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Escaneo de componentes de aire acondicionado

Entre las piezas de aire acondicionado escaneadas por los ingenieros de NVision se encontraban las serpentinas, carcasas y las juntas de soldadura del sistema. (Nota: La imagen no es de este proyecto)

Evaluar el diseño y materiales apoyado en escaneo 3D sin contacto

NVision, Inc. es un proveedor de ingeniería y escaneado óptico 3D sin contacto, ha trabajado con la industria de la calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) durante más de 30 años y recientemente ha ayudado con éxito a los principales fabricantes de HVAC a evaluar la viabilidad de la conversión de componentes de sistemas de cobre a aluminio, realizar ingeniería inversa y mejorar el diseño de las bandejas de goteo del aire acondicionado. 

Más de un siglo después de que Willis H. Carrier construyera la primera unidad eléctrica moderna de aire acondicionado, los sistemas de aire acondicionado son un elemento fijo en la mayoría de los hogares de Estados Unidos. Según la Administración de Información Energética de EE. UU. (EIA), en 2020 casi el 90% de los hogares estadounidenses utilizaban aire acondicionado. A escala internacional, se prevé que el uso del aire acondicionado aumente en los próximos 30 años, y que las regiones más calurosas del mundo generen gran parte de la demanda.

La naturaleza casi esencial del aire acondicionado hace de la climatización una industria altamente competitiva. Mejorar la eficiencia, confiabilidad y la economía es esencial para mantenerse vivo en el mercado del aire acondicionado. Para hacer frente a estos retos, algunos fabricantes de aire acondicionado están siguiendo el ejemplo de la industria automotriz y están convirtiendo los componentes de cobre de sus sistemas en aluminio.

Cuando se trata de componentes de aire acondicionado, el aluminio ofrece varias ventajas sobre el cobre. El aluminio es el metal más abundante y, por tanto, más barato. También es más ligero, lo que ofrece más opciones a los diseñadores e ingenieros de sistemas. Pero quizás lo más importante es que es inmune a la corrosión formica, que ataca a las paredes de los tubos de cobre y aleaciones de cobre, creando una red de túneles microscópicos que culminan en agujeros y fugas en bobinas y tuberías. La corrosión formica puede provocar averías prematuras en los equipos y reducir la vida de los componentes del sistema.

Uno de los principales fabricantes estadounidenses de sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado quería probar la viabilidad de convertir sus componentes de aire acondicionado de cobre a aluminio. "El principal motivo de la conversión propuesta era evitar la corrosión de las tuberías", explica Steve Kersen, Presidente de NVision. "Antes de dar luz verde a la conversión, el fabricante quería evaluar los resultados de la conversión a aluminio para asegurarse de que todas las piezas cumplirían las especificaciones de fabricación. Para ello, las nuevas piezas de aluminio debían medirse con una precisión imposible de alcanzar con las herramientas de medición tradicionales, como los calibradores.

"La empresa de aire acondicionado había investigado a fondo y comprendía el alto nivel de precisión que el escaneado sin contacto aporta a la medición e inspección de piezas", afirma Kersen. "Pidieron a NVision que realizara inspecciones de primera pieza, comprobando al azar las piezas de la primera corrida de producción para confirmar que se ajustaban a todas las tolerancias de fabricación."

Los ingenieros de NVision empezaron a escanear los componentes de A/C convertidos, lo que requirió múltiples escáneres sin contacto, incluidos escáneres HandHeld láser y de Tomografía o CT. El equipo de NVision midió los serpentines en forma de U del sistema, así como sus carcasas, juntas de soldadura, etc.

Imagen generica de un escaner 3D sin contacto

"Nuestro escáner portátil tiene una precisión de + 0.025 mm o 25 micras, lo que equivale a una milésima (0.001) de pulgada. A medida que su luz láser barre la superficie de un objeto, recoge rápidamente -a una velocidad de 60,000 o más mediciones separadas por segundo- cantidades masivas de puntos de localización individuales en la superficie, cada uno con sus propias coordenadas x, y, z y vectores i, j, k", explica Kersen. "El conjunto completo de datos, o 'nube de puntos', recogidos por el escáner comprende literalmente millones de estos puntos de medición. Con esta enorme cantidad de datos dimensionales, inspeccionamos los componentes comparándolos con todas las piezas de aluminio del sistema de aire acondicionado, hasta el más mínimo detalle."

Un escáner CT utiliza rayos X para producir representaciones tridimensionales de componentes externos e internos. Como su precisión depende de la densidad del material, el aluminio es ideal para la inspección por CT, ya que permite una precisión de 0.0004 pulgadas.

 

"Los resultados del escaneado confirmaron que las nuevas piezas de aluminio cumplían todas las especificaciones del fabricante, por lo que la empresa procedió a convertir sus piezas de A/C de cobre a aluminio", agrega Kersen

NVision también trabajó con un segundo fabricante de sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado, que ha construido gran parte de su reputación fabricando algunas de las unidades de aire acondicionado de mayor eficiencia energética del mercado. También fabrica bombas de calor, hornos, calderas, calentadores de garaje, climatizadores, termostatos y sistemas de calidad del aire interior.

La empresa planeaba modificar las bandejas de goteo de cinco de sus unidades de aire acondicionado, pero necesitaba modelos CAD precisos de las bandejas actuales que sirvieran de punto de partida para el rediseño. Las bandejas de goteo desempeñan un papel fundamental en el proceso de aire acondicionado, ya que recogen el condensado que se produce cuando el serpentín del evaporador entra en contacto con el aire caliente de la vivienda.

Para crear modelos CAD nominales, NVision necesitaba escanear tres bandejas de goteo de cada estilo, ya que tres proporcionarían una media de las dimensiones de cada estilo de bandeja. Así, se escanearon un total de 15 bandejas de goteo diferentes. Todas las bandejas, fabricadas con plásticos básicos como el poliuretano, eran rectangulares y medían aproximadamente 1 x 1 x.07 mts.

Tras escanear las bandejas con un escáner láser HandHeld, los ingenieros de NVision utilizaron las nubes de puntos para crear modelos STL (estereolitografia) de las dimensiones medias de cada bandeja, seguidos de la creación de modelos 3D. A continuación, se convirtieron a PTC CREO, que es, junto con SolidWorks, una de las cinco principales plataformas de CAD en 3D. El fabricante utilizó estos modelos para realizar las modificaciones deseadas en sus bandejas de goteo de aire acondicionado.

"Nos enorgullece que nuestros servicios de ingeniería y escaneado 3D hayan contribuido a prolongar la vida útil y mejorar el diseño de estos sistemas de aire acondicionado. Ninguno de estos proyectos habría tenido tanto éxito sin la precisión del escaneado 3D sin contacto", afirma Kersen. "Se podría decir que NVision está ayudando a mejorar el confort del hogar".
 


Fuente: NVision, Inc.