Resumen de

Mecnica ElctricaIndustrial

Resumen de Materiales y Elctrica

de Abelleyra, Diego

Materiales.

Propiedades mecnicas: medida del comportamiento de los materiales bajo la accin de distintos tipos de esfuerzos.

Resistencia: capacidad de un material para soportar cargas sin que se produzca su rotura o deformacin.

Resiliencia: capacidad de un material para absorber un esfuerzo dinmico.Est dada por el trabajo consumido por la rotura de una probeta en el ensayo de impacto de

Charpy con respecto a la seccin en el lugar de la entalla. El ensayo consiste en romper de un solo golpe la probeta de forma y dimensiones conocidas, mediante un martillo pendular, y medir la energa absorbida por la misma en la rotura.

Eabs= m.g.(h1-h2)

Resiliencia= Eabs/S

Ductilidad: capacidad de un material a cambiar de forma y dimensiones por deformacin plstica sin sufrir rotura, la que depende tanto del material como tambin del estado tensional que se considere.

Dos metales que tienen igual resistencia pueden tener distinta capacidad para absorber sobrecargas:

En los grficos se pueden observar dos materiales con la misma resistencia pero, mientras A es frgil y tiene una pequea deformacin plstica, B es un material dctil y puede sufrir una deformacin plstica relativamente grande antes de la rotura.

Los metales de gran ductilidad rompen progresivamente a medida que la carga va incrementando mientras que los de pequea ductilidad rompen de repente cuando la carga alcanza un determinado valor.

La ductilidad se mide por el porcentaje de alargamiento que aparece en el material en la rotura. Si el porcentaje es menor al 5%, el material es frgil, si es mayor al 5% el material es dctil por lo cual puede resistir sobrecargas.

La ductilidad es importante porque mide la capacidad del material para ser trabajado en fro como en el plegado, estirado o pestaado.

Tenacidad: capacidad de un material para absorber energa en la zona plstica. Se puede considerar como una combinacin de resistencia y ductilidad. Un material tenaz es aquel que puede absorber grandes cantidades de energa sin que se produzca la rotura.

Los metales que presentan un mdulo de elasticidad elevado y una gran ductilidad son muy tenaces.

El mdulo de tenacidad se obtiene integrando el diagrama tensin- deformacin hasta la rotura. Se expresa por la cantidad absorbida por unidad de volumen del material (kg/cm3).

Fragilidad: capacidad de un material de destruirse sin deformacin residual (propiedad opuesta a la ductilidad).

Para determinarla se emplea el ensayo de Charpy.

Maleabilidad: capacidad de un material para ser deformado por aplicacin de fuerzas de compresin, ya sea lenta o por choque, en fro o en caliente, sin que se produzcan defectos, es decir, sin causar grietas o roturas.

Los materiales maleables pueden ser forjados, laminados o estampados.

Dureza: facilidad con que un cuerpo puede ser penetrado por otro ms duro cuando se lo somete a una carga determinada de acuerdo al mtodo elegido:

Mtodo Brinell: una bola de acero templado de 10 mm se opone contra la pieza del material a ser medido, mediante la aplicacin de una fuerza de 3000 kg. Se determina el rea de la huella y se calcula el rea de la superficie de contacto entre la bola y el material:

Cuanto ms duro es el material, ms pequea es la impronta (huella) y mayor ser el nmero Brinell.

HB . 35 = R = (kg/cm2)A medida que aumenta la temperatura de revenido, disminuye la dureza.

Mtodo Rockwell: la carga debe mantenerse aplicada durante 15 segundos en los materiales ferrosos y 30 segundos en los no ferrosos para que el material pueda fluir y adquirir una deformacin estable.

Rockwell B: empleado para determinar la dureza de materiales semiduros y blandos.Se emplea una bola de acero de 1/16 de dimetro. Una carga de 90 kg produce una

penetracin luego de haberse aplicado una precarga de 10 kg para asentar la bola sobre la pieza a medir.

Rockwell C: empleado para determinar la dureza de materiales duros.Se emplea un cono diamante de 120 extremo redondeado en 0,2 mm, con una

precarga de 10 kg y una carga de 140 kg.

Mtodo Shore: consiste en determinar el rebote que sufre una percusor (5- 7 g de acero duro y forma cilndrica terminada en una punta redondeada) al chocar contra la superficie del material que se ensaya, cuando se lo deja caer desde una altura determinada efectundose en el interior de un tubo de vidrio que cuenta con una escala que mide la magnitud del rebote.

La diferencia con respecto a los mtodos anteriores es que en este caso se trata de una determinacin dinmica.

Resistencia al desgaste.El desgaste es la prdida de dimensiones producidas por la abrasin o el limado de la

superficie de un material.

En general, los metales de elevada dureza son los que presentan menores prdidas por desgaste. Las superficies lisas se desgastan menos que las rugosas.

Maquinabilidad: facilidad con la que se puede mecanizar un material con herramientas de borde afilado.

Colabilidad: facilidad con que un metal lquido es capaz de llenar moldes intrincados.Si el material tiene poca fluidez es difcil verterlo y no llena todos los intersticios del

recipiente.

Soldabilidad: capacidad que tienen los materiales para unirse por medio del proceso de soldadura por los procedimientos habituales sin que aparezca fisuracin en fro.

Aceros.El acero es una aleacin de hierro y carbono con un contenido de este ltimo inferior a 1,76% en

peso, que puede contener adems otros elementos aleantes.

Acero al carbono: puede tener incorporado otros elementos de aleacin pero en una proporcin que no afecta mayormente las propiedades introducidas por el carbono.

Acero aleado: contiene elementos de aleacin que le confiere determinadas propiedades.

Elementos de aleacin.

Elementos beneficiosos: Manganeso (Mn). (0,25-1% en aceros al C). Se disuleve en la ferrita.

- Desoxidante (absorbe el oxgeno del metal fundido) y desulfurante (se combina con el azufre formando sulfuros no dainos: maquinabilidad y resistencia a la traccin).-Produce una estructura de grano fino: tenacidad y ductilidad.-En caliente es frgil.

10-14%Mn y 1-1,4%C: resistencia a la abrasin.>12%Mn: son austenticos y muy tenaces.

>18%Mn: no son magnetizables.

16-18%Mn y 10%Cr: resistencia a la corrosin.

Silicio (Si).-Desoxidante (reacciona con O2SiO2).- lmite elstico: ideal para la fabricacin de elsticos y resortes.-resistencia y fragilidad.-Mejora las propiedades magnticas.

Aluminio (Al).-Desoxidante (accin desoxidante ms enrgica que la del Mn y Si). Aceros desoxidados con Al son de grano fino.

-Forma partculas de Al2O3 (pequeas, duras y frgiles): dificulta el mecanizado y resulta muy abrasiva para el trabajo en fro (especialmente en laminacin y trafilado).

-Reacciona con N2: sensibilidad al envejecimiento.

Cromo (Cr).-Empleo en fabricacin de aceros inoxidables ( resistencia a la corrosin y oxidacin) y para realizar revestimientos metlicos.

- res. al calor, res. al desgaste, dureza y tenacidad (ya que tiene tendencia a afinar el grano).

-Gran formador de carburos: res. a la oxidacin.Aceros al Cr-Ni: levada resistencia, dureza y res. a la oxidacin.

En fundiones: dureza y res. al desgaste.

Magnesio (Mg).-Poderoso desulfurante (sobre todo en hierro fundido y en aceros de alto contenido de C).

Molibdeno (Mo).-Enrgico formador de carburos: mejora las propiedades de corte en los aceros rpidos.

- res. a la corrosin, templabilidad, res. a la alta temperatura y al creep.-Despus del C es el elemento que produce un mayor efecto endurecedor.

-Se opone al aumento del tamao del grano ( T. de crecimiento de grano).

Nquel (Ni).- res. a la oxidacin, res. a la corrosin, res. a la traccin, res. al choque, tenacidad.

Vanadio (V).-Favorece la formacin de estructuras de grano fino cuando el acero se calienta por encima de su T crtica para realizar su tratamiento trmico.

- tenacidad y resistencia.V+Cr: para fabricar resortes.

V+Mn: para fabricar planchas gruesas especiales.

Wolframio (W) o Tungsteno (Tg).-Empleo para fabricar herramientas de corte y como depsito soldado en partes sometidas a desgaste externo.

- res. al calor, res. al desgaste, dureza.

Titanio (Ti).-Se agrega en pequeas cantidades a aceros de alta resistencia y baja aleacin, para desoxidar y mejorar otras propiedades.

Elementos perjudiciales: Azufre (S). Sumamente perjudicial: se trata de eliminar.

-Forma FeS que funde a 985C: se encuentra lquido a la T de forja (1100C).

-Durante el proceso de forja aparecen fisuras o grietas.

-Si se agrega MnMnS (Pf= 1400C): a T de forja se encuentra plstico y se amolda a las necesidades.

Fsforo (P). una de las impurezas ms nocivas (siempre presente en aleaciones ferrosas).- fragilidad en fro.Probetas,

con P: rompen en forma frgil y con poca resiliencia.

sin P: rompen en forma dctil y con gran resiliencia.

Tratamientos trmicos.Objetivo: mejorar las propiedades y caractersticas de los aceros mediante su calentamiento a una temperatura adecuada durante un cierto tiempo, y posterior enfriamiento en condiciones convenientes. De esta forma se modifica la estructura microscpica de los aceros.

Un enfriamiento lento, al permitir a los tomos ocupar sus verdaderas posiciones de equilibrio, permitir el pleno desarrollo de la transformacin del metal o aleacin, pasando de la constitucin que tena a alta temperatura a la que es ms estable a baja temperatura.

Al aumentar la velocidad de enfriamiento, la transformacin hallar ms dificultades para desarrollarse y lo har solo parcialmente.

Estas transformaciones son reversibles con cierta histresis.

Recocido. Para ablandar el acero, regenerar su estructura o eliminar tensiones internas, mediante calentamientos a temperaturas adecuadas, seguido generalmente de enfriamientos lentos, normalmente dentro de hornos.

Recocido de austenizacin completa o de regeneracin. Para ablandar y regenerar estructuras, mediante el calentamiento hasta una temperatura ligeramente ms elevada a la crtica superior y luego, un enfriamiento muy lento.

Recocido subcrtico. Para eliminar las tensiones del material y aumentar su ductilidad, mediante el calentamiento por debajo de la temperatura crtica inferior sin tener tanta importancia la velocidad de enfriamiento.

Recocido de ablandamiento. Para ablandar el acero por un proceso rpido y econmico, pudindose obtener menores durezas, cantidad suficiente, en muchos casos, para mecanizar perfectamente los materiales. Mediante el calentamiento hasta la temperatura ms elevada posible pero inferior a la crtica y posterior enfriamiento al aire.

Recocido contra acritud. Mediante calentamiento a 550-650C y enfriamiento al aire, destruyndose, con dicho calentamiento, la cristalizacin alargada de la ferrita, apareciendo nuevos cristales polidricos ms dctiles que los primitivos que permiten estirar o laminar nuevamente el material sin dificultad.

Tiene por objeto aumentar la ductilidad de los aceros < 0,40%C.

Recocido globular. Para obtener en los aceros al carbono y en los de baja aleacin una estructura globular de baja dureza, mediante un calentamiento a temperaturas inferiores pero prximas a la crtica y posterior enfriamiento al aire.

Recocido globular de austenizacin incompleta. Para aceros al carbono o aleados > 0,50%C obtenindose la menor dureza posible y una estructura microscpica favorable, ablandndolos y mejorando la maquinabilidad, mediante un calentamiento prolongado a temperatura intermedia entre la crtica superior e inferior y luego, un enfriamiento lento.

Doble recocido. Para obtener muy bajas durezas mediante un recocido de regeneracin y posterior recocido subcrtico.

Temple. Mediante un calentamiento por encima pero prximo al punto crtico, permaneciendo a esa temperatura el tiempo preciso para alcanzar totalmente la constitucin estable a alta temperatura, y posterior enfriamiento rpido que impide la transformacin, reteniendo as, a la temperatura ambiente la estructura estable correspondiente a altas temperaturas.

Su objetivo es endurecer y aumentar la resistencia de los aceros.

Revenido. Se lleva a cabo sobre piezas previamente templadas para eliminar las tensiones y mejorar la tenacidad, disminuyendo la dureza y resistencia. Mediante un calentamiento por debajo del punto crtico inferior y posterior enfriamiento de velocidad intermedia entre el temple y el recocido.

Al proceso en el que se lleva a cabo el temple junto a un posterior revenido se lo denomina bonificado.

Normalizado. Mediante un calentamiento a temperatura ligeramente ms elevada que la crtica superior y posterior enfriamiento en aire tranquilo. Se emplea para el tratamiento de piezas que han sufrido trabajos en caliente, en fro, enfriamientos irregulares o sobrecalentamientos, y para destruir los efectos de un tratamiento anterior defectuoso. Se eliminan las tensiones internas y se uniformiza el tamao del grano.

Tratamientos trmicos de superficie o termoqumicos.

Objetivo: obtener una elevada dureza superficial, para soportar fuertes rozamientos, y una elevada tenacidad en el ncleo, para soportar altas acciones fragilizadoras.

Estos tratamientos se basan en la difusin, la que permite que un acero, en contacto con una determinada sustancia y en determinadas condiciones operativas, absorba superficialmente determinados elementos a fin de alcanzar la dureza superficial deseada.

Cementacin. Se aumenta la proporcin de C en la superficie de un acero mediante un proceso de difusin, partiendo de un acero de bajo contenido de C, ponindolo en contacto ntimo con sustancias muy ricas en l aumentando la concentracin en las capas externas de la pieza, siendo mayor la penetracin cuanto mayor sea la temperatura y el tiempo de la operacin.

La temperatura debe estar comprendida entre el lmite mximo que admite el acero sin quemarse y el mnimo que corresponda al punto crtico superior del acero, pero debe ser constantemente superior al punto crtico superior correspondiente al ncleo del acero ya que debe mantenerse todo el acero en estado de austenita.

La cantidad y distribucin del C absorbido por las piezas depende de la naturaleza del agente cementante, la composicin del acero, el tiempo de duracin del acero y la temperatura delproceso que, al aumentarla, aumenta el coeficiente de difusin, la solubilidad mxima del C en la austenita, y la velocidad de reaccin con la superficie del acero.

Segn el agente cementante empleado:

Cementacin slida. Comnmente la formulacin del compuesto cementante est integrado por 70% de carbn vegetal y 30% de activador como CaCO3 o BaCO3.

Cementacin lquida. Se realiza con un agente cementante lquido en baos de sales de diferentes composiciones a temperaturas entre 820 y 930C. Dichas sales se conocen como sales de cementacin, dividindose en sales activadas y no activadas.

Las sales no activadas se emplean para llevar a cabo el proceso de cianuracin, en baos de NaCN que produce una capa de alta concentracin en N y baja en C, y de muy poca profundidad y, dura por la formacin de nitruros (para aceros aleados con Al, Cr, V, Mo, Ti, W, Mn pero no Ni).

Las sales activadas se emplean para la cementacin lquida, que contiene NaCN y agentes activantes como CaCl2, CaF2, BaCl2, BaF2, etc, obteniendo capas mucho ms profundas en C, en igual tiempo y temperatura, y cuya dureza se debe a los carburos.

Cementacin gaseosa. Se pone el acero sobrecalentado en contacto con una atmsfera que contenga xido de carbono e hidrocarburos.

Las piezas cementadas deben ser sometidas a otros tratamientos posteriores con el fin de obtener las caractersticas deseadas:

Temple sencillo. Consiste en calentar ligeramente a la pieza por encima de la temperatura crtica de la capa cementada, y enfriar rpidamente en un medio adecuado(agua hasta un acero 1030 o aceite para acero mayor a 1030), obtenindose una capa cementada dura y resistente al desgaste. Ya que la temperatura empleada ser menor a la crtica del ncleo, este no templar y mantendr su ductilidad.

Temple doble. Consiste en dos temples: el primero a una temperatura por encima delpunto crtico superior del ncleo, y el segundo a la temperatura ms baja correspondiente a la capa cementada (por encima de la temperatura crtica superiorcorrespondiente a dicha capa), provocndose as un fuerte revenido en el ncleo. Se obtiene de esta forma una ptima combinacin de tenacidad y ductilidad en el ncleo.

Nitruracin. Consiste en calentar las piezas de acero templadas y revenidas a 500C con una corriente de NH3, el cual se introduce en la cmara de nitruracin, por lo que absorben N, formndose en la capa perifrica nitruros de gran dureza, superior a la de cualquier capa obtenida por otro procedimiento, quedando las piezas muy duras y sin necesidad de tratamientos posteriores.

Los nitruros de hierro no confieren dureza a la estructura de los aceros, de modo que el Fe y el acero al carbono no se endurecen por nitruracin. Pero si se nitrura un acero con elementos especiales, el N forma nitruros en la masa del acero con dichos elementos obtenindose una capa de gran dureza, por lo que los aceros para nitrurar tienen que ser aleados, generalmente con 2 a 3,5% de Al, Cr, V o Mo, como tambin de Ti, W y Mn.

El Ni no forma nitruros por lo que tambin perjudica la capa nitrurada al disminuir la cantidad de N absorbida.

Las principales aplicaciones del proceso de nitruracin son en piezas que necesitan una elevada resistencia al desgaste, a la ftiga o ambas a la vez. No es aplicable donde se necesitan resistencias a la abrasin o erosin, por su fcil rayado con pequeos.

Carbonitruracin. Consiste en el calentamiento de una aleacin ferrosa en una atmsfera gaseosa de un gas carbonoso o lquido carburante vaporizado y NH3, incorporndose simultneamente C y N a la aleacin.

Una de las ventajas es que el N absorbido durante el proceso, disminuye la velocidad crtica de enfriamiento del acero. Es decir, la templabilidad de la capa de un acero carbonitrurado es mucho mayor que la correspondiente al mismo acero cementado, lo cual permite la sustitucin de aceros de alta aleacin por aceros menos aleados, incluso por aceros al carbono.

Aceros inoxidables.Se trata de aceros muy resistentes a la oxidacin, corrosin, desgaste, ataque de determinados

cidos y lcalis.

A los que resisten a la oxidacin a elevadas temperaturas se los denomina aceros refractarios.

Cromo (Cr). Provee la inoxibilidad al acero por formacin de una pelcula superficial invisible y adherente de Cr2O3, pelcula pasivante.

Nquel (Ni). Mejora la resistencia a la corrosin en algunas soluciones, como tambin al calor.

Las aleaciones deben presentarse en alguna de las nicas posibles soluciones slidas y que son: austenita (Fe+C), martensita (Fe+C sobresaturado) y ferrita (Fe+C). Aceros inoxidables austenticos. Son aceros al Cr-Ni que pueden contener pequeas

adiciones de otros elementos y cuya composicin est equilibrada de manera de conservar a la temperatura ambiente su estructura austentica (debido al Ni), en la que hay determinados porcentajes de ferrita (lo cual los hace levemente magnticos). Presentan elevada resistencia a la corrosin y muy buena soldabilidad como tambin, muy buena maleabilidad y ductilidad. El tipo clsico es el de 18-8 (Cr-Ni).

AISI 304. Presenta muy buena resitencia a la corrosin intergranular a elevadas temperaturas y al ataque de cidos.

Se utiliza en la fabricacin de equipos para la industria qumica y petroqumica, industria lechera y refinera de maz, evaporadores, conductos para gases de combustin general.

AISI 316. Incorpora al Mo que mejora notablemente sus caractersticas anticorosivas a distintos agentes qumicos y a la oxidacin a muy altas temperaturas (900-1100C) manteniendo su resistencia mecnica.

Se utiliza mucho en la industria del papel, qumica, petroqumica y textil.

Aceros inoxidables martensticos. Son aceros magnticos y endurecibles por tratamiento trmico, que despus de templados son muy duros y poco dctiles, pero resistentes a la corrosin. Contienen 11,5-18%Cr y 0,1-1,2%C.

En el estado recocido presentan una estructura ferrtica, la cual se transforma en martenstica mediante el tratamiento trmico adecuado, con el consiguiente endurecimiento, mejoramiento de la resistencia mecnica (excelente) y a la corrosin(buena). Presentan baja soldabilidad.

En algunos casos se les aade otros elementos, tales como Si para gran resistencia a la oxidacin en caliente o Ni para conservar el carcter templante cuando el porcentaje de Cr es elevado.

AISI 403 y 410. Sus propiedades mecnicas son afectadas por el tratamiento trmico siendo templables al aire y al aceite. Se emplean fundamentalmente en la fabricacin de labes y toberas de turbina, elementos rotantes de bombas, internos de columnas de destilacin y equipos para la industria petroqumica.

AISI 420. Aceros con alto contenido de C que le confiere una muy alta resistencia a la abrasin. Es posible aumentar su dureza considerablemente mediante tratamiento. Presenta gran resistencia mecnica y ductilidad. Se utiliza para fabricar herramientas y utensillos cortantes.

Aceros inoxidables ferrticos. Contienen una cantidad superior de Cr(15-30%) que la de los martensticos, lo que mejora la resistencia a la corrosin en diversos medios, pero tienen menor resistencia a los choques mecnicos. Presentan buena soldabilidad.

Son ferromagnticos y mantienen su estructura ferrtica sin que sea afectada por el tratamiento trmico (no son endurecibles por tratamiento trmico, slo moderadamente por trabajo en fro).

Se tornan parcialmente austenticos a temperaturas por arriba a las del punto crtico superior y consecuentemente precipitan algo de martensita durante el enfriamiento.

AISI 405. Contiene un agregado de aluminio por lo que no es templable, de manera que resulta adecuado para la construccin de equipos soldados.

Presenta buena resistencia al ataque de atmsferas corrosivas y es relativamente fcil de mecanizar y conformar en fro.

Se usa para maquinaria para la industria alimenticia, envolventes de intercambiadores de calor y recipientes, etc.

AISI 430. Son muy resistentes a la corrosin y oxidacin a altas temperaturas, muy dctiles y fciles de conformar en fro y en caliente. Las regiones soldadas normalmente son frgiles y de menor resistencia a la corrosin por prdida de ductilidad.

Se usan generalmente para fabricar equipos para plantas de HNO3, utensillos de cocina, etc.

Fundiciones.Se tratan de aleaciones a base de Fe con diversos contenidos de Si y C, en las cuales este ltimo se

encuentra en concentracin superior a la que puede retener la austenita en disolucin slida desde la temperatura eutctica (>1,76%C).

Cuando las fundiciones contienen otros elementos qumicos, entre los que no cuentan el Si, Mn, P y S contenidos en las materias primas, se denominan fundiciones aleadas.

Fundicin gris: fundicin que contiene la mayor parte de su concentracin de C bajo la forma de lminas de grafito, estando el resto formando el eutectoide perlita, o cementita, dependiendo principalmente del C (2,7 3,6%) las propiedades mecnicas.

El grafito incrementa la resistencia al desgaste, la capacidad de amortiguamiento, la maquinabilidad, la colabilidad y, la resistencia a la corrosin y a los choques trmicos. Pero disminuye la dureza, la resistencia, el mdulo de elasticidad y la resistencia al choquemecnico.

La perlita, formada por lminas alternadas de ferrita y cementita, aumenta la resistencia.

La ferrita, situada generalmente en las proximidades de las lminas de grafito, se presenta si el contenido de Si es relativamente alto, si la velocidad de enfriamiento en el molde fue pequea o si la fundicin fue sometida al tratamiento de recocido.

La cementita es muy resistente al desgaste, dura y muy frgil, lo cual afecta a la maquinabilidad enormemente, por lo que debe evitarse su presencia.

La esteadita, eutctico ternario formado por Fe, cementita y FeP, aparece cuando hay una presencia superior al 0,15% de P en la fundicin. Aumenta la dureza y fragilidad, adems de la porosidad, disminuyendo la maquinabilidad por lo que debe evitarse. Sin embargo, se suelen usar dosificaciones de hasta un 0,8% ya que favorece la formacin de grafito y aumenta la fluidez de la fundicin. Adems, proporciona resistencia a la corrosin y oxidacin.

La austenita y martensita pueden aparecer en las fundiciones aleadas o tratadas trmicamente.

El Si (1 2,5% mayormente) produce la descomposicin de la cementita, libre o bajo la forma de perlita, en ferrita y grafito. Disminuye la solubilidad del C en el Fe, aumentando la resistencia y dureza de la ferrita. Si supera el 3%, retrocede su accin grafitadora. En concentraciones de alrededor del 6% se emplea para proporcionar resistencia al calor y a la corrosin y entre 13 a 17% para aportar excelente resistencia a la corrosin de cidos pero en ambos casos el material resultante es duro y frgil.

El Mn neutraliza los efectos perjudiciales del S, haciendo exceder su concentracin, normalmente en un 0,3 a 0,4% del calculado tericamente, formando MnS. El exceso que no reacciona con S forma un carburo doble de Fe y Mn, disolvindose una pequea cantidad en la ferrita y aumentando, por lo tanto, la resistencia y la dureza de la misma.

De existir ausencia de Mn, el S estabiliza a la cementita con formacin de fundiciones blancas.

Fundicin blanca: fundicin que contiene la mayor parte del C en forma de cementita. La concentracin del C se encuentra entre 2,5 a 3,5% y el Si, hasta un 0,8%, el resto de los componentes se hallan en concentraciones similares a las de las fundiciones grises.

La presencia de la cementita libre es la causa de que presenten fractura blanca y sean duras y no dctiles. Adems presentan alta resistencia al desgaste y a la abracin, baja maquinabilidad. Prcticamente no existe C libre ya que el resto se encuentra como perlita.

Se las obtiene por dos mtodos:

Por moldeo de la aleacin, de composicin adecuada, en moldes metlicos. La velocidad de enfriamiento es tan rpida que evita cualquier posibilidad de grafitizacin, por lo que todo el C existir en forma combinada.

Por una correcta velocidad de enfriamiento, cuando se parte de una fundicin gris. Se emplea una composicin qumica que corresponda a una fundicin gris en condiciones normales de solidificacin y, por variacin en la velocidad de enfriamiento, se la convierte en blanca.

Un tipo intermedio de esta clase de material, se logra si al molde de arena normal se le coloca un enfriadero metlico en las partes que se quieren endurecer. La parte que est en contacto con el molde metlico, por su elevada velocidad de enfriamiento, con respecto al enfriamiento en el molde de arena, formar cementita y perlita, es decir, una fundicin blanca. La parte en contacto con el molde de arena, formar grafito y perlita, es decir, fundicin gris. La zona intermedia ser, por solidificar a velocidades intermedias entre los extremos sealados, cementita, grafito y perlita.

Al material obtenido por este procedimiento se lo conoce como fundicin atruchada. Presenta gran dureza y resistencia al desgaste en la zona enfriada en coquilla, y gran resistencia a la compresin y alta tenacidad, por presentar un ncleo de fundicin gris.

Fundicin maleable: su nombre no se debe a que se las fabrica para cumplir con dicho tratamiento mecnico, sino a que reemplaza eficazmente a piezas que deberan ser fabricadas por forjado o estampado de acero moldeado de muy elevado costo.

Se parte de una fundicin blanca, calentndola a una temperatura de alrededor de 900C, descomponindose la cementita y formndose grafto.

La mayor parte del carbono se encuentra en forma combinada de cementita. La fundicin maleable es dura, frgil y de baja maquinabilidad. Presenta buena resistencia mecnica y apreciable ductilidad y maleabilidad.

Existen dos tipos:

Fundicin europea. Se parte de una fundicin blanca con el mnimo posible de C y dosificaciones de Si en funcin de la pieza a obtener, empaquetndose en cajas cerradas con determinadas materias oxidantes, Fe2O3, realizndose un adecuado ciclo de recocido. Normalmente se calienta a 900-1000C por 72 hs, enfrindose luego lentamente hasta 600C, y dejando posteriormente las cajas al aire.

Se produce la oxidacin de la cementita a travs del CO2 formado en la reaccin de oxidacin, producindose en piezas de pequeas secciones una estructura totalmente ferrtica.

Para espesores mayores a 6 mm, la oxidacin no llega al ncleo de la pieza, resultando dos zonas diferentes: la perifrica formada por ferrita y la interior formada por ferrita y perlita.

Fundicin americana (existen dos tipos).

Fundicin maleable americana ferrtica. Se la obtiene por un recocido de grafitizacin de una fundicin blanca.

El tratamiento trmico se debe realizar en dos etapas: la primera a temperaturas del orden de los 900C, donde se descompone la cementita en grafito de recocido, mientras que en la segunda fase a unos 750C, el C que no se combina con la ferrita para formar perlita tambin se convierte en grafito.

Con enfriamiento muy lento, se tendr la transformacin de la austenita en ferrita, la cual rechaza al C que no puede disolverse, depositndose este sobre el grafito ya existente.

Los ciclos estn directamente relacionados a la temperatura, tiempo, composicin qumica, tamao de la seccin de las piezas, etc.

Fundicin maleable americana perltica.En este caso, se debe emplear la primera fase del recocido, similar a la maleable

ferrtica. El segundo paso del ciclo se realiza con mayores velocidades de enfriamiento para obtener estructuras perlticas o martensticas.

Este material, con un revenido posterior a los efectos de regular la dureza final, se utiliza cuando se requiere mayor resistencia y dureza que las ferrticas.

Fundicin nodular. Tiene caractersticas similares a la maleable, pero no necesita el ciclo trmico de transformacin. La nodulacin se logra con el agregado de Ce y Mg, o una combinacin de ambos, directamente en la cuchara de colada.

El contenido generalmente es de 3-4%C, 1,8-2,8%Si, 0,15-0,9%Mn, 0,1%P, 0,3%S y 0,01-0,1%Mg. Sus buenas caractersticas se deben a la presencia del C libre en forma de ndulos.

En estos casos y en aquellos que se desee aumentar la tenacidad, resistencia al choque y maquinabilidad es necesario someter a las piezas a un recocido de ferritizacin.

Fundiciones aleadas. Fundiciones que contienen ciertos elementos en cantidades tales que produzcan una modificacin significativa sobre la estructura o propiedades de la fundicin.

Cromo. Es un poderoso estabilizante, formando en las fundiciones Cr3C2 mucho ms estable que la cementita. De acuerdo a su concentracin, no solo aumenta las propiedades mecnicas (0,1-1%Cr), sino que tambin eleva enormemente su resistencia a la corrosin con la temperatura (hasta un 35%Cr)

En las fundiciones grises, evita la excesiva grafitizacin cuando se las somete a tratamientos trmicos.

Nquel. Es un elemento grafitizador y no forma carburos. Retarda la formacin de la austenita, estabilizando la perlita. Proporciona homogeneidad estructural a toda la masa, afinando el grano y el tamao de las lminas de grafito (0,1-1%Ni). Cuando su concentracin vara dentro de ciertos lmites, aumenta la resistencia, maquinabilidad y dureza.

Normalmente acta combinado en forma de Ni-Cr, Ni-Cr-Mo, Ni-Mo, etc.

Molibdeno. Es el elemento ms empleado para aumentar la resistencia de las fundiciones grises (0,25-1,25%Mo). Tampoco forma grandes masas de carburos por lo que tiene buena maquinabilidad frente a otras similares. Produce un pronunciado efecto sobre la transformacin austentica por lo que sonsumamente aptas para soportar tratamientos trmicos.

Vanadio. Es el ms enrgico formador de carburos y, principalmente, estabiliza la austenita y limita la grafitizacin. Se emplea en 0,1-0,25% y, normalmente, acompaado de Ni, Cr, Mo, etc.

Tratamientos trmicos de las fundiciones.

Recocido contra tensiones. Consiste en un recocido subcrtico, con el objetivo de lograr la estabilidad dimensional de la pieza en condiciones normales de servicio. Se procede a calentar la pieza a una temperatura comnmente, segn el tipo de fundicin, entre 450 y 600 C y luego enfriar lentamente en horno a 290 C, dejando finalmente enfriar la pieza al aire.

Recocido. Se utiliza a los efectos de aumentar la maquinabilidad de las piezas y consiste en calentar a temperaturas tales que provoquen modificaciones estructurales, a efectos de disminuir el C combinado en C grantico, producindose as una disminucin de la resistencia y de la dureza.

Temple y revenido. Se emplea con el fin de incrementar su dureza y resistencia al desgaste. Consiste en calentar a una temperatura superior a la crtica durante un tiempo que asegure la total homogeneizacin de toda la masa, enfriando posteriormente en agua, aceite u otro lquido refrigerante apropiado.

Metales no ferrosos.

Aluminio (Al).-= aprox. 1/3 Fe.Cond. elct: relativamente buena (Fe

-Puede soldarse fcilmente.

Cupronqueles (Cu + 1-30%Ni). Alpaca (50-70%Cu + 5-30% Ni + 5-40%Zn).

Plomo (Pb).-Inalterable al aire seco. En aire hmedo forma una delgada capa protectora de carbonato bsico de plomo.

-Atacado por agua destilada o de lluvia; no por agua potable (tiene sales: sulfatos o carbonatos que forman capa protectora de PbSO4 y PbCO3); no por H2SO4(d)PbSO4: se lo emplea en cmaras de fabricacin de H2SO4.

-Sometido a su propio peso: se deforma lenta e indefinidamente.

-No se endurece por deformacin plstica ( T recristalizacin

Materiales no metlicos.Para producir sintticamente altos polmeros a partir de materiales simples existen, bsicamente,

tres procedimientos:

Polimerizacin por adicin. Una molcula de bajo peso molecular que contiene un doble enlace, denominada monmero, se activa, dando lugar a valencias libres que posteriormente se unen unas a otras similares edificndose una molcula de gran tamao.

Polimerizacin por condensacin. En este caso, por ejemplo, grupos cidos reaccionan con grupos hidroxilos, dando lugar a una unin ster y a la eliminacin de agua.

Polimerizacin por agrupamiento. Por ejemplo, la preparacin de poliuretanos por interaccin de dioles con di-isocianatos.

Clasificacin de los plsticos.

Termoplsticos.Los materiales poseen propiedades plsticas y pueden ablandarse con calor y endurecer por

enfriamiento adoptando la forma que lo contienen y conservando sus propiedades intrnsecas.

Polietileno: por polimerizacin del etileno. La hoja es permeable a ciertos vapores o gases, como el CO2 y O2, e impermeable a vapores de agua, lo que lo hace ideal para embalaje de alimentos; altsima resiliencia; excelente poder dielctrico.

Poliestireno: por polimerizacin del estireno. Es atacado por las cetonas, ter, esteres, carburos aromticos, hidrocarburos clorados, dioxanos, piridina, cidos fuertes, cido actico, agua de cloro o de bromo, esencias; resistencia a los cidos dbiles, bases, alcoholes grasos, aceites, grasas, ceras, etc.

Policloruro de vinilo (o cloruro de polivinilo: PVC): derivado del alcohol vinlico. Su estabilidad al calor y la luz es muy pequea; se suelda con facilidad, con pistola y varilla, y tambin por alta frecuencia; se disuelve, en general, con las cetonas y algunos steres, entre otros; resistencia a la mayora de los aceites minerales, excepto gasolina; estable a cidos y lcalis; se ablanda con agua caliente.

Polipropileno: a partir de propileno. Gran resistencia a los agentes qumicos; resistencia a la accin de los cidos, lcalis, soluciones salinas, disolventes orgnicos a temperatura ordinaria; absorcin extremadamente baja de los aceites vegetales y minerales.

Poliamida. Ej: Nylon. Excelentes propiedades dielctricas; alta resistencia mecnica, trmica y qumica; en fro puede ser estirado hasta 7 veces su longitud.

Poliuretanos: por reaccin entre poliisocianatos y compuestos polihidroxlicos o poliamnicos. Resistencia a las bases dbiles, alcoholes, esteres, hidrocarburos clorados, esencias, benceno y aceites; atacados por cidos dbiles y concentrados, bases concentradas y cetonas.

Termoestables.

Resina fenlica: resinas de condensacin de fenol y formaldehdo. Qumicamente inerte; resistente a las altas temperaturas; opaco a los rayos X; buenas propiedades de mecanizacin; gran resistencia mecnica; resistente a los cidos y lcalis dbiles y a los disolventes ordinarios.

Resina ureica: por condensacin de urea y formaldehdo. Atacada por cidos y bases fuertes; resistencia a la mayora de los disolventes ordinarios.

Resinas melamnicas: por condensacin de melamina y formaldehdo. Resistencia a las altas temperaturas; estable a la luz y al calor; gran facilidad de coloracin y transparencia; buena resistencia qumica frente a los cidos y bases dbiles, y a los disolventes orgnicos ordinarios.

Resinas de polister:copolmeros de polisteres no saturados. Se utilizan fundamentalmente reforzados con fibra de vidrio. Qumicamente muy inerte; gran poder de absorcin y amortiguamiento de vibraciones sonoras; gran resistencia dielctrica y excelente resistencia a la humedad.

Resinas epoxi: polmeros de condensacin. Resistencia a la humedad, agentes atmosfricos, cidos minerales y orgnicos, sal alcoholes, etc.

Siliconas: polmeros organo-silsicos, en los que el Si viene a sustituir al carbono de los compuestos orgnicos. Productos de elevada polimerizacin, incombustibles, de carcter hidrfogo extremadamente elevado, resistentes a los agentes qumicos y atmosfricos; excelentes propiedades elctricas. Pueden ser termoestables o termoplsticos, lquidos o slidos.

Corrosin.La corrosin es el deterioro de los materiales por el medio que los circunda.

Prdidas directas: Costos de reposicin de estructuras y mquinas corrodas o sus partes componentes, en

los que se incluye la mano de obra necesaria.

Costo de repintado peridico de estructuras. Costo de adquisicin y mantenimiento de tuberas con proteccin catdica.

Prdidas indirectas: varias veces ms costosas que las directas. Interrupcin de la produccin. Prdidas y/o contaminacin del producto. Prdidas de rendimiento. Sobrediseo (sobredimensionamiento de espesor por corrosin).

Clasificacin de la corrosin.

Naturaleza del corroyente: hmeda (por presencia de un lquido o humedad) o seca (en presencia de gases a altas temperaturas).

Mecanismo de la corrosin: reacciones electroqumicas o directamente qumicas. Apariencia del metal corroido: uniforme (el metal se corroe a la misma velocidad en toda su

superficie) o localizada (son afectadas pequeas reas de su superficie).

Corrosin general o uniforme: aquella que se produce con el adelgazamiento uniforme producto de la prdida regular del metal superficial.

Atmosfrica. Es la que produce mayor cantidad de daos y mayor prdida de material.

Galvnica: tiene lugar cuando metales distintos (con distinto par redox) se unen elctricamente en presencia de un electrolito. Puede ser uniforme o localizado dependiendo de las condiciones.

Altas temperaturas: algunos metales expuestos a gases oxidantes en condiciones de muy alta temperatura, pueden reaccionar directamente con ellos sin la presencia de un electrolito.

Corrosin localizada: la prdida del metal se produce en reas discretas o localizadas. Corrosin por fisuras, grietas o hendiduras: se produce en pequeas cavidades formadas

por el contacto entre dos piezas de igual o diferente metal, o con un elemento no metlico. En las fisuras de ambos metales se deposita la solucin que facilita la corrosin del metal.

Corrosin por picadura: se produce en zonas de baja corrosin generalizada y la reaccin andica produce unas pequeas picaduras en el cuerpo afectado.

Corrosin intergranular: consecuencia de bordes de granos muy reactivos de la estructura granular de los metales.

Corrosin bajo tensin: cuando un material est sometido al mismo tiempo a la corrosin y a esfuerzos que provocan tensiones dentro de l, puede fallar de dos maneras:

Corrosin acelerada por tensin: disminucin de la resistencia a la corrosin del metal o aleacin y produccin de una corrosin generalizada.

Corrosin bajo tensin: origen de una fractura frgil del metal.

Corrosin o dao por hidrgeno: deterioro mecnico de un metal causado por la presencia o interaccin con hidrgeno.

Corrosin bajo erosin: produce un aumento de la velocidad de deterioro o ataque de un metal a causa del movimiento relativo de un fluido corrosivo y la superficie del metal.

Velocidad de corrosin:Tiempo

Longitud

T

L

TLL

MM

tA

W

tiempo

espesorCorrosin

23

W: prdida de peso

: densidad del metalA: rea de la superficie expuesta

t: tiempo de exposicin

Cubiertas protectoras.

Galvanizado. Consiste en limpiar bien el metal y sumergir la pieza en Zn fundido a uan temperatura aproximada de 500 C. El Zn es menos noble que el acero por lo que se corroe, entonces el acero catdico se protege.

Estaado. Consiste en la limpieza de la superficie y la inmersin en un bao de Sn fundido. En este caso el Fe es andico: no se usa para evitar la corrosin se usa para evitar contaminacin, como en latas de conserva.

Vidriado. Es atacado por HF y por lcalis calientes, tiene dos problemas importantes: fragilidad y choques trmicos que podran producirse, quebrando el vidrio. El acero vidriado es una especie de enlozado y rene dos propiedades importantes: la resistencia a la corrosin debido al vidrio y la resistencia mecnica debida al acero.

Ensayos de materiales.

Ensayos destructivos: Traccin. Consiste en someter una probeta de forma y dimensiones normalizadas a

un esfuerzo de traccin en la direccin de su eje hasta romperla.

En las probetas se hacen dos marcas entre las cuales se mide la longitud que se denomina calibrada, la cual puede dividirse en partes iguales para medir deformaciones a lo largo de la probeta.

Cuando la probeta se somete al esfuerzo de traccin sufre un alargamiento. La relacin entre la tensin unitaria y dicho alargamiento con respecto a la longitud primitiva, permanece sensiblemente constante para un determinado material y se denomina mdulo de Young o de elasticidad:

E= (P/S)/(l/l)= P/(S.)Si se sigue aplicando tensiones crecientes a la probeta, llega un momento en que el

alargamiento deja de ser proporcional a la carga aplicada. Hay un punto a partir del cual se producen alargamientos mayores con incremento de cargas ms pequeos.

Ensayos no destructivos: Ultrasonido. Mtodo que permite la deteccin de discontinuidades dentro del

material.

Se trata de un equipo que transmite ondas de alta frecuencia en el material a ensayar. La reflexin de sonido es causada por las discontinuidades en el material y las reflexiones son amplificadas en un oscilgrafo (tubos de rayos catdicos) de tal forma que indican la diferencia de tiempo entre el impulso de emisin y el reflejado al ser reflejadas en forma de seales (ecos).

La distancia entre el impulso de emisin y el eco de fondo corresponde al espesor de la pieza verificada, y la distancia entre el impulso de emisin y el eco intermedio (el que procede de cualquier punto situado entre la superficie y la pared posterior del objeto) determina la posicin del defecto o parte no homognea.

Este mtodo presenta gran velocidad de prueba y alta sensibilidad, aparte de alto poder de penetracin y buena resolucin.

Radiografa industrial. Consiste en detectar las discontinuidades que existen en un material por medio de rayos X o , registrndose sus imgenes en una placa sensible a las radiaciones. Las discontinuidades se pueden localizar, medir y evaluar, ya que se obtiene una imagen visual del interior del material.

Se puede aplicar a diferentes tipos de materiales y a un amplio rango de espesores, con lo que se pueden descubrir los errores de fabricacin tambin, ayudando a establecer las acciones correctivas. Pero la pieza a inspeccionar debe tener acceso al menos por los dos lados.

Partculas magnetizables. Este mtodo consiste en la magnetizacin del rea a examinarse y luego la aplicacin sobre la superficie de un elemento para permitir la inspeccin consistente en partculas magnetizables. Las partculas son retenidas en las fisuras y otras discontinuidades de la superficie debido a la dispersin del campo magntico.

Se trata de una inspeccin relativamente rpida y econmica con un equipo relativamente simple, con el cual se pueden detectar fallas superficiales y

subsuperficiales (hasta aprox. 6 mm de profundidad). Pero la rugosidad superficial puede distorsionar el campo magntico.

Lquidos penetrantes. Este mtodo permite la deteccin de discontinuidades que aparecen en la superficie de materiales no porosos, ferrosos y no ferrosos, se pueden ensayar una variedad de materiales, simple y econmicamente.

Primero se aplica un lquido penetrante en la superficie a examinar y se permite que el mismo penetre en las discontinuidades. Se elimina el exceso de penetrante, se seca la superficie donde se ha aplicado el penetrante y se aplica un revelador, el cual se humedece con el penetrante atrapado en las discontinuidades de manera que las mismas se localizan y se evalan fcilmente.

Pero solo detecta fallas abiertas a la superficie.

Diagramas de flujo.

Diagrama de bloques (Block flowsheets).

Se trata de un bosquejo con rectngulos (bloques) para representar procesos individuales o conjuntos de operaciones y se indican los flujos msicos y otras propiedades pertinentes de las corrientes claves entre los bloques. Tiene como propsito orientar al proyectista o como un sumario de los balances de materia de un proceso.

Diagrama de procesos ( Process flowsheet). PDF.

Incorpora los balances de materia y energa involucrados y el desarrollo de los principales equipos de la planta.

Diagrama de caeras e instrumentos ( Piping and instruments flowsheet). P & I.

Muestra los detalles de ingeniera y la disposicin de todos los equipos y caeras de proceso, todas las vlvulas y accesorios que son parte del sistema de caeras, todas las bombas y todos los instrumentos y lazos de control.

En el caso de procesos sencillos tambin se pueden incluir las lneas de servicios auxiliares, pero en los procesos complejos se hace necesario desarrollar las lneas de servicios auxiliares en diagramas separados, no obstante se deben indicar las conexiones de los mismos en el diagrama mecnico.

Diagrama de servicios auxiliares.

Este es un diagrama P & I para servicios auxiliares individuales tales como: vapor, agua para enfriamiento, aire comprimido, combustibles, refrigerantes, etc.

Las conexiones de las corrientes de servicios auxiliares se indican en el diagrama mecnico y sus caractersticas y cantidades usualmente aparecen en el diagrama de proceso.

Cao y tubo.

El cao es el que se emplea en las condiciones de fluidos y sus conexiones, vinculan a los distintos equipos dentro de una planta, formando de esa manera el circuito hidrulico que se denomina caera (piping) o tubera (tubing).

El tubo es el que forma parte de equipos tales como: intercambiadores de calor, calderas, hornos de calentamiento e instalaciones trmicas en general.

Procesos de fabricacin de caos y tubos.

Caos sin costura.

Tienen la ventaja de que las inclusiones (burbujas de aire) que tenga el acero se ven reducidas a su mnima expresin por extrusin o compresin, o sea, tienen poca porosidad.

Brindan mayor confiabilidad operativa, ello hace que sean los nicos que se pueden usar en las instalaciones con condiciones operativas severas (elevadas temperaturas y presiones).

Son ms caros que los caos con costura.

Caos con costura.

Se pueden obtener dimetros ms grandes que en los caos sin costura y, por lo general, el cao con costura tiene mayor uniformidad en el espesor debido a que se parte de un fleje laminado.

Seleccin de materiales.

La seleccin del material de caeras para bajas presiones y servicios no corrosivos a temperaturas moderadas prcticamente no presenta problemas.

Caos metlicos ferrosos.

De todos los materiales metlicos disponibles, los aceros son los ms usados, debido a sus buenas propiedades mecnicas, facilidad para ser maquinado y soldado, y puede soportar sobrecargas no consideradas en el diseo.

Caos de acero al carbono.

Tienen un costo relativamente bajo.

El acero al carbono es el material de uso general para tuberas que conducen agua dulce, vapor condensado, aire comprimido, gases y otros fluidos poco corrosivos y con temperatura desde -30C a cualquier presin.

Caos de aceros aleados.

Los casos en que se justifica el empleo de estos materiales son: altas temperaturas ( temperaturas mayores al lmite de uso para los aceros al carbono), bajas temperaturas ( temperaturas menores a -30C, debido a que los aceros al carbono se vuelven quebradizos), corrosin y necesidad de no-contaminacin.

Caos de aceros inoxidables.

Caos de hierro fundido y forjado.

El hierros fundido (fundicin) se emplea en conducciones de agua, gas, servicios de baja presin y donde no ocurren grandes esfuerzos mecnicos.

Casi siempre son galvanizados. Tienen baja resistencia mecnica y aceptable resistencia a la corrosin.

Caos metlicos no ferrosos.

Con respecto a los ferrosos, son generalmente ms caros, ms resistentes a la corrosin y con menos resistencia mecnica. Se los utiliza slo cuando las condiciones de servicio lo requieren.

Cobre y sus aleaciones: tienen buena resistencia a la oxidacin, a la atmsfera y al agua. Se lo emplea ampliamente en tubos para usos trmicos como intercambiadores de calor.

No debe emplearse para productos alimenticios ni farmacuticos debido a que los residuos de corrosin pueden contaminar los productos.

Aluminio y sus aleaciones: se los usa para tubos de usos trmicos como intercambiadores con agua salada.

Nquel y sus aleaciones: buena resistencia a la corrosin y buenas propiedades mecnicas.

Caos no metlicos.

Vidrio.

Fibrocemento.

Concreto.

Hormign.

Termoplsticos.

Existe en la actualidad una combinacin de materiales ferrosos revestidos con termoplsticos.

Especificacin de una tubera.

Para especificar las dimensiones de una tubera se debe indicar el Nominal Pipe Size (NPS), n sin dimensiones que indica el tamao estndar cuando es seguido por el n especfico del tamao de la caera, y el Schedule (Sch), que especifica el espesor nominal de la pared de la tubera.

El Do queda fijado por el NPS y el Di depender del espesor de pared especificado por el Sch.

La norma ANSI define al Schedule (Sch) como el valor aproximado correspondiente a la siguiente frmula:

S

PSch 1000

Es costumbre adoptar como mnimo un Sch 40 para caos de acero al carbono y un Sch 5 o 10 para acero inoxidable, pues con ello se cubren todos los requerimientos de servicio de las industrias de procesos qumicos.

En el Sistema Mtrico de Unidades, para especificar una tubera la International Standards Organization (ISO) desarroll el Dimetro Nominal (DN) el cual es un n sin dimensiones e indica el tamao estndar cuando es seguido por el n especfico del tamao de la tubera.

Diseo por presin.

El cdigo ASME B 31 regula los diseos de tuberas sometidas a presin.

Para 6

Dt

Para dimetro externo:

CYPES

DPt omn

)(2

Para dimetro interno:

)1(2)2(

YPES

CDPt imn

tmn: espesor mnimo del cao

P: presin interna

Do: dimetro externo del cao

Di: dimetro interno del cao

S: tensin admisible del material

C: sobreespesor por corrosin, erosin, etc

Y: coeficiente de dimensionamiento que vara con el material y la temperatura

E: factor de eficiencia de junta soldada longitudinalmente

Vlvulas.

Vlvula esclusa (o de compuerta).

Deben usarse slo como vlvulas de paso o bloqueo y no para regular el flujo. Completamente abiertas la prdida de presin que producen es muy baja, pero cuando se encuentran parcialmente abiertas la prdida de presin es muy elevada y una velocidad de flujo alta provoca erosin en la compuerta y en los anillos del asiento.

Son de cierre lento.

Vlvula macho (o de tapn).

ste tipo de vlvulas se usa generalmente para el mismo tipo de servicio de flujo total que la vlvulas esclusa, pero son de cierre rpido.

sta vlvula no est diseada para la regulacin de flujo, no obstante, en algunas aplicaciones se las usa como tal, por ejemplo, flujo de gas.

El diseo cuidadoso de los contornos interiores de la vlvula produce muy poca turbulencia dentro de ella, por lo tanto la cada de presin es baja.

Pueden ser lubricadas o no. El lubricante facilita el manejo manual de vlvulas grandes pero puede causar la contaminacin en productos de alta pureza; adems, fija la temperatura mxima de servicio.

Vlvula esfrica (o de bola).

Bsicamente son vlvulas macho modificadas. Tambin son de cierre rpido, no requieren lubricacin, producen un cierre hermtico con baja torsin y su cada de presin es funcin del tamao del orificio. Son compactas, por ello se las utiliza en espacios reducidos, adems son ms livianas que las de compuerta.

Vlvula globo.

El flujo a travs de ellas sigue una trayectoria cambiante, aumentando la resistencia al paso y provocando por lo tanto una considerable cada de presin. Pueden trabajar en cualquier posicin de cierre por lo que son vlvulas de control por excelencia; adems brindan un buen cierre hermtico.

Vlvula tipo aguja.

El disco en este tipo de vlvula es reemplazado por una pieza cnica (aguja), permitiendo de esta manera un control ms preciso del caudal. Son generalmente usadas en servicios con instrumentos con altas presiones y/o temperaturas.

Vlvula mariposa.

Se usan, en general, en caeras de gran dimetro. No producen un cierre hermtico.

Bsicamente consisten en un cuerpo cilndrico con un disco rotatorio que gira alrededor de un eje instalado en forma perpendicular a la caera.

Se usan a menudo para el control de flujos de gas y vapor.

Vlvula a diafragma.

Son muy usadas para fluidos corrosivos, txicos pastosos, etc., y son excelentes para lquidos con slidos en suspensin pues permiten un rpido drenaje de la caera. El cierre se hace por medio de un diafragma flexible que se ajusta sobre un asiento o vertedero por la accin de un vstago que acta sobre un tapn compresor; el mecanismo mvil que controla el diafragma no est en contacto con el fluido.

Generalmente encuentra aplicacin en servicios on-off.

Su uso est limitado por: la presin de servicio, hasta 3,5 kg/cm3, y la temperatura de los fluidos, hasta 90C. para operar con fluidos corrosivos se las forra habitualmente con materiales resistentes.

Vlvula de retencin.

Se utilizan para prevenir el retroceso del fluido en las lneas de proceso. Son de operacin automtica, ya que se cierran por diferencia de presiones ejercidas por el propio fluido circulante.

Vlvula de alivio de presin.

Se utilizan para controlar presiones elevadas y preservar las instalaciones de sobrepresiones ( columnas de destilacin, tanques de presin, etc.), abrindose automticamente cuando se alcanza la presin a la cual la vlvula fue ajustada ( presin de apertura). Se cierra automticamente cuando la presin cae por debajo de la presin de apertura.

Mtodos de unin de caeras, accesorios y vlvulas.

Uniones roscadas.

Son de bajo costo y de fcil ejecucin, pero su uso est limitado a caeras de hasta 4. Se usa generalmente en instalaciones domiciliarias de gas y agua o en servicios secundarios en instalaciones industriales (aire, agua, etc.) debido a la posibilidad de prdidas y a la poca resistencia mecnica que presentan. Son fcilmente desmontables.

Se usa tefln o camo con pasta sellante en las roscas.

Uniones soldadas.

Presentan buena resistencia mecnica, perfecta estanqueidad y poco mantenimiento aunque tambin presentan dificultad para el montaje y necesidad de mano de ora especializada.

Soldaduras a tope.

Es el mtodo ms usado para la unin de caeras de dimetros mayores a 3.

Soldaduras de zcalo.

Los accesorios de acero forjado son, generalmente, unidos por soldadura por zcalo con tamaos de 0,5 a 2 aunque tambin en algunos casos puede llegar a 4.

Uniones bridadas.

Este tipo de unin est compuesta por dos bridas, bulones, tuercas y junta de cierre.

Se usa para la unin de caos de dimetros mayores a 2 en los casos en que no se puede usar soldadura; unin de caos con dimetros mayores a 4 que se desee que sean desmontables, siempre que las condiciones operativas lo permitan; unin de caos con vlvulas, accesorios y equipos, cuando estos vengan con bridas integrales.

Color de los caos y su significado (producto)

Verde: agua fra.

Verde con franjas naranjas: agua caliente.

Naranja: vapor de agua.

Amarillo: combustibles (lquidos y gases).

Amarillo con franjas naranjas: venteo de gas.

Azul: aire comprimido.

Azul con franjas naranjas: venteo de aire.

Negro: electricidad.

Castao: vaco.

Rojo: elementos para la lucha contra el fuego (sistemas de rociado, bocas de incendio, ignfugos, etc).

Gris: productos inofensivos.

Gris con franjas naranjas: productos peligrosos.

de Abelleyra, Diego

Fabricacin de recipientes.

El cuerpo envolvente.

Los recipientes y depsitos que se usan en las plantas de procesos qumicos, por lo general son de forma cilndrica. Para ello se emplean lminas metlicas, a las cuales se las cilndrica mediante sistemas de rodillos dobladores.

Las fuerzas para flexionar la lmina se aplican a travs del rodillo superior y el dimetro del cilindro se controla mediante las distancias que se tengan entre los rodillos superior e inferior. Antes de proceder al rolado, se cortan los extremos de la placa de una longitud tal que permita construirse el cilndro de acuerdo al radio deseado.

Soldadura.

La soldadura es el mtodo usado para la unin de las partes de los recipientes.

La soldadura de arco es la ms utilizada en la construccin de recipientes. El arco se produce entre el electrodo metlico y el metal de la base. El calor producido causa la fusin del electrodo y parte del metal de la base que est prximo al arco. Las varillas de soldadura (electrodo) vienen cubiertas con un fundente que, al calentarse, produce un gas inerte alrededor del arco y deposita una cubierta protectora sobre el cordn de soldadura protegindolo contra la corrosin. Para cordones circunferenciales, el soplete permanece fijo y el cilindro tiene movimiento. Para cordones longitudinales se sigue el procedimiento contrario.

Generalmente se requiere de la aplicacin de varios cordones superpuestos de soldadura. Despus de haber aplicado el primer cordn de soldadura, la superficie de ste deber limpiarse y examinarse cuidadosamente antes de proceder a la aplicacin del segundo cordn que va superpuesto, para estar seguro de que tenga buena penetracin, hay que evitar grietas e inclusiones de escorias que puedan debilitar la unin.

Lminas o chapas de la envolvente.

Se prefiere el uso de lminas grandes para posteriormente cortarlas, ya que estas son de mejor calidad, las cuales se pueden conseguir en una gran variedad de espesores estndares.

Cabezales.

El recipiente esfrico es el ms adecuado para resistir altas presiones, pero su uso no resulta apropiado en procesos comunes.

El recipiente cilndrico le sigue en cuanto a su mejor diseo. Los cabezales de estos recipientes pueden ser planos, elipsoidales (cncavo elptico), cncavos hemisfricos o cnicos.

El cabezal plano es el ms econmico, pero se lo emplea solamente para recipientes pequeos o en recipientes sujetos a bajas presiones. Se pueden soldar a los recipientes o instalarse como bridas ciegas.

Los cabezales que no son planos se pueden construir troquelados o repujados aplicando una fuerza a una placa que tenga rotacin, hasta darle la forma deseada.

Por lo general, las necesidades del proceso industrial indican el tipo de cabezal que debe emplearse.

El espesor necesario para resistir una dada presin incrementa y el costo de fabricacin disminuye en el orden: hemisfrico, elipsoide y cnica.

Se construye una gran variedad de cabezales no estndar de uso muy comn, lo cual implica la construccin de matrices adicionales para la formacin del cabezal con lo que se incrementa el costo de los mismos.

Conexiones o toberas.

Todos los recipientes de proceso tienen conexiones para la entrada y salida de las corrientes de proceso y auxiliares, para su inspeccin necesitan agujeros hombre. Las conexiones se pueden fabricar con tubos de acero forjado o fundido, o algn material apropiado que est aceptado en los cdigos. Pueden ser soldadas o roscadas al recipiente aunque, por lo general, los cdigos no aceptan stas ltimas.

La envolvente del recipiente se debilita al taladrar los agujeros para la instalacin de las conexiones, por lo tanto se deber reforzar la envolvente en las vecindades de la conexin.

Interiores del recipiente.

Los recipientes empleados en los procesos tienen en su interior muchos dispositivos, los cuales son necesarios para llevar a cabo las transformaciones fsicas y qumicas de las sustancias que se encuentran o pasan por su interior. Por lo general los fabricantes de recipientes no fabrican los interiores de los mismos ya que muchos de stos son de diseos especiales y requieren una tcnica especial.

Accesorios externos.

Se necesita de ciertos accesorios exteriores que deben ir fijos a los recipientes (ngulos para soportar la aislacin, mnsulas para soportar plataformas y escaleras, orejas para levantar el recipiente..), los cuales son suministrados por el fabricante del recipiente y se sueldan a ste antes del despacho.

Alivio de esfuerzos.

Alrededor de los cordones de soldadura se producen esfuerzos residuales que debilitan al recipiente en dichos puntos. En estos casos y en todos los que se requiera de la mxima seguridad, debern aliviarse los esfuerzos para eliminar los esfuerzos residuales. Los cdigos API-ASME y ASME especifican eficiencias de junta altas para las juntas que tienen alivio.

El alivio de esfuerzos consiste en un tratamiento trmico (recocido) para eliminar los esfuerzos residuales. La operacin vara dependiendo de los materiales.

Los talleres bien equipados que se dedican a la fabricacin de recipientes disponen de grandes hornos, calentados elctricamente o por gas, que permiten hacer el tratamiento trmico a recipientes de cualquier tamao que deben ser despachados en una sola pieza. Para recipientes grandes que deben ser soldados en la obra, el alivio de esfuerzos se pueden hacer empleando hornos porttiles.

Radiografiado.

Cuando se desea tener la mxima seguridad en la construccin de un recipiente se deber hacer un radiografiado (rayos X) sobre las soldaduras con el fin de detectar efectos. Es recomendable hacer el radiografiado en los cordones de soldadura longitudinal y circunferencial de todas las juntas de los recipientes que van a ser sometidos a servicios medianos y severos.

Fabricacin en el taller y en la obra.

En el taller se dispone de mejores condiciones para trabajar y con equipos ms adecuados. Sin embargo, los recipientes de dimetros muy grandes se deben construir en la obra, pues uno de los inconvenientes es su transporte.

Inspeccin de los recipientes.

Los cdigos de recipientes establecen que stos deben ser inspeccionados por inspectores ya sean del estado, municipales o de las compaas de seguros, para certificar que se han cumplido con los cdigos. Durante la construccin del recipiente el cliente debe revisar cada una de las fases de la construccin.

Los recipientes deben ser probados hidrostticamente con una presin mnima de 1,3*Pmx de trabajo (presin de diseo).

Diseo de recipientes de proceso. ASME BPVC.

Cuerpo cilndrico:

tR=f(D*, S, E, P, C)

Padm=f(S, E, ts, D*)

(*) Di o Do, depende si es para diam. interno o externo.

Cabezal torisfrico:

tR=f(P, Li, M, S, E, C)

Padm=f(S, E, ts, L*, M)

M=f(Li, r)

(*) Li o Lo, depende si es para diam. interno o externo.

P: presin interna

S: tensin admisible del material

E: factor de eficiencia de junta

C: sobreespesor por corrosin

Conductores.

j: densidad de corrienteS: seccinI: intensidad

El circuito R-L-C.

El factor de potencia se define como el cociente de la relacin de la potencia activa entre la potencia aparente. Es un trmino utilizado para describir la cantidad de energa elctrica que se ha convertido en trabajo.El valor ideal del factor de potencia es 1, esto indica que toda la energa consumida por los aparatos

ha sido transformada en trabajo. Por el contrario, un factor de potencia menor a la unidad significa un mayor consumo de energa necesaria para producir un trabajo til.La potencia activa P (o efectiva o real) es la que

en el proceso de transformacin de la energa elctrica se aprovecha como trabajo. La potencia reactiva Q es la encargada de generar el campo magntico que requieren para su funcionamiento los equipos inductivos como los

motores y transformadores. La potencia aparente S es la suma geomtrica de las potencias activa y reactiva.

Problemas por bajo f.d.p: Mayor consumo de corriente. Aumento de las prdidas e incremento de las cadas de tensin en los conductores. Sobrecarga de transformadores, generadores y lneas de distribucin. Incremento de la facturacin elctrica por mayor consumo de corriente.

La forma de mejorar el f.d.p. es instalar condensadores en paralelo con la carga inductiva a compensar. La forma de compensar puede ser: Compensacin individual. Los condensadores se conectan directamente a los bornes de

cada una de las cargas y junto con ellos se conectan a un aparato de maniobra comn. Compensacin por grupos. El equipamiento de compensacin se asigna a un grupo de cargas,

ya sean motores o bien lmparas fluorescentes que se conectan a la red en conjunto por medio de un contador o interruptor automtico.Los condensadores se instalan en tableros de distribucin secundarios o Centros de Motores (CCM).

Compensacin centralizada. Los condensadores se instalan en el tablero general de baja tensin de la instalacin elctrica. Por lo general, se emplean unidades automticas de regulacin de energa reactiva, las que se conectan directamente a un cuadro o tablero principal o secundario de distribucin.

Sistema trifsico.

Un sistema trifsico es un conjunto de tres tensiones senoidales conectadas adecuadamente.Si las tres tensiones tienen el mismo mdulo y estn desfasadas entre s un ngulo de 120,se dice que el sistema es equilibrado en tensiones.

Motores asincrnicos

Motor trifsico

Definicin: El motor asincrnico a induccin es un mecanismo al cual ingresa energa elctrica bajo la forma de un conjunto trifsico, que se convierte en energa mecnica bajo la forma de un movimiento giratorio de velocidad ligeramente dependiente de la carga aplicada en el eje. Se compone de estator y de rotor.

Funcionamiento: Se conecta al estator un sistema trifsico. Como los valores instantneos de las corrientes varan con el tiempo, la direccin del B generado tambin vara. Esto provoca en el rotor un cambio permanente de flujo magntico induciendo una f.e.m., circulacin de corriente, y la aparicin de una cupla que provoca el giro del rotor. La velocidad del rotor (Nr) es siempre menor a la velocidad sincrnica (Ns).

Aspectos constructivos:

Estator: Est formado por una corona de chapas magnticas (de hierro de bajo contenido en Si) aisladas entre s. Poseen ranuras en donde se alojan los 3 devanados que son iguales y estn desfasados 120 elctricos entre s. Sus terminales estn conectadas a las placas de bornes.

Rotor: Est formado por un cilindro de chapas magnticas aisladas entre s y con ranuras donde se aloja el devanado rotrico. El rotor tipo jaula est compuesto por una serie de barras de metal conductor (Cu o Al), unidas por dos anillos frontales. El eje se encuentra dentro de la jaula. El rotor bobinado posee un devanado trifsico (3 bobinas) construido con el mismo nmero de polos que el estator y conectado en Y a 3 anillos colectores (no est en c.c. como el de jaula). En el rotor se puede acoplar un ventilador para disipar calor.

Carcasa: Suelen estar hechas de fundicin de acero o de inyeccin a presin de metales ligeros. Dentro de ellas se encuentran el estator y el rotor.

Placa de bornes: Es el lugar donde estn los terminales del circuito interno. stos se pueden conectar en Y o en segn la U que admiten los devanados. Permutando 2 conductores cualesquiera, se cambia el sentido de giro del rotor.

Tipos de funcionamiento:

En vaco: Se puede lograr Nr = Ns, por lo que s=0. Adems Iv = 0,3*IN. A plena carga: Funcionamiento nominal Nr < Ns. s recomendado menor o igual a 5%. Con rotor bloqueado o en arranque: Nr =0, s=1.

Velocidad sincrnica: velocidad que tiene el campo magntico giratorio del estator.

ps

ps P

HzfrpmN

P

fN

)(*60)(:sincrnicaVel.

Si Nr=Ns, no se genera una f.e.m: no circula corriente, por lo que no hay cupla y entonces, no hay movimiento.

S% entre 2 y 5%

Pp: pares de polos

Nr: veloc. del rotor

f1: f. estatrica

f2: f. rotrica

Placa de caractersticas: todos los datos son los valores nominales.

Datos constructivos de control y fabricacin. Datos tcnicos: Potencia a plena carga: pot. que es capaz de suministrar en rg. de funcionamiento continuo

sin que se recaliente. Tensin para la cual fue construido. Frecuencia de la red de alimentacin. Intensidad que absorbe a plena carga. Velocidad a plena carga (Nr). Factor de potencia. Grado de proteccin.

Conexiones.

Generalmente el estator se conecta en conexin Y. Se puede conectar en pero es menos frecuente (se usa en especiales cond. de arranque).

Siempre el voltaje mayor corresponde a la conexin en Y.

Par motor (o momento de rotacin): momento de fuerza que ejerce un motor sobre el eje de transmisin de potencia.

Se crea debido a la interaccin del campo magntico giratorio del estator con las corrientes generadas.

Curva caracterstica: representa el par motor en funcin de la velocidad de giro (Nr).

arrYarr MuMu *31

Para comprobar los procesos de arranque y de frenado, y para seleccionar la velocidad del motor a utilizar, se necesita conocer la curva del par resistente de la mquina accionada (par de carga), en funcin de la velocidad de rotacin.

La cupla motora debe ser mayor a la cupla resistente a medida que aumenta Nr hasta que ambas se igualan al alcanzar el rgimen permanente (rgimen de carga constante).

Mtodos de arranque.

En el momento del arranque, el motor presenta para la red una impedancia muy baja y la corriente que toma en esas condiciones es bastante elevada. Esta corriente puede perturbar a la red de alimentacin, o al mismo motor, o ambas cosas. Por lo tanto, es necesario limitar la corriente de arranque de estos motores (se debe tener en cuenta la corriente que va a tomar de la real y la cupla que aplicar al mecanismo impulsado):

Arranque directo. Se emplea en motores de poca potencia. En general, la corriente inicial en el momento de arranque es alta, alcanzando valores entre 5 y 10 veces el valor de la corriente nominal del motor.El estator se conecta directamente a la red y la operacin se realiza con un contactor o llave

termomagntica que, adems, contiene elementos de proteccin.

Arranque estrella tringulo. Consiste en poner al bobinado estatrico del motor, primero en conexin estrella y una vez que alcanz la velocidad de equilibrio dinmico, se lo conmuta a conexin tringulo. Este sistema no se puede utilizar en los casos en que el motor arrastra mecanismos que presentan altos valores de cupla resistente al ponerse en marcha ya que a pesar de lograrse una apreciable reduccin de la corriente inicial, la cupla se ve muy disminuida.

Arranque con autotransformador. Consiste en efectuar la conexin del motor por medio de un autotransformador trifsico.

Arranque con resistencia en el rotor. En este caso un contactor permite conectar el bobinado del estator a la red de alimentacin. Las tres fases del rotor, a travs de los anillos rozantes, se unen a 3 resistores de arranque conectados en conexin estrella.

Control de velocidad.

Control por variacin de resistencia rotrica.

Control por variacin de tensin aplicada. Este mtodo requiere un sistema auxiliar de regulacin de tensin, lo que se puede lograr mediante el empleo de rectificadores depotencia controlados.

Control por variacin de frecuencia y tensin.

Control por variacin del nmero de polos.

Motor monofsico

Su campo de aplicacin est en los accionamientos que requieran pequeas potencias y siempre que no sea menester alguna condicin particular de cupla o velocidad.

Se trata de un circuito magntico muy simple y un rotor del tipo jaula. El estator se alimenta con una sola tensin por lo que no es posible generar un campo magntico giratorio, se consigue solo un campo alternativo (puede ser descompuesto en dos rotantes de sentido contrario o, inversanmente, dos campos rotantes iguales y de sentido opuesto que sumados, constituyes un campo alternativo). El arrollamiento del estator engendra dos conjuntos de polos ficticios que giran en sentido inverso a la velocidad angular.

Mtodos de puesta en marcha.

Los motores asincrnicos monofsicos a induccin no tienen cupla propia de arranque: en el arranque los dos pares son iguales pero de sentido contrario. Es menester entonces dotarlos de algn artificio que los saque del reposo: cuando se ayuda a girar el rotor en un sentido, aparecer inmediatamente un par que si es superior al par resistente pondr en funcionamiento la mquina.

Mtodo de fase partida: arranque por medio de bobina auxiliar en cortocircuito. Se emplea un arrollamiento auxiliar, colocado en el estator con un desplazamiento adecuado respecto al principal, con efecto de producir en el arranque una especie de campo giratorio bifsico.

Mtodo de espira de sombra (para motores muy pequeos). Se utiliza un estator con polos salientes. Cada polo saliente se divide en dos partes, y en una de ellas se coloca una bobinaconductora que lo abraza. Por esas bobinas, cuando el flujo que pasa por ella vara, aparecern importantes corrientes que crearn otros tantos campos magnticos, debilitando el flujo quelos crearon oponindose a ellos: se consigue debilitar el campos magntico en los polos sombreados cuando el campo est creciendo y aguantar la magnitud del campo cuando est disminuyendo.Se tienen dos campos magnticos pulsantes que estn desplazados 45 como mucho, pero su efecto conjunto es la creacin de un dbil campo giratorio que posibilite el arranque del motor.

Para ambos motores:

Datos tcnicos: Pt a plena carga, U de trabajo, f, I a plana carga, N, f.d.p., grado de proteccin.

Grados de proteccin IP de las envolventesContra ingreso de objetos slidos Contra ingreso de agua0: Ninguna. 0: Ninguna.1: < 50 mm. 1: Cada vertical.2: < 12,5 mm. 2: Cada de gotas inclinadas.3: < 2,5 mm. 3: Contra el rociado de agua.4: < 1 mm. 4: Contra proyeccin de agua en todas

direcciones.5: Contra todo contacto. 5: Contra chorros de agua en todas direcciones.6: Contra ingreso de polvo. 6: Contra inundaciones pasajeras.

7: Contra inmersin total8: Contra inmersin total permanente.

Nota: A mayor proteccin, mayor calentamiento del motor.

Transformadores.

Transformador monofsico.

Definicin: Es un aparato esttico de induccin, destinado a transformar un sistema primario de corriente alterna, en otro de intensidad y tensin diferente. Permite elevar o disminuir las tensiones alternas a voluntad. Posee alto rendimiento.

Funcionamiento: El bobinado por donde ingresa la energa (primario), est conectado a una red de corriente alterna. La corriente que circula por la primer bobina genera un flujo magntico en el otro bobinado (secundario), induciendo una f.e.m. de igual frecuencia y proporcional al nmero de espiras del secundario segn la ley de Faraday-Lenz. Se supone f.e.m. (E) igual a la tensin (U). Si U1 > U2 el transformador es reductor y, si U2 > U1, entonces es elevador. La relacin de tensiones depende de la cantidad de espiras de los bobinados. La potencia del mismo se expresa en VA (potencia aparente). Se le dice potencia nominal a la potencia aparente que puede entregar indefinidamente el secundario.

Aspectos constructivos:

Bobinas: Se colocan las dos en la misma columna. Estn impregnadas con un aislante. En general, la de menor U se coloca en la parte interior (ms cercana a ala columna).

Ncleo: Se construyen de chapas de hierro al Si aisladas entre s para disminuir los efectos de las corrientes parsitas.

Cuba o tanque: Es el lugar donde se coloca el refrigerante. Las ms comunes poseen aletas. En sta se encuentra el ncleo y los bobinados sumergidos.

Lquido refrigerante: Es aceite mineral o alguna silicona.

Tanque de expansin: Para evitar que aumenta la presin por aumento de T en la cuba, se coloca este tanque de aproximadamente 8% de V de la cuba. Se coloca ms arriba y tiene un medidor de nivel y una vlvula deshidratante.

Rel (de Buchholz): Si se produce una chispa o arco elctrico cierra y saca al transformador de servicio y activa la alarma.

Aisladores pasantes: Conectan los bobinados con el exterior.

Vlvula de seguridad: Si se incendia el refrigerante, se abre y lo deja salir.

Placa de identificacin: Informa la potencia til, el tipo de conexin, las tensiones, la intensidad, etc.

Transformador ideal: no contempla las prdidas de potencia.

Rendimiento de un transformador real:

S

Determinacin del rendimiento: Se utiliza el ensayo a vaco y el ensayo en corto circuito.

Ensayo de vaco: Con este se determinan las prdidas en el hierro.

Se conecta el devanado primario a la red y se deja abierto el secundario. Se instala un voltmetro (U1) que mide la tensin de la red aplicada al primario, y otro voltmetro (U2) que mide la f.e.m. E2 inducida en el secundario. Adems, se intercala un ampermetro (A), el cual indica la corriente de vaco I, y un vatmetro (W), el cual indica la potencia de vaco Pv, ambos en el circuito primario.

cos**1 IUPv

21 * IRPCu

Como la corriente I es muy pequea, se considera que las perdidas en los conductores de cobre son despreciables. Entonces:

vFe PP

Ensayo de corto circuito: Con este ensayo se determinan las prdidas en el cobre.

Se cortocircuita el secundario mediante un ampermetro A2 y se alimenta el primario a travs de una tensin alterna regulable. En el primario se conecta un ampermetro A1, un voltmetro U1 y un vatmetro W.Se comienza el ensayo aplicando cero voltios en el primario, y se va subiendo poco a poco

la tensin hasta alcanzar el valor de corriente igual a la intensidad nominal primariacorrespondiente al transformador a ensayar.Cuando el ampermetro A1 indica la intensidad nominal primaria I1N, el ampermetro A2

indicar la intensidad nominal secundaria I2N.

Al circular corriente por el primario y por el secundario, se producirn prdidas de potencia en las resistencias, las cuales se transforman en calor.

222

211 ** NNCu IRIRP

Al someter al transformador a una tensin muy baja el flujo magntico con que trabaja el transformador tambin es muy bajo, por lo que las prdidas en el hierro se pueden considerar despreciables. Entonces:

CCCu PP

Transformador trifsico.

Un sistema trifsico se puede transformar empleando 3 transformadores monofsicos. Los circuitos magnticos son completamente independientes, sin que se produzca reaccin o interferencia alguna entre los flujos respectivos.

Otra posibilidad es la de utilizar un solo transformador trifsico compuesto de un nico ncleo magntico en el que se han dispuesto tres columnas sobre las que sitan los arrollamientos primario y secundario de cada una de las fases, constituyendo esto un transformador trifsico. En un transformador trifsico cada columna est formada por un transformador monofsico.

Prdidas.

Prdidas elctricas: las producen las corrientes elctricas y se manifiestan en forma de calor.Es la potencia elctrica que se transforma en calor por efecto Joule.

Prdidas magnticas: agrupan a las prdidas por histresis Ph y las prdidas por corrientes parsitas Pp

Prdidas mecnicas: se producen en mquinas rotantes. Rozamiento en los cojinetes donde se apoyan los ejes; Rozamiento de las escobillas con el colector o con anillos rozantes; Rozamiento de partes mviles contra el aire; Potencia absorbida por los sistemas de ventilacin o enfriamiento.

Prdidas adicionales: son de diverso origen y se producen en el hierro, en el cobre (del estator y rotor). Por ejemplo, las producidas por efecto pelicular en el cobre y por la saturacin magntica en el hierro.

Proteccin de una mquina elctrica.

Proteccin frente a la penetracin de cuerpos slidos extraos. Proteccin frente a entrada de agua.

Clase de servicio en maquinas rotativas.

S1 - Servicio continuo: la mquina trabaja a carga constante, de modo que alcanza la temperatura de rgimen permanente.

S2 - Servicio temporal o de corta duracin: la mquina trabaja en rgimen de carga constante un tiempo breve, no se llega a alcanzar una temperatura estable. Permanece entonces parada hasta alcanzar de nuevo la temperatura ambiente.

S3 - Servicio intermitente: consiste en una serie continua de ciclos iguales, compuestos por periodos de carga constante, seguidos de periodos de reposo sin que se alcance nunca una temperatura constante.

Protecciones.

Protector de picos de alta y baja tensin.El protector debe conectarse a un toma de corriente y cuando el valor de la tensin se aleja

del rango de proteccin, se interrumpe rpidamente el suministro de corriente a ese toma: ste instrumento sensa una vez por segundo la tensin de la lnea, si sta se encuentra encima de un 10% o por debajo de un 15% de la tensin nominal, el dispositivo abre un contacto de salida. Al normalizarse la tensin, el contacto vuelve a su posicin de cerrado con un retardo de 30 seg.

Detector de gas envasado.Brinda proteccin a los bienes muebles e inmuebles, a travs de una deteccin preventiva

eficaz: son elementos que permanecen continuamente en estado de alerta chequeando la atmsfera en la que estn insertos y alertndonos cuando se produce una situacin de peligro. A travs de un rel encapsulado con contacto seco, es posible comandar una alarma o una electrovlvula que corte el suministro de gas.

Interruptor termomagntico.Es un aparato utilizado para la proteccin de los circuitos elctricos, contra cortocircuitos y

sobrecargas, en sustitucin de los fusibles. Tienen la ventaja frente a los fusibles de que no hay que reponerlos. Cuando desconectan el circuito debido a una sobrecarga o un cortocircuito, se rearman de nuevo y siguen funcionando.Su funcionamiento se basa en un elemento

trmico, formado por una lmina bimetlica que se deforma al pasar por la misma una corriente durante cierto tiempo, para cuyas magnitudes est dimensionado (sobrecarga) y un elemento magntico, formado por una bobina cuyo ncleo atrae un elemento que abre el circuito al pasar por dicha bobina una corriente de valor definido (cortocircuito).

Interruptor Diferencial.Es un interruptor que tiene la capacidad de detectar la diferencia entre la corriente de entrada

y salida en un circuito. Cuando esta diferencia supera un valor determinado (sensibilidad), para el que est calibrado (30 mA, 300 mA..), el dispositivo abre el circuito, interrumpiendo el paso de la corriente a la instalacin que protege.Cuando las corrientes de entrada IF y salida IN no son iguales, los flujos FF y FN creados por

ambas corrientes en el ncleo toroidal dejan de ser iguales y el flujo diferencial FF - FN crea una corriente i que activa el electroimn que a su vez posibilita la apertura de los contactos del interruptor.Los interruptores diferenciales, protegen la vida de las personas contra contactos elctricos

accidentales, asimismo protegen contra los riesgos de incendio, detectando pequeas fugas de corriente de defecto. Es decir, abren el circuito cuando surge una descarga a tierra.

Contacto directo: se produce cuando una persona se pone en contacto involuntario o accidentalmente con un conductor, instalacin, elemento elctrico, mquina, enchufe, portalmparas, etc, bajo tensin.

Contacto indirecto: se produce cuando una persona se pone en contacto con masas puestas accidentalmente bajo tensin.

El peligro depende del valor de la corriente y del tiempo de aplicacin. La electricidad afecta al corazn y msculos (no se puede respirar).

Instalacin de puesta a tierra: deriva a tierra en forma segura, las corrientes de falla a tierra, evitando diferencias de potencial peligrosas.

Tensin de defecto: tensin que aparece a causa de un defecto de aislamiento, entre dos masas, entre una masa y un elemento conductor, o entre una masa y tierra.

Tensin de contacto: diferencia de potencial que durante un efecto puede resultar aplicada entre la mano y el pie de la persona, que toque con aquella una masa o elemento metlico, normalmente sin tensin.

5 REGLAS DE ORO.

1. Abrir con corte visible todas las fuentes de tensin

2. Prevenir cualquier posible realimentacin: enclavar-bloquear.

3. Verificar la ausencia de tensin.

4. Puesta a tierra y en cortocircuito de todas aquellas posibles fuentes de tensin.

5. Delimitar y sealizar la zona de trabajo.

Instalaciones Elctricas.Monofsico:

cos** nnI IUP )*cos*(*)*2(* senxrLIU nI

Trifsico:cos***3 nnIII IUP

)*cos*(**3 senxrIU nIII

t

abs

PP

Conociendo Pabs (adems de Un y ) obtengo In y con sta, busco en tabla el espesor de cable que posea la Iadm ms cercana pero superior y obtengo, para ese espesor, la reactancia por unidad de longitud x y la resistencia por unidad de longitud r correspondiente para dicho cable de determinado material y en determinadas condiciones. Luego, conociendo cos( ) y sen( )adems de la longitud L del cable, ya puedo calcular U y as obtener U/U y verificar si da un valor menor al recomendado:

luminariapara%3U

U

motorespara%5U

U

Si observo que no se cumple, vuelvo a calcularlo para los valores correspondientes al espesor siguiente superior y repito este paso hasta que se cumpla:

admU

U

U

U

Para el arranque de los motores generalmente se permite:

10%)eslerecomendablo(aunque15%U

U

y la Iarr (In en el arranque) generalmente se considera:

s trifsicomotorespara*6 narr II

Por lo tanto, debe verificarse la U producida durante el arranque de dichos motores.Deben conocerse las ubicaciones de los diferentes equipos y luminaria en la planta de manera tal

que, conociendo sus distancias con respecto a los tableros a los cuales se los conecta, se hayan determinado las longitudes L de los cables necesarios.Obviamente, deben conocerse tambin las caractersticas de dichos equipos elctricos y luminaria

para