CALCUI¡ S0LDADURAS BLANDAS'' · 2019. 9. 18. · I.3.2 De acuerdo a eliminación de película de...
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''DISEÑO Y CALCUI¡ DE UN HORNO PARA EL PROCESo DE S0LDADURAS BLANDAS'' MIGUEL ARRECHEA MOLINA REINALDO PANESSO DIAZ Tesis de grado presentada cono requisito para optar el título de Ingeniero Mecánico Director SONIA GOMEZ MORENO Ingeniero Mecánico thlrrnld¡d A¡ttnome d¿ t)cdj¡nl. SECCIOfl BIBLIOTECA 0293 4 3 CORPORACION UNIVERSITARIA AUIONOMA DE OCCIDENTE DIVISION DE INGENIERIAS PROGRAMA DE INGENIERIA I"IECANICA sANrIAeo DE CALI tgl ",3iY.i1'ro"o 1ee8 ililtllutü|ütutuilütuutill TJ)r'7:.8
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''DISEÑO Y CALCUI¡ DE UN HORNO PARA EL PROCESo DE S0LDADURAS BLANDAS''
MIGUEL ARRECHEA MOLINA
REINALDO PANESSO DIAZ
Tesis de grado presentada cono requisito para optar
el título de Ingeniero Mecánico
Director
SONIA GOMEZ MORENO
Ingeniero Mecánico
thlrrnld¡d A¡ttnome d¿ t)cdj¡nl.SECCIOfl BIBLIOTECA
0293 4 3
CORPORACION UNIVERSITARIA AUIONOMA DE OCCIDENTE
DIVISION DE INGENIERIAS
PROGRAMA DE INGENIERIA I"IECANICA
sANrIAeo DE CALI tgl ",3iY.i1'ro"o1ee8 ililtllutü|ütutuilütuutill
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J/ QorI /xrr
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IIOTA DE ACEPTACION
Trabajo de grado aprobado por el
Direct,or asignado por la División
en cumplimiento de los requisitos
exigidos por la universidad para
optar e1 titulo de ingeniero
Mecánico
irector
. Asesor Metodológico
Santiago de Cali, Junio de 1998
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TABI,A DE @NIENIDo
INTRODUCCION
1. Soldaduras1.1 Soldaduras blandas y durasL.2 Propiedades de la soldadura1.3 Clasiflcaci6n de las soldaduras blandas1.3.1 De acuerdo a procedimientos fisico - químicosI.3.2 De acuerdo a eliminación de película de óxidos1.3.3 De acuerdo a Ia fuente de calentamiento1.4 Material de aporte1.4.1 ClasificaciónL.4.2 Tipos de fuendentes1.5 Preparación de la superficie a soldar2. Condiciones de operación para el tipo de soldadura3. El horno
3.1 Tipos de hornos para procesos de calentamiento3.1.1 Objetivo del calentamiento de los materiales3.L.2 Transmisión de calor al material3.1.3 Metodología para el calentamiento de los hornos3.2 Dinensionamiento del horno
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4. Descripción del horno
4.L Sistema de calentamiento
4.2 Sistema eléctrico
4.3 Sistema de control
4.4 Cámara de proceso
4.5 Estructura del horno
4.6 Aislamiento
4.7 Sistema de circulación de aire
5. Estimación de parametros de diseño
5.1 Tenperat.uras requeridas
5.2 Volumen de la carga
5.3 Cantidad de alre nueyo y desalojado
5.4 Condiciones atmosféricas del aire
6. Sistema de evacuación y recirculación del aire caliente6.1 Cálculo del caudal requerido
6.2 Sistema de ductos - distribución de aire
6.3 Cálculos de dimensionamiento
6.4 Selección del ventilador extractor
6.5 Sistema de filtrado
7. Diseño térmico del horno
7.L Balance energético
7.2 Cantidad de calor necesario para el proceso
7.2.L Capacidad interna del horno
7.2.2 Cantidad de calor
7.3 Calor absorbido en el proceso de soldadura
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Pérdida de calor a trayés de las parades y ductos
Distribución del aislamiento
Calculo del espesor del aislante térmico
Cálculo de las pérdidas de calor en las paredes
Cálculo de la eficiencia del horno
Cálculo del calor necesario para calentar el aire de la
cánara
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7.9 Calor total requerido 617.10 CáIculo de las resistencias 618. Diseño mecánico 648.1 Recámara interior 648.2 Estructura del horno 648.3 Cálculo de la estructura 648.3.1 Cálculo de la carga crítica 658.3.2 Cálculo deflexión en la base del horno 658.3.3 Diseño del portaresistencias 678.3.4 Diseño de la puerta 688.3.4.1 Diseño de bisagras de la puerta b98.3.4.2 Cálculo de los tornillos para la sujección de las bisagras 708.3.4.3 Aislante de la puerta 7I8.3.4.4 Instalación del empaque o sello 728.3.4.5 Diseño de la chapa de la puerta 729. Sistema de control 739.1 Transductor o sensor de temperatura 7310. Manual de operaciones 75
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Mantenimiento del horno
Control del medio ambiente
Conctusiones
Bibliografía
Costo del proyecto
Justificación de la inversión
Anexos
Lista de figuras
Lista de tablas
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RE.STI}IEN
Se busca dlseñar un horno para procesos de soldaduras blandas que pueda
generar e¡celentes uniones con buenos acabados, ya que a las ptezasproducf.das no se les puede hacer raqulnado alguno.
Conociendo c(lrr soldadurae blandas las que podos soldar con punto br
Jo de fusl.ón. Es declr las aleacf.ones que par¡an del estado sóltdo alllquido eo terperaturaa de l50e a fX)e C tales cm ahd.nl.o, cobre ,llgas a base de Égnesl.o y plata.
Bl horno tendrá c(rr caracterlstf.cas especl.alee un control de terpera -tura t rm slatera para desaloJar los gases prodrrcldos 6 el deearrollodel proceso, asi cm buena capactdad y factltdad para raneJar piezas
en serf.e, econod.zando tierpo y dl.nero.
I¡n pleza¡ a unl.r las preparans ltryla¡do 1as euperflcl.es donde aplt-caf)a el fundente y la soldadura y luego las f.ntrodrrcl¡o al horno.Obtendros capactlbllldad de los -tales a rmlr con las aleaclones -de soldar t otroa Eter¡.ales tecnológLcos, tarblén e¡d.naros terperraturaa caracterlstl.cag.
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IrülTOLrrCCIOrf
La optimización y diseño del proceso tecnotógico de soldadura indirecta
se convirtió en algo muy actual.
En tanto que la fiabilldad de las piezas soldadas se origina en la eta-pa de su diseñor y s€ aseguran en su producción.
El desarrollo de nueyas técnicas en este periodo de renovación clentí -fico - técnico se ha estimulado el tránsito de 1a soldadura indlrecraen su fase artesanal hacia la producción organizada.Durante los últimos 30 años se ha trabaJado nucho con las soldaduras
indlrectas de metales, y se ha visto la necesidad de sisternatizar laexperiencia cientifica sobre la soldadura indlrecta y sus procedimien -tos' tipos de uniones soldadas, aleaciones de soldar (ligas, aleacionessoldantes, etc.), fundentes y tecología.Uno de los factores más importantes en el sistema noderno de producciónde soldaduras indirectas, es asegurar la alta calldad del artlculo y laeficiencia de la producción.
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DISENO Y CALCULO DE HORNO PARA PROCESO DE SOLDADURASBI-ANDAS
1..-SOLDADURAS BLANDAS
Una soldadura ideal es aquella en la que existe una continuidad total entre las
piezas unidas y en la que ninguna parte de la unión puede distinguirse del
metal.
El proceso de soldadura blanda se sirve de distintas fuentes de calor la
soldadura blanda ofrece una gran ventaja, la de permitir trabajar a bajas
temperafuras. La presencia de diversos metales pesados en lugar de la
soldadura, como cobre, zinc, que viene a ser/ por difusión, una especie de
puente de soldar, da lugar, al penehar la humedad, a la formación de una pila
galvánica y a la rápida destrucción o disociación corrosiva del lugar de la
soldadura.
La solidez o estabilidad mecánica de la uniór¡ que puede compararse con la
soldadura autógena, es suficiente, pero depende del cuidadb con que se haya
aplicado el material soldante.
Este proceso sirve para la reparación de grietas, sitios porosos, y peque.ños
defectos de piezas fundidas.
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La necesidad de unir aluminio con metales pesados no es muy frecuente, el
material soldante a base de plata es el mas adecuado para la unión del aluminio
con el Latón. Una unión con el aluminio y el acero puede hacerse con estaño.
El punto de fusión de estos materiales soldantes se halla comprendido entre L80
y 240 "c.
De acuerdo a la norma DIN 1702 el estaño para soldar se clasifica según
porcentajes de estaño que contenga, habiéndose normalizado únicamente
que contienen estaño y plomo. Ver anexo 1pág.434 seferin. '
La soldadura blanda se aplica apenas a los metales férreosr pero tanto mas al
zinc, estaño, cobre y sus aleaciones, latón y bronce.
La soldadura blanda de metales ligeros, limita exclusivamente a la unión del
aluminio y,qus aleaciones.
1.1.-Diferencia entre soldaduras blandas y duras.
El material a soldar: básicamente la soldadura fuerte según DIN 1711 por
ejemplo MSL 42. Los números se refieren al contenido de cobre?, y el resto a
zinc. El punto de fusión se halla comprendido entre 820 y 875 "c. se utiliza un
alambre de bronce o latón.
los
los
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para trabaios delicados a ejecutar en piezas de cobre se emplean soldaduras de
plata según DIN 1710 de 4 a 45% de ag,25 al46 7o nnc y 30 a 50% cu El punto
de fusión está comprendido entre 720 y 855"c. como polvos de soldar basta el
borax en la mayoría de los casos.
Con éste método podemos unir: cobre con cobre, cobre con latóry latón con
hierro, hierro con cobre, etc., con la ventaja de obtener cosfuras soldadas
duradera y limpias.
En contraposición a la soldadura blanda de aluminio, las soldaduras duras
tienen una proporción considerable mayor de aluminio de 70 a 90o/o Los otros
componentes como Cu, Zn, Sn, Ag, Ni, Mg, Si, Bismuto, €k., están
representados en cantidades mucho mas peque ñas que en las soldaduras
blandas.
La soldadura dura se emplea principalmente en la fabricación de chapas muy
delgadas.
Para las soldaduras blandas utilizamos soldaduras que se calientan con llama
de gas, de aire comprimido y algunas veces con oxi-gas.
Cuando la temperafura de fusión del metal de aportación es inferior a los 400"c.
( T" elegida arbitrariamente ), se dice que corresponde a una soldadura blanda.
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Este es el caso de las soldaduras del tipo estaño - plomo, crtya unión puede
realizarse con bajas temperafuras (aero - Bas, bencina ).
Se dice que la operación comesponde a una soldadura dura, cuando el punto de
fusión de la aleación uülizada sobrepasa los 400"c, en cuyo caso se hace
necesario altas temperafuras. Este es el caso de los latones.
Soldaduras blandas con plata.
Las soldaduras blandas con plata sor¡ teóricamente, aleaciones binarias plata -
cobre, cuyas temperafuras de fusión vienen definidas por el diagrama fig.
( xx-1 ) pag.435 seferin.
La aleación mas característica conesponde a la eutectica, de composición: Ag =
72% y Cu = 28% que funde a775"c..
El Cinc interviene para bajar el punto de fusión de la aleacióry pero también
disminuye sus características mecánicas y su resistencia química con algunos
ácidos.
La adición de cadmio en las soldaduras blandas de gran contenido de cinc,
aumenta su maleabilidad y ductilidad. Por el contrario, el estaño da lugar a
aleaciones frágiles.
El flujo decapante que se utiliza para la soldadura blanda de plata, es una
mezcla de bórax y ácido bórico, cuyas proporciones varían según el tipo de
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soldadura y la nafuraleza del metal de base'
Fenómeno de mojado.
Un metal de soldadufa " moia ", si se exüende rápidamente, dando con el
sólido un ángulo de acuerdo superior a los 90". Esta propiedad fundamental
interviene para explicar la cohesión del metal de base sólido, con el metal
fundido procedente de la soldadura.
El mojado va a depender, no solamente de la composición química de la
aleación sino, también, del estado de la superficie y de la temperafura del sólido
sobre el que va a depositarse el metal fundido.
Fenómeno de coección.
Es un fenómeno superficial, estrucfural que explica la ligazÓn de los elementos
del metal base y la soldadura.
1,.2.- Propiedades de las soldaduras.
Se denomina soldabilidad a la propiedad que poseen los metales de unirse bajo
la acción de la llama soldante por la fusión, cabe anotar que todos los metales
no tienen en igual grado ésta propiedad, siempre dependiendo de ciertos
factores que se deben conocer a fondo para evitar así el peligro de que salga una
uníón deplorable; es decir, sin ningún valor mecánico.
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Las propiedades de los metales que debe conocer el técnico son dos: físicas y
químicas.
Entre las propiedades físicas cabe mencionar:
a) La temperafura de fusión del metal o aleación.
b) La temperatura de ebullición
c) El calor total de fusión
d) La dilatación y el fenómeno inverso, la contracción
e) La conductividad térmica.
En cuanto a las propiedades químicas tenemos
a) La oxidabilidad de los metales, sea por el oxígeno del medio ambiente, la
oxidación es mas viva cuando el metal se encuentra a elevada temperatura y,
particularmente, en estado líquido.
b) La volatilización de los elementos
c) La segrelación
d) La carburación y la descarburación de los aceros
Existe un tercer orden de fenómenos que intervienen y que llamamos físico -
químicos, la formación eutética en el cobre, que vuelve frágil la soldadura.
Temperafura de fusión: se denomina temperafura o punto de fusión de los
metales y aleaciones a la temperafura/ expresada en grados cenfgrados, a la
cual pasan del estado sólido al estado líquido ( a la presión atnosférica : El
conocimiento del punto de fusión de un metal es de gran importancia, pues
cuanto mas elevado es su punto de fusión, mas calorías habrá que suministrar.
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b )Ver Tabla No L
c ) Calor total fusión.- Es la cantidad de calor necesaria para fundir una masa
determinada de metal. El calor total de fusión varia de un metal a oho.
d ) Dilatación de los metales.- Los metales üenen la propiedad de alargarse o de
aumentar de volumen cuando se les calienta; ésta propiedad es bastante nefasta,
a causa de la deformación que da a las piezas )r, sobre todo, por la contracción
que se produce al enfriarse el metal. Ver tabla No 2,
El coeficiente de dilatación viene expresado por el alargamiento en milímetros
por 100 metros y 1" de aumento de temperafura, dentro de determinados límites
de temperafura.
I
Por ejemplo, El alargamiento de una barra de cobre de 3 metros de longifud al
calentarla desde 10" a 300" será:
(3/100) x (300 - 10) x 1.60
: 13.92r¡:.rl
e) Conductividad térmica Es la propiedad que poseen los metales de
propagar el calor a través de su masa. La plata es el elemento mas conductor,
después viene el cobre, mientras que el poder conductor del acero extradulce
es solo una quinta parb del correspondiente al cobre; por consiguiente, a
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igualdad de espesor a soldar de acero o de cobre, y a pesar del bajo punto de
fusión de éste último ( 1083" ), habrá que emplear sopletes de igual potencia,
e incluso un soplete mas potente para el cobre si se trata de grandes
espesores.
f) Densidad.- La densidad del metal debe iguahnente ser tomada en
consideración; tratándose de metales de elevada densidad. Aún intervienen
otros factores; entre ellos el estado del metal, a consecuencia de su
tratamiento térmico o de su tratamiento mecánico.
Consecuencias que se derivan de las diversas propiedades.
Dilatación y contracción.- Bajo la acción del calor se dilata el metal. Al enfriarse
el metal, se produce el fenómeno inverso, la contraccióry es decir la disminución
de volumen; desafortunadamente, la contracción es casi siempre mayor que la
dilatacióru de allí que debemos conocer: La línea soldada es mas corta que la
línea a soldar.
En el caso de un acero extradulce, si la cosfura a soldar tiene una longifud
inicial de 100 cm., después de la soldadura no tendrá mas que 98.8 cm.,
aproximadamente L.2% de diferencia ,éste efecto no puede suprimirse en
absoluto, tan solo cabe disminuirlo por una preparación juiciosa de las piezas a
soldar.
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Tensiones internas.- El calor localizado del soplete crea, lo que ocutre con
cualquier deformación en caliente, fuerzas en el interior de la pieza. Estas
fuetzas,llamadas tensiones internas, son con frecuencia causas de rofura en las
soldaduras. Las tensiones internas pueden provenir de deformaciones
mecánicas en frío, o mas bien a baja temperafura. El remedio para desaparecer
éstas tensiones consiste en un recocido conveniente.
En los aceros y hierros colados, las tensiones internas desaparecen
inmediatamente con la rofura de la pieza; en otros metales, como los latones
Propiedades químicas.
Debido a las elevadas temperafuras de la llama oxiacetilenica tenemos:
a) La volatilización de un metal puro o de un metal que va aleado con otro.
b) La segregación o separación mas o menos acenfuada de los elementos de una
aleaciór¡ como por ejemplo la del estaño en los bronces.
c) Las sopladuras en el interior de un metal soldado, debidas a los gases
absorbidos por el metal de fusión.
d) La carburación es otra consecuencia ocasionada por la mala regulación del
soplete. La carburación es el aumento de la proporción de carbono en el
metal y tiene por causa una llama con acetileno con exceso/ llamada
precisamente llama carburante.
e ) Valor de la soldadura
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Se expresa por un coeficiente de soldabilidad variable con los metales.
Mediante artificios, como el empleo de fundentes, tratamientos mecánicos (
martillado, laminado), tratamientos térmicos ( reconocidos ), ek., es posible
aumentar éste coeficiente.
La técnica consiste en sacar el mejor partido posible para elevar el coeficiente de
soldabilidad.
1.3 Clasificación de las soldaduras blandas.
Este grupo está formado por las ligas de contacto y reaccióry de fundentes y
reacción y de contacto sólido - gaseoso.
Los factores principales que determinan el proceso de soldadura son los
siguiente: Físicos - temperafura y presión; físicos - químicos - existencia de la
aleación para soldar y del fundente, carácter de la interacción entre el metal a
soldar y la liga.
Según sea la temperafura se diferencia soldaduras a baja temperatura y altas
temperatura. En calidad de límite convencional que separa estos dos
procedimientos se acepta la temperafura de 450"c.
La posibilidad de aumentar la resistencia mecánica en las uniones soldadas a
consecuencia de la difusión mutua de las sustancias depresivas de la aleación
para soldar en el metal básico surgió la soldadura por presión.
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1.3.1.- De acuerdo a procedimientos físico - químico.
La calidad de las uniones soldadas se determina por el carácter de los procesos :
físico - químicos que üenen lugar durante la soldadura indirecta entre el metal a
soldar y la liga.
Normalmente la cosfura soldada se endurece en el proceso de enfriamiento
debido al desarrollo del procedimiento mas perspectivo, que es la soldadura
por difusión donde la cosfura soldada se endurece a temperafuras superiores a
la del sólido de la aleación para soldar, por lo que se obtiene alta resistencia
mecánica de la unión soldada.
La soldadura blanda como proceso tecnológico destinado a tener uniones
encontró gran aplicación especialmente para aquellos casos donde la holgura
entre las piezas a unir es pequeña.
1,.3.2.- De acuerdo a la eliminación de la película de óxidos.
Se conocen tres procedimientos fundamentales empleados para destruir los
óxidos:
Mediante su disociación
Reduciendo el metal a través de los óxidos
Ligando los óxidos en compuestos guímicos volátiles o no volátiles,
que se evacuan fácilmente.
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l2
Casi todos los metales y aleaciones conocidos no pueden soldarse sin fundenb
en el medio normal donde la presión parcial del oxígeno es igual a 0.2'1, ATM,
puesto que la temperatura de disociación de sus óxidos supera
considerablemente la temperatura de su fusión.
Una excepción presentan el platino, la plata y el oro, así como sus aleaciones/
cuyos óxidos son capaces de disociar a temperafuras de 200, 250, 300"c.,
respectivamente, que son inferiores a la temperafura de fusión de los metales.
La descomposición de los óxidos en la superfície a soldar no ocurre de modo
uniforme, ha resultado de lo cual en el proceso de soldaduras blandas se
descubren algunos sectores.
Para prevenir la oxidación reiterada de estos sectores es preciso aislarlos del
contacto con el aire. Esto puede lograrse protegiéndolos con una capa de
fundente líquido o de aleación de soldar, así como colocando el artículo a soldar
en una atmósfera de gases inerbes, reductores o en el vacío.
La película de óxidos, que surge a consecuencia de la reacción química entre la
aleación y el oxigeno del aire, no se encuentran en equilibrio con estos. Durante
un calentamiento ulterior se realizan procesos complicados de difusión bajo los
cuales algunos elementos de la aleación se desplazan desde sus capas interiores
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hacia la superficie a través de la película de óxidos, así como el oxigeno difunde
a través de ésta película hacia el interior de la aleación.
La descomposición de óxidos que se forman sobre el metal a soldar y la aleación
de soldar, en los cuales la solubilidad del oxigeno es insignificante, es posible
sin usar fundente líquido o aleaciones de soldar autofundentes, por ejemplo en
una atmósfera activa.
Hoy día se aplican los siguientes procedimientos de soldadura con eliminación
de las películas de óxidos : Soldadura con fundente y sus procedimientos en los
que no se usan fundentes : Abrasiva, ultraacústica, con raspado, abrasiva con
cavitación en medios gaseosos activos, en gases inertes y al vacío.
1.3.3.- De acuerdo a la fuente de calentamiento.
A los viejos métodos de soldadura con soldador, soplete, mediante la resistencia
eléctrica, en hornos, por inmersióru inductiva, electroktica, en los últimos veinte
años se sumaron nuevos procedimientos donde se emplean nuevas fuentes de
calentamiento en forma de luz,l aser, calor de las reacciones químicas, flujo de
iones de una descarga luminiscente, radiación infrarroja, onda de aleación para
soldar, haz electrónico.
Los métodos modernos de soldadura según la fuente de calentamiento se basan
principalmente sobre el suministro de la energía térmica mediante la conücción
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t4
con calentamiento general, o el suministro de la energía térmica por contacto
mediante la conductibilidad térmica, o bien por medio de radiación para los
cuales es característico especialmente el calentamiento local. El método
inductivo de soldadura está basado sobre el suministro penetrante ( sin
contacto) de la energía hacia las piezas a unir.
Soldadura en hornos.
El calentamiento en hornos para realizar Ia soldadura de metales y aleaciones se
conoce hace mucho, pero solo cuando en la industria comenzaron a utilizar
hornos eléctricos, éste procedimiento de soldadura obfuvo una propagación
especialmente amplia. Los hornos para soldar, calentados quemando
combustible, son incómodos puesto que no es posible regular con precisión la
temperafura.
Al efecfuar la soldadura en hornos eléctricos se puede controlar y regular su
calentamiento, así como mecanizarlo fácilmente. La soldadura a altas
temperafuras en hornos es el proceso mas ehcaz entre todos los procedimientos
conocidos de soldadura según el calentamiento, es útil tanto para artículos
simples, como para los complejos, además cuando la diferencia entre los
espesores de paredes es las piezas a soldar es pequeña, previene el surgimiento
de deformaciones térmicas notables en el artículo.
thlrraidrd Aotónome de CccilmbsEcctotl ElBLlorEcA
Si la cantidad de artículos es pequeña o estos tienen dimensiones grandes
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se usan hornos de una cámara.
Cuando la soldadura se realiza en hornos, el artículo montado debe fijarse y las
piezas a soldar üenen que estar apretadas; el artículo se coloca sobre soport'es
especiales que permiten obtener un camPo de temperafura uniforme y
previenen que la aleación para soldar y el fundente liquido se derramen sobre
la solera o los elementos térmicos del horno.
Todo el utillaje para la soldadura en horno debe fabricarse con materiales
capaces de soportar muchas veces el ciclo térmico de ésta soldadura. La rosca
en los disposiüvos de apriete deberá tener ajuste holgado para poder
desenroscar fácilmente después de la soldadura. Los apoyos de cinta y alambre
es mejor elaborarlos de nicromo ( 80 % r11- 20o/o cr. ) y d" acero resistente a la
corrosión tipo 18 - 8.
Tienen gran importancia que la diferencia de temperafuras en el espacio activo,
ocupado por el artículo en el horno, no sobrepase los límites del intervalo
termométrico para soldadura. Con éste fin resulta cómodo calentar el horno por
secciones, mediante dispositivos termorreguladores calibrados y bien ajustados.
Al soldar con fundentes r para evitar su acción sobre los elementos
termoeléctricos, es necesario usar hornos con mufla cerámica cerrada.
El coeficiente de dilatación lineal para el material del utillaje ha de ser menor
que el del metal a soldar.
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Para transportar el artículo montado al horno, o sacarlo de este, se necesitan
plataformas. Estas deben asegurar el calentamiento uniforme de las piezas a
unir y evitar su desplazamiento durante la carga'
El proceso de soldadura indirecta con fundente empieza al cargar el artículo
montado y colocado sobre la plataforma en el horno, previamente calentado
hasta la temperatura para soldar o algo superior. Elüempo de permanencia en
el horno dependerá del espesor máximo de la pared en el artículo, de su masa,
del tamaño y la masa del dispositivo !, con frecuencias se determina
experimentalmente. El tiempo de permanencia para la soldadura se calcula a
partir del momento cuando el artículo logra la temperatura de soldar'
Para proteger el artículo contra el calentamiento directo en el horno, se usan
como pantalla las paredes del recipiente, tapas o chaPas de asbesto. Este
procedimiento es altamente eficaz para pequeñas piezas. La soldadura en
hornos al vacío en
gases inertes o activos, permite evitar el empleo de fundentes y oPeraciones
para eliminar sus residuos, después de la soldadura
1.4.- Material de aporte
Uno de los procedimientos encadenados a evitar la formación de capas
intermedias de compuestos intermetálicos por el límite de contacto entre el
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metal a soldar y la aleación de soldar, debido a su interacción química, consiste
en alear la liga con elementos que tienen mayor afinidad química con el metal a
soldar que con la base de aleación para soldar.
Existen numerosas composiciones de metales de aportación a base de Cinc,
estaño, cadmio, utilizadas con un flujo y por frotamiento.
El elemento base es cinc, que facilita notablemente el mojado del aluminio,
sobre todo en presencia de estaño. Además del cinc y del estaño se recomienda
la adición de cadmio, con pequeño poder de mojado, pero que üene la
particularidad de mejorar las propiedades mecánicas de la aleación así como su
resistencia química.
El fósforo, añadido a algunas aleaciones aumenta la fluidez de la soldadura rica
en estaño pero, contrariamente a lo que se había afirmado, no reduce la
alumina.
La temperafura de fusión o el intervalo de fusión del metal de soldadura blanda
parece no ser un criterio de su comodidad de empleo; sin embargo, se procura
bajar el punto de fusión hasta los 300"c; habifualmente la temperafura de las
soldaduras blandas se sitúa entre los 300 v 450"c.
a 1.4.1,.- Clasificación de materiales de aporte.El aluminio :con una pureza del
99.5% estando las impurezas constituidas por hierro, silicio, o gases. La
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18
soldabilidad de este material esta ligado
interviene como un elemento refractario.
I El duraluminio : es una aleación Al-Cu
metales útiles como : Si, Mry Mg. En una
de ellos.
a la formación de alumina que
con 4Yo de Cu que contiene otros
proporción del 0.5% para cada uno
En la tabla 26 del Ingeniero Mec. Mark. Aparece la composición y los puntos de
fusión de las soldaduras blandas estándares. (aleaciones de estaño - plomo). La
especificación 332-49 de la Astm admite una variación de + 1.% en los
contenidos de estaño y plomo sobre la composición normal. Las soldaduras no
deben tener mas del 0.08% de Cu. Si se excede este porcentaje será afectada la
fluidez de la soladura.
La composición eutectica (37% de plomo ) tiene el punto de fusión más bajo y,
las mejores propiedades de mojado y fluídez, pero es la más costosa de la serie.
Las soldaduras blandas de alto punto de fusión son útiles para soldar objetos
que se hayan de estar expuestos a temperafuras más elevadas que las
admisibles para soldaduras de estaño - plomo.
Para denotar las soldaduras utilizan la letra B, sigue a ella los símbolos
químicos que representan los ingredientes principales de la aleación.
Los números finales establecen las diferencias de los análisis de un grupo.
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GRUPO TEMPERATURAS DE TRABAIO
Aluminio, silicio, balsi
Cobre, fósforo, Bcup
Plata, BAg
Cobre, BCu
Cobre, cinc, BCuZn
Cobre, oro, BAuCu
Magnesio, BMg
Niquel, cromo BNiCr
Plata y manganeso BAgMn
tuabaja entre 580" y 630" c
trabaja entre 700" y 900" c
trabaja entre 620 y 790" c
trabaja entre 875" y 1.1L0" c
habaja entre 875 y 1.LL0'c
trabaja entre 890" y 990" c
trabaja entre 600" c
trabaja entre 1..066" c líquido
trabaja entre 971"c líquido
1,.4.2.- Tipos de fundentes.
Casi todos los metales y aleaciones conocidos no pueden soldarse sin fundente
en el medio normal donde la presión parcial del oxígeno es igual a 0.21ATM,
puesto que la temperafura de disociación de sus óxidos supera
considerablemente la temperafura de su fusión.
Se llama fundente a una sustancia no metálica que se emplea para eliminar el
oxígeno absorbido o la película de óxidos desde la superficie del metal a soldar
y de la aleación de soldar, así como para prevenir la formación de ésta película
cuando se realiza la soldadura al aire, para cambiar la tensidn superficial en la
aleación de soldar líquida. De tal modo, el fundente protege el metal a soldar y
-
20
la aleación para soldar contra la oxidación, contribuye a eliminar la película de
óxidos, cambia la tensión superficial en la liga líquida, y por eso, puede influir
en la extensión y la penehación de la aleación para soldar la holgura.
Los fundentes se clasifican según los rasgos siguiente :
r Intervalo termométrico de actividad : de baja temperafura < 450"c. y alta >
450"c.
I Nafuraleza del disolvente : Acuosos y no acuosos.
I Nafuraleza del activador : Colofonia, ácido, halogenuro, hidracina y aniacina.
r Mecanismo de acción : Protectores, acción química, acción reactiva y
electroquímica.
I Estado de agregación en que se suministra : sólidos, líquidos y en forma de
oasto.
Entre los fundentes de alta temperafura se destacan los compuestos por
halogenuro, fluoborato, boruro, y carbonato.
El fundente que cubre la cinta con aleación soldante fusible, está compuesto por
colofonia y una resina sintética tipo policloruro de vinilo, resinas epoxidicas o
fenólicas, componentes orgánicos, o sea, ácido aminoclorhidrico y otros ácidos
orgánicos.
-
21
La dosificación del fundente excluye casi por completo la necesidad de una
operación tan laboriosa como es eliminar los residuos y productos obtenidos
debido a la adición del fundente, después de realizar la soldadura.
La principal dificultad de las operaciones con soldadura está en la aparición de
óxidos, mala penetración, sopladuras.
La aparición del fundente hace desaparecer estos fenómenos.
El fundente se compone de borax,ácido bórico,y silicato sódico, bien mezclados
en polvo después de deshidratación completa, el polvo debe aplicarse a la
varilla de soldadura, asi como a las superficies de junta y el reverso de las
piezas a soldar; a este efecto, se embadurnan preüamente con silicato sodico,
los bordes de las piezas a soldar, para que se adhiera el polvo fundente.
El óxido de hierro formado durante la soldadura tiene, una densidad inferir a la
del hierro, puede aumentarse la garantía contra la solubilidad del óxido en el
hierro en fusión por el empleo de un fundente, que puede acfuar de dos
maneras
Sea reduciendo el óxido sea formando con el una escoria que suba a la
superficie.
Los fundentes se emplean principalmente para la soldadura de aceros con
contenidos de carbono superior aL0.3%.
-
22
Algunos fundentes especiales que sirven para eliminar la alumina son llamados
harakiri, y tienen la siguiente composición :
Cloruro de litio
Cloruro de potasio
Cloruro de sodio
Fluoruro de potasio
Bisulfato de sodio
15%
4s%
30%
no///o
3Yo.
Este fundente obra t por los elementos que lo componen, de dos maneras
diferentes : disolviendo la alumina y formando cuerpos mas fusibles,
resultantes de las reacciones que presentarL lo que conduce a la eliminación
automática de la alumina.
1.5.- Preparación de las superficies a soldar.
Hemos visto que el principal efecto de la contracción era la disminución de la
longitud soldada; ejecutando una soldadura producimos, pues, necesariamente
deformaciones en las piezas y, si estas no poseen la ductibilidad suficiente que
permita la contracciór¡ cederáry cualquiera que sea la materia : fundiciórU
bronces. Etc.
Cuando hay píezas sometidas a presiórU es indispensable
trabaje lo menos posible : El levantamiento del borde del
que la soldadura
cuerpo principal
-
23
facilita en primer lugar la soldadura, después anula todo trabajo ulterior de
alargamiento o de contracción.
Se recomienda evitar tanto como sea posible, hacer trabajar las soldaduras al
esfuerzo cortante y a la torsión; esto exige determinar previamente los
procedimientos y las diversas posiciones de la soldadura para los cuales la
pieza trabajará lo menos posible, sobre todo al cizallamiento.
Debido a la gran fluidez de la fundición es recomendable, sobre todo si se trata
de espesores débiles, sostener la línea de soldadura por medios apropiados.
-
2.- CONDICIONES DE OPERACION PARA LOS TIPOS DE
SOLDADURAS.
Debemos tener en cuenta en la producción de soldadura, la alta calidad de los
artículos y la eficacia de la producción: el diseño de la estrucfura tecnológica del
artículo y el diseño de los procesos.
Los elementos del sistema productivo que determinan la calidad de los artículos
soldados son: la estrucfura del artículo, el material del artículo y el proceso
tecnológico.
La estrucfura del artículo se refiere a la clase del artículo, el tipo de unióry la
magnitud de holgura y el espesor.
En el sistema de producción el material de la estrucfura se caracteriza por los
factores fisicoquimicos.
El otro proceso tecnológico, son los factores técnicos y económicos.
Los materiales tecnológicos, son las aleaciones de soldar, los fundentes, medios
gaseosos activos y pastas inhibidoras.
-
25
Los factores técnicos caracteizan el equipamiento del proceso tecnológico,
equipo, uülaje, medios de mecanizaciíny automatización.
Los factores económicos incluyen el costo de los materiales, las normas de
tiempo y salarios.
La buena calidad y fiabilidad del artículo soldado y su rendimiento económico
pueden asegurarse solo a condición de la unidad y compatibilidad de estos tres
elementos determinantes en el sistema de producción del artículo: diseña,
fabricación y explotación.
El perfeccionamiento de materiales y tecnología, amplia las posibilidades de la
soldadura.
Una de las condiciones imprescindibles para asegurar la alta calidad y
fiabilidad de los artículos soldados, es la estabilidad de la composición y
propiedades de los materiales estrucfurales y tecnológicos, que interaccionan en
el proceso de soldadura.
-
3 EL HORNO
Los hornos se uülizan para la aplicación de calor a cuerpos sólidos. En los
hornos eláctricos a resistencias, el calor es generado por circulación de corriente
a través de dichas resistencias distribuidas en las cámaras de calentamiento,
para ello utiliz¿s1es corriente alterna con una frecuencia estándar.
Los hornos estándares de resistencias están calculados para trabajar a
temperafuras comprendidas dentro del intervalo de 530 a l-l-00"c.
En los calentadores de inducciórU el calor es desarrollado por corrientes
inducidas en la carga. Su servicio se limita a .calentar metales a temperafuras
inferiores a sus puntos de fusión.
Características del calor producido por la electricidad:
a) Precisión de la regulación del desarrollo de calor y de su distribución.
b) El desarrollo de calor es independiente de la nafuraleza de los gases que
rodean a ala carga.
La temperatura máxima solo es limitada por la nafuraleza de la carga.
-
29
La protección contra la temperafura para los hornos de resistencia, se obtiene
por medio de un fusible térmico conectado al circuito de regulación de la
energía suministrada al horno.
Esfufas de resistencias
Es una modificación del horno de resistencias que corresponde a las
temperafuras bajas de los procesos de secado y cocción. El tipo mas común de
estufa eléctrica es la calentada por resistencias instaladas en un compartimiento
independiente. La transmisión de calor se efectúa por convecciín forzada, la
cual se rcaliza por la recirculación de la abnósfera producida por un ventilador
movido por motor electrico.
Una esfufa con resistencias con lamparas de tipo filamento como elemento de
calentamiento infrarrojo. Las lamparas que tienen reflectores propios en su
interior, rodean Ia carga, y la transmisión de calor se efectúa por radiación. Este
tipo de esfufa es la que mejor se adapta al calentamiento continuo de cargas
que presentan una gran superficie, en proporción a la masa y que solo requieren
calentamiento superficial, por ejemplo la cocción del acabado sobre los
productos de láminas.
Otros tipos de hornos son los que utilizan calentamiento por dieléctricos,
calentamiento por índucción, hornos al arco, horno por inducción.
thlvrrsld¡d Aut6noma de OcciftnicSECC|ON BtBLl0TEirr
-
30
3.1.1 Objetivo del calentamiento de los materiales.
Se basa efectivamente en el suministro de la energía térmica mediante la
convección con calentamiento general, o el suministro de la energía térmica
mediante la conductividad térmica, o por medio de la radiación para los cuales
es característico el calentamiento local.
3.1.2 Transmisión de calor al material
El calor es transmiüdo al material cuando entra en contacto director por
convección y radiación directa por reflexión desde las paredes calientes del
horno; en los hornos de mufla el calor se transmite por conducciórL a través de
una mufla metálica o refractaria que protege el material calentado de su
contacro con los gases, luego es transmitida por radiación del interior de la
mufla al material calentado, el cual esta rodeado por gases inertes para impedir
que tenga contacto con el aire.
3.1.3 Metodología para el calentamiento de los hornos
En los de tipo de funcionamiento intermitente o por hornadas, el material que
ha de calentarse se carga dentro del horno y permanece en la misma posición
hasta que se saca, después de que se haya calentado lo suficiente. En horno
cuntrnuo, el material se mueve a lo largo de el, por medios mecánicos que
incluyen empujadores, transportadores de cadena, hogares con m
-
3l
3.2 Dimensionamiento del horno
Las dimensiones de un horno dependen directamente de la canüdad de
material que se va a calentar por hora, del, tiempo de calentamiento necesario,
del tamaño de las piezas que han de calentarse y de la cantidad de calor que
puede liberarse sin excesivo perjuicio para el horno
El ancho y la longitud del horno para obtener la superficie deseada, se fijar¡
según el método de calentamiento que se ha de emplear y por el procedimiento
de manipulación del material.
La vida de un horno a cualquier temperafura, depende de su intensidad de
calentamiento, lo cual puede expresarse en kilogramos por metro cuadrado de
la superficie de la solera del horno, medidos por cada hora.
El peso del material que esta en el horno en cualquier momento es el producto
del peso del material que entra por hora por el tiempo de calentamiento en
horas. Si se conoce el peso y el tamaño de las piezas que se calientan, se puede
fijar el área del horno.
La intensidad máxima de calentamiento admisible para el acero es
aproximadamente 171. kg/mt por hora para hornos calentados con fuego por
-
32
. debajo, 342kg/m2 para hornos de fuego lateral y 488 k8/^' para hornos de
fuego directo.
Estas intensidades son para calentamientos de acero dulce; puede llegarse a
duplicar para calentar latóry y es 21/z veces para el cobre, 0,7 para el acero
especial y 1,,1, al calentar aluminio.
Dichas intensidades máximas admisibles solo deberán utilizarse para
comprobar el cálculo del tamaño del horno.
El calor liberado del horno es igual a la suma del calor necesario en el proceso
de calentamiento (calor útil) mas las perdidas de calor que tengan lugar en el
horno.
-
4.- DESCRIPCION DEL HORNO
Partes constifuyentes Y su función:
4.L Sistema de calentamiento
La función de este sistema es elevar la temperafura dentro del horno, el valor de
la temper,atura a elevar la determina el üpo de material y el üpo de soldadura
que vamos a realizar.
El calor necesario para el proceso lo obtenemos de las resistencias eléctricas
instaladas. Las resistencias son de fácü manejo e instalaciórU y las
seleccionamos de acuerdo a las normas.
4.2 Sistema eléctrico
Este mecanismo es el encargado de suministrar la energía para el calentamiento
del horno, también es esencial para el funcionamiento de todos los accesorios
eléctricos de los que compone el horno.
Necesitaremos una acomeüda de 440 V. , 3L, 60 hz. r pdtd,la alimentación del
tablero central, este distribuirá el voltaje para el control, ventilador y las
-
34
resistencias. La sección eléctrica se selecciona e instala de acuerdo a la National
Electric Code quien verifica los requisitos para instalaciones.
4.3 Sistema de control
Su función es mantener estable la temperafura interna del horno al igual que el
tiempo de cada proceso.
Colocaremos un tablero cenhal de control, en el cual van instalados todos los
controles necesarios para la operación del ventilador, regulación y salida de
gases, resistencias y un sistema de seguridad.
4.4 Cánara de proceso.
Es el lugar útil donde se reali za la soldadura de las piezas. Es de forma
cubicular elaborada con materiales resistentes a las exigencias térmicas y
mecánicas a las cuales estarán sometidas.
Esta cámara esta provista de una puerta para el acceso de materiales, salida de
gases y rejillas para la recirculación del aire.
4.5 Estructura del horno
Es la encargada de soportar todas las cargas existentes en el horno; y darle la
forma exterior. Se utilizara perfileria estrucfural comercial de acuerdo alas
normas DIN.
-
35
Por el tamaño que tendrá el horno la estrucfura se diseñara para montar y
desmontar fácilmente.
4.6 Aislamiento
Es el sistema encargado de disminuir al máximo las perdidas de calor que se
presentan en el interior del horno, hacia el exterior del mismo. Cuando
hacemos un cálculo bien detallado del aislamiento obtendremos un ahorro
energético, el cual será una pauta muy importante en el instante de loa análisis
económicos.
4.7 Sistema de circulación de aire.
Para mantener una temperafura estable, se usa un ventilador centrífugo el cual
nos hace pasar el aire por el sistema de calentamiento y luego a la cámara de
proceso y volver nuevamente al ventilador para comenzar nuevamente el ciclo.
La circulación de aire caliente en el interior del horno nos garantiza un ahorro
de energía térmica y electrica así como una estabilidad de la temperafura en la
cámara del proceso.
-
Figur o No 1
RECAMARA DEL PRICESI
To fxterion?B OC,I
t
Medidos en metnos
To intenion650'C
-
5.- ESTIMACION DE LOS PARAMETROS DE DISEÑO
Con las condiciones nombradas anteriormente vamos a identificar los
parámetros para el diseño apropiado del horno.
5.L Temperafuras requeridas.
Los hornos estándares de resistencias están calculados para trabajar a
temperafuras comprendidas en el intervalo de 330" a L200"c.
En todo proceso de calentamiento la temperatura del horno supera siempre
aquellas a las que ha de calentarse la carga, por esta razón tendremos para
nuestro diseño una temperafura máxima de 650"c que corresponde a la
temperatura de soldabilidad del acero de alta aleación.
5.2 Volumen de la cámara.
Para dimencionar la cámara debemos tener en cuenta las necesidades en
nuestro medio, de quienes requieren este tipo de horno para el proceso de
soldaduras blandas.
De acuerdo al tamaño de las piezas y a la cantidad, se requiere un promedio de
300 kg de metal para soldar en 60 minutos.
-
37
Todo esto corresponde a accesorios metálicos y partes para maquinaria
industrial. Por conveniencia optamos por configurar un horno con las
siguientes medidas :
1-.5 metros de alto
2.0 metros de ancho.
1.5 metros de profundidad.
5.3 Cantidad de aire nuevo y desalojado.
Para evitar la contaminación producida por la reacción química de la soldadura
cuando entra en contacto con el aire caliente, desalojaremos el 5% del aire. Para
compensar este aire perdido se suministrara aire nuevo en un SYo a un 10%, de
acuerdo a al temperafura que se va a mantener, este proceso lo repetimos varias
veces mientras dura el proceso de soldadura.
5 4 Condiciones atmosféricas del aire.
En nuestro análisis consideraremos que el horno va a trabajar en Cali o sus
alrededores, con las siguientes condiciones :
Presión atmosférica :
Temperatura
1 Atm.
28"c
Humedad relativa promedio 75Yo
Humedad especifica 0.020 kg de vapor /kg de aire seco.
-
6.- SISTEMA DE EVACUACION DE GASES Y RECIRCUb,CION DE AIRE
CALIENTE.
Para tener una homogeneidad en la temperafura y reducción en las perdidas de
calor, ya que no renovaremos en su totalidad el aire caliente del interior, por
aire fresco del exterior, recircularemos todo el aire que se encuentra en la
cámara de proceso, también obtendremos una excelente evacuación de gases.
Para los procedimientos de circulación de aire podemee qfilizar energía térmica
o mecánica. Para nuestro diseño utilizaremos energía mecánica a través de un
ventilador.
Para circulación y evacuación del aire utilizaremos un ventilador centrifugo, el
cual esta formado por un impulsor que gira dentro de una carcaza en forma de
voluta. La carcaza tiene una enhada en el eje de la rueda y una salida
perpendicular a este.
Cuando el impulsor gíra, las hélices en su periferia despiden el aire por
centrifugación en la dirección de rotación. El aire entra en forma axial, gira en
ángulo recto a través de las aletas y es despedido en forma radial.
-
39
Existen tres tipos de hélices : radiales rectas, curvadas hacia adelante, curvadas
hacia atrás.
La demarcación se establece en el incremento del 7% en la densidad del aire,
desde la entrada (aspiración) a la salida (impulsión) del venülador.
Para la acción del ventilador por debajo de este incremento de densidad, se
admite el supuesto de incomprensibilidad con la simplificación que resulta en
las fórmulas y definiciones. El error es relativamente insignificante.
6.1 Cálculos de caudal requerido.
La cantidad de aire viene determinada por el volumen en la cámara y las veces
que se desee recircular :
Q:VcxCa
Q: caudal
Vc : volumen de la cámara.
Ca : cambios de aire.
Volumen de la cámara de proceso :
Vc=2.0x1.5x1.5. m3
Vc= 4.5 m3 x (3.28fP)/1y¡z
Vc= 158.8 ft3
U¡fwnidrd Aut&roma de 0ccijc¡t¡sEcctoil BtBLroTtcA
-
40
El aire se recircula 4 veces por minuto (según recomendación de poligas, fábtíca
de hornos industriales ).
El caudal necesario será :
Q= 158.8 fÉ x 4.0
Q= 670 CFM
6.2 Distribución del aire-Sistema de ducto.
Se hará un trazado de ductos tan directo como sea posible. Para un ducto
rectangular la relación del lado mayor con el menor será de hasta 6 a1,.
Determinaremos el tamaño de los ductos de acuerdo a la cantidad de aire
necesario. Calculamos la presión estática requerida en el ventilador, con estos
parámetros seleccionamos el ventilador.
6.3 Cálculos y dimensionamientos.
Utilizaremos el método de "igual fricción" que es el más usado para el
dimensionamiento de ductos de suministros, retorno y extracción de aire. Con
este método las perdidas de presión serán constantes a todo lo largo del sistema.
Para aplicar este método se utilizaran las siguientes tablas :
Tabla 1 Perdidas por fricción vs caudal. Tomado de Ashrae.
Tabla 2 Equivalencia de ducto circular a rectangular.
Tabla 3 Longitud equivalente - codos derivaciones y similares.
Tabla 4 Perdidas en accesorios del sistema de ductos.
-
41
Cálculo del ducto de suministro :
Q: 670 CFM
Difusores de impulsión a 320 y 350
Velocidad recomendada 1000 pies/min.
De acuerdo a la tabla 1-, determinamos el diámetro equivalente y la perdida de
fricción.
Diámetro = 10.5 pul.
Perdida de fricción: 0.145 pul. De agua
Esta perdida de fricción debe permanecer constante. Calculando las demás
secciones con el respectivo caudal, se obtiene :
Sección Caudal(CFM) Diámetro (pul) Velocidad (pies/min)
A - D 760 10.5 1000D-E 3s0 9.0 900
Con el diámetro de la tabla 2, se determina la dimensión del ducto rectangular
Sección Diámeho Ducto rectangular
A-D 10.5 12x8
D-E 9.0 12x6
Cálculo de la presión estáüca.
Pt: Pe + Pe +Pr (pul de agua)
-
42
Pt: presión estática total del sistema.
Pc : perdida por fricción en ductos, incluyendo codos, derivaciones y similares.
Pe : perdida por filtros, rejillas y accesorios
Recuperación estáüca por el cambio de velocidad entre la salida del ventilador
y la velocidad extrema del sistema.
La perdida de fricción en ductos (pc) es :
Pc=LexPu/100.
Le : longifud equivalente total, incluyendo codos, derivaciones y reducciones.
Pu : perdida unitaria por fricción.
Uülizando la tabla 5, se determina la perdida por filtros y accesorios (Pr) :
Pr : 0.50[(Vil4005)2 - NÍ/ 4005)21
Vi : velocidad inicial ala salida del ventilador (pies/min).
Vf : velocidad extrema o final (pies/ min).
50% es el porcentaje de aumento de presión de velocidad.
Seccion Longifud equivalente
Derivación para suministro 11.5
A-B 4
Codo B 30
B-C 3.5
-
43
Codo C 55
C-D 5
Transición D 2
D-E 2
Transición E 5.
Total 118 pies
La perdida unitaria es 0.145 pul de agua.
Pc = 118 pies x 0.145 pul de agua f 100 pies.
Pc = 0.17'1. pul de agua.
Según los fabricantes las perdidas por filtros y rejillas üenen dadas por :
Filtros 1 (0.39) pul de agua.
Rejillas 3 (0.05) pul de agua.
En total 0.045 pul de agua.
Se tiene que la recuperación estática es :
Pr : 0.050 [(1000/4005)2 - (900/ 400s)21
Pr = 0,0059 pul de agua
La presión estática :
PF 0.1711+0.45-0.0059 (pul de agua)
Pt= 0.627 pul de agua.
-
M
Cálculo del ducto de retorno.
Estos cálculos son similares al que se usa Para los ductos de suministro.
El caudal total de aire de retorno 570 CFM.
Se utilizan dos rejillas para el aire de retorno.
La velocidad recomendada para el retorno es 800 pies/min.
De la tabla L determinamos el diámetro equivalente :
Diámetro = L1 pul
Perdidas por fricción 0.08 pul de agua
Sección Caudal Diámetro Velocidad
z-Y 570 11 800
Y-V 285 10 600
Y-X 285 10 600
Determinamos el ducto rectangular.
Sección Diámetro Ducto rectángular.
Z-Y 11, 14 x8
Y-V 10 10x8
Y-X 10 10x8
Cálculo de presión estáücal
Pt = Pc+Pe.
-
45
Sección Longitud equivalente
Z-Y 8
Codo Y 15
Codo V 15
Y-V 2.5
Y-X 2.5
Total 43 pies.
Pc = 43 pies x 0.08 pul de agaa/100 pies.
Pc = 0.344 pul de agua.
Perdidas debidas a dos rejillas.
Pe = 2x 0.05
Pe = 0.L0 pul de agua.
Pt = 0.344+ 0.10 ( pul de agua )
Pt: 0.4M pul de agua
Presión total estática en los ductos de suministro y retorno :
P1= (0.627+ 0.4M) pul de agua
Pt= 1.071pu1 de agua.
6.4 Selección del ventilador.
El venülador a seleccionar deberá tener una presión estática mayor a 1.071 pul
de agua.
-
46
Datos para seleccionar el ventilador.
Presión estática : 1.1 Pul de agua
Caudal : 760 CFM
Vf : 1100 pies/min.
Vi : 88 pies/min.
Temperatura : 650 "c
Gas a manejar : aire caliente.
Ventilador centrifugo de tiro forzado.
Ver tabla No 3
6.5 Sistema de filtrado.
Para este proceso necesitaremos aire limpio, libre de impurezas, para tal efecto
utilizamos un filtro seco de aire. Este filtro esta compuesto por cedazos de tela,
fieltro o papel.
Los filtros de tela en forma de sacos, bolsas o celdas, poseen un tejido especial
que pesa unos M0 gramos por mz
La velocidad de filtración del aire varia de 3.8 a L5 cm. De columna de agua.
Un buen filtro de tela üene un rendimiento del 99% con polvos corrientes de
tamaños pequeños con 0.5 u.
-
7.- DISEÑO TERMICO DEL HORNO
T.L Balance energético
Para conocer el calor total requerido por el horno, se debe calcular el calor
necesario para el calentamiento de las piezas hasta la temperafura de fusión del
material de aporte.
Identificar todos los puntos posibles donde existan pérdidas de calor :
1 Calor absorbido en el proceso de calentamiento de las piezas a soldar.
2 Calor absorbido al calentar el aire de recirculación.
3 Perdidas a través de los ductos y paredes del horno
7.2 Canndad de calor necesario para el proceso.
7.2.'1-" Capacidad interna del horno
Y = (2x1.5x1.5) m3
V = 4.5 m3 = 158.8 píes cúbicos.
Cantidad de material máximo 500 kg.
7.2.2 Canídad de calor.
Tiempo de calentamiento l-h
-
48
Q: MxCPxAL.
M : masa del material.
M: 500 kg = 1100 Lb.
Cp : calor esPecifico
Cp = 0.234 BTU/Lb."F'
At: intervalo de temPerafura.
At= 650"c=1202"F.
Q = 1100Lb x0.2M BTU/Lb"F x1202"F'
Q = 309394 BTU (tiempo de calentamiento th)
Q: 91kW.
7.3 Calor absorbido en el proceso de soldadura.
Para determinar la cantidad de calor necesario para la teahzacíín del Proceso
de soldadura a partir del intercambio radioactivo, se considera un sistema de
superficies, con el fin de tener presente la energla procedente de todas las
direcciones . El techo por donde salen los gases se considera como un potencial
flotante. Las paredes serán la superficie 3 con emisividad igual a 0.64.E1 piso
será la superficie 2 con emisividad 0.28.
Según tabla L (emisividad de superficies).
Analizaremos el circuito térmico de la figura 2, donde :
EB1 : potencial emisivo de cuerpo negro de la superficie 1
-
Figuro NO?
1-TA1T I7rl+
Clrculto termlco pqro lossuperflcles
-
49
EB2 : potencial emisivo de cuerpo neglo de la superficie 2.
EG : potencial flotante.
fL : radiosidad de la suPerficie 1.
2.
1
2.
J2 : radiosidad de la suPerficie
eL : emisividad de la suPerficie
e2 : emisividad de la suPerficie
.4,L : área de la suPerficie L.
A2; áreade la suPerficie 2
Ag area flotante.
La cantidad de calor neto que se debe suministrar a
temperafura de 650"c constante será :
Qn = ql+ q2
Qn = q1+q3
q2=q3
T2 : temperatura de las piezas.
T2: 650"c = L66L"R
e2: 0.73.
p : constante de Stefan Boltzmann.
p = 0.1713 x LOs BTU/h.pie2oR4".
Tenemos :
q1, = Q1,-j2)/11/ (A1xF1..2)l
q2 = (11-Eg) ¡ 11 / (AlxF1..g)l
las piezas para mantener la
Urivrrsid¡d AutÚnom¿ de Cccilcnt¡sEcclott BIBLIoTEcA
-
50
q3 : (Eg-j2) / V / (nsxFg..2)l
j2: p.e2.T2a
j2 = 0.1730x104 BTU / h.pie2"Rx0 .28x (1661" 7"R¡a
j2= 3657 BTU/h.pie2
F1..g : factor de forma según tablas 2y 3'
R1: L/D
L: 1.5m (ancho)
D = 2.0m (distancia entre áreas)
R1.: 1..5/2
RL =0.75
M= w/D
w = L.Sm (largo)
M= 1.5/2= 0.75
F1..g = 9.13.
A1: 2m x 1-.5m
41 = 3.0m2 = 32.27 pies2
Ag = 3'om2
Fg..2
L = 1".5m
D = 1.5.m
w = 2.0m
R1 = L/D
-
51
R1 = L
R2: w/D
R2 = 1.33.
Fg..2= 0.25
F1...2= F1..g = 0.13.
T1 : temperatura de las resistencias.
Como q2 = q3.
(11-Eg)/[1/(A1x F1..g)] = (Ee-i2)/11/(Aex Fg..2)l Eg) A1
(pT1n - x F1..g = (Eg - pe2T24) Ag x Fg..2
(0.1713 x 103 BTU/h.pie?"R4 x T1a - Eg) x 32.27 pie2 x 0.13 = (Eg - 0.1713 xLOs-
BTU/h.pie2"R4 x 0.28 x1661.74"R4).32.27 pies2 x 0.25.
0.1713 x L0{ BTU/h.pie2"RT1a - 2.92 Eg + 7021BTU /h,pie2 = 0
Eg = p.e3.T3a
T3: temperafura de las paredes
Según colombiana de resistencias Colres, se uülizaran resistencias industriales
fubulares.
La temperafura máxima de las resistencias será de 925"c aprox.
T1 = 925"c : 1697"F = 2156"R
De la ecuación anterior tenemos :
2.9289= 0.1718 x 10{ BTU/h.pie2."Ra x (2156'R)4 + 7021.BTIJ/h,piez
2.92 Eg = M034 BTU/ h. pie2
2.92p.e3T3a : M034 BTU/h.pie2
-
52
Tsa=1..37ilx108"R4
Ts= 1925"R= 1466"F =796"c
Se hará el cálculo del flujo de calor que va desde las paredes las piezas.
q1..2= A1- j2)/tl/( 1xF1..2)l
F1...2: F1..g = 9.13
q1..2= p.[Ta(resistencias) _ e2 Ta(piezas)l x ,A'1 x F1..2.
q1..2 = 0.1713 x 10€ BTU/h.pi"2."p+..(21564 - 0.28 x 16614) oR4
x 0.13 x32.27 pi&
q1...2 =1.40132.8 BTU/ h.
q3: (Es - j2)/l1/( ex Fg..2)l
q3 = (p.e3.T34 - 5746.7 BTU/h.pie2) x 32.27 pie2 x 0.25
q3 : (0.1713 x 10{ BTU / h.pie2"Ra x 19254"R4 x 0.64 - 3657 BTU/h.pieA) x 8 pie4
q3 = 92149.65 BTU /h
QN: q1 +q3
QN: 1,40132.8 + 921.49.65.
QN: 232282.4 BTU/h
Este es el flujo de calor que va desde las paredes a las piezas y viceversa.
7.4 Perdida de calor a través de las paredes y ductos.
Calcularemos el arreglo que tendrán las paredes del horno.
7.4.1 Distribución del aislamiento
Las paredes del horno estarán compuestas por :
-
DISTRIBUCIIN DT LAS PARTDESDIL H[RN[
Lonlño de cold rolledcatlbre l8
To.rt=28oC
Lodrltto refractorlo [F33
LaÉlño de ncero Inoxldoblecatlb¡e ?0
Tarnt=650oc
Te=958'c
L '-l " 'l ''ll-'-lMedldos en centl¡,¡etros
Figuro 3
Lcna ¡,ilnerol
-
Figuro 4
B0 kg
PERFiL DEL MATERIAL
CNNSTRUCCI[N
DISENADN PARA
DfL HERNN
-
53
1. Lamina de acero inoxidable, calibre 20.
2. Fibra cerámica 84.
3. Lana mineral.
4. Aire.
5. Lamina de coldrolled calibre 1"8
6. Ladrillos refracüarios u-33.
1,. Lamina interior de acero calibre 20.
Es austenítico, refractario, resistente a formar escamas y Posee buena resisbncia
a los ataques corrosivos.
Buena soldabilida{ combina excelentes propiedades térmicas a temperafuras
hasta de L150"c , siempre que no sea en presencia de gases sulfurosos
reductores.
Resistencia a la tracción: 95000 Psi (68.7 kg/mm2)
Límite elásüco :45000 Psi (3164 kg/mmz)
Temperafura máxima de trabajo : L035"c.
Conducüvidad térmica : ( k) 108 9 BTV/pie.h."F.
2. Fibra cerámica B-4.
Son fibras diseñadas para altas temperaturas, se utilizan en mantillas aislanbs,
juntas de expansión (dilatación).
-
54
3. Lana mineral.
También llamada lana de roca es un silicato compleio de aluminio y calcio' Los
óxidos de sodio y de potasio que forman las mezclas del vidrio, funden a baja
temperatura.
La función principal de las mantas aislantes es la de debner el flujo de calor por
convección
El coeficiente de transmisión de calor ( k ) , se determina eegún la bmperatura
media:
Tm=lt(exg+T(int)]/2
Tm=(28"c+650"c)/2.
Tm =339"c= 642.2"F
Según tabla 8 :
k =0.85 BTU.pul / pi&.h."F.
4 Lamina de cold rolled calibre L8.
Es una lamina producida por laminación en frfo. Todos los procesos en frfo
producen urür superficie con mejor acabado, mejorando las propiedades
mecánicas.
Resistencia ala tracción : 275MPa.
I^a conductividad térmica se obtiene de la tabla 9.
K = 330BTU/h.pie2"F.
-
55
7.5 GlcuLo del esPesor del aislanb Érmico'
utilizaremos la ecuación de Fourier Para transmisión por conducción
Temperatura interna del horno = 650"c = 120TF'
Temperafura exbrna del horno = 28oc = 82'4"F'
Q : calor de las Paredes.
Q= ?32282 BTU/h.
k:0.85 BTU.pul / pii-.h."F.
A : área de una de las Paredes.
A= 32.27 pies.
Q= [t(int)-T(ext)] / (L/kA).
Despejando L:
¡- = (7757 32.4)"F x 0.85 BTU.pul / pi&.h."F. x32.Ü pie / 232A32 BTU/h.
L: 0.1977 pul.
Para nuesho diseño utilizaremos una lana mineral de 7.87 pul= 0.20m.
7.6 Cálculo de las perdidas de calor en las paredes.
Con base en la figura 3 y los siguientes daros :
kL = 0.2 BTU/h.pie"F.
l
-
56
tf2 = 1.848 BTU/h.pie2"F.
H5 = 0.824 BTU/h.pie2"F.
H6 = A.924 BTU/h.pie2"F.
H8 = 0.Y24 BTU/h.pie2"F.
LL = 0.164 pies
L2 = 0.0@84 pies.
13 = 0.1312 pies.
L4 = 0.ó56 pies.
L5 = 0.656 pies.
L6 = 0.009&l pies.
L7 = 0.00984 pies.
Al. = 24.20 pié.
A2= 32.22pi€.
,A'3 = 32.27 pi*.
AT= /7466-82.4)"F.
AT = 1383.ó"F
Calculamos el flujo de calor para una pared lateral.
R1 : L1l(A1xk1)
R1 = 0.164 pie/ (0.2BTulh.pieoF.x 24.2pié).
R1 : 0.0338 h"f/BTU.
M=12/ (A! x k2)
R2 = 0.0@84 pie/ (11. BTU/h.pie"F.x24.2 pie4)
-
57
M= 3.69 X 105 H"f/BTU
R3: 13/ (A1 x k3)
R3 = 0.1372pie/ (2.35 BTU/h.pie'F.x 2a.2pié)
R3 = 2.3 x 103 h"F/BTU.
R4 = TAI (A1 x k ).
R4 = 0.656 pie / (0.0Ai BTU/h.pie"F.x24.2pie?).
R4 = 0.968 h"F/BTU.
R5 : 1/ (A1 x H5).R5 = L / Q.n4BTUlh.piePF.x 2a.2pié).
R5 = 0.447 h"F /BfU.
R6 = L6/ (A1 x k6).I
R6 = 0.00984 pie / (34 BTU/h.pie"F.x 24.2pie2).
R6 = 1.19 x 10s h'F/BTU.
R7 -- 1,/ (A1 x H7).
R7: 1. / (0.924 BTU/h.piePF.x 2a.2pie).
R7 = 0.0447 hF /BfA.
Ql= AT/ R(suma)
Q1 : (146ffi2.4)/1.W35 h"F/BTU.
Q1 = 1265.3 BTU/h
Para las dos paredes laterales :
Q = 2530.68Ttd/h.
Flujo de calór para una pared posterior.
-
58
R1 = L1l (k1 x A2).
R1 = 0.1ó4 pie/ (0.2 BTU/h.pie"F x 32.27 pie2).
R1 = 0.0254 h"F/BTU.
M: 1/ (H2 x A2).
R2= L / (7.848 BTU/h.pieFFx32.27 pie¡).
R2 = 0.01676hF /BTU.
R3: L3il (k3 x A2).
R3 = 0.00984 pie/ (11BTUlh.pie"F x 32.27 pid).
R3 = 2.77 x 105 h'F/BTU.
R4 = U/ (ka x A2).
R4 = 0.1312pie/ (2.35 BTU/h.pie"F x32.27 pie?).
R4 -- 7.73 x 1Oa h"F/BTU.
R5 = I5l (k5 x A2).
R5 = 0.656 pie/ (0.028 BTU/h.pie"F x32.27 pie?).
R5 = 0.726 h"F/BTU.
R6 = 7/ (H6 x A2).
R6 = 1 / (0.924BTUlh.pieFF x 32.27 pie2).
R6 = 0.0335 h"F/BTU.
R7= L7/ (c7xA2).
R7 = 0.00987 pie/ (34 BTU/h.pie"F x32.27 pie2).
R7 = 8.968 x 1O6 h"F/BTU.
R8 = 1/ (H8 x A2).
-
59
R8 = 1 / (0:92aBTUlh.piePF x 32.27 pi4.
R8 = 0.0335 h'F/BTU.
Q3: ATlR(suma).
Q3 = (1466 - 82.4)F / 0.8369 h"F/BTU.
Q3 = 1653.28W/h.
Para las dos paredes superiores :
Q3 = 3306 BTU/h
La perdida de calor a través de las paredes del horno, en estado estacionario ea :
QT = Q1 +'Q2 + Q3.
QT = (2530.58 + 3306.5 + 3306.5) BTU/h.
QT = 9143.58 BTU/h.
7.7 Cálculo de la eficiencia del horno.
Suponiendo una eficiencia para el horno del86% :
9143.58 86%
100%
X = 10632.06 BTU/h x1.w/3.413 BTU/h.
Q: 3.2 kw.
% de perdidas totales por conducción y convección.
% de perdidas = (potencia por pérdidas /potencia teórica.) x 100
% de perdidas = (3.2/9.1) x 100.lHf,ddrd Arlfton¡ d¡ Ocdjrrü¡
sE0ctot B|BU0TECA
-
60
% deperdidas = 3.51.
Eficiencia total :.
100-3.51 =9648%.
El horno tiene una potencia eléctrica teórica de 91É¡¡.
La potencia por perdidas en las paredes es de 3.2 kw.
El resto de la potencia es consumida por las piezas y la cámara de aire.
7.8 Calculo del calor necesario para calentar el aire dentro de la cámara.
P (aire) = 0.0735Lb/Pié.
CP(aire) = 0;.24BTU/Lb"F.
Volumen de la cámara = 158.79 PieP.
To : temperafura inicial del aire
To= 28"c= 82.4"F.
Tf : temperafura final del aire.
Tf : 650oc= 1202"F.
Tiempo de calentamiento del aire . 1, hora.
m = f{/.
m = 0.0735Lb/pié x 158.79 piea.
m = 11..67 Lb.
Q = mCp(AT).
Q= 11..67 Lb x0.24 BTU/Lb"F (1119.6)"F.
Q = 3135.TBTU /h.
-
61
7.9 C-alor total requerido.
et = pe"didas por las paredes * calor para calentar el aire r calor absorbido por
las piezas.
q¿= (232282.48TrJ/h+ 9153.48 BTU/h +3735.77 BTU/h)
Qt= 2M567.75 BTU/h xlw/3.413 BTU/h.
Qt= 71655.91w
7.10 Cálculo de las resistencias.
Se uüliza el siguiente tipo de resistencias según manual de Marks :
Material : nichrome v.
Composición qulmica : Ni = 0.8; Cr = 0.20.
Densidad especifica : 8.247.
Coeficiente de temperafura de resistencia Por "c = 0.00013.
Temperatura máxima de trabajo : 700S80 ("c).
Punto de fusión: L350oc.
Pobncia que se debe generar :.72kw.
El nichrome es una aleación de nlquel - cromo libre de hierro, no es conosivo ni
magnético, soporta altas temperaturas y üene alta resistividad. Se recomienda
utilizarlos para elementos calefactores en hornos eléctricos, calentadores de
agaa, esfufas de cocina y otros aparatos eléctricos de alta calidad.
Voltaje:440 voltios.
Diámetro de alambre AWG no ó = 4.115mm.
-
62
E/m= 118.2
Cmzf m= 133
Ohm/m = 0.2577.
VoltajexFase.= 440v / 31'/2: 254v
P = 72000/3
Potencia = 24lc't¡
Intensidad de la corrienb por fase.
r:P/u
I= 24kw/254v
I: 94.5 amperios.
Resistencia ( R )
R= v/y =)ilu/g+.5amp.
R = 2.69 ohm
Longifud por fase.
L = R/(ohm/m).
L : 2.69 ohm/0.25n@hm/ m).
L 0 10.43m.
Area de la superficie.
A= LxCm/m.
A= 10.43mx133Cm2/m.
A= 1387.4 cmz.
Carga de superficie.
-
63
W = P/A.
W = 24k.l/1fi7.4cmL.
W = 17.29wf cmz.
Numero de espiras por fase : (Ne)
Ne = (1000xL)/(2s.4N + k){pi}
Ne = 1000 x 70.43m/ (25.4 x 0.5 + a.115)fuil = 797.46
Ne = 198 espiras.
Le: longitud de enrrollado
I-e= 2xEnxK/1000.
I-e:2x198x4.1L5 /1000
I-e = 1.629m..
El diámetro de la espira (D) es :
D= 72.7mm+2x4.115mm.
D = 20.93mm.
Peso de las resistencias : P(res).
P(res)= (g/m)xL
P(res) = 118.29/m x 10.431m.
P(res) = 72329
Para las tres fases :
Ps(res) = 3.698 g
Pg(res) = 3.7k9.
-
8.- DISEÑO MECANICO
S.L Recamara interior.
La cámara interior del horno, estará fabricada en lámina de acero inoxidable
3Mcalibre 20.
T.a lámina de acero inoxidable 3M conserva sus propiedade a la bmperatura
máxima del proceso (925'c) r pos€€ un llmite elástico de 27 kg/mm2 y
resistencia a la tracción de 57 kg/mmz.
8.2 Estrucfura del horno.
Establecidos los espesores de las láminas y aislantee podemos dimensionar la
estructura del horno.
Se utiliza perfil estructural o ángulo de 2 pul x 7a pul.
La estrucfura angular será unida con soldadura. Electrodos 6011 de7/8.
8.3 Cálculo de la estructura.
Se debe verificar que el ángulo seleccionado para soportar el peso del horno con
su máximacatga, sea el adecuado.
Peso total @t) : 250 kg + 120k9
Pt= 370 kg = 815.85 Lb.
-
65
Para la columna sometida a comPresión, se analiza,la carga crlüca.
8.3.1. Cálculo para carga crlüca.
pcr = (pi)z.EUfz.
E : modulo de elasticidad Para acero estrucfural.
E = 29 xlúLb/Pg!.
I: momento de inerria polar.
I= 6.1M cm4 x figa/ Q.il cm)4.
I= 0.747 Pg.
L : longitud de la columna.
L= 0.8m= 31.5puI.
Pcr : (pi)2 * 29 x 1ú Lb/ pu12 x 0Jl'47 PÉ/ (91'.5Pul )2.
Pcr = 79242.5 kg.
Observamos que la carga crftica es demasiado alta , la carga que se va a
soportar, es pequeña lo cual no afecta la estructua, tampoco la flecta.
8.3.2 Calculo deflexión en la base del horno.
En la parb inferior del horno llevara una base en lámina, que estará soportada
en un marco angular de 2 pul xYepul.
Las dimensiones de la base son:
Ancho: 2000mm -2x12.7.
Ancho = 7974.6r¡rn.
-
6
Largo: 1500mm -2x\2.7.
Largo = 7474.6mm.
Espesor = Vzpul= 72.7mm.
El peso que soporta esta lámina es el de la crirga máxima, es decir 500 kg. La
afectamos con un factor de seguridade 25%.
Tenemos una catga uniforme de 625 kg = 1375 Lb.
Se analizara como placa rectangular simplemente apoyada con carga
concentrada.
La deformación máxima será (P) :
P = k1,.PV/ EF: k1.P1.
0 A/Eta.
k1 : constante de carga.
b/a=2/1,.5= 1.3.
k1 = 0.45.
b : lado mayor de la placa.
a : lado menor de la placa.
E : modulo de elasticidad.
t: espesor de la placa.
Pm : peso máximo
p = 0.45 x1375Lb x77742pÍ12/ (30 x 106 Lb/prtJ2 x 0.5s pul3).
p - 0.99 pul.
Esta deforrnación de 0.99 pg no presenta problema alguno en el die€ño.
-
67
El esfuerzo máximo será :
S = kP/ t2.
k = 0.28
p 01375 Lb.
t = 0.5pul.
S = 0.28 x1375Lb / 0.9¿pul
S = 3928 Psi.
El esfuerzo de fluencia del material es aproximadamenb: 4ü)00 Psi.
Peso de la lámina de la base :
Volumen ( V ) : 0.5 pul x77.74 Pul x 58.05 pul.
Y = 2256.4 puP.
Peso = V x peso específico..
.P*o = 2256.4 puls x 0.128 kg/ pulu.
Peso = 288 kg.
I^a lámina deYz pul de espesor, la soldamos al marco de ángulo de 2pul xVt de
pulconsoldadura 6011 de1/8 depul.
8.33 Diseña del porüaresistencias.
El alojamiento del portarresistencias se une a la lámina de acero inoxidable por
medio de soldadura inoxidable 680 de 3/32de pul.
Para soportar los portaresistencias (a) se utizan tornillos deVqnc xVq de pul.de
acero inoxidables comerciales.
-
Figur^o.5
Corgo 1375 tb
Areo efectlvode [o ptoco
Medlods en metnos
Lo.mino coLd nolIeclr/ 4"
-
68
8.3.4 Diseño de la Puerta.
Se diseñara una puerta con acceso directo a la cámara del proceo con bisagras
tipo industrial, y cierre de volante roscado'
La puerta estará fabricada con los mismos materiales de las paredes del horno.
Peso de la puerta.
Se uülizaran los siguienbs materiales :
Dos ángulos de l ptl x7/8 de pul x 0.8m.
El peso por metro equivale a7-79 kg = ( total1.9O4 kg)
Láminas laterales de C. R. calibre 12 ( cantidad2).
Espesor 2.05mm.
peso especffico = 0.128 kg/ pttu = 7850 kg/mu.
Y = (2.05 x lGom x 0.29m x 1.6m)
v = 9.572x 10am3.
Peso= vx&
Peso = 9.572 x 10am3 x 7850 kg/mt.
Peso = 7.466kg.
Lamina interior en acero inoxidable calibre 14.
Espesor 1.62mm.
Peso = 7850 kg/ m3 x (0.64m2 x1'.39 x 103).
Peso = 6.48 kg.
Peso del material aislante fibra cerámica B-4.
E¿ = 1967 kg7m3.
-
Flguno 7
Vlsto toterol del horno
Puerto det horno
Medldos ennetros
UniY¡nid¡d Aolftom¡ dc &cil¡drsEcclof{ ElELloTEcA
-
70
w2= 1381Lb.
w1 0 5.66w2= 78.17 Lb.
w1 = 78.17 Lb para los tornillos superiores.
W2= 13.81 Lb para los tornillos inferiores.
Se hara el diseño para los tornillos que soportan 78.77 Lb (w1).
F= wVz
f = 39.08 Lb en cada tornillo.
Fi= 2.F1 xF(1-c).
F1 :2.0.
c : 0.3 , unión metal-metal.
Fi= 2x2x39.08(1-0.3)
fi = 109.4 Lb.
Ft= Fi+FLcF.
Ft= 109.4 Lb + 2x 0.3 x 39.08 Lb.
Ft = 132.87 Lb.
Se escoge acero SAE G-3.
Con SP = 80000 para d > Yzpul.
Con SP = 85000 para D < Yz de pul.
Fs : factor de seguridad.
Fs: L.7.
FtlAr = SP/Fs.
Ar = (pi) trz/lt= Fs x Ft/SP.
-
7l
Ar1 = 1,.7 x132.87 Lb/85000
Ar1 = 2.6574 x 103 pul2.
Ar2: 1..7 x732.87 Lb/80000
Ar2= 2.82x 103 pul2.
Tenemos :
d1 = [4 Att/ (pi)]+.
d1= 0.058 prl.
d2= Í4 Ar2/(pi)l#.
d2 = 0.059 pul.
Esto conlleva aun tamaño dos con un diámetro nominal de 2L8mm.
Sin embargo se utilizaran tornillos de diámehoVa de pul l.IF (rosca fina).
8.3.4.3 Aislante de la puerta.
El empaque de la puerta debe cumplir con algunos ne{ risilor '
A. Que no se deforme por la acción del cierre de la puerta.
B. Que sus componentes químicos no sean contaminantes.
C. No debe corroer la parb metálica en contacto
D. De fácil manejo y montaje.
E. Resistfu altas temperaturas.
Teniendo en cuenta estas caracterlsticas el material mas adecuado es el asbesto.
Comercialmenb se encuentra asbesto de 1 pul de espesor, el cual resiste
temperaturas entre 750 y 950"c.
-
Figuno. 9
Chopo de
puerto
-
72
8.3.4.4 Instalación del emPaque.
para fijar el empaque a la lamina de acero, utilizamos ángulos de {t de pul,
formando con ellos rtrra "lJ" donde alojaremos el empaque de 1 ptl. L^a parte
de los ángulos la adherimos al metal interior de la puerta.
8.3.4.5 Diseño de la chapa de la puerta.
La chapa sirve para garantizar el herrretismo de la puerta contra el horno.
Se debe utilizar un mecanismo que sea de fácil maniobrabilidad ; un brazo
pivoteado iujeto al horno ; una chapa ranurada, colocada en la puerta del
horno; una fuerca en el centro de un volanb. El brazo en el exhemo no
pivoteado, estará roscado.
-
9 SISTEMAS DE CONTROL
El manejo del proceso de soldadura en el horno, será de forrna automáüca,
básicamente con un tablero de control, en el cual ee encuentran todos los
intermptores, indicadores de temperatura, bmporizadores, los cuales me
indican el modo de operación en el horno.
Mediante el tablero podemos seleccionar la bm¡rcrafura que requieran las
piezas y la soldadura aplicada, el tiempo de calentamiento y el tiempo de unión
de las piez-as con el material de aporte.
9.1 Transdüctor o sensor de temperafura.
Se uülizará una telrrocupla üpo " I " la cual alcanza a registrar bmperaturas
del orden de 900"c.
T-a temocupla se colocará en una pared lateral del horno, registrando
temperafuras del aire caliente que circula.
Este registro de temperafura lo hace un termopar, el cual genera un voltaje de
acuerdo a la intensidad de la temperatura asignada, éste voltaje es transmiüdo
al controlaior.
-
74
Para el ter:mopar se utilizará alambre calibre 8. Esb alambre se probgerá por
un fubo de acero inoxidable diámetro Tqde pul. El fubo bndrá una rosca en un
extremo para unirlo con el cabezote de aluminio que contiene el brminal
cerámico que a su vez está unido con el controlador.
-
10.- MANUAL DE OPERACIONES
1. Asegurarse que el interior del horno, o sea la cámara de proceeo ge errcuentra
limpia y libre de sustancias combustibles.
2. Colocar las piezas con su respectiva soldadura dentro de la cámara.
3. Cerrar la puerta y el fubo de escape.
4. Seleccione el tiempo de proceso y la temperatura necesaria.
5. Encendido de calentamiento de las resistencias.
6. Observar el proceso de iniciación de evacuación de gas€s (automático ).
7. Esperar que se apague automáticamente el horno y dgar enfriar un poco las
piezas.
8. Al tener la cerüeza que está sin corrienb el horno, proceder a sacar las piezas.
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11.- MANTENIMIENTO DEL HORNO.
Después de cada proceso se debe limpiar la cámara y sac¿rr todos los desechos y
residuos que se encuentren
Obcerwar cuidadosamente las resisterrcias y los acceeorios de control.
Limpiar el fubo de escape del extractor.
Cambiar los ladrillos que estén en mal estado.
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12- CONTROL MEDIO AMBIENTE.
Al tratarse de un horno eléctrico, la contaminación es muy poca o casi nula.
Los gases que se producen en el proceso de soldadura son muy contaminantes y
pueden llegar a ser explosivos.
Para su evacuación se utilizará un ventilador extractor con un fubo de escape de
8m.
El horno debemos tenerlo en una zona industrial para mayor comodidad.
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13.- CONCTUSIONES.
L. La utilización de un horno para soldar e6 una necesidad cuando tenemos
piezas complicadas.
2. El horno debe ser eléctrico pÍrra el control de la temperafura.
3. Evitamos con éste proceso las soldaduras en medios abiertos, si conocemos
su alto nivel contaminante y tóxico.
4. Se puede llegar a la utilización de un solo operario para su operación
5. Con éste proceso se puede tener soldaduras de todo tipo de metales.
6. La economfa al trabajar con un horno para éste proceso se hace notar en los
resultados.
7. I.os costos de operación y mantenimiento son muy pocos
-
14.- BIBLIOGRTTFIA
1. soldadura indirecta de metales
NF. LASHKO"
S.V. LASHKO"
Editorial MIR, Moscú.
2. Pracüca de la soldadura autógena.
Francbe G.
Ediciones G. Gili s.a.
México, D.F.
3. La soldadura.
Seferfn D.
LJrmo, s.a. de ediciones.
Bilbao.
4. Manual del ingeniero mecánico de Marks
Lionel S. Marks.
Unión üpográfica Editorial Hispano A¡nericana
México.
5. Procesos de transferencia de calor
Kern Donald Q.l¡hdarl ffr;r ú¡ A¡d¡hb
$ccon Sn |oftcA
-
80
Editorial Continental
México.
6. Erecos S. A.
Catálogo de productos refractarios
Medellfr 1992.
Holman I.P.
Transferencia de calor
Continental Editores
México.
jennigs, Burgues H.
Ai¡e acondicionado y refrigeración.
Continentat S.A.
México.
Diseño en ingenierla mecánica.
Shigley, Joseptr, E.
MC gran Hill.
Mexico.
9.
-
15.- COSTO DEL PROYECTO
Sistema de aislamiento
Lamina Cold Rolled, calibre 18
Lamina acero inoxidable calibre 20
Fibra cerámica B 4
Lana mineral
Ladrillo refractario
Estructuras y ángulos
Perfil estructural ángulo 2 pul x Va pul
Soldadura OOff ae f7A
Bisagras de la puerta
Tornillos de sujecciín 7/l' NC x 3/e"
Tornillos de sujeción V{' NF x 1."
Sistema eléctrico.
Aisladores de resistencias
Cantidad
2
2
8.5m
16.5m
300
Valor unitario ($)
31000
43000
22500
18000
200
35m
1800
6500
470
610
22¡nl
10 kg
2
18
18
14 9m0
-
82
Resisbncias
Empaques de la puerta
Conexión eléctrica
Tablero de control
Terrno
-
16.- JUSTIFICACION DE Iá. INVERCION.
El horno se utilizara principalmente en la unión de piezas de bronce.
Inicialmente estas piez,as se soldan con un equipo oxi-acetileno.
Análisis estimaüvo por dla Cantidad Valor $
Piezas soldadas con llama 85 42000
Piezas soldadas enel horno 400 15000
En las piezas soldadas con llama debemos incluir el valor del equipo de
Soldadura : $ 118000 por cada 200 piezas terminadas
Análisis por mes (L8 dtus) Cantidad Valor $ Equipo $
Piezas soldadas con llama 1530 765000 9{f2700
Piezassoldadasenelhorno 6720 450000 0
Análisis anual.
Con equipo de soldadura 20072400
Soldadas en el horno 5400000.
-
t7. ANEToS
Ane¡os 1. Tlpos de sol.daduras blandas.Ane¡o 2. Tlpos de ventlladores.Ane¡o 3. Dlnensionaniento de roscas unlficadas.Ane¡o 4. Aleaclones y netsles conocldog.Anexo 5. Tenperaturas y propiedades de algunos @tales en el proceao
de soldadura.
-
Af,EIO
-
CnsToLlN 1927Alb Rcrlrt¡ncla tlecúnlce - Bafe Tempcrrture de Llge
DEtCRFrCflt{t i
Alcdón dc lolüünt blendá dcrthrada p"F l" r'rtón do melelqr dfcrcnbo' h*rvco de li'cófl
mw erhcño; "-l"i;;ectilrr,á ¿iü;ü. iñtüt-d" metebc BlrÉ''A'¡mrtb -
ffidt, Añúo - Cü€ y Alr-rmlnkr - il€td 8l¡nco'
REOUIERE FUNDENTE ALUTIN 5I
APTJGIIGK}IIEI:
o lln$n dc metalc! fftn'cot y qipdcot'r Enc¡nblCc ds eh¡nlnlo'. Uttqrr itaqogÉrr"r - Ar'¡mlnlo Cobru y
Ah.rnlrto lgtón'o Grlhr|l - racorcÜ - rncrrtrenag
,CARACTERtTFAS:
Tonoc¡atrra dc fu!¡6rlRcatrtcnCa eh bacdónRcrlüvlthtl
tEclttA Dg ¡PtrclcÉn:
2€0 -270'C22.ffi a 26.0(X) PSIO,Gi a O,1 CXrr, mrflm
l. Ltmpls lar epcrfrdcs oon apda-de un.decapontc apropiado2. Apncar s.*t-arrráiü t r"-g ryS. Cobcdaa plezas cn posidón detrtde';. ñteutr et fora" pra ótenq Yle n".T'e Redudore'i: G"tlttü y ctlircar bl cxtrcmo de la varif,e sobrc la pila'ó. ;ffiurígd" Y haccrla a bavás de le lmta'
l: t$ffiffi," ca*enrc pera drnúror b¡ rardrco dc d¡cepGf''l
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Motores trifásicos con rotolde jaulq, típo lLA3, zzo-26ov a l/y'}ov y
