la bomba. A medida que gira el eje de la bomba, debe haber un elemento de sellado que consta de un anillo fijo y uno giratorio. Para aplicar suficiente presión en los dos anillos, uno está equipado con un resorte; el fuelle permite el movimiento libre del resorte sin fugas. El fuelle puede construirse de tal manera que también funcione como resorte.
• Manómetros: si es necesario medir la presión de fluidos o gases agresivos, el manómetro debe estar aislado del caudal. Para aplicaciones críticas, se utiliza un sello de diafragma en lugar de un tubo Bourdon en el manómetro. Esto brinda mayor seguridad de que los medios agresivos no tendrán fugas. El diafragma es un sensor autónomo que transmite el desplazamiento al dispositivo de medición.
• Sensores: En esta aplicación, los diafragmas o fuelles corrugados están completamente sellados y llenos de un determinado gas. Dos polos eléctricos penetran en el interior del fuelle. Al variar la corriente de esos dos polos, se puede regular la temperatura en el interior del fuelle. La expansión o contracción del fuelle se utiliza como un actuador para controlar un determinado movimiento.
• Sellado de la válvula: entre la carcasa y el vástago de la válvula se utiliza un fuelle para sellar completamente el interior del mismo del exterior. En Europa, esto es de especial importancia, ya que las normativas como TA Luft prohíben cualquier fuga.
• Acoplamientos para motores paso a paso y servomotores : La parte flexible, capaz de compensar la desalineación, está formada por un fuelle. Este asegura que no haya diferencia de posicionamiento angular entre las dos mitades del acoplamiento. Esto es esencial si se desea que la precisión de posicionamiento sea extremadamente precisa.
• Fuelles de escape: Los motores en funcionamiento producen vibraciones propias. Para compensar estos movimientos y las diferencias de temperatura que provocan la expansión térmica, se utilizan fuelles para conectar los conductos de gases de escape al embudo.
• Junta de expansión de tuberías : en esta aplicación, se conecta una sección corta de fuelle entre tuberías para absorber el movimiento térmico y la vibración, típicos en sistemas de alto vacío, alta temperatura, criogénicos o de alta pureza, y sistemas sellados de fábrica que no deben permitir ninguna fuga de gas hacia o desde el interior para una vida útil prolongada.
• Los fuelles metálicos también se utilizan en otros productos y segmentos del mercado, incluidas aplicaciones médicas como bombas de medicación implantables, actuadores industriales y aplicaciones aeroespaciales como sensores de altitud y dispositivos de gestión de fluidos (acumuladores, pararrayos, compensadores de volumen y almacenamiento de fluidos). Los fuelles metálicos también se encuentran en aplicaciones espaciales, proporcionando depósitos de agua potable, así como acumuladores para recoger aguas residuales.

Los fuelles soldados se pueden fabricar a partir de una variedad de metales y aleaciones exóticas, mientras que los fuelles formados se limitan a aleaciones con buena elongación, siendo el latón un excelente ejemplo. Los fuelles soldados no se fabrican a partir de latón debido a su soldabilidad fundamentalmente deficiente. Otras ventajas de los fuelles soldados incluyen la compacidad (mayor rendimiento en un paquete más pequeño), la capacidad de comprimirse hasta una altura sólida sin sufrir daños, la resistencia a mellas y abolladuras y una flexibilidad considerablemente mayor.

La soldadura de fuelles metálicos es un proceso de soldadura microscópico, normalmente realizado en condiciones de laboratorio y con gran aumento.

Los fuelles hidroformados se producen forzando un tubo de metal a expandirse bajo presión hidráulica dentro de un molde con forma de fuelle y a asumir la forma enrevesada del molde.

Los fuelles electroformados se producen recubriendo un modelo con forma de fuelle (mandril) con metal y retirando el mandril posteriormente por medios químicos o físicos. Debido al bajo costo de las herramientas y al corto ciclo de fabricación, el electroformado de fuelles no solo es un método de fabricación económico, sino también una herramienta perfecta para la creación de prototipos.

Existen diferentes tipos de juntas de expansión y no todas pueden aceptar los mismos tipos de deflexión. Los distintos tipos de deflexión son axiales, laterales, angulares, torsionales, cíclicas o cualquier combinación que pueda ocurrir al mismo tiempo. ^[4]