temas de mecánica básica

la

Mecánica Básica

Conceptos y definiciones.

2012.

Conceptos y Definiciones.Programa de Capacitación Mecánica Básica.

Créditos

Elaboró: Ing. Omar Castañeda Lara.

2Elaboró Ing. Omar Castañeda Lara


Índice

Créditos…………………………………………………………………………………………2

Índice……………………………………………………………………………………………3

Unidad 1

1.1 Que es la Mecánica …………………………………………………………………41.2 Campos de la Mecánica…………………………………………………………….51.3 Desarrollo de la Ingeniería Mecánica……………………………………………..7

Unidad 2

2.1 Que es la fricción…………………………………………………………………….10

2.2 Causas de la Fricción……………………………………………………………….11

2.3 Riesgos Mecánicos………………………………………………………………….13

2.4 Medidas de seguridad en las maquinas…………………………………………14

2.5 Tipos de resguardos…………………………………………………………………15

Unidad 3

3.1 Lubricación…………………………………………………………………………....20

3.2 Tipos de Lubricación………………………………………………………………...20

3.3 Grasas y Aceites Lubricantes……………………………………………………….21

3.4 Propiedades y campos de las grasas……………………………………………..23

3.5 Distintos tipos de Grasas y Aditivos………………………………………………..25

3.6 Aceites Lubricantes…………………………………………………………………..29

3.7 Ceras y Glicerinas…………………………………………………………………….33

Unidad 4

4.1 Introducción a Bombas………………………………………………………………37

4.2 Clasificación de Bombas…………………………………………………………….39

4.3 Bomba Centrifuga…………………………………………………………………….40

4.4 Bomba de difusor o turbina………………………………………………………….43

4.5 Bombas Verticales Sumergibles…………………………………………………….45



4.6 Bomba de Turbina Vertical de motor superior y sumergible…………………….48

4.7 Bomba vertical de Hélice……………………………………………………………..49

4.8 Bomba de Desplazamiento Positivo………………………………………………...56

4.9 Bombas Reciprocantes, Rotatorias, De Diafragma y Émbolos……………….....57

4.1.1 Compresores…………………………………………………………………………...62

4.1.2 Compresores de Desplazamiento positivo………………………………………...62

4.1.3 Compresores Reciprocantes o alternativos………………………………………...63

4.1.4 Compresores Rotatorios………………………………………………………………63

4.1.5 Compresores Dinámicos -Centrífugos………………………………………………64

4.1.6 Uso de los Compresores y Mantenimiento…………………………………………65

Unidad 5

5.1 Dispositivos para medir Caudal y Velocidades de Fluidos………………………67

5.2 Medidor de orificio……………………………………………………………………..67

5.3 Tubo de Pitot…………………………………………………………………..……......67

5.4 Rotámetros………………………………………………………………………………68

5.5 Medidores de desplazamiento Positivo………………………………………..……69

5.6 Transmisión Fuelle Diafragma………………………………………………….……71

5.7 La Reología……………………………………………………………………………..72

Unidad 6

6.1 Definición de Soldadura……………………………………………………………...75

6.2 Uniones Básicas……………………………………………………………………….75

6.3 El Arco Eléctrico y la transferencia de Metal……………………………………….79

6.4 Soldadura Blanda……………………………………………………………………...86

6.5 Soldadura Oxiacetilénica……………………………………………………………...87

6.6 Soldadura TIG………………………………………………………………………….89



Unidad 1

Introducción a la Mecánica.

1.1 QUÉ ES LA MECÁNICA INDUSTRIAL Y A QUÉ SE DEDICA?

La mecánica industrial es un arte que consiste en la construcción y mantenimiento de las máquinas que se dedican a alguna industria o empresa relacionada con la Ingeniería, que tienen como finalidad transformar las materias primas en productos elaborados, de forma masiva.

Es necesaria en la mayoría de las empresas, en especial en aquellas que se dedican a los siguientes rubros: Mineras, Transportes, Procesos Metal Mecánicos, Químicas, Alimenticias y Servicios Públicos.

PARA QUÉ ES PARA LO QUE MÁS LA UTILIZAN?

En la actividad de proyectos donde se requiere de la creación de nuevas industrias, la incorporación de nuevas tecnologías en las empresas manufactureras existentes; en montaje de plantas y equipos: en instalar, transformar y construir equipos y plantas industriales de cualquier tipo; en actividad de operación y mantención de plantas y equipos mecánicos.

La historia de la mecánica encierra a un amplio rubro de personajes que a lo largo de su vida han venido dando aportes importantes para la evolución de esta área. Antes de adentrar en los antiguos comienzos de esta disciplina es importante saber que la mecánica es una ciencia que se encarga de estudiar las condiciones de reposo o movimiento de los cuerpos bajo la acción de fuerzas. Además de ello, la mecánica.

Es difícil conocer con exactitud los inicios de esta ciencia pero podemos afirmar que los orígenes de la mecánica están muy mezclados con el uso de instrumentos por medio de los cuales el hombre podía intervenir y cambiar la naturaleza a su voluntad en tiempos muy remotos. Entre estos instrumentos se encuentran las diversas armas filosas que eran empleadas por ellos para satisfacer sus necesidades.

La ingeniería mecánica es un campo muy amplio de la ingeniería que implica el uso de los principios de la física para el análisis, diseño, fabricación de sistemas mecánicos. Tradicionalmente, ha sido la rama de la ingeniería que mediante la aplicación de los principios físicos ha permitido la creación de dispositivos útiles, como utensilios y máquinas



Los ingenieros mecánicos usan principios como el calor, las fuerzas y la conservación de la masa y la energía para analizar sistemas físicos estáticos y dinámicos, contribuyendo a diseñar objetos.

La Ingeniería Mecánica es la rama de las máquinas, equipos e instalaciones teniendo siempre en mente aspectos ecológicos y económicos para el beneficio de la sociedad. Para cumplir con su labor, la ingeniería mecánica analiza las necesidades, formula y soluciona problemas técnicos mediante un trabajo interdisciplinario, y se apoya en los desarrollos científicos, traduciéndolos en elementos, máquinas, equipos e instalaciones que presten un servicio adecuado, mediante el uso racional y eficiente de los recursos disponibles.

Además incluye conocimientos básicos de electrónica y electricidad, química y conceptos de la ingeniería civil.

1.2 Campos de Acción

Los campos de la ingeniería mecánica se dividen en una cantidad extensa de sub-disciplinas. Muchas de las disciplinas que pueden ser estudiadas en Ingeniería mecánica pueden tocar temas en comunes con otras ramas de la ingeniería. Un ejemplo de ellos son los motores eléctricos que se solapan con el campo de los ingenieros eléctricos o la termodinámica que también es estudiada por los ingenieros químicos.

Los campos de la ingeniería mecánica pueden describirse de la siguiente forma:

Ingeniería del Producto y de manufactura

Robótica Industrial

Mecatrónica

Manufactura flexible

Mecanismos inteligentes

Motores híbridos

Nanomáquinas

Siderúrgica

Biomecánica

La ingeniería mecánica se extiende de tal forma que es capaz de abordar un problema con la racionalización de varios factores que pueden estar afectando y que son fundamentales para hallar determinada solución.



Historia de la mecánica.

Las aplicaciones de esta ingeniería se encuentran en los archivos de muchas sociedades antiguas de todo el mundo. En la Antigua Grecia, las obras de Arquímedes ha influido profundamente en la mecánica occidental y Herón de Alejandría, creó la primera máquina de vapor. En China, Zhang Heng mejora un reloj de agua e inventó un sismómetro, y Ma Jun inventó un carro con diferencial de engranajes.

El ingeniero chino Su Song incorporó un mecanismo de escape en su torre del reloj astronómico dos siglos antes de que cualquier fuga se pudiese encontrar en los relojes de la Europa medieval, así como la primera cadena de transmisión.

Durante los siglos VIII al XV, en la era llamada edad de oro islámica, se realizaron notables contribuciones de los musulmanes en el campo de la tecnología mecánica. Al Jaziri, quien fue uno de ellos, escribió su famoso "Libro del Conocimiento de ingeniosos dispositivos mecánicos" en 1206, en el cual presentó muchos diseños mecánicos. También es considerado el inventor de tales dispositivos mecánicos que ahora forman la base de mecanismos, tales como árboles de levas y cigüeñal.

Ar bol de levas. Cigüeñal.

Enlace de cigüeñal en movimiento en la siguiente dirección.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cshaft.gif?uselang=es

1.3 Desarrollo de la ingeniería mecánica.

Históricamente, esta rama de la ingeniería nació en respuesta a diferentes necesidades que fueron surgiendo en la sociedad. Se requería de nuevos dispositivos con funcionamientos complejos en su


http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cshaft.gif?uselang=es


movimiento o que soportaran grandes cantidades de fuerza, por lo que fue necesario que esta nueva disciplina estudiara el movimiento y el equilibrio. También fue necesario encontrar una nueva manera de hacer funcionar las máquinas, ya que en un principio utilizaban fuerza humana o fuerza animal. La invención de máquinas que funcionan con energía proveniente del vapor, del cárbon, de petroquímicos (como la gasolina) y de la electricidad trajo grandes avances, dando origen a la Revolución Industrial a mediados del siglo XVIII. Más adelante surgiría la producción en serie.

A principios del siglo XIX en Inglaterra, Alemania y Escocia, el desarrollo de herramientas de maquinaria llevó a desarrollar un campo dentro de la ingeniería en mecánica, suministro de máquinas de fabricación y de sus motores. En los Estados Unidos, la American Society of Mechanical Engineers (ASME) se formó en 1880, convirtiéndose en la tercera sociedad de profesionales de ingeniería, después de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles (1852) y el Instituto Americano de Ingenieros de Minas (1871). Las primeras escuelas en los Estados Unidos para ofrecer una enseñanza de la ingeniería son la Academia Militar de Estados Unidos en 1817, una institución conocida ahora como la Universidad de Norwich en 1819, y el Instituto Politécnico Rensselaer en 1825. La educación en ingeniería mecánica se ha basado históricamente en una base sólida en matemáticas y la ciencia.

Latinoamérica

México

Cuando los españoles habían llegado a México en la conquista, los aztecas ya habían construido varias obras ingenieriles, como por ejemplo varios diques que protegía a Tenochtitlán del Lago de Texcoco en caso de posibles inundaciones. Estas construcciones fueron destruidas por los conquistadores.

Los ingenieros provenían de Europa para realizar las obras.

A finales del siglo XIX comenzó la industrialización en México. Con la llegada del ferrocarril, y la explotación de las minas, el país sufrió un avance tecnológico. Esto se sumó a la explotación del petróleo, que necesitaba maquinaria para la perforación y para el transporte del crudo, además de la construcción de refinerías y oleoductos.



En 1792 se fundó el Real Seminario de Minería en México, considerada la primera escuela de ingenieros de Latinoamérica. En 1535 se fundó la primera Escuela para Varones que conformaba niveles de área minería, alfarería y agricultura.

En 1857 se cambia el nombre expedido por el presidente Benito Juarez por Escuela de Artes y Oficios reconocido como técnicos mecánicos, Alfareros y agricultores. Posteriormente durante la Revolución Mexicana, se propuso que esta escuela tendría un nivel profe-sionista, así se le cambio el nombre a Escuela de Ingenieros Mecánicos y Eléctricos, En 1932 se crea la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (ESIME) que se anexo al Instituto Politécnico Nacional iniciando con la impartición de cursos en 1936 con las carreras de Ingeniería Mecánica, Ingeniería Eléctrica, Ingeniería Aeronáutica y Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica. Siendo la ESIME una de las escuelas más antiguas en México en el desarrollo tecnológico en el área Mecánica-Eléctrica.



Unidad 2

Fricción y Rozamiento

Mecánico en los materiales.

2.1 QUE ES LA FRICCIÓN.

La fricción es la resistencia al movimiento que ofrecen dos cuerpos en contacto en movimiento relativo

.Sus efectos son apreciados en varios procesos de manufactura como por ejemplo durante la operación de forjado, se forma lo que se denomina abarrilamiento en la cual se impide el flujo del metal debido a la fricción contra las superficies del dado. Ciertas operaciones requieren fricción, por ejemplo, el laminado. Sin la fricción el material de abajo no podría ser arrastrado dentro de la estrecha separación entre los rodillos. Los efectos de la fricción pueden redundar en un efecto positivo o negativo según lo que se busque, y perjudicial en todos los procesos tribológicos.

La fricción se puede presentar de dos formas, el coeficiente entre la fuerza necesaria para iniciar el movimiento y el peso, se le denomina coeficiente de rozamiento estático, siendo mayor la fuerza requerida para iniciar el movimiento que para mantener el movimiento, y a éste se le denomina coeficiente de rozamiento dinámico.

Una explicación de la fricción aceptada comúnmente es la teoría de la adhesión, la cual sostiene que dos superficies deslizantes (no lubricadas) están en contacto una con la otra sólo en una pequeña fracción del área aparente entre ellas.

Esto es verdad aun cuando las superficies sean bastante lisas. Cuando se observan en una vista ampliada, cada superficie se caracteriza por asperezas microscópicas que hacen contacto con su opuesta sólo en ciertos puntos. Estos puntos comprenden el área real de contacto entre las dos superficies las cuales soportan la carga normal incrementándose los esfuerzos en dichos puntos ocasionando deformaciones plásticas y adhesión en algunos casos.

Estos contactos están influenciados por el tipo de materiales en contacto y su condición (qué tan limpia y seca está la superficie, por ejemplo). Para romper estos enlaces adhesivos conforme las superficies se mueven, una con respecto a la otra, se requiere una fuerza F, la cual se aplica contra



las uniones como una fuerza cortante. Estas conexiones suman un área equivalente al área real de contacto. De la misma manera, la fuerza normal N implica la resistencia a la fluencia del material (la resistencia a la fluencia del material más débil) aplicada sobre el área real de contacto.

Para la mayoría de los materiales esta ecuación predice un valor más alto que el normalmente observado. Sin embargo, parece más realista cuando consideremos que la adhesión ocurre probablemente en una cierta fracción de las asperezas debido a la variación en la altura de dichas asperezas, a la limpieza y otros factores. En los casos donde se fuerzan dos metales en estrecho contacto, el coeficiente de fricción alcanza valores muy altos.

Fricción Seca.

Se presenta por deslizamiento o por rodadura cuando un objeto sólido seco, es movido tangencialmente con respecto a otra superficie o cuando intenta hacer tal movimiento.

Fricción Fluida.

Es la resistencia al movimiento que ofrece un fluido interpuesto entre dos superficies con movimiento relativo, debido al rozamiento entre sus capas moleculares.

2.2 Causas de la fricción.

Los factores más relacionados con todos los procesos tribológicos son:

Lubricación. Una película apropiada interpuesta entre dos superficies reduce la fricción entre dos elementos.

Carga. Reduce el espesor de la película lubricante, pero incrementa la cohesión entre sus capas. Influye directamente en la fricción y es un factor que no se puede controlar, ya que hacen parte de los mecanismos: su propio peso, y la carga que transmite.

Geometría de las partes. La forma de los elementos influye considerablemente: por deslizamiento o por rodadura.

Perfil de la superficie metálica. El método y el proceso de mecanizado y el estado de las superficies tienen una notable influencia en la fricción y el desgaste, tanto de orden mecánico como físico, la cual se manifiesta en: asentamiento, fijación y extensión de la película lubricante, resistencia y continuidad de la película del lubricante, proceso de desgaste, fenómenos de la fricción, régimen de lubricación.

Materiales. Dependiendo del tipo de material y aleaciones presenta un mayor o menor coeficiente



de fricción.

También es importante conocer los tratamientos térmicos, mecanizados, etc., una pieza metálica mecanizada no solo es definida dimensionalmente, se ha de tener en cuenta el tipo de estructura, la cual está compuesta por la capa absorbida, superficial amorfa, subyacente, y las internas.

Tolerancias en el diseño de elementos mecánicos. Se deben calcular exactamente para evitar que se puedan producir daños debido a la falta de película lubricante cuando las tolerancias son muy reducidas. Unos de los factores que se deben tener en cuenta: la temperatura de funcionamiento, carga, velocidad, lubricante a emplear, contaminantes en la atmósfera, materiales empleados y las áreas de contacto.

Acabado superficial. El coeficiente de rozamiento es mayor cuando la superficie es áspera y menor para superficies pulidas.

Adhesividad. Está relacionada con la capilaridad superficial del lubricante el cual dependerá del acabado superficial. Las irregularidades ayudan a retener el lubricante permitiendo una mayor adherencia.

Temperatura de operación. Esta determinada también por el acabado superficial, a mayor aspereza incrementa su temperatura.

Partículas abrasivas. Estas pueden ser causadas por desprendimientos superficiales o por contaminación atmosférica; aumentando directamente la fricción.

Toda máquina y elemento es diseñado y construido para realizar un trabajo, el cual se puede ver afectado indirectamente por algunas de las causa mencionadas anteriormente y las cuales las podemos apreciar en: generación de calor, pérdida de potencia, y daños superficiales. Esto ocasiona incrementos en los costos de producción y mantenimiento del equipo.

El control de la fricción se realiza desde los diseños de la máquina o elemento, materiales adecuados, acabados superficiales, propiedades de los lubricantes.



2.3 Riesgos Mecánicos

Se entiende por riesgo mecánico el conjunto de factores físicos que pueden dar lugar a una lesión por la acción mecánica de elementos de máquinas, herramientas, piezas a trabajar o materiales proyectados, sólidos o fluidos.

El concepto de máquina comprende a todos aquellos conjuntos de elementos o instalaciones que transforman energía con vista a una función productiva principal o auxiliar. Es común a las máquinas el poseer en algún punto o zona concentraciones de energía, ya sea energía cinética de elementos en movimiento u otras formas de energía (eléctrica, neumática, etc).

Podemos diferenciar el conjunto de una máquina en dos partes:

Sistema de transmisión: conjunto de elementos mecánicos cuya misión es el de producir, transportar o transformar la energía utilizada en el proceso. Esta parte de la máquina se caracteriza porque el operario no debe penetrar en ellas durante las operaciones de producción.

Zona de operación (o punto de operación): Es la parte de la máquina en que se ejecuta el trabajo útil sobre una pieza, mediante la energía que el sistema de trasmisión comunica al elemento activo de la máquina. Esta zona caracteriza en que el operario debe penetrar en ella en las operaciones normales de alimentación, extracción de piezas, o si es proceso automático, para corregir deficiencias de funcionamiento.

Las formas elementales del riesgo mecánico son:

Peligro de cizallamiento: este riesgo se encuentra localizado en los puntos donde se mueven los filos de dos objetos lo suficientemente juntos el uno de otro, como para cortar material relativamente blando. Muchos de estos puntos no pueden ser protegidos, por lo que hay que estar especialmente atentos cuando esté en funcionamiento porque en muchas ocasiones el movimiento de estos objetos no es visible debido a la gran velocidad del mismo. La lesión resultante, suele ser la amputación de algún miembro.

Peligro de atrapamientos o de arrastres: Es debido por zonas formadas por dos objetos que se mueven juntos, de los cuales al menos uno, rota como es el caso de los cilindros de alimentación , engranajes, correas de transmisión, etc. Las partes del cuerpo que más riesgo corren de ser atrapadas son las manos y el cabello, también es una causa de los atrapamientos y de los arrastres la ropa de trabajo utilizada, por eso para evitarlo se deben usar ropa ajustada para evitar que sea enganchada y proteger las áreas próximas a elementos rotativos y se debe llevar el pelo recogido.

Peligro de aplastamiento: Las zonas se peligro de aplastamiento se presentan principalmente



cuando dos objetos se mueven uno sobre otro, o cuando uno se mueve y el otro está estático. Este riesgo afecta principalmente a las personas que ayudan en las operaciones de enganche, quedando atrapadas entre la máquina y apero o pared. También suelen resultar lesionados los dedos y manos.

De sólidos: Muchas máquinas en funcionamiento normal expulsan partículas, pero entre estos materiales se pueden introducir objetos extraños como piedras, ramas y otros, que son lanzados a gran velocidad y que podrían golpear a los operarios.

Este riesgo puede reducirse o evitarse con el uso de protectores o deflectores

De líquidos: Las máquinas también pueden proyectar líquidos como los contenidos en los diferentes sistemas hidráulicos, que son capaces de producir quemaduras y alcanzar los ojos.

Para evitar esto, los sistemas hidráulicos deben tener un adecuado mantenimiento preventivo que contemple, entre otras cosas, la revisión del estado de conducciones para detectar la posible existencia de poros en las mismas. Son muy comunes las proyecciones de fluido a presión.

Otros tipos de peligros mecánicos producidos por las máquinas son el peligro de corte o de seccionamiento, de enganche, de impacto, de perforación o de punzonamiento y de fricción o de abrasión.

El riesgo mecánico generado por partes o piezas de la máquina está condicionado fundamentalmente por su forma (aristas cortantes, partes agudas), su posición relativa (ya que cuando las piezas o partes de máquinas están en movimiento, pueden originar zonas de atrapamientos, aplastamiento, cizallamiento, etc.), su masa y estabilidad (energía potencial), su masa y velocidad (energía cinética), su resistencia mecánica ( a la rotura o deformación) y su acumulación de energía ( por muelles o depósitos a presión.

2.4 Medidas de seguridad de la maquina.

Las medidas de seguridad son una combinación de las medidas adoptadas en fase de diseño y construcción de la máquina y de las medidas que deberán ser tomadas e incorporadas por el usuario de la misma.

Todas las medidas que puedan ser adoptadas en la fase de diseño son preferibles a las incorporadas por el usuario.

A) Medidas de protección a tomar por parte del diseñador/fabricante.



La protección se aplica con el fin de proteger contra los riesgos que no se pueden evitar o que no se pueden reducir mediante las técnicas de prevención intrínseca, es decir, prevención en la fase de diseño de la máquina.

2.5 Tipos de resguardos.

Un resguardo es un elemento de una máquina utilizado específicamente para garantizar la protección mediante una barrera material.

Resguardo fijo: Se mantienen en su posición de forma permanente o bien por medio de elementos de fijación. Pueden ser de tipo envolvente, cuando encierran completamente la zona peligrosa o de tipo distanciado, cuando por sus dimensiones y distancia a la zona peligrosa, la hacen inaccesible.

Resguardo móvil: Resguardo articulado o guiado que es posible abrir sin herramientas.

Resguardo móvil con enclavamiento

Resguardo asociado a un dispositivo de enclavamiento de manera que:

Las funciones peligrosas de la máquina cubiertas por el resguardo no pueden desempeñarse hasta que el resguardo esté cerrado.

La apertura del resguardo, mientras se desempeñan las funciones peligrosas de la máquina, da lugar a una orden de parada.

El cierre del resguardo no provoca por sí mismo su puesta en marcha.

Resguardo móvil con enclavamiento y bloqueo:

Resguardo asociado a un dispositivo de enclavamiento y a un dispositivo de bloqueo mecánico, de manera que:

Las funciones peligrosas de la máquina cubiertas por el resguardo no pueden desempeñarse

hasta que el resguardo esté cerrado y bloqueado.

El resguardo permanece bloqueado en posición de cerrado hasta que haya desaparecido el riesgo de lesión.

El cierre y del bloqueo del resguardo no provocan por sí mismo su puesta en marcha.



Resguardo móvil asociado al mando

Resguardo asociado a un dispositivo de enclavamiento o de enclavamiento y bloqueo.

Resguardo regulable es un resguardo fijo o móvil que es regulable en su totalidad o que incorpora partes regulables.

Un dispositivo de protección, es aquel dispositivo que impide que se inicie o se mantenga una fase peligrosa de la máquina, mientras se detecta o sea posible la presencia humana en la zona peligrosa. Protege el riesgo solo o asociado a un resguardo:

Mando sensitivo: Dispositivo de mando que pone y mantiene en marcha los elementos de una

máquina solamente mientras el órgano de accionamiento se mantiene asociado.

Mando a dos manos: Mando que requiere como mínimo el accionamiento simultáneo de dos

órganos de accionamiento para iniciar y mantener el funcionamiento de una máquina o de sus

elementos.

Dispositivo sensible: Dispositivo que provoca la parada de una máquina o de sus elementos

cuando una persona o una parte de su cuerpo rebasa un límite de seguridad.

Dispositivo limitador: Dispositivo que impide que una máquina o sus elementos sobrepasen un

límite establecido.

Mando de marcha a impulsos: Dispositivo de mando cuyo accionamiento permite solamente un

desplazamiento limitado de un elemento de la máquina.

B) Medidas de protección a tomar por parte del usuario.

El usuario de una máquina, por su parte, deberá adoptar las medidas necesarias para que, mediante un mantenimiento adecuado, los equipos de trabajo se conserven durante todo el tiempo de utilización en condiciones de seguridad.

Dicho mantenimiento se realizará teniendo en cuenta las instrucciones del fabricante, o en su defecto, las características de estos equipos y sus condiciones de utilización.

Equipos de protección individual

Los Equipos de Protección Individual ( EPI's) son aquellos destinados a ser llevados o sujetados por el trabajador para que le proteja de uno o de varios riesgos; quedan excluidos de este concepto la ropas de trabajo no diseñada específicamente para la protección contra



los riesgos y algunos equipos especiales tales como los socorros y salvamento o el material deportivo.

La reglamentación en vigor clasifica los EPI's en tres categorías, según el nivel de gravedad de los riesgos frente a los que protegen:

Categoría I. Riesgo bajo o mínimo. Cuando el usuario pueda juzga por si mismo su eficacia

contra riesgos mínimos y, cuyos efectos, cuando sean graduales, puedan ser percibir a tiempo

y sin peligro para el usuario, sin peligro para el usuario.

Categoría II. Riesgo medio o grave. Los que no pertenecen a las otras dos categorías.

Categoría III. Riesgo alto, muy grave o mortal. Los destinados a proteger al usuario de todo

riesgo mortal o que puede dañar gravemente y de forma irreversible la salud, sin que se pueda

descubrir a tiempo su efecto inmediato.

Los EPI's deben disponer del marcado CE de conformidad, por el que se garantiza que el fabricante cumple con los exámenes de conformidad y controles de calidad exigibles.

Este marcado depende de la categoría del EPI:

Categoría I. Sólo marcado CE

Categoría II. Marcado y año de colocación del marcado: CE 96

Categoría III. Marcado, año de colocación del marcado y número distintivo del organismo

notificador: CE 96 YYYY

Equipos de protección individual de uso habitual para máquinas

Protectores de la cabeza: Los cascos de protección para la cabeza son todos de categoría II.

Estos Elementos están destinados a proteger la parte superior de la cabeza del usuario contra

objetos en caída, y debe estar compuesto como mínimo de dos partes: un armazón y un arnés.

Para una buena protección, el casco deben ajustar a la talla de la cabeza del usuario, está

concebido para absorber la energía del impacto mediante la destrucción parcial o mediante

desperfectos del armazón y del arnés por lo que , aun en el caso de que estos daños no sean

aparentes, cualquier casco que haya sufrido un impacto severo deber ser sustituido.

Existe peligro al modificar o eliminar cualquier elemento original del casco sin seguir las

recomendaciones del fabricante.

No se podrán adaptar a los cascos accesorios distintos a los recomendados por el fabricante



del casco. No se le podrá aplicar pintura, disolvente, adhesivos o etiquetas auto-adhesivas,

excepto si se efectúa de acuerdo con las instrucciones del fabricante del casco.

Protectores oculares: Todos los protectores oculares y filtros son de categoría II, excepto los

que están destinados a proteger en trabajos con radiaciones ionizantes, riesgos eléctricos o

para trabajos en ambientes calurosos de temperaturas superiores a 100ºC, que son de

categoría III.

Se deben usar siempre que se estén realizando trabajos mecánicos de arranque de viruta

(moladoras, fresadoras, tornos, etc.), en los trabajos con taladros, en las operaciones de corte

de materiales con sierras y las de soldadura.

Se aconseja el uso de gafas del tipo Montura Integral, ya que debido a su diseño aseguran una

protección total de toda el área ocular, impidiendo la entrada de partículas por los lados o por

las aberturas superiores.

Protección de las manos: Los guantes de Protección contra Riesgos Mecánicos pertenecen a la

Categoría II, y sus prestaciones deben ser: resistencia a la abrasión, resistencia al corte por

cuchilla, resistencia al desgarro y resistencia a la perforación. Como requisitos adicionales

pueden presentar resistencia al corte por impacto. Guantes para la manipulación de elementos

calientes o fríos, son en general de Categoría I, pero si se usan para manipular elementos a

más de 50 ºC son de Categoría III, y para más de 100 ºC o para menos de -50ºC son de

Categoría III.

Protección de los pies: Se debe usar calzado de protección en todas aquellas operaciones que

entrañen trabajos y manipulación de piedras y fabricación, manipulación y tratamiento de vidrio

plano y vidrio hueco. Estos equipos son de Categoría II.

Protección del tronco: El personal expuesto a trabajos de soldadura debe de llevar ropa de

protección inflamable y mandiles de cuero Se aplica también al personal que realiza

operaciones de oxicorte. Esto tiene por objeto el proteger al usuario contra pequeñas

proyecciones de metal fundido y el contacto de corta duración con una llama.

Protectores auditivos: Los tapones auditivos son protectores contra el ruido que se llevan en el

interior del conducto auditivo externo, o a la entrada del conducto auditivo externo.

Existen varios modelos diferentes de tapones, con y sin arnés, quedando a elección del usuario el



tipo que le es más cómodo.

Se recomienda su uso en aquellas operaciones que por nivel de ruido o por repetitividad a lo largo

de la jornada de trabajo puedan ocasionar molestias o trastornos en la audición; por ejemplo,

operaciones con radiales, taladros, martillos, etc.



Unidad 3

Tipos de Lubricantes y sus compuestos.

3.1 LUBRICANTES

Definición.-Un lubricante es toda sustancia sólida, semisólida o líquida de origen animal, vegetal, mineral o sintético que pueda utilizarse para reducir el rozamiento entre piezas y mecanismos en movimiento.

La temperatura a la cual hay que llevar el aceite para que, al aproximar una lama, sus vapores se inflamen y permanezcan en combustión durante cinco segundos, como mínimo, se denomina punto de combustión y se determina en l mismo aparato empleado para hallar el punto de inflamación en vaso abierto. El punto de combustión suele ser entre 30 y 60 °C superior al punto de inflamación.

La inflamabilidad de un aceite da una orientación sobre la volatilidad del mismo, posibles contaminaciones o diluciones, riesgos de incendios y procedimientos no ortodoxos en la elaboración de los aceites.

LA LUBRICACION CON GRASA

Se define a la grasa lubricante como una dispersión semilíquida a sólida de un agente espesante en un líquido (aceite base). Consiste en una mezcla de aceite mineral o sintético (85-90%) y un espesante. Al menos en el 90% de las grasa, el espesante es un jabón metálico, formado cuando un metal hidróxido reacciona con un ácido graso. Un ejemplo es el estearato de litio (jabón de litio).

Cuando la grasa tiene que contener propiedades especiales, se incluyen otros constituyentes que actúen como inhibidores de la oxidación y mejoren la resistencia de la película Existe otro tipo de aditivo: los estabilizadores. Cambiando el jabón, aceite o aditivo, se pueden producir diferentes calidades de grasas por una amplia gama de aplicaciones.

3.2 TIPOS DE LUBRICACION

Película lubricante

La película del lubricante debe ser lo suficientemente gruesa como para separar los componentes del mecanismo. El espesor necesario de película depende de la rugosidad superficial, la existencia de partículas de suciedad y la duración requerida.



También depende de la viscosidad del medio y de las condiciones de funcionamiento, particularmente de la temperatura, velocidad de rotación y, en cierta forma, de la carga. Se pueden distinguir tres situaciones diferentes de lubricación: capa límite, lubricación hidrodinámica y lubricación elasto- hidrodinámica.

Lubricación por capa límite

Se obtiene lubricación por capa límite cuando el espesor de la película del lubricante es de una magnitud similar a las moléculas individuales de aceite. Esta condición se presenta cuando la cantidad de lubricante es insuficiente, o el movimiento relativo entre las dos superficies es demasiado lento. El coeficiente de rozamiento μ en este caso es alto, tan alto como 0.1, y sobre el incipiente contacto metálico puede alcanzar 0.5.

Cuando el coeficiente aumenta (esto es, la resistencia aumenta), las pérdidas por rozamiento también aumentan. Estas se convierten en calor, aumentando la temperatura del lubricante y reduciéndose su viscosidad de forma que la capacidad de carga de la película se reduce (el caso peor es cuando se reduce tanto que el contacto metálico se produce). Ello se puede evitar empleando aditivos que refuercen la resistencia de la película.

Lubricación hidrodinámica

La lubricación hidrodinámica o lubricación de película gruesa, se obtiene cuando las dos superficies están completamente separadas por una película coherente del lubricante. El espesor de la película excede así de las irregularidades combinadas de las superficies. El coeficiente del rozamiento es bastante menor que en la lubricación por capa límite, y en ciertos casos puede llegar a 0.005. La lubricación hidrodinámica evita el desgaste de las partes en movimiento, ya que no hay contacto metálico entre ellas.

Lubricación elasto-hidrodinámica

Esta condición se obtiene en superficies en contacto fuertemente cargadas (elásticas), esto es, superficies que cambian su forma bajo una carga fuerte, y vuelven a su forma original cuando cesa la carga.

3.3 GRASAS Y ACEITES LUBRICANTES

Cuando dos cuerpos sólidos se frotan entre sí, hay una considerable resistencia al movimiento sin importar lo cuidadosamente que las superficies se hayan maquinado y pulido. La resistencia se debe a la acción abrasiva de las caras y salientes microscópicas y la energía necesaria para superar esta fricción se extiende en forma de calor o como desgaste de las partes móviles.



Históricamente, el primer lubricante fue el sebo. Se utilizaba para engrasar las ruedas de los carros romanos ya en el año 1400 a.C. En la actualidad los lubricantes suelen clasificarse en grasas y aceites.

Estas dos clases de lubricantes aparecieron teniendo en cuenta factores tales como velocidades de operación, temperaturas, cargas, contaminantes en el medio ambiente, tolerancias entre las piezas a lubricar, períodos de lubricación y tipos de mecanismos;

Existen diferentes grados de grasas y aceites dependiendo de la necesidad que se tenga y de los factores de operación. Una mala elección es tan peligrosa como si se hubiese dejado el mecanismo sin lubricante alguno. Muchas de las fallas que ocurren en este campo tienen su origen aquí; de ahí la seguridad que se debe tener cuando se seleccione un lubricante.

Cuándo empleo grasa?

La grasa se emplea generalmente en aplicaciones que funcionan en condiciones normales de velocidad y temperatura. La grasa tiene algunas ventajas sobre el aceite. Por ejemplo, la instalación es más sencilla y proporciona protección contra la humedad e impurezas. Generalmente se utiliza en la lubricación de elementos tales como cojinetes de fricción y antifricción, levas, guías, correderas, piñonera abierta algunos rodamientos.

Cuándo empleo aceite?

Se suele emplear lubricación con aceite cuando la velocidad o la temperatura de funcionamiento hacen imposible el empleo de la grasa, o cuando hay que evacuar calor. El aceite, tiene su mayor aplicación en la lubricación de compresores motores de combustión interna, reductores, moto reductores, transformadores, sistemas de transferencia de calor, piñoneras abierta, cojinetes de fricción y antifricción y como fluidos hidráulicos.

La función del lubricante es:

Formar una película entre los componentes en movimiento, para evitar el contacto metálico. La película debe ser suficientemente gruesa para obtener una lubricación satisfactoria, incluso bajo fuertes cargas, variaciones grandes de temperatura y vibraciones;

Reducir el rozamiento y eliminar el desgaste; Proteger contra la corrosión; Obturar (en el caso de la grasa) contra impurezas tales como suciedad, polvo, humedad o agua.

Concepto de grasas lubricantes



La primera grasa lubricante se fabricó en 1872. Desde el principio las grasas se basaron en jabones cálcicos y líticos. En 1940 se desarrollaron las grasas líticas, y en una década después se lanzaron las grasas de jabón compuesto de aluminio.

La grasa es un producto que va desde sólido a semilíquido y es producto de la dispersión de un agente espesador y un líquido lubricante que dan las prosperidades básicas de la grasa. Las grasas convencionales, generalmente son aceites que contienen jabones como agentes que le dan cuerpo.

El tipo de jabón depende de las necesidades que se tengan y de las propiedades que debe tener el producto.La propiedad más importante que debe tener la grasa es la de ser capaz de formar una película lubricante lo suficientemente resistente como para separar las superficies metálicas y evitar el contacto.

Existen grasas en donde el espesador no es jabón sino productos, como arcillas de bentonita. El espesor o consistencia de una grasa depende del contenido del espesador que posea, puede fluctuar entre un 5% y un 35% por peso según el caso.El espesador es el que le confiere propiedades tales como resistencia al agua, capacidad de sellar y de resistir altas temperaturas sin variar sus propiedades ni descomponerse.

3.4 PROPIEDADES Y COMPONENTES DE LAS GRASAS

Hay ciertos factores a tener en cuenta cuando se habla de una grasa, como por ejemplo:

Viscosidad

La viscosidad es una de las propiedades más importantes de un líquido y más rápidamente observada. Es una medida de rozamiento que acontece entre las diferentes capas cuando un líquido se pone en movimiento. En la vida diaria este fenómeno no es de interés real, pero en la industria el concepto de viscosidad tiene un significado considerable. Es un dato principal en el proceso de fabricación y en la inspección del proceso acabado; en el empleo de la lubricación por aceite, la viscosidad es muy importante al seleccionar el lubricante adecuado.

Estabilidad mecánica

Ciertas grasas, particularmente las líticas de los tipos antiguos, tienen una tendencia para ablandarse durante el trabajo mecánico, pudiendo dar lugar a pérdidas. En instalaciones con vibración, el trabajo es particularmente severo, ya que la grasa está continuamente vibrando en los elementos lubricados.



Miscibilidad

En los reengrases, hay que tener el máximo cuidado de no usar grasas diferentes a las originales. De hecho hay tipos de grasas que no son compatibles; si dos de estas grasas se mezclan, la mezcla resultante tiene normalmente una consistencia más blanda que puede causar la pérdida de grasa y fallo en la película lubricante.

Bases y jabones.

Las bases son las que determinan las propiedades de las grasas. A continuación nombramos algunas:

Bases Parafínicas:

Son relativamente estables a altas temperaturas, pero por el alto contenido de parafinas que poseen, no funciona satisfactoriamente a bajas temperaturas. Las mismas dentro de aceite, forman partes sólidas que en ciertas maquinarias diseñadas solo para aceite, pueden tapar los conductos de lubricación.

Bases Nafténicas:

Es una base lubricante que determina la mayor parte de las características de la grasa, tales como: viscosidad, índice de viscosidad, resistencia a la oxidación y punto de fluidez. Frecuentemente contienen una elevada proporción de asfalto; a altas temperaturas son menos estables que las parafínicas. Generalmente no deben usarse temperaturas por encima de los 65°C.

Saponificación:

Es un proceso por medio del cual una grasa (o algún otro compuesto de un ácido con alcohol) reacciona con un ÁLCALI (compuesto que neutraliza la acidez de la grasa), para formar un jabón, glicerina u otro alcohol.

Las propiedades de los jabones dependen de los ácidos grasos y de las bases metálicas utilizadas en la saponificación, esto se puede verificar mediante la reacción.

Las bases metálicas son las que dan las características que se quieren lograr en la grasa, Así, las de calcio, aluminio y litio imparten buena resistencia a la acción del agua y a la humedad, mientras que las de sodio permiten soportar altas temperaturas.Las deficiencias que puedan tener las grasas se pueden modificar mediante la adición de aditivos.

3.5 DISTINTOS TIPOS DE GRASAS Y ADITIVOS EMPLEADOS



Los tipos de grasa más comunes emplean como espesante un jabón de calcio (Ca), sodio (Na), o litio (Li).

Grasas cálcicas.

Las grasas cálcicas tienen una estructura suave, de tipo mantecoso, y una buena estabilidad mecánica. No se disuelven en agua y son normalmente estables con 1-3% de agua. En otras condiciones el jabón se separa del aceite de manera que la grasa pierde su consistencia normal y pasa de semilíquida a líquida.

Por eso no debe utilizarse en mecanismos cuya temperatura sea mayor a 60ºC. Las grasas cálcicas con aditivos de jabón de plomo se recomiendan en instalaciones expuestas al agua a temperaturas de hasta 60ºC,. Algunas grasas de jabón calcio-plomo también ofrecen buena protección contra el agua salada, y por ello se utilizan en ambientes marinos. No obstante, existen otras grasas cálcicas estabilizadas por otros medios distintos del agua; éstas se pueden emplear a temperaturas de hasta 120ºC; por ejemplo, grasas cálcicas compuestas.

Grasas sódicas.

Las grasas sódicas se pueden emplear en una mayor gama de temperaturas que las cálcicas. Tienen buenas propiedades de adherencia y obturación. Las grasas sódicas proporcionan buena protección contra la oxidación, ya que absorben el agua, aunque su poder lubricante decrece considerablemente por ello. En la actualidad se utilizan grasas sintéticas para alta temperatura del tipo sodio, capaces de soportar temperaturas de hasta 120ºC.

Grasas líticas.

Las grasas líticas tienen normalmente una estructura parecida a las cálcicas; suaves y mantecosas. Tienen también las propiedades positivas de las cálcicas y sódicas, pero no las negativas. Su capacidad de adherencia a las superficies metálicas es buena. Su estabilidad a alta temperatura es excelente, y la mayoría de las grasas líticas se pueden utilizar en una gama de temperaturas más amplia que las sódicas. Las grasas líticas son muy poco solubles en agua; las que contienen adición de jabón de plomo, lubrican relativamente, aunque estén mezcladas con mucha agua.

Grasas de jabón compuesto.



Este término se emplea para grasas que contienen una sal, así como un jabón metálico, usualmente del mismo metal. Las grasas de jabón de calcio compuesto son las más comunes de este tipo, y el principal ingrediente es el acetato cálcico. Las grasas de jabón compuesto permiten mayores temperaturas que las correspondientes grasas convencionales.

Grasas espesadas con sustancias inorgánicas.

En lugar de jabón metálico se pueden emplear distintas sustancias inorgánicas como espesantes, por ejemplo, bentonita y gel de sílice. La superficie activa utilizada sobre partículas de estas sustancias absorben las moléculas de aceite. Las grasas de este grupo son estables a altas temperaturas y son adecuadas para aplicaciones de alta temperatura; son también resistentes al agua. No obstante, sus propiedades lubricantes desaparecen a temperaturas normales.

Grasas sintéticas.

En este grupo se incluyen las grasas basadas en aceites sintéticos, tales como aceites ésteres y siliconas, que no se oxidan tan rápidamente como los aceites minerales. Las grasas sintéticas tienen por ello un mayor campo de aplicación. Se emplean distintos espesantes, tales como jabón de litio, bentonita y PTFE (teflón). La mayoría de las calidades están de acuerdo a determinadas normas de pruebas militares, normalmente las normas American MIL para aplicaciones y equipos avanzados, tales como dispositivos de control e instrumentación en aeronaves, robots y satélites. A menudo, estas grasas sintéticas tienen poca resistencia al rozamiento a bajas temperaturas, en ciertos casos por bajo de -70º C.

Grasas para bajas temperaturas (LT)

Tiene una composición tal que ofrecen poca resistencia, especialmente en el arranque, incluso a temperaturas tan bajas como -50º C. la viscosidad de estas grasas es pequeña, de unos 15mm²/s a 40º C. su consistencia puede variar y estas consistencias precisan unas obturaciones efectivas para evitar la salida de grasa.

Grasas para temperaturas medias (MT)

Las llamadas grasas multiuso¨ están en este grupo. Se recomiendan para equipos con temperaturas de -30 a +110º C; por esto, se puede utilizar en la gran mayoría de los casos.

La viscosidad del aceite base debe estar entre 75 y 220mm²/s a 40º C. la consistencia es normalmente 2 ó 3 según la escala NLGI.

Grasas para altas temperaturas (HT)



Estas grasas permiten temperaturas de hasta +150ºC. Contienen aditivos que mejoran la estabilidad a la oxidación. La viscosidad del aceite base es normalmente de unos 110mm²/s a 40º C, no debiéndose exceder mucho ese valor, ya que la grasas se puede volver relativamente rígida a temperatura de ambiente y provocar aumento del par de rozamiento. Su consistencia es NLGI 3.

Grasas extrema presión (EP)

Normalmente una grasa EP contiene compuestos de azufre, cloro ó fósforo y en algunos casos ciertos jabones de plomo. Con ello se obtiene una mayor resistencia de película, esto es, aumenta la capacidad de carga de la película lubricante. Tales aditivos son necesarios en las grasas para velocidades muy lentas y para elementos medianos y grandes sometidos a grandes tensiones. Funcionan de manera que cuando se alcanzan temperaturas suficientemente altas en el exterior de las superficies metálicas, se produce una reacción química en esos puntos que evita la soldadura.

La viscosidad del aceite base es de unos 175mm²/s (máx. 200mm²/s) a 40º C. la consistencia suele corresponder a NLGI 2. En general, las grasas EP no se deben emplear a temperaturas menores de -30º C y mayores de +110º C.

Grasas anti-engrane (EM)

Las grasas con designación EM contienen bisulfuro de molibdeno (MoS2), y proporcionan una película más resistente que los aditivos EP. Son conocidas como las ¨antiengrane¨. También se emplean otros lubricantes sólidos, tales como el grafito.

Aditivos para las grasas

Para obtener una grasa con propiedades especiales, se incluyen a menudo uno o más aditivos. Entre los existentes, relacionamos los más comunes:

Los aditivos antidesgaste mejoran la protección que la propia grasa ofrece. Es especialmente importante que el equipo en contacto esté bien protegido contra la oxidación si funciona en ambientes húmedos.

Los antioxidantes retrasan la descomposición del aceite base a alta temperatura. Esto da lugar a mayores intervalos de re lubricación, manteniendo bajos los costos.

Los aditivos EP (extrema presión), por ejemplo jabones de plomo y compuestos de azufre, cloro o fósforo, aumentan la capacidad de carga de la película.

Los estabilizadores hacen posible el espesado de aceite base con jabones con los que no forma compuestos fácilmente. Generalmente, sólo se precisa poca cantidad, por ejemplo, la grasa cálcica tiene un 1 a 3% de agua como estabilizador.


http://www.monografias.com/trabajos14/nuevmicro/nuevmicro.shtml


PRUEBAS REALIZADAS A LAS GRASAS.

Prueba Almen

Una varilla cilíndrica gira dentro de un casquillo abierto, el cual se presiona contra aquella. Se añaden pesos de 0.9 Kg. en intervalos de 10 seg. y se registra la relación existente entre la carga y la iniciación del rayado.

Prueba Timken

Se presiona un anillo cilíndrico, que gira, sobre un bloque de acero durante 10 minutos y se registra la máxima presión de iniciación del gripado.

Prueba SAE

Se hacen girar dos rodillos a diferentes velocidades y en el mismo sentido. La carga se aumenta gradualmente hasta que se registre el fallo. En este caso hay combinación de rodamiento y deslizamiento.

Prueba Fálex

Se hace girar una varilla cilíndrica entre dos bloques de material duro y en forma de V, que se presionan constantemente contra la varilla, con una intensidad que aumenta automáticamente. La carga y el par totales se registran en los calibradores.

Punto de goteo

Es la temperatura a la cual la grasa pasa de su estado sólido a líquido. La prueba se realiza aumentando la temperatura de la grasa hasta que se empiece a cambiar de estado, en ese momento se toma la temperatura y se define su punto de goteo.

3.6 ACEITES LUBRICANTES

Están constituidos por moléculas largas hidrocarbonadas complejas, de composición química y aceites orgánicos y aceites minerales.

Distintos tipos de aceites.



En el pasado, era frecuente usar designaciones tales como aceite de husillos, aceite de máquinas, etc. quizás todavía se oyen esos términos, pero tienden a desaparecer como designaciones comerciales. Incluso los nombres que indican la composición química de los aceites, ya no se emplean más.

Hoy los productos aparecen como aceites lubricantes, y se pueden clasificar como aceites minerales, sintéticos, animales o vegetales.

Cuando nos referimos a las ventajas de la nueva generación de lubricantes hifrofraccionados siempre hacemos mención a los lubricantes sintéticos y a lo similar que es su desempeño con ellos.

En muchas aplicaciones el uso de los lubricantes sintéticos reduce los costos de operación y mantenimiento, ahorra energía y proporciona una mayor protección a los sistemas.

Aceites orgánicos.

Se extraen de animales y vegetales. Cuando aún no se conocía el petróleo, eran los únicos utilizados; hoy en día se emplean mezclados con los aceites minerales impartiéndoles ciertas propiedades tales como adherencia y pegajosidad a las superficies. Estos aceites se descomponen fácilmente con el calor y a temperaturas bajas se oxidan formando gomas, haciendo inútil su utilización en la lubricación.

Aceites minerales.

Son derivados del petróleo. Un aceite mineral está constituido por una base lubricante y un paquete de aditivos químicos, que ayudan a mejorar las propiedades ya existentes en la base lubricante o le confieren nuevas características. Los aceites minerales puros no tienen compuestos inestables, que podrían tener un efecto significativo sobre su duración: por ejemplo, nitrógeno, oxígeno y compuestos de azufre y ácidos.

Aceites sintéticos.

Son utilizados igualmente para describir una familia de aceites y grasas sintéticos que incluyen aceites circulantes, aceites de engranes, aceites hidráulicos, grasas y aceites de compresores. Estos lubricantes son utilizados en una gran variedad de aplicaciones industriales. Por definición, un lubricante sintético es un lubricante diseñado y elaborado para servir mejor a los propósitos previamente reservados para productos extraídos directamente del petróleo. Los términos sintetizado y sintético, describen los aceites básicos.



ACEITES MÁS COMUNES.

A continuación se describen los más comunes.

Diésteres

Los diésteres tienen poca viscosidad. Tienen excelentes propiedades de temperatura de -60º C a +120º C y, con aditivos adecuados, que ofrecen buena protección contra la corrosión.

Aceites de silicona.

Los aceites de silicona poseen una gama adecuada de temperatura es -70 a + 200ºC. No obstante, las propiedades de estos aceites en cuanto a la protección contra la corrosión, son limitadas. Los aceites de flúor-silicona tienen mejores propiedades que los demás.

Aceites fluorados.

La designación completa de estos aceites es éter alkilico-polifluorado. Tienen buena estabilidad a la oxidación y buenas propiedades EP, y son apropiados para temperaturas de hasta +250º C. Su alto precio ha restringido hasta ahora su demanda.

Aceite poliglicol.

Estos aceites forman un grupo que está creciendo en interés, principalmente para equipos a lubricar con temperaturas de funcionamiento a mas de +90º C. Su estabilidad a la oxidación es buena. Han llegado a durar hasta 10 veces más que sus correspondientes aceites minerales. Los aceites de poliglicol no espesan ni forman depósitos de coke. Su densidad es mayor que 1, por lo que el agua libre flota sobre el aceite. No obstante, con fuerte agitación forman dispersión (una mezcla).

Hidrocarburos sintéticos (aceites SHC)

La viscosidad de estos aceites es relativamente independiente de temperatura. Se pueden usar de -50 a +160º C.

ADITIVOS DE ACEITE.

Los aceites lubricantes contienen normalmente aditivos de varios tipos. Los más comunes son los agentes antioxidantes, los protectores contra la corrosión, los aditivos antiespumantes, los aditivos antidesgaste y los aditivos EP.



Antioxidantes

Los aceites expuestos a altas temperaturas y en contacto con el aire se oxidan, esto es, se forman compuestos químicos que pueden incrementar la viscosidad del aceite y causar corrosión. Los antioxidantes mejoran la estabilidad a la oxidación del aceite de 10 a 150 veces. No obstante, el efecto inhibidor que se puede conseguir con un aceite lubricante, es relativamente limitado.

Aditivos protectores contra la corrosión

En principio, hay dos tipos de aditivos que ofrecen protección contra la corrosión: aditivos solubles en agua (por ejemplo, nítrico sódico), y aditivos solubles en aceite. Estos últimos pueden ser de varios tipos de jabones de plomo o los más modernos agentes basados en zinc.

Aditivos antiespumantes

Si el aceite forma espuma, decrece la capacidad de carga de la película; si forma mucha espuma puede llegar a rebosar y producirse pérdidas. El efecto antiespumante, es decir, la acción de humedecer la espuma, se obtiene añadiendo pequeñas cantidades de silicona fluida. Los aditivos que atenúan la espuma hacen que las burbujas rompan cuando alcanzan la superficie del baño de aceite.

Aditivos con un efecto polar

Las grasas animales y vegetales, los ácidos grasos y ésteres, estas sustancias hacen que mejore la capacidad de absorción de presión que disminuya el rozamiento a temperaturas de hasta unos 100º C máximo.

Aditivos EP activos.

Estos aditivos, fósforo y compuestos de cloro y azufre, actúan de forma diferente a los anteriores. No se conoce en detalle cómo trabajan, pero, después de reacciones intermedias, se obtiene finalmente una combinación química con la superficie metálica. Los compuestos fosfuros, cloruros y sulfuros, tienen mucha menor resistencia que el metal y pueden cizallarse fácilmente. El aditivo de cloro es activo de 150 a 400º C, el de azufre entre aproximadamente 250 y 800º C, mientras que los de fósforo reaccionan a temperaturas menores.

Aditivos sólidos

Los aditivos sólidos, como el bisulfuro de molibdeno, pueden también mejorar las propiedades lubricantes. El tamaño de las partículas debe ser de unas 0.2 micras, pudiendo así permanecer en suspensión en el aceite. Las partículas mayores o menores que éstas, sedimentaran. Cuando hay que filtrar un aceite que contienen aditivos sólidos, el tamaño de los poros debe ser al menos de 20



a 30 micras, ya que de otra forma el descenso de presión en el sistema será innecesariamente grande.

Aditivos detergentes HD

Los aditivos detergentes fueron introducidos en los años ´70 para los aceites de automóviles. Tenían la particularidad de ¨limpiar¨ el motor o mecanismo de los depósitos de carbón.

CALIDAD DE LOS ACEITES

La calidad de los aceites viene dada por ciertas condiciones de prestación y su perduración en el tiempo durante su uso. A continuación, se nombran algunos factores a tener en cuenta.

Viscosidad

Esta prueba se realiza con un instrumento llamado viscosímetro, consiste en un baño de aceite a temperatura de 100°C (Norma SAE) y en su interior se encuentra ubicado un bulbo capilar con el aceite en prueba, se toma el tiempo que tarde el aceite en subir desde un nivel inicial hasta un nivel final en el bulbo y se multiplica por una constante.

Índice de Viscosidad (IV)

Esta prueba se lleva a cabo sometiendo el aceite de estudio a fluctuaciones de temperatura.

Punto de Chispa

Es la temperatura a la cual se forman gases suficientes para realizar una combustión. La prueba consiste en colocar el aceite en un recipiente dotado con una resistencia, para aumentarle la temperatura, luego este aceite es colocado en contacto directo con una llama, en el momento en que el producto trata de encenderse este el llamado punto de chispa. Se sigue calentando el aceite y nuevamente se pone en contacto con la llama y en el instante que este haga combustión, es el punto de inflamación.

Prueba de humedad

Para verificar que el producto está con cero humedades, factor muy importante en cualquier lubricante, la mayoría de empresas acostumbran a realizar una prueba de humedad muy sencilla, que consiste en poner a calentar al rojo vivo un metal, y luego se deja caer sobre este una gota de aceite. Si crispa, el aceite presenta humedad, si por el contrario el aceite no presenta este fenómeno, está completamente libre de humedad.



Punto de fluidez

Es la temperatura más baja a la cual el aceite lubricante aún es un fluido. Indica las limitaciones de fluidez que tiene el aceite a bajas temperaturas, en el momento en que el producto trata de cambiar de estado, esa temperatura es el punto de fluidez.

Prueba de corrosión

Cuando el aceite es expuesto a la acción del agua, esta puede disolver los inhibidores de la oxidación dando origen a la formación de ácidos orgánicos, los pueden originar el deterioro en las piezas lubricadas. La prueba llamada también Lámina de Cobre, consiste en colocar una lámina de cobre en un recipiente lleno de aceite a una temperatura de 105°C, dejándola allí por espacio de cuatro días, dependiendo del color que tome la lámina se medirá el grado de corrosión del producto; lo ideal es que la lámina no cambie de color, es decir, que el aceite presente cero corrosión.

3.7 CERAS Y GLICERINA

Las ceras son compuestos animales, vegetales, minerales y sintéticos según la fuente de donde provengan. Las ceras animales se secretan como recubiertas protectoras por ciertos insectos. Las ceras vegetales se encuentran como recubrimiento de hojas, flores, tallos y semillas. Las ceras minerales son las ceras parafínicas obtenidas del petróleo, y algunas ceras se producen a partir de carbón, turba y lignito. Las ceras minerales del petróleo no son ceras verdaderas (ésteres o sintetitcas), pero se clasifican de esta forma por sus características físicas.

Historia de la glicerina

La glicerina es un líquido transparente, casi incoloro y de sabor dulce; pero no presenta olor.

En 1779, Scheele preparó glicerina por primera vez al calentar una mezcla de aceite de oliva y litargirio. Al lavarlo con agua, obtuvo una solución dulce que produjo un líquido grueso y viscoso al evaporarse el agua, que el descubridor llamó "el principio dulce de las grasas". En 1846, Sobrero produjo por primera vez la nitroglicerina explosiva, y en 1868 Nobel proporcionó una manera segura de manejarla como dinamita, al producir su absorción en diatomita. Estos descubrimientos aumentaron la demanda de glicerina que en parte se satisfizo por el desarrollo en 1870 de un método para recuperar glicerina y sal a partir de la lejía de jabón agotado. Desde 1948, el glicerol se ha producido a partir de materias primas petroquímicas por procesos sintéticos.

Usos de la glicerina



La glicerina se emplea en la fabricación, conservación, ablandamiento y humectación de gran cantidad de productos, éstos pueden ser:

Resinas alquídicas Celofán Tabaco Explosivos Fármacos y cosméticos Espumas de uretano Alimentos y bebidas Varios.

EJEMPLO:

Principios de lubricación de las grasas en los rodamientos:

Supongamos que el lubricante forma una película entre los componentes del rodamiento que se están moviendo unos respecto a otros. Esta película se adhiere firmemente a las superficies que se deben separar.

Cuando los componentes se mueven en relación unos con otros, la película queda expuesta a tensiones de cortadura interna. Simplificadamente, se puede decir que ello resulta en deslizamiento entre las ¨diferentes¨ capas de la película, y a rozamiento entre ellas. Un término más común de la resistencia del fluido, es la viscosidad.

¿Cómo actúa la grasa en el rodamiento?

El espesante, el jabón metálico, actúa como contenedor para el aceite lubricante.

El jabón forma como una malla de fibras jabonosas. Las cavidades de la malla están llenas de aceite, parecido a lo que sucede con los poros de una esponja llena de agua.

Si una esponja mojada se exprime, el agua sale de ella; podríamos decir que la esponja ¨sangra¨. Nosotros también decimos que el aceite ¨sangra¨ de la grasa, pero en esta operación la temperatura juega el principal papel. La grasa en un componente o equipo es a veces expuesta a un trabajo de ¨amasado¨, que podría dar lugar a que ¨sangre¨. Por lo tanto, se debe elegir el tipo de grasa que tenga propiedades adecuadas a los requerimientos del tipo de condiciones de funcionamiento. Por ejemplo, las altas vibraciones llevan a la elección de una grasa mecánicamente estable, pues si no es expulsada fuera del mecanismo en un continuo proceso de circulación que causa una rotura mecánica de la base de jabón metálico, destruyéndose la grasa y teniendo un contacto metálico por ruptura de la película lubricante.



CONCLUSION

Finalizado este trabajo investigativo se puede aseverar que:

a) La vida útil de un equipo depende de una adecuada lubricación.

b) Para cada elemento o componente existe un lubricante específico: hay que estudiar los factores internos y externos.

c) Las grasas sintéticas al igual que los aceites no se comportan mejor que los minerales a temperaturas y RPM bajas.

d) Las grasas y aceites sintéticos tienen mejores prestaciones que las minerales básicas a altas temperaturas y RPM.

e) La reacción de saponificación es necesaria únicamente para la obtención de las grasas lubricantes, más no de los aceites.

f) Las grasas están hechas a bases de jabones donde se aloja el aceite. Si bien hay diferentes tipos de jabones, las propiedades antifricción las brinda el aceite que se aloja en ella y los aditivos.

g) La aditivación mejora las prestaciones de los lubricantes.

h) Desde que se utilizan detergentes en los aceites, las maquinarias trabajan con menos contaminación en los mecanismos.



Unidad 4

Tipos de Bombas y Compresores.

4.1 INTRODUCCIÓN DE BOMBAS.

Un equipo de bombeo es un transformador de energía, mecánica que puede proceder de un motor eléctrico, térmico, etc. Y la convierte en energía, que un fluido adquiere en forma de presión, de posición y de velocidad.

Así se tendrán bombas que funcionen para cambiar la posición de un cierto fluido. Por ejemplo la bomba de pozo profundo, que adiciona energía para que el agua del sub-suelo se eleve a la superficie.

Un ejemplo de bombas que adicionan energía de presión sería una bomba en un oleoducto, en donde las cotas de altura así como los diámetros de tuberías y consecuentemente las velocidades fuesen iguales, en tanto que la presión fuesen iguales, en tanto que la presión fuese incrementada para poder vencer las pérdidas de fricción que se tuviesen en la conducción.

Existen bombas que trabajan con presiones y alturas iguales que únicamente adicionan energía de velocidad. Sin embargo a este respecto hay muchas confusiones en los términos presión y velocidad por la acepción que llevan implícita de las expresiones fuerza-tiempo. En la mayoría de las aplicaciones de energía conferida por la bomba es una mezcla de las tres. Las cuales se comportan de acuerdo con las ecuaciones fundamentales de la mecánica de fluidos.

Lo inverso a lo que sucede en una bomba se tiene en una máquina llamada comúnmente turbina, la cual transforma la energía de un fluido> en sus diferentes componentes citadas en energía mecánica.

Para una mayor claridad, buscando una analogía con las máquinas eléctricas, y para el caso específico del agua, una bomba sería un generador hidráulico, en tanto que una turbina sería un motor hidráulico.



Normalmente un generador hidráulico (bomba) es accionado por un motor eléctrico, térmico, etc. mientras que un motor hidráulico (turbina) acciona un generador eléctrico.

Tratándose de fluidos compresibles el generador suele llamarse compresor y el motor puede ser una turbina de aire, gas o simplemente un motor térmico.

Existe una diversidad de clasificación de bombas que ocasionalmente puede causar confusión al intentar ubicarlas dentro de un cierto tipo, clave u otra distinción, sin embargo la más adecuada para propósitos de este trabajo es la proporcionada por el instituto de Hidráulica de los E.E.U.U.

Esta clasificación toma en cuenta la forma cómo el fluido se desplaza dentro de los elementos de la bomba, así para aquellos en los que el fluido se desplaza a presión dentro de una carcaza cerrada, como resultados del movimiento suavizada de un pistón o embolo, se le denomina “bombas de desplazamiento positivo”, mientras que las bombas en las cuales el fluido es desplazado por el movimiento circular de uno o varios impulsores provistos de alabe, se les denomina “Bombas Centrifugas” y es en el presente trabajo a estas últimas a las que se hará referencia.

La clasificación anterior parece ser la más adecuada sin embargo, puede ser útil conocer dentro de esta clasificación algunas características o situaciones que ayudara a seleccionar la bomba más adecuada.

Si por ejemplo estás pueden ser clasificadas de la siguiente manera; según el sistema donde funcionarán o la forma física de ella. Para la primera clasificación que es conocer el sistema donde la bomba tendrá su funcionamiento.

Consiste en saber si la bomba succionara del recipiente y con alturas variables o si la bomba se instalará en un sumidero o en una fosa. Así mismo en necesario el líquido que la bomba manejará: si con volátiles, viscosos, calientes o pastas aguadas, que así se manejará el concepto de densidad y partículas que la bomba pueda impulsar.

Respecto a la forma física de la bomba se debe tener en cuenta que existen bombas de eje horizontal o vertical, ambas de empujes centros o de desplazamiento positivo, baja o alta velocidad, también la especificación de los materiales deben ser compatibles con los líquidos que se bombearán.



Una práctica común es definir la capacidad de una bomba con el número adimensional llamado velocidad específica, que se describe posteriormente que es función del número de revoluciones a las que giren sus participantes rotatorias, de la siguiente forma se puede ser de alta o baja velocidad.

4.2



4.3 BOMBAS CENTRIFUGAS

Las bombas centrífugas, debido a sus características, son las bombas que más se aplican en la industria. Las razones de estas preferencias son las siguientes:

Son aparatos giratorios, No tienen órganos articulados y los mecanismos de acoplamiento son muy sencillos, la impulsión eléctrica del motor que la mueve es bastante sencilla.

Para una operación definida, el gasto es constante y no se requiere dispositivo regulador.

Se adaptan con facilidad a muchas circunstancias.

Aparte de las ventajas ya enumeradas, se unen las siguientes ventajas económicas:

El precio de una bomba centrífuga es aproximadamente ¼ del precio de la bomba de émbolo equivalente. El espacio requerido es aproximadamente 1/8 del de la bomba de émbolo equivalente.

El peso es muy pequeño y por lo tanto las cimentaciones también lo son.

El mantenimiento de una bomba centrífuga sólo se reduce a renovar el aceite de las chumaceras, los empaques de la presa-estopa y el número de elementos a cambiar es muy pequeño.

FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

Las bombas centrífugas mueven un cierto volumen de líquido entre dos niveles; son pues, máquinas hidráulicas que transforman un trabajo mecánico en otro de tipo hidráulico. Los elementos constructivos de que constan son:

a) Una tubería de aspiración, que concluye prácticamente en la brida de aspiración.

b) El impulsor o rodete, formado por una serie de álabes de diversas formas que giran dentro de una carcasa circular. El rodete va unido solidariamente al eje y es la parte



móvil de la bomba. El líquido penetra por la tubería de aspiración hasta el centro del rodete, que es accionado por un motor, experimentando un cambio de dirección más o menos brusco, pasando a radial, (en las centrífugas), o permaneciendo axial, (en las axiales), adquiriendo una aceleración y absorbiendo un trabajo.

Los álabes del rodete someten a las partículas de líquido a un movimiento de rotación muy rápido, siendo proyectadas hacia el exterior por la fuerza centrífuga, de forma que abandonan el rodete hacia la voluta a gran velocidad, aumentando su presión en el impulsor según la distancia al eje. La elevación del líquido se produce por la reacción entre éste y el rodete sometido al movimiento de rotación; en la voluta se transforma parte de la energía dinámica adquirida en el rodete, en energía de presión, siendo lanzados los filetes líquidos contra las paredes del cuerpo de bomba y evacuados por la tubería de impulsión.

La carcasa, (voluta), está dispuesta en forma de caracol, de tal manera, que la separación entre ella y el rodete es mínima en la parte superior; la separación va aumentando hasta que las partículas líquidas se encuentran frente a la abertura de impulsión; en algunas bombas existe, a la salida del rodete, una directriz de álabes que guía el líquido a la salida del impulsor antes de introducirlo en la voluta.

c) Una tubería de impulsión.- La finalidad de la voluta es la de recoger el líquido a gran velocidad, cambiar la dirección de su movimiento y encaminarle hacia la brida de impulsión de la bomba.

La voluta es también un transformador de energía, ya que disminuye la velocidad (transforma parte de la energía dinámica creada en el rodete en energía de presión), aumentando la presión del líquido a medida que el espacio entre el rodete y la carcasa aumenta.

Fig I.1.- Bomba centrífuga, disposición, esquema y perspectiva.



Este es, en general, el funcionamiento de una bomba centrífuga aunque existen distintos tipos y variantes.

La estructura de las bombas centrífugas es análoga a la de las turbinas hidráulicas, salvo que el proceso energético es inverso; en las turbinas se aprovecha la altura de un salto hidráulico para generar una velocidad de rotación en la rueda, mientras que en las bombas centrífugas la velocidad comunicada por el rodete al líquido se transforma, en parte, en presión, lográndose así su desplazamiento y posterior elevación.

BOMBA TIPO VOLUTA

La carcaza en este tipo de bombas es de voluta o espirar y no tienen paletas difusoras como se muestra en la figura:

Bombas con Carcaza Tipo Voluta

La voluta recibe el líquido que sale del impulsor y transforma la mayor parte de la energía cinética en energía de presión. El área de la sección transversal de la voluta aumenta progresivamente en el arco de 360º descrito en torno al impulsor.

Debido a que la voluta no es simétrica existe un des-balance de presiones a lo largo de la misma, lo cual origina una fuerza radial muy considerable en caso de que la bomba trabajara fuera del punto de rendimiento optimo la magnitud de este empuje radial puede compensarse con un aumento del diámetro del eje con un sobre-dimensionamiento de los cojinetes, lo que encarece la bomba.

4.4 BOMBAS DE DIFUSOR O BOMBAS-TURBINA:41

Elaboró Ing. Omar Castañeda Lara


Este tipo de bomba se caracteriza por poseer, fijas a la carcasa, paletas direcciona-doras del flujo de agua que sale del impulsor, el que recorre el camino establecido por las paletas fijas, a lo largo de las cuales ocurre la transformación de energía cinética en energía de presión.

Hay que hacer notar que las bombas con difusor presentan el serio inconveniente de proporcionar el choque entre las partículas de agua a la entrada de difusor, cuando la bomba trabaja en un punto diferente al de diseño. Si existe una alteración en el funcionamiento de la bomba, en relación a lo considerado en el diseño, cambia el ángulo de salida de los diferentes líquidos, pero no se altera el ángulo de los difusores, presentándose el choque entre partículas, con la consecuente pérdida de eficiencia de la máquina.

Las bombas con difusores fueron muy utilizadas al inicio del desarrollo de las bombas centrifugas pero fueron perdiendo importancia al perfeccionarse las técnicas para construir carcasas.

BOMBA VERTICAL Y HORIZONTAL

El eje de rotación de una bomba puede ser horizontal o vertical, (rara vez inclinado). De esta disposición se derivan diferencias estructurales en la construcción de la bomba que a veces son importantes, por lo que también las aplicaciones de los dos tipos de construcción suelen ser, a menudo, distintas y bien definidas.

BOMBAS HORIZONTALES

La disposición del eje de giro horizontal presupone que la bomba y el motor se hallan a la misma altura; éste tipo de bombas se utiliza para funcionamiento en seco, exterior al líquido bombeado que llega a la bomba por medio de una tubería de aspiración.



Las bombas centrífugas, sin embargo, no deben rodar en seco, ya que necesitan del líquido bombeado como lubricante entre aros rozantes e impulsor, y entre empaquetadura y eje.

Como no son auto-aspirantes requieren, antes de su puesta en marcha, el estar cebadas; esto no es fácil de conseguir si la bomba no trabaja en carga, estando por encima del nivel del líquido, que es el caso más corriente con bombas horizontales, siendo a menudo necesarias las válvulas de pie, (aspiración), y los distintos sistemas de cebado.

Como ventajas específicas se puede decir que las bombas horizontales, (excepto para grandes tamaños), son de construcción más barata que las verticales y, especialmente, su mantenimiento y conservación es mucho más sencillo y económico; el desmontaje de la bomba se suele hacer sin necesidad de mover el motor y al igual que en las de cámara partida, sin tocar siquiera las conexiones de aspiración e impulsión.

BOMBAS VERTICALES

Las bombas con eje de giro en posición vertical tienen, casi siempre, el motor a un nivel superior al de la bomba, por lo que es posible, al contrario que en las horizontales, que la bomba trabaje rodeada por el líquido a bombear, estando, sin embargo, el motor por encima de éste.

BOMBAS VERTICALES DE FUNCIONAMIENTO EN SECO.-

En las bombas verticales no sumergidas, el motor puede estar inmediatamente sobre la bomba, o muy por encima de ésta. El elevarlo responde a la necesidad de protegerlo de una posible inundación o para hacerlo más accesible si, por ejemplo, la bomba trabaja en un pozo.

El eje alargado puede ser rígido o flexible por medio de juntas universales, lo que simplifica el siempre difícil problema del alineamiento.

Se emplean muy a menudo las mismas bombas horizontales modificadas únicamente en sus cojinetes.

La aspiración es lateral, (horizontal); en las bombas grandes, frecuentemente, es por abajo, aunque a veces se transforma en lateral mediante un simple codo.

La ventaja de las bombas verticales, es que requieren muy poco espacio horizontal que las hace difícil de sustituir en barcos, pozos, etc.; sin embargo se necesita un espacio vertical superior suficiente para permitir su cómodo montaje y desmontaje.

Para bombas de gran caudal, la construcción vertical resulta en general más barata que la horizontal. Las bombas verticales se emplean normalmente en aplicaciones marinas, para aguas sucias, drenajes, irrigación, circulación de condensadores, etc.

4.5 BOMBAS VERTICALES SUMERGIDAS.-



El funcionamiento sumergido de las bombas centrífugas elimina el inconveniente del cebado, por lo que el impulsor se halla continuamente, aún parado, rodeado por el líquido a impulsar y, por lo tanto, la bomba está en disposición de funcionar en cualquier momento.

El control de la unidad requiere únicamente la puesta en marcha del motor de accionamiento, sin necesidad de dispositivos adicionales de cebado previo.

La aspiración, que es siempre por abajo, se hace a una cierta profundidad con respecto al nivel libre del líquido.

Si esta profundidad es menor de lo debido, 2 ó 3 veces el diámetro del orificio de aspiración, se pueden crear en la superficie vórtices o remolinos por cuyo centro se introduce aire en la bomba, con la consiguiente pérdida de caudal y deficiente funcionamiento.

El eje del que van provistas estas bombas, va guiado normalmente por cojinetes de fricción separados a intervalos regulares (de 1,5 a 3 metros) y lubricados por aceite, grasa, o el mismo líquido bombeado; en este último caso, el eje se suele disponer en el interior de la tubería de impulsión vertical, cerca del motor, en que ésta se desvía horizontalmente mediante un codo adecuado.

En los casos de lubricación por grasa o aceite, el eje va dentro de un tubo portador de los cojinetes, siendo este conjunto, a su vez, exterior o interior a la tubería de impulsión.

La otra solución tiene la ventaja de requerir un menor espacio, siendo en ambos casos innecesaria la empaquetadura, lo que constituye también una circunstancia muy favorable, dados los inconvenientes que ésta lleva a veces consigo.

Las bombas sumergidas tienen la ventaja de ocupar un espacio horizontal mínimo, sólo el necesario para acomodar el motor vertical y la impulsión, siendo incluso ésta a veces subterránea.

Las ventajas hidráulicas son evidentes al desaparecer todos los problemas de aspiración que constituyen el principal inconveniente en el funcionamiento de las bombas centrífugas.

Desde un punto de vista mecánico, esta disposición presenta grandes inconvenientes con respecto a la horizontal. Las bombas son inicialmente más caras y su mantenimiento mucho más elevados, ya que cualquier reparación exige el desmontaje de la bomba para izarla a la superficie.



El eje alargado, somete a los cojinetes a un trabajo duro que sobre todo, si están lubricados por agua o líquidos sin grandes propiedades lubricantes, hace que su vida sea corta e imprevisible.

Los tipos más importantes de bombas verticales sumergidas son, las bombas de turbina verticales o de pozo profundo, las bombas de hélice y las bombas de voluta sumergidas.

Bomba de eje vertical

BOMBAS DE TURBINA VERTICALES

Entre las bombas sumergidas, las más importantes son las llamadas de pozo profundo, de sondeo o de turbina vertical, que fueron desarrolladas para la explotación de pozos, perforaciones y



sondeos de diámetro reducido. Esta circunstancia limita forzosa-mente la altura por etapa, lo que conduce al concepto de bombas multicelulares para reducir el espacio.

El impulsor de aspiración simple, puede ser radial o diagonal, según las condiciones de servicio y su construcción cerrada o semiabierta. Los impulsores semiabiertos, sin embargo, aparte de su mayor empuje axial, hasta el 50% mayor, requieren un ajuste vertical más cuidadoso durante el montaje.

El conjunto de difusores del cuerpo de bomba y la tubería de impulsión, cuelgan del cabezal sobre el que va montado el motor, constituyendo el codo de desviación de la impulsión. A veces, los difusores se recubren interiormente de un esmalte especial que disminuye la rugosidad de la fundición y las pérdidas hidráulicas consiguientes, aumentando el rendimiento, dotando de una cierta uniformidad a las distintas unidades, lográndose una mejor resistencia a la corrosión y a la abrasión.

La construcción de estas bombas permite montar el número de etapas deseado, que puede llegar a 20 o más, añadiendo simplemente difusores e impulsores semejantes uno sobre otro, lo que dota de cierta elasticidad a las aplicaciones, con las consiguientes ventajas de estandarización, disponibilidad de repuestos, etc.; no obstante, estas bombas participan de las desventajas mencionadas para las bombas verticales sumergidas, de ser caras y exigir unos costes de mantenimiento elevados.

Las bombas verticales de turbina han llegado a un grado de perfección notable con rendimientos altos y determinadas ventajas hidráulicas; aunque empezaron siendo empleadas exclusivamente para riegos en pozos y perforaciones, sus aplicaciones industriales aumentan cada vez más, siendo en la actualidad más numerosas que las agrícolas, por lo que la denominación de bombas de pozo profundo va desapareciendo para adaptarse a la de bombas de turbina vertical. Dentro de este tipo se pueden distinguir las bombas provistas de eje alargado y accionadas por motor sumergible dispuesto inmediatamente por debajo de la bomba o bombas buzo.

4.6 BOMBAS DE TURBINA VERTICALES DE MOTOR NORMAL SUPERIOR.

En estas bombas, el eje va por el interior de la tubería de impulsión, desnudo si la lubricación es por aceite, o dentro de un tubo protector si la lubricación es por agua de una fuente externa.



El conjunto de impulsores y eje soportado por los cojinetes de empuje están colocados en el mismo cabezal o en la parte superior del motor, si su eje y el de la bomba están rígidamente acoplados (motores de eje hueco).

Con estas bombas se pueden alcanzar unos 200 m.c.a., pero los problemas que ocasiona cualquier imperfección en la rectitud del eje, que influye en gran manera en la vida de los cojinetes y en la vibración del funcionamiento, crecen enormemente con la longitud del eje.

Se puede considerar que la seguridad del eje es proporcional a su rigidez o resistencia a la flexión viniendo dada por el factor D4 /L3 , siendo D el diámetro del eje y L su longitud.

BOMBAS DE TURBINA VERTICALES DE MOTOR SUMERGIDO

Con objeto de evitar las desventajas que se derivan de la excesiva longitud del eje, en las bombas sumergidas se han desarrollado motores eléctricos capaces de funcionar a su vez rodeados de líquido y de dimensiones tales que les permite ir montados en el interior del pozo.

De esta forma, colocando los motores inmediatamente por debajo de la bomba, desaparece la necesidad del eje, cojinetes y tubo protector, por lo que la columna puede ser de menor diámetro para pérdidas de carga semejantes.

Los motores pueden ser de funcionamiento en seco con cierre hermético, o inundados, en cuyo caso los aislamientos han de tener características muy especiales. Las ventajas del motor sumergido se hacen apreciables, sobre todo, en pozos muy profundos de más de 30 m, o bien inclinados o curvados. El espacio requerido en la superficie es, evidentemente mínimo e incluso nulo con descarga subterránea.

Las desventajas son un menor rendimiento y menor vida del motor y la necesidad ineludible del desmontaje total para cualquier revisión o reparación de la bomba o del motor.

4.7 BOMBAS VERTICALES DE HÉLICE.

Para manejar grandes caudales con pequeñas alturas se usan, a menudo, bombas hélice en posición vertical y funcionamiento sumergido. La simplicidad de estas bombas llega algunas veces



a ser máxima, consistiendo sólo en el impulsor axial abierto provisto de un eje vertical, que gira dentro de la columna o tubería de impulsión.

A veces pueden llevar un difusor o algunos álabes directores; a la entrada se pueden disponer también álabes directores, en alguna de estas bombas, con objeto de evitar o aminorar una pre-rotación excesiva de la vena líquida en la aspiración, que puede dar lugar a remolinos o vórtices en la superficie del líquido.

El eje puede estar lubricado por aceite, en cuyo caso va dispuesto dentro del correspondiente tubo protector con los cojinetes de apoyo.

El impulsor puede ir en voladizo o bien tener cojinete inferior, que aunque constituye un pequeño estorbo para la aspiración, tiene un papel importante dada la estrecha tolerancia radial entre el impulsor y la tubería que le rodea.

En ciertas bombas de este tipo es posible desmontar desde arriba el eje y el impulsor, sin necesidad de retirar la columna, facilitándose algo la accesibilidad y el mantenimiento, lo que es posiblemente el más grave inconveniente de las bombas sumergidas.

El tipo de una bomba, según esta primera clasificación, que atiende al diseño hidráulico del rodete impulsor, viene indicado por su velocidad específica en el punto de máximo rendimiento de la curva característica.

Cada impulsor tiene una velocidad específica determinada, si bien ésta depende también del sistema difusor. El valor de tampoco cambia al alterar las dimensiones absolutas de un impulsor; todos los impulsores de rendimiento aceptable que tienen una misma velocidad específica son geométricamente semejantes, aunque pueden tener ligeras variaciones en el ángulo de salida, forma del álabe, etc.

La velocidad específica del impulsor es un índice de su geometría y proporciona una idea de sus dimensiones principales. La relación entre los diámetros de entrada y salida d1 /d2 , es (dentro de ciertos límites) directamente proporcional a N y era uno de los índices utilizados antes de que se impusiera el concepto de velocidad específica.

La forma de los álabes en los impulsores de flujo radial es, en general, curvada hacia atrás con respecto al sentido de giro y con superficies de simple curvatura, siendo la generatriz paralela al eje de rotación; en los impulsores helicoidales, los álabes son de doble curvatura y en los axiales tienen, además, un determinado perfil aerodinámico.



Campos de aplicación de los tres tipos de bombas centrífugas

Rendimiento-velocidad específica.- En el extremo de las nq bajas, las pérdidas por rozamiento son grandes, de la forma:

a) Pérdidas de carga debidas al más largo recorrido internob) Pérdidas por rozamiento de las paredes del rodete impulsor de gran diámetro al girar

en el líquido, (rozamiento del disco). Las pérdidas por fugas son también grandes.

Al crecer la velocidad específica nq el rendimiento mejora hasta un cierto valor de la misma, por encima del cual, pérdidas superiores de difusión y deficiencia en el guiado del líquido le hacen disminuir de nuevo, aunque de manera más suave.

BOMBAS DE IMPULSOR ABIERTO, SEMIABIERTO Y CERRADO

Teniendo en cuenta su diseño mecánico o estructural, se pueden distinguir tres tipos de impulsores:

a) De álabes aislados (abiertos)

b) Con una pared o disco lateral de apoyo (semiabiertos)

c) Con ambas paredes laterales (cerrados).

Esta clasificación es independiente de la más general, que se refiere al tipo de diseño hidráulico, por lo que en esta nueva clasificación puede haber impulsores centrífugos y de flujo mixto, abiertos, semiabiertos o cerrados.



Cerrado De doble aspiración Semiabierto Abierto

Tipos de impulsores

Fig. 1 Fig.2 Fig.3

Rodete de bomba diagonal abierta y rodete de bomba cerrado tipo Francis

Los impulsores axiales, por su misma estructura, sólo pueden ser semiabiertos o cerrados, ya que sus álabes se pueden considerar como apoyados lateralmente en el eje de rotación, que hace las veces de cubo del impulsor, como si fuese la pared posterior de los radiales y diagonales. Fig 1.



Impulsores abiertos.- En un impulsor abierto, los álabes desnudos van unidos únicamente al eje de giro y se mueven entre dos paredes laterales fijas pertenecientes a la carcasa de la bomba, con tolerancias laterales lo más estrechas posibles para evitar fugas. Fig 2

Esta construcción es mecánicamente débil, por el largo voladizo en que trabajan los álabes, por lo que estos impulsores disponen siempre de una fracción de pared posterior para dar a los álabes la rigidez necesaria, Fig 3

En la práctica no se hace distinción entre impulsores abiertos y semiabiertos, designando a ambos como abiertos, en oposición a los cerrados. Los impulsores abiertos se utilizan en algunas bombas radiales pequeñas y para el bombeo de líquidos abrasivos.

Fig 4.- Empuje axial en impulsor abierto con álabes posteriores

Impulsores semiabiertos.- Los impulsores con una sola pared lateral, que siempre es la posterior, se emplean con cierta frecuencia, destacando las bombas de flujo mixto y todas las axiales.

Al igual que en los abiertos, su buen rendimiento está basado en una tolerancia lateral muy estrecha, del orden de 0,3 mm, que evita fugas de la periferia al centro y en los canales del impulsor entre sí. Estas fugas son tanto mayores cuanto menos viscoso es el líquido por lo que con líquidos algo viscosos el caudal y la altura pueden aumentar, a pesar de las mayores pérdidas por rozamiento, lo que les hace más apropiados que los abiertos para trabajar con líquidos a altas temperaturas.



Cuando el juego lateral se hace grande por el desgaste, hay que cambiar el impulsor. El desgaste del impulsor es proporcional a la velocidad relativa del líquido y no es radialmente uniforme, sino algo mayor en la periferia.

Para el servicio con líquidos abrasivos algunas veces se disponen placas laterales de desgaste de fácil intercambio, construidas con materiales especiales como el acero inoxidable que tiene mayor dureza, que no resulta costoso, ya que el cuerpo de la bomba sigue siendo de fundición.

También sirven para evitar que el líquido quede estancado cerca del eje y empaquetaduras, ya que si aquel fuese abrasivo podría resultar muy perjudicial.

El flujo a través de los agujeros de equilibrio en los impulsores abiertos provistos de álabes posteriores es, a menudo, de sentido contrario al normal en los cerrados, es decir, el líquido entra en ellos del lado de la aspiración.

Las ventajas del impulsor abierto sobre el cerrado son:

a) La menor tendencia a obstruirse que le hace adecuado para líquidos sucios

b) El menor roce hidráulico del disco, al tener sólo una pared girando, de lo que se deduce un buen rendimiento

c) Una mayor accesibilidad de los álabes para el mecanizado, lo que permite conseguir mejores acabados

d) Una mayor facilidad de construcción, con modelos más sencillos, por lo que se puede utilizar una mayor variedad de materiales constructivos con un coste menor de fabricación.

Aunque al principio los impulsores se hacían abiertos, de doble aspiración, hoy en día han caído en desuso por dificultades de ajuste y sólo se fabrican los de aspiración simple.

Impulsores cerrados.- Los impulsores cerrados tienen los álabes colocados entre dos paredes laterales, anterior o de aspiración y posterior.



Impulsor de una bomba de torbellino con álabes radiales a ambos lados del disco

El estrecho margen de tolerancias existente para evitar fugas de retroceso entre la impulsión y la aspiración suele ser axial y está constituida por unas superficies anulares muy próximas, situadas alrededor del orificio de aspiración (oído del impulsor) y formadas por los aros de cierre, uno estacionario montado en el cuerpo y el otro que gira montado en el impulsor.

La principal ventaja de esta solución es que los aros de cierre se pueden cambiar fácilmente cuando se desgastan, recuperando la tolerancia primitiva, evitando así fugas mayores.

Respecto al desgaste, se pueden hacer de materiales especiales para condiciones de funcionamiento y servicio particularmente duras.



Fig II.16.- Empuje axial en impulsor cerrado

A menudo, en vez de estos aros dobles se utiliza sólo un aro montado en el cuerpo, de forma que la superficie rozante móvil pertenece al propio impulsor; en estos casos, en el impulsor se deja material suficiente para poder rectificar su superficie desgastada, si procede, cambiando el aro del cuerpo por uno nuevo de diámetro ligeramente diferente, de forma que deje el juego conveniente con el impulsor.

Los impulsores de doble aspiración llevan aros de cierre en los dos oídos; sus ventajas son, ausencia de empuje axial, una menor perdida y una mayor capacidad de aspiración. Se pueden considerar como dos impulsores de aspiración simple, opuestos y en paralelo.

Los impulsores cerrados pueden resistir mucho mejor cualquier flexión del eje, o contracciones y dilataciones mayores de las previstas, por lo que son más adecuados para servicios de altas temperaturas. Tienen la desventaja de que sus canales son normalmente inaccesibles para cualquier tipo de mecanizado, lo que exige métodos constructivos especiales, más difíciles, con modelos más complicados que en los abiertos. Hidráulicamente, el rozamiento de disco al tener el impulsor dos paredes, es doble que en los abiertos, pero las pérdidas por fugas son menores.

La posibilidad de obstrucción con líquidos sucios es mayor y para ello se diseñan impulsores especiales con oído de gran área, canales lo más amplios posibles, pequeño número de álabes, 2 ó 3, y éstos con los bordes de entrada redondeados.



4.8 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES

Estas bombas guían al fluido que se desplaza a lo largo de toda su trayectoria, el cual siempre está contenido entre el elemento impulsor, que puede ser un embolo, un diente de engranaje, un aspa, un tornillo, etc., y la carcasa o el cilindro. “El movimiento del desplazamiento positivo” consiste en el movimiento de un fluido causado por la disminución del volumen de una cámara. Por consiguiente, en una máquina de desplazamiento positivo, el elemento que origina el intercambio de energía no tiene necesariamente movimiento alternativo (émbolo), sino que puede tener movimiento rotatorio (rotor).

Sin embargo, en las máquinas de desplazamiento positivo, tanto reciprocantes como rotatorias, siempre hay una cámara que aumenta de volumen (succión) y disminuye volumen (impulsión), por esto a éstas máquinas también se les denomina Volumétricas.

Con el nombre general de Bombas Positivas se conoce a las Bombas Reciprocantes y a las Rotatorias, de las cuales a continuación expondremos sus características principales.

VENTAJA DE LAS BOMBAS POSITIVAS.

Las bombas positivas tienen la ventaja de que para poder trabajar no necesitan "cebarse”, es decir, no es necesario llenar previamente el tubo de succión y el cuerpo de la bomba para que ésta pueda iniciar su funcionamiento, tal como acontece en las bombas centrífugas. En las bombas positivas, a medida que la bomba por sí misma va llenándose de líquido, éste va desalojando el aire contenida en la tubería de succión, iniciándose el escurrimiento a través del sistema cuando ha acabado de ser desalojado el aire.

Para completar lo antes dicho relativo a las bombas positivas o de presión mecánica ya sea reciprocante o rotatoria y por lo que respecta a la altura de succión más conveniente en ellas, al final se da el diagrama 8 en el cual puede encontrarse la altura práctica de succión a que conviene instalar una bomba de éstas, con el fin de obtener de ellas su mejor funcionamiento.

Queda entendido que la altura práctica de succión aquí indicada, es igual a la distancia vertical a la que puede ser elevada el agua en la succión, menos las pérdidas de carga por fricción y otras si las



hay; en el concepto de que la temperatura del agua por manejar, considerada al construir la gráfica contenida en el diagrama 8, fue de 25ºC.

En el diagrama 8 también se muestra la presión barométrica correspondiente a cada altitud; expresada tanto en mm de mercurio como en metros de columna de agua.

4.9 BOMBAS RECIPROCANTES

El funcionamiento de una Bomba Reciprocante depende del llenado y vaciado sucesivo de receptáculos de volumen fijo, para lo cual cierta cantidad de agua es obligada a entrar al cuerpo de la bomba en donde queda encerrada momentáneamente, para después ser forzada a salir por la tubería de descarga, (ver figura 103). De lo anterior se deduce, en términos generales, que el gasto de una Bomba Reciprocante es directamente proporcional a su velocidad de rotación y casi independiente de la presión de bombeo.

Como el proceso de llenado y vaciado sucesivo de receptáculos de volumen fijo requiere fricción por resbalamiento entre las paredes estacionarias del receptáculo y las partes móviles, estas bombas no son apropiadas para manejar líquidos que contengan arenas o materias en suspensión. Además, la variación cíclica del gasto de descarga puede obligar al empleo de Cámara de aire y de grandes tuberías.

Estas bombas son relativamente de baja velocidad de rotación, de tal manera que cuando tienen que ser movidas por motores eléctricos deben ser intercaladas trasmisiones de engranes o poleas para reducir la velocidad entre el motor y la bomba.

Clasificación:

Bombas de émbolo recíprocante.

Bombas de embolo reciprocante de descarga variable.

Bombas reciprocantes de diafragma.

De acción directa

De potencia

BOMBA DE DIAFRAGMA



Ocasionalmente, las bombas reciprocantes están provistas de un diafragma flexible recíprocamente en vez de un émbolo o pistón reciprocante, con lo cual se elimina la fricción y las fugas en el punto donde el émbolo atraviesa la caja de empaque. Un ejemplo de esta bomba queda ilustrado en la figura en la cual el movimiento del diafragma es obtenido mediante una cama excéntrica y una palanca; las válvulas de succión y de descarga trabajan en forma ordinaria. Tales bombas son muy comunes en la actualidad para levantar combustible de los tanques posteriores de los automóviles a los carburadores de los mismos.

De piston

BOMBA DE EMBOLO

Los elementos de una Bomba Reciprocante, comúnmente llamada de émbolo o de presión, están mostrados esquemáticamente en la figura 103. En ella puede verse que, como la Manivela o Cigüeñal gira con una

BOMBA RECIPROCANTE DE EMBOLO DE DESCARGA VARIABLE.57



En sistemas de transmisión de circuito hidráulico cerrado, es algunas veces necesaria una forma de bomba cuyo gasto de descarga pueda ser variado sin cambiar la velocidad de rotación. Tal bomba está indicada en la figura, tiene un cierto número de cuerpos cilíndricos paralelos A, hechos formando un bloque B, que gira mediante engranes alrededor de un eje central.

Los pistones o émbolos están articulados a un anillo D que es mantenido en contacto con un platillo E, el cual puede inclinarse fuera de la perpendicular; de este modo cuando el anillo D gira en conjunto con el bloque de cilindros, también se balancea e imparte el movimiento reciprocante necesario a los pistones o émbolos.

En estas bombas no son necesarias las válvulas que tienen las bombas de émbolo antes descritas; en su lugar tienen dos entradas o ranuras semicirculares que obturan las extremidades de los cilindros, una de las entradas está conectada a la tubería de succión y la otra a la de descarga. Así todos los cilindros del bloque en el lado en que suben los émbolos, que es cuando se mueven éstos hacia afuera, son puestos en comunicación directa con la tubería de succión, mientras que el líquido descargado de los cilindros en los cuales bajan los émbolos, tienen salida libre al tubo de descarga.

Debido al hecho de que estas bombas son empleadas exclusivamente para manejar aceite y de que todas las partes móviles están ahogadas en aceite, a pesar del número de superficies de fricción que tienen, alcanzan una alta eficiencia, de un ochenta por ciento o más. La presión media usual de trabajo es de unos 35 kg/cm2.

BOMBAS ROTATORIAS

Estas bombas, como ya antes se dijo» no tienen válvulas ni partes reciprocantes; el movimiento del líquido es efectuado por la acción combinada de dos elementos giratorios semejantes a las ruedas dentadas. En la bomba Stone-Paramor, el elemento giratorio que es acoplado directamente a la flecha motora, es un piñón de cuatro dientes que engrana con una corona dentada de seis dientes.



Esta corona gira dentro de la armadura de la bomba a 2/3 de la velocidad con que gira la flecha motora. Una lengüeta fija de forma creciente y saliente de la armadura, impide el de descarga a la de succión. La forma en la cual el líquido es llevado de la entrada de la succión a la descarga se ve claramente en la figura siguiente, donde los puntos son usados para indicar las posiciones sucesivas del líquido en el hueco dejado entre el piñón y la corona, después de que la flecha ha girado 1/8 de revolución. Cuando se bombea aceite lubricante contra una presión de unos 7 kg/cm2 a esta máquina tiene una eficiencia mecánica de más de 70% y una eficiencia, volumétrica de 95%. No debe intentarse el emplearla para el bombeo de líquidos delgados. Debido a su gasto de descarga casi uniforme, las bombas positivas rotatorias pueden trabajar a grandes velocidades sin el peligro de que se presenten presiones de inercia ni aún en el caso de no ser empleadas Cámaras de aire. Las bombas Stone-Paramor, por ejemplo, con una capacidad de 720 litros por minuto pueden trabajar a 300 r.p.m.



De engrane De alabe Leva y pistón Tornillo LOBULARES

Éstas se asemejan a las bombas del tipo de engranes en su forma de acción, tienen dos o más rotores cortados con tres, cuatro, o más lóbulos en cada rotor (Fig.s 2-4 a 2-6). Los rotores se Sincronizan para obtener una rotación positiva por medio de engranes externos, Debido a que el líquido se descarga en un número más reducido de cantidades mayores que en el caso de la bomba de engranes, el flujo del tipo lobular no es tan constante como en la bomba del tipo de engranes. Existen también combinaciones de bombas de engrane y lóbulo.

BOMBAS ESPECIALES



Para alimentación de calderas

Para grasa

De pozo profundo

Para lodos y drenaje

COMPRESORES DE AIRE.

4.1.1 COMPRESORES.

Son maquinas de flujo continuo en donde se transforma la energía cinética (velocidad) en presión.

La capacidad real de un compresor es menor que el volumen desplazado del mismo, debido a razones tales como:

A) Caída de presión en la succión.

B) Calentamiento del aire de entrada.

C) Expansión del gas retenido en el volumen muerto.

D) Fugas internas y externas.

4.1.2 COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO.

Los tipos de desplazamiento positivo son de dos categorías básicas: Reciprocan tés y Rotatorias. El compresor reciprocan té tienen uno o más cilindros en los cuales hay un pistón o embolo de movimiento alternativo que desplaza un volumen positivo en cada carrera. Los rotatorios incluyen los tipos de lóbulos, espiral, aspas o paletas y anillo de liquido. Cada uno con una carcasa, o con



mas elementos rotatorios que se acoplan entre sí, como los lóbulos o las espirales, o desplazan un volumen fijo en cada rotación.

4.1.3 COMPRESORES RECIPROCANTES O ALTERNATIVOS.

Los compresores reciprocan tés abarcan desde una capacidad muy pequeña hasta unos 3000 PCMS. Para equipo de procesos, por lo general, no se utilizan mucho los tamaños grandes y se prefieren los centrífugos. Si hay alta presión y un gasto más bien bajo, se necesitan los reciprocan tés. El número de etapas o cilindros se debe seleccionar con relación a las o temperaturas de descarga, tamaño disponible para los cilindros y carga en el cuerpo o biela del compresor.

Los tamaños más bien pequeños, hasta unos 100 hp, pueden tener cilindros de acción sencilla, enfriamiento con aire, y se pueden permitir que los valores de aceite en el deposito se mezclen con el aire o gas comprimidos. Estos tipos sólo son deseables en diseños especiales modificados.

Los tipos pequeños para procesos, de un cilindro y 25 o 200 hp, tienen enfriamiento por agua, pitón de doble acción, prensaestopas separado que permite fugas controladas y pueden ser del tipo no lubricado, en el cual el lubricante no toca el aire o gas comprimido. Se utilizan para aire para instrumentos o en aplicaciones pequeñas para gas de proceso.

Los compresores más grandes para aire o gas son de dos o más cilindros. En casi todas las instalaciones, los cilindros se disponen en forma horizontal y en serie de modo que presenten dos o más etapas de compresión

4.1.4 COMPRESORES ROTATORIOS.

Los sopladores, bombas de vacío y compresores rotatorios son todos de desplazamiento positivo, en los cuales un elemento rotatorio desplaza un volumen fijo con cada revolución.

El más antiguo y conocido es el soplador de lóbulos, en el cual dos o tres rotores en forma de ·8· se acoplan entre sí y se impulsan con engranes de sincronización montados en cada eje.

Los sopladores de lóbulos van desde muy pequeños, para compresores producidos en serie, desde unos 2ft3/min., hasta los más grandes, para unos 20000 PCMS. Se usan principalmente como sopladores de baja presión, que comprimen el aire o gases desde la presión atmosférica



hasta 5 a 7 psig y, algunos hasta 25 psig, en tipos especiales. Tambien se utilizan mucho como bombas de vacío, que son en realidad compresores que funcionan con presiones de succión inferiores a la atmosférica y con presiones de descarga iguales a la atmosférica o un poco mayores.

El segundo estilo es el de aspas o paletas deslizantes, que tiene un rotor con ranuras, dentro de las cuales se deslizan las aspas hacia dentro y afuera en cada revolución. Las aspas atrapan el aire o gas y en forma gradual reducen su volumen y aumentan la presión, hasta que escapa por orificios en la carcasa. En las industrias de procesos químicos los tipos de lóbulos y de aspas tienen aplicación limitada porque producen presiones bajas y sólo se pueden obtener, en general con carcasa de hierro fundido, que los hacen inadecuados para ciertos gases corrosivos o peligrosos.

Un tercer tipo es el compresor de espiral rotatorio que se utilizan para altas presiones y vienen en tamaños grandes. Están disponibles en estructuras enfriadas por aceite y secas. Sus capacidades van desde unos 50 hasta 3500 PCMS en el tipo inundado por aceite, y de 1000 a 20000 PCMS en los de tipo seco, estos pueden funcionar a velocidades de 10000 a 12000 rpm y con presiones de descarga de 200 a 400 psig, o sea un aumento de 50 psig por carcasa.

4.1.5 COMPRESORES DINAMICOS - CENTRÍFUGOS.

Los compresores centrífugos son el tipo que más se emplea en la industria de procesos químicos porque su construcción sencilla, libre de mantenimiento permite un funcionamiento continuo durante largos periodos.

El compresor centrífugo más sencillo es el suspendido, de una sola etapa. Los hay disponible para flujo desde 3000 hasta 150000 PCMS.

Se utilizan diseños similares, hechos con materiales más resistentes y a velocidades más altas, en aplicaciones especiales como compresores de aire con engranes integrales, para aplicaciones aeroespaciales, en los turbo cargadores para motores de combustión, compresores de carga, etc.

COMPRESORES DE FLUJO AXIAL.

En estos compresores, el flujo del gas es paralelo al eje o al árbol del compresor y no cambia de sentido como en los centrífugos de flujo radial. La carga por etapa del axial es mucho menor



(menos de la mitad) que la de un tipo centrifugo, por ello, la mayor parte de los axiales son de cierto número de etapas en serie. Cada etapa consta de aspas rotatorias y fijas. En un diseño de reacción de 50 %, la mitad del aumento de la presión ocurre en las aspas del rotor, y las de la segunda mitad en las del estator.

Los compresores de flujo axial están disponibles desde unos 20000 PCMS hasta más de 40000 PCMS y producen presiones de hasta 65 psig en un compresor industrial típico de 12 etapas, o de un poco más de 100 psig, con los turbocompresores de 15 etapas, estos tipos se emplean en turbinas de gas y motores de reacción (jet) para aviones, excepto los muy pequeños. También se emplean mucho en aplicaciones que requieren flujos de gas superiores a 75000 o 100000 PCMS en especial porque son más eficientes que los centrífugos de etapas múltiples, de tamaño comparable. El axial suele costar más que el centrífugo y, en tamaños más pequeños, solo se justifica por su mayor eficiencia.

4.1.6 USO DE LOS COMPRESORES.

El aire comprimido se utiliza para la operación de máquinas y herramientas, taladrar, pintar, soplar hollín, en transportadores neumáticos, en la preparación de alimentos, en la operación de instrumentos y para operaciones en el sitio de uso (por ejemplo, combustión subterránea) El empleo más frecuente es a presiones de 90 a 110 psig, que son los límites de la presión normal en casi todas las fabricas.

Los compresores para gas se emplean para refrigeración, acondicionamiento de aire, calefacción transporte por tuberías. Acopio de gas natural, ·craqueo · catalítico, polimerización y en otros procesos químicos.

MANTENIMIENTO.

Una vez que se a puesto a funcionar el compresor, hay que seguir un estricto programa de mantenimiento preventivo. Los representantes técnicos, de los fabricantes, especializados en reacondicionar compresores, muchas veces entrenan el personal de la planta en los métodos de mantenimiento. Una importante ayuda para el mantenimiento, a lo cual no siempre se presta mucha atención, son los manuales de operación y mantenimiento que publica el fabricante.



Durante el funcionamiento normal hay que vigilar lo siguiente: flujo de agua de enfriamiento, nivel, presión y temperatura del aceite, funcionamiento de los controles y presión del control, presiones y temperaturas de succión y descarga, ruidos anormales y carga y temperatura del motor.

Es indispensable un registro diario del funcionamiento del compresor, en especial de los de etapas múltiples, para un mantenimiento eficiente. Se debe registrar cuando menos lo siguiente: 1) temperatura y presiones de succión, descarga y entre etapas 2) temperaturas del agua de las camisas de entrada, salida y entre etapas 3) temperatura y presión de aceite para lubricar los cojinetes 4) carga, amperaje y voltaje del motor 5) temperatura ambiente 6) hora y fecha.

Con ese registro, el supervisor puede observar cambios en la presión o temperatura que indican un mal funcionamiento del sistema. La corrección rápida evitara problemas serios más tarde.

Hay que seguir asiendo inspecciones frecuente de la parte abierta de la carcasa entre el cilindro y el depósito de aceite, con una luz negra, para ver si hay contaminación arrastre de aceite del depósito.

Unidad 5

Medidores de Caudal y fluidos.

5.1 DISPOSITIVOS PARA MEDIR CAUDAL Y VELOCIDAD DE FLUIDOS

TUBO VENTURIMETRO

Es un tipo de boquilla especial, seguido de un cono que se ensancha gradualmente, accesorio que evita en gran parte la pérdida de energía cinética debido al rozamiento. Es por principio un medidor de área constante y de caída de presión variable. En la figura se representa esquemáticamente un medidor tipo Venturí.



5.2 MEDIDOR DE ORIFICIO

El medidor de Orificio es un elemento más simple, consiste en un agujero cortado en el centro de una placa intercalada en la tubería. El paso del fluido a través del orificio, cuya área es constante y menor que la sección transversal del conducto cerrado, se realiza con un aumento apreciable de la velocidad (energía cinética) a expensa de una disminución de la presión estática (caída de presión). Por esta razón se le clasifica como un medidor de área constante y caída de presión variable.

5.3 TUBO DE PITOT

Es uno de los medidores más exactos para medir la velocidad de un fluido dentro de una tubería. El equipo consta de un tubo cuya abertura está dirigida agua arriba , de modo que el fluido penetre dentro de ésta y suba hasta que la presión aumente lo suficiente dentro del mismo y equilibre el impacto producido por la velocidad. El Tubo de Pitot mide las presiones dinámicas y con ésta se puede encontrar la velocidad del fluido, hay que anotar que con este equipo se puede verificar la variación de la velocidad del fluido con respecto al radio de la tubería (perfil de velocidad del fluido dentro de la tubería).

5.4 ROTAMETROS



Es un medidor de caudal en tuberías de área variable, de caída de presión constante. El Rotámetro consiste de un flotador (indicador) que se mueve libremente dentro de un tubo vertical ligeramente cónico, con el extremo angosto hacia abajo. El fluido entra por la parte inferior del tubo y hace que el flotador suba hasta que el área anular entre él y la pared del tubo sea tal, que la caída de presión de este estrechamiento sea lo suficientemente para equilibrar el peso del flotador. El tubo es de vidrio y lleva grabado una escala lineal, sobre la cual la posición del flotador indica el gasto o caudal.

Los rotámetros, flowmeters, del tipo área variable, son instrumentos diseñados para la medición y control de caudales, gases y líquidos. Fabricamos caudalímetros. La unidad de lectura vendrá especificada en la unidad de preferencia del usuario (lts/h, g/min, mtr^3/h, scfh, lbm/min, scfm, etc, etc), es decir, lectura directa de caudal.Rangos operacionales disponibles: desde 0,5 ltrs/h de agua (0,01 mtr^3/h de aire), para tuberías de diámetro 1/4" NPT, hasta 100000 ltrs/h de agua (3000 mtrs^3/h de aire) para tuberías de diámetro 4". Para diámetros de tubería mayores de 3", caudales hasta 10000000 ltrs/min, se usará el medidor de flujo de tipo área variable modelo "push botton".

Aquí se presenta un modelo de las especificaciones técnicas de un Rotámetro:

El tubo medidor del tipo pyrex, está protegido por una carcasa protectora de acero inoxidable calidad 316.EL flotador medidor se desplaza verticalmente a lo largo de una varilla guía, razón por la cual pueden ser utilizados para medir fluidos de una alta viscosidad.



Rotámetros de seguridad con fabricación especial y a requerimientos específicos están disponibles. Los materiales usados son:Tubo medidor en vidrio boro silicato tipo pyrex.Conectores y partes internas en acero inoxidable 316.O-rines y empaques en teflónLa longitud de la escala medidora se ofrece en variados tamaños: 230 mm, 330 mm, 100 mm, etc.La precisión es del 2% en full escala.

5.5 MEDIDORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

Son el fundamento o la base de muchos elementos de control. El medidor de desplazamiento positivo es un instrumento sensible al flujo. Este responde a variaciones en el valor del flujo y responde a señales mecánicas correspondiente a la rotación del eje. Se aplican en las siguientes circunstancias: donde se encuentre un flujo grande, donde se requiere una respuesta directa al valor de la variación del flujo y donde la acción mecánica es necesaria.

BALANCE DE ENERGIA MECANICA

La energía necesaria para bombear un líquido a través de una tubería depende de una multitud de factores. El esquema muestra que la energía necesaria para el bombeo depende de:

La fricción en la sección recta de la tubería. La energía necesaria para mover un líquido de un punto a otro de mayor altura. La energía necesaria para mantener la velocidad de flujo deseada. La energía necesaria para vencer cualquier diferencia de presión entre la entrada y salida de

la bomba.

La fricción creada por cambios en el área de la sección transversal del flujo, uniones de la tubería, cambios de dirección y cualquier rozamiento existente en el equipo necesarios para el sistema de transporte.

Estos factores se analizan individualmente en este tema.

ENERGIA POTENCIAL

La energía potencial es la energía necesaria para vencer un cambio de altura durante el transporte de líquido. Resulta evidente si el punto situado aguas arriba está localizado por encima del punto de descarga, la energía potencial ayudará a la bomba, reduciéndose la energía necesaria para el bombeo.

ENERGIA CINÉTICA



Para modificar la velocidad de un líquido que fluye la bomba debe incrementar su energía cinética. Donde al cambio está relacionado con la diferencia entre las velocidades del líquido en los puntos a lo largo del sistema. En la mayoría de las ocasiones la velocidad en el punto 1 será cero y las necesidades de energía serán las requeridas para alcanzar la velocidad del líquido deseada.

ENERGIA DE PRESION.

En algunos sistemas de transporte la presión puede cambiar de una posición a otra del sistema.

Donde se introduce a la densidad del líquido para dar consistencia a las unidades de energía (J/Kg). Obsérvese que la densidad del líquido no depende del tipo del sistema en que se analice.

ENERGIA DE FRICCION O ROZAMIENTO

La pérdida de presión debida al rozamiento a lo largo de una tubería recta. Otros componentes del sistema de tubería también contribuirán a la pérdida de energía debida al rozamiento. Por ejemplo un estrechamiento brusco en la sección de la tubería puede evaluarse.

Todos los accesorios como codos, “tes”, y válvulas contribuirán a las pérdidas debida al rozamiento. La contribución al rozamiento de cada una de estas piezas pueden expresarse como una longitud equivalente de tubería recta y sumarse a la longitud real de la tubería. La longitud equivalente de un accesorio puede calcularse seleccionando el valor correspondiente de Le/D y conociendo el diámetro de la tubería

LA PLACA DE ORIFICIO O DIAFRAGMA.

El orificio de la placa puede ser concéntrico, excéntrico o semental, con un pequeño orificio de purga para los pequeños arrastres sólidos o gaseosos que pueda llevar el fluido.



Los dos últimos diafragmas permiten medir los caudales de fluidos que contengan una cantidad pequeña de sólidos y de gases.

La tobera está situada en la tubería con dos tomas, una anterior y la otra en el centro de la sección más pequeña. La otra tobera permite caudales de 60% superiores a la placa de orificios en las mismas condiciones de servicio.

Su pérdida de carga es de 30 a 80% de la presión diferencial. Puede emplearse para fluidos que arrastren sólidos en pequeña cantidad, si bien, si estos sólidos son abrasivos, pueden afectar la presión del elemento.

5.6 TRANSMISIÓN DE FUELLE Y DE DIAFRAGMA.

La presión diferencial creada por la placa, la tobera o el tubo venturi, pueden medirse con un tubo en U de mercurio o bien, transmitirse con los instrumentos llamados convertidores diferenciales.

Los transmisores de fuelle contienen dos cámaras para alta y la baja presión, la alta presión comprime el fuelle correspondiente, arrastrando la placa de unión, el cable y eje exterior, cuyo movimiento actúa sobre el transductor neumático o eléctrico.

Un muelle de margen permite disponer de varias gamas de presión diferencial. La protección contra sobre cargas está asegurada por dos anillos de sello que cierran herméticamente el paso del líquido de llenado de un fuelle al otro, e impiden su destrucción ante una maniobra incorrecta.



Los transmisores de diafragma se diferencia de los anteriores, en que la separación entre las dos cámaras se efectúan mediante diafragmas, en ligar de fuelle, con lo cual desplazamiento volumétrico es casi nulo.

El cuerpo de estos equipos suele ser de acero al carbón, acero inoxidable o aluminio, el fuelle o diafragma de acero inoxidable, teflón.

ROTAMETROS.

Los rotámetros son medidores de caudal de área variable en los cuales un flotador cambia su posición dentro de un tubo, proporcionalmente al flujo del fluido.

Hay formulas que permiten determinar rápidamente los caudales equivalentes en agua o en aire del fluido, y de aquí, el tamaño del rotámetro consultando las tablas del fabricante. Estas dan el tamaño y el número del flotador con su forma y peso.

Los tubos empleados en el rotámetro pueden ser de vidrio o metálicos, los fabricantes los mecanizan de tal modo que puedan asegurar la intercambiabilidad de los diversos tubos y flotadores a fin de obtener caudales correspondientes sin necesidad de calibrar individualmente cada rotámetro.

Los flotadores pueden tener varios perfiles de construcción:

Esfericos.- para bajos caudales y poca precisión.Cilindrico con borde Plano.- para caudales medios y elevados.Cilindrico con borde saliente contra flujo.- con la minima influencia de la viscosidad del fluido.

La calibración de los rotámetros se consigue manteniendo constante el paso de un caudal a través del rotámetro y mediendo la cantidad de líquido o de gas recogido en un tiempo dado. 5.7 LA REOLOGÍA

La Reología es la ciencia del flujo que estudia la deformación de un cuerpo sometido a esfuerzos externos .Su estudio es esencial en muchas industrias, incluyendo las de plásticos, pinturas, alimentación, tintas de impresión, detergentes o aceites lubricantes.

La tabla siguiente es una aproximación del valor de la viscosidad para sustancias muy conocidas a temperatura y presión ambientales:

Fluidos Viscosidad aproximada (mPa·s)

Vidrio 1043



Vidrio Fundido 1015

Betún 1011

Polímeros fundidos 106

Miel líquida 104

Glicerol 103

Aceite de oliva 102

Agua 100

Aire 10-2

La reología ha sido muy importante y lo seguirá siendo para el desarrollo de múltiples industrias, como por ejemplo la industria farmacéutica y alimentaria, así que es de gran relevancia un estudio minucioso de ésta.

Aplicaciones del estudio de la Reología

- Control de calidad de los alimentos: Este control se realiza en la propia línea de producción. Es determinante para la aceptación de productos como patatas fritas, cereales, quesos, aperitivos, yogures, dulces, chocolates, cremas, etc.

- Estudio de la textura y consistencia de productos alimenticios: dichas propiedades son muy importantes a la hora de que un producto sea del agrado del consumidor.

- Producción de pegamentos: el estudio de su plasticidad, de la forma de fluir dentro del recipiente que lo contiene, etc.

- Producción de pinturas: una pintura debe ser esparcida de forma fácil pero sin que escurra.

- Producción de productos cosméticos y de higiene corporal: la duración de una laca sobre el pelo, la distribución de la pasta de dientes por toda la boca, la forma de cómo se esparce una crema, etc. Todas estas características se estudian con la reología para obtener la mayor eficacia del producto.

- Producción de medicamentos: se estudia su estabilidad química, su tiempo de caducidad y su facilidad de extrusión, entre otras.

- Caracterización de elastómeros y de polímeros tipo PVC.

- Estabilidad de emulsiones y suspensiones.

- Caracterización de gasolinas y otros tipos de hidrocarburos.

- Caracterización de metales (en situaciones de elevada temperatura), y de cristales líquidos.



- Control de sustancias que sean transportadas a lo largo de un recipiente cilíndrico.

- Estudio del magma en vulcanología: cuanto más fluido sea el magma más tendencia va a tener el volcán a que provoque una erupción.



Unidad 6

Tipos de Soldadura y sus características.

6.1 Definición de Soldadura.

Operación destinada a unir de modo permanente dos o más piezas de metal. La soldadura puede ser: Indirecta, cuando se emplea un metal que funde a temperatura más baja que los que se deben soldar y no forma aleación con ellos; Autógena, cuando se efectúa sin metales extraños.

La soldadura Autógena: comprende la soldadura de forja, basada en la propiedad que tienen el hierro y el acero de soldarse cuando son golpeados al rojo-blanco; La soldadura con Soplete, que utiliza el calor producido por un quemador (Soplete Oxiacetilénica); La soldadura Eléctrica (o Soldadura por Arco), en la que el calor necesario para efectuar la Soldadura lo proporciona la corriente eléctrica.

Otra definición de soldadura usada en ingeniería es: Procedimiento por el cual dos o más piezas de metal se unen por aplicación de calor, presión, o una combinación de ambos, con o sin el aporte de otro metal, llamado metal de aportación, cuya temperatura de fusión es inferior a las de las piezas que se han de soldar.

6.2 Uniones Básicas.

En soldadura, son muy importantes las uniones entre los metales, ya que de la buena unión de los metales a soldar, dependerá el buen acabado y la resistencia que tenga la soldadura.

Hay diferentes tipos de uniones en soldadura, entre las cuales se encuentran: La unión a tope, La unión t, La unión traslapada, La unión a escuadra y la unión de canto.

Ahora bien, para que comprendamos más fácilmente estas uniones, daremos una definición concreta, pero antes de introducirnos completamente presentaremos la siguiente ilustración que muestra primero, los planos en que caen las piezas para formar una unión, y después definiremos las 5 uniones básicas.

900

Horizontal



La posición horizontal es paralela al horizonte. La posición vertical es perpendicular al horizonte.

Unión a tope? La unión a tope, es la unión más usada en industria por la simplicidad de ensamblé y se puede definir como: La unión entre miembros que caen en el mismo plano.

* Ver la figura:

2-) Unión t? Esta unión se usa extensamente en la industria y se le llama unión t por que se asemeja a la letra ( T ), la unión t se puedes definir como: La unión entre miembros que se encuentran formando ángulos rectos.

* Ver la figura:

3-) Unión traslapada? La unión traslapada algunas veces es usada en lugar de la unión a tope. En lugar de poner los extremos juntos, se sobreponen. Un buen ejemplo está en los tanques de combustible. La soldadura usada para unir las piezas de metal es llamada soldadura de filete. La unión traslapada se puede definir como: La unión entre miembros que se traslapan.

* Ver la figura:



4-) Unión a escuadra? Cuando se sueldan dos piezas de metal formando una ( - Carpa ), la unión se llama Unión a escuadra. Una unión a escuadra puede soldarse con la varilla de soldar o sin ella. La unión a escuadra se puede definir como: La unión entre miembros que forman ángulo recto.

* Ver la figura:

5-) Unión de canto? Es algunas veces llamada unión de brida, y es mas usada con metales de calibre ligero. La unión de canto se puede definir como: La unión entre miembros que tienen sus extremos o filos paralelos.

* Ver la figura:

* Prueba de las 5 uniones? La primera prueba de cualquier unión es la impresión visual, la cual

verifica su apariencia. Una buena soldadura debe tener apariencia limpia, ondulaciones suaves,

sobresalir muy poco y no tener hoyos, si la unión pasa la primera prueba, debe seguir su

comprobación, para asegurarse de que es una buena soldadura a todo lo largo del material. Las

uniones se prueban con métodos Destructivos y no Destructivos.

Las cinco uniones básicas pueden probarse de la siguiente manera:



Pruebas Destructivas.

1. La unión a escuadra debe martillarse hasta que este plana.2. La unión a tope debe doblarse hasta que forme una ( U ).3. La unión T se le debe martillar la pieza vertical hasta que quede horizontal.4. La unión traslapada debe martillarse hasta que parezca a una unión T.5. La unión de canto debe abrirse y doblarse hasta que se asemeje a una unión a tope.

Pruebas no Destructivas.

Las pruebas no destructivas se le puede aplicar a todas las uniones, estas son:

1. Ductilidad: Esta prueba consiste en probar si la soldadura puede doblarse o cambiarse de forma sin que se quiebre.

2. Dureza: Esta prueba consiste en probar si la soldadura puede ser o no atravesada por otro material3. Resistencia a la tensión: Esta prueba consiste en probar si la soldadura tiene la capacidad de

resistir el estiramiento.

Electrodo.

Cada uno de los conductores que ponen en comunicación los polos de un electrólito con el circuito.

Los electrodos podemos clasificarlos en dos tipos: Desnudos y recubiertos.

1-) Desnudo? Consiste en un alambre metálico sin recubrimiento.

2-) Electrodo recubierto? Es un electrodo para soldadura eléctrica, consiste en una varilla metálica, con recubrimiento relativamente grueso, que protege el metal fundido de la atmósfera; mejora las propiedades del metal de soldadura y estabiliza el arco eléctrico.

* Clasificación del electrodo por su revestimiento?

Los electrodos por su revestimiento conservan o aumentan las propiedades del depósito a realizar. Esto se debe al tipo de componentes de que esta compuesto el revestimiento y el porcentaje de estos, sin embargo todos poseen elementos en común.



Características que aporta el revestimiento a la soldadura:

1. Penetración.2. Presentación.3. Tipo de corriente al utilizar.4. Polaridad.5. Aumento de amperaje sin socavar.6. Mayor velocidad de depósito.7. Mayor estabilidad del arco.8. evita porosidades.9. Evita el chisporroteó.10.Escorias alcalinas.11.Aporte de aleantes.12.Evita la oxidación inmediata.13.Elimina ácidos existentes en el metal base,

6.3 El Arco y la transferencia de metal

Esquema del corte transversal de la técnica de arrastre.

Transferencia espectacular.



Vista a través de la fotografía de alta velocidad, la transferencia de metal en soldadura con electrodo revestido es espectacular. No se parece en nada a la transferencia que se produce en soldadura de arco metálico con protección de gas. En ésta, el electrodo se funde en una forma dispareja. Los materiales del revestimiento tienen un efecto muy marcado en la tensión superficial del metal fundido. Unas veces las gotas son grandes y otras veces, chicas. Cuando el revestimiento del electrodo está bien elaborado y mezclado, las gotas son más uniformes. El núcleo metálico del electrodo revestido se funde más que la mayoría de los revestimientos. Por lo tanto que todavía no está fundido. En ocasiones, al terminar de soldar, se puede observar este hueco en el extremo del sobrante del electrodo que está dirigido hacia el arco. (Véase en la figura 1F-1.) Al momento de soldar, el arco se encuentra dentro de la cavidad.

Figura 1F-1. Extremo típico de un sobrante de electrodo, con la cavidad producida por el arco.

Las fuerzas del arco.

Al soldar, la presión que ejerce el gas aumenta en el interior de la cavidad del electrodo. Los gases provenientes del metal caliente y del revestimiento ejercen un efecto de chorro sobre el núcleo de metal fundido. Los gases empujan el metal fundido del electrodo hacia fuera, en dirección de la pieza de trabajo. El hueco no es completamente uniforme por lo que es posible que los gases se formen más rápidamente de un lado que del otro. Por lo tanto, los efectos del chorro actúan sobre el metal en direcciones diferente. En ocasiones, la acción es directa sobre el charco, pero otras veces el metal puede brincar hacia los lados. (Véase la figura1F-2) Es este carácter aleatorio de la transferencia lo que hace que el cordón sea ancho y que se produzcan salpicaduras. Sin embargo, si se mantiene el electrodo cerca de la pieza y si mantiene el electrodo cerca de la pieza y si además se desliza sobre ella, el hueco de la punta sirve para dirigir las fuerzas del arco. Éste llegará a penetrar mejor y la transferencia de metal será más uniforme.



Figura 1F-2. Corte transversal de la zona del arco, que muestra el efecto que éste tiene en la transferencia de metal y el fundente. Los gatos son irregulares porque las fuerzas sufren fluctuaciones y hay variaciones en la tensión superficial.

Factores relacionados con el avance.

Puesto que el revestimiento del electrodo aísla eléctricamente la varilla metálica del núcleo, es posible arrastrar muchos electrodos sobre la pieza de trabajo. La parte externa del revestimiento mantiene el núcleo metálico alejado del objeto, por lo que no hay peligro de hacer corto circuito y apagar el arco.

Con algunos electrodos se obtienen mejores resultados cuando se mantienen alejados del objeto a soldar, que cuando se aplica la técnica de arrastre. Hay que tratar de que la distancia entre la punta del electrodo y el objeto sea siempre la misma. La soldadura presenta un mejor aspecto cuando se avanza a una velocidad constante y se mantiene en un arco de longitud uniforme. Cada vez que se hace una pausa en algún sitio, el cordón se hace más ancho. Por el contrario, siempre que uno se brinca un espacio, el cordón se adelgaza. Cuando el metal depositado solidifica, se notan con claridad los lugares en que varió la velocidad de avance. La transferencia de metal da como resultado un cordón bien formado cuando la velocidad de avance es constante. No se debe variar la velocidad del electrodo al soldar.

Factores eléctricos.

La energía del arco y la transferencia de metal varían junto con la dirección del flujo de la corriente. Cuando se utilice corriente directa, hay que asegurarse de que la polaridad sea la correcta. Es necesario utilizar el tipo de corriente correcto, es decir, no hay que usar corriente directa en lugar de corriente alterna, o viceversa. Los electrodos están diseñados para trabajar con una determinada cantidad de corriente y polaridad. Si se emplea la corriente equivocada, el arco puede resultar inestable e imposible de manejar. El que las salpicaduras aumenten es un síntoma de que la polaridad no es correcta. Otros síntomas son las variaciones en la forma que se espera que tenga el arco, una penetración insuficiente, demasiada turbulencia del charco y una cantidad considerable de salpicadura. Puede llegar a ser imposible encender el arco. Cuando se observe que algo raro



sucede con éste o con la transferencia de metal, hay que revisar las conexiones de la fuente de poder.

El control de la penetración

La transferencia de metal y la fuerza del arco se controlan con la longitud de éste y con la corriente. Cuando hay poca corriente, el arco pierde fuerza y disminuye la penetración. El cordón se adelgaza y el metal se empieza a acumular. También puede suceder que el electrodo se pegue a la pieza de trabajo. Cuando hay demasiada corriente, el arco tiene mucha fuerza; penetra demasiado en el objeto y produce demasiada salpicadura. Un exceso de corriente produce rebajos a lo largo de la orilla de la soldadura y puede llegar a perforar el objeto.

Cuando el arco es demasiado corto, excava en el objeto. Un arco corto puede hacer que la transferencia de metal sea dispareja y que las ondulaciones del cordón sean grandes. Hay una tendencia a que se formen agujeros de escoria y porosidad. Si el arco es largo, las fuerzas de penetración disminuyen. Puede ser que el arco se aparte de su trayectoria normal y que los bordes del cordón resulten irregulares y disparejos.

Ángulo del electrodo

El ángulo que forma el electrodo con el charco también afecta la transferencia de metal, puesto que este ángulo dirige la fuerza del arco.

Al acercar el ángulo hacia la vertical, aumenta la penetración. (Véase la figura 1F-3.) A medida que se disminuye el ángulo, se reduce la penetración. Cuando el arco apunta hacia el charco, puede suceder que el cordón se acumule y se solidifique en forma de grandes ondulaciones.

Cuando se inclina el electrodo hacia la izquierda o hacia la derecha, que es lo que se conoce como ángulo de trabajo, el cordón se desplaza del centro. Hay que manejar el electrodo como si de su punta emergiera un chorro imaginario de aire. (Véase la figura 1F-4.)

El aire puede empujar el metal fundido, en cualquier punto que se dirija el electrodo. Una vez que se aprenda a controlar la fuerza del arco (fuerza del chorro), se logra mover el metal fundido hacia donde se desea.

Figura 1F-3. Variaciones en la penetración debidas al ángulo del electrodo.



Figura 1F-4. Las fuerzas del arco desplazan el cordón cuando varía el ángulo de trabajo del electrodo



CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES DEL PROCEDIMIENTO

Sencillo y barato.

El factor principal que hace del proceso de soldadura con electrodo revestido un método tan útil es su simplicidad y en consecuencia, su bajo costo. Otros procesos, como el de soldadura de arco con electrodo de tungsteno y gas inerte, el de soldadura de arco metálico y gas inerte y el de soldadura de arco con núcleo fundente, no han podido desplazar del mercado a la soldadura con electrodo revestido. Todo lo que se necesita un soldador para trabajar con este proceso es una fuente de poder, cables, un porta electrodo y electrodos. (Véase la figura 1G-1.)

Figura 1G-1. El equipo típico de la soldadura con electrodo revestido.

Fuente de poder.

Las fuentes de poder se consiguen fácilmente, vienen en distintos tamaños y formas y su costo es relativamente bajo. Se conocen muy bien los factores que intervienen en el diseño de las fuentes de poder que se utilizan en la soldadura con electrodo revestido, y por esa razón es fácil fabricarlas y no se tienen que hacer grandes inversiones en equipo. Normalmente las fuentes de poder son pequeñas, ligeras y portátiles. Pueden ir desde lo que es un transformador sencillo, hasta un generador impulsado o un motor de gasolina.

Dónde se utilizan?

El proceso de soldadura con electrodo revestido es el más conocido y probablemente el más utilizado de los procesos de soldadura con arco, y es a la vez versátil y flexible. El soldador puede



trabajar lejos de la fuente de poder y además no hay necesidad de utilizar gases comprimidos como protección.

El procedimiento es excelente para trabajos, reparación, fabricación y construcción. Gran parte del trabajo de soldadura con arco que se realiza en forma rutinaria se efectúa con el proceso de soldadura con electrodo revestido.

Con este proceso se puede soldar metal de casi cualquier espesor y se pueden hacer uniones con la configuración que sea. Hay electrodos que se pueden usar con los aceros al carbono y de baja aleación, aceros inoxidables, aceros de alta aleación, resistentes a la corrosión, y aun aceros templados, hierro colado y maleable. A pesar de que no se utilizan tanto, también hay electrodos para soldar cobre, níquel y otras aleaciones. También se efectúa algo de trabajo de soldadura de piezas gruesas de aluminio, pero en cantidades muy pequeñas.

En muchos talleres pequeños se emplea el procedimiento de soldadura con electrodo revestido. La técnica es flexible y el equipo que se requiere es de un costo relativamente bajo. El soldador puede pasar fácilmente de un tipo de estructura a otro.

Limitaciones.

El procedimiento de soldadura con electrodo revestido no se presta para su utilización con equipos automáticos o semiautomáticos; su aplicación es esencialmente manual. La longitud de los electrodos es relativamente corta: de 230 a 700 mm. Se requieren únicamente unos cuantos minutos para depositar un electrodo.

Debido a que le electrodo se consume en muy poco tiempo, el soldador tiene que interrumpir el trabajo a intervalos regulares para cambiarlo y debe limpiar el punto de inicio antes de empezar a usar electrodo nuevo. Normalmente, el arco funciona menos de la mitad del tiempo total. Sin embargo, aun con todo este tiempo muerto y de preparación, un soldador eficiente puede ser muy productivo.

Electrodos.

Hay que tener cuidado al seleccionar los electrodos, pues importante que su composición sea adecuada de acuerdo con el metal que se desea soldar. Si el electrodo y el metal depositado no son compatibles, es muy probable que la soldadura obtenida no sea buena. No es posible esperar que una soldadura soporte la carga para la que se diseño si no se realiza con el electrodo correcto. Un electrodo inadecuado da origen a porosidad, poca resistencia a la corrosión, soldaduras débiles y otros defectos.

Constantemente se desarrollan electrodos nuevos. Los que se utilizaron durante la Primera Guerra Mundial eran totalmente diferentes de los que hay en la actualidad. La calidad de los depósitos de soldadura de nuestros días se debe al mejoramiento en la composición de los electrodos y sus recubrimientos.



Algunos electrodos se pueden usar ya sea con corriente alterna o con corriente directa. Se han desarrollado ciertos revestimientos con el propósito de incrementar la cantidad de metal de aporte que se deposita por unidad de tiempo. Otros revestimientos contienen aditivos que aumentan la resistencia mejoran la calidad de la soldadura.

A pesar de que la mayoría de los revestimientos facilitan mucho el trabajo con los electrodos, otros requieren mayor habilidad del soldador. Una persona que sabe seleccionar y usar cualquier electrodo se puede llamar soldador.

6.4 SOLDADURA BLANDA:

Es un tipo de soldadura heterogénea, es decir, los materiales a soldar pueden ser de la misma o distinta naturaleza, se caracteriza por la utilización de un tipo de material de bajo punto de fusión, por debajo de los 400c, normalmente emplea el estaño, cuya fusión se produce entre los 200c.

La ejecución de esta soldadura representa las siguientes ventajas; las piezas a unir no se funden, cuando esta en estado liquido el material de aportación penetra en las irregularidades de las piezas a unir, la unión se realiza mediante el material de aportación, no de las piezas directamente.

USO DE LOS FUNDENTES:

El uso de estos es para fundir diferentes metales, entre ellos el plomo, el cobre, es muy utilizado en los sistemas de soldaduras, El éxito de la soldadura depende en gran parte del fundente.

El mismo evita la oxidación durante el proceso de soldadura, reduce los óxidos ya formados y disminuye la tensión superficial del material de aporte.

Los fundentes aglomerados se hacen mezclando los constituyentes, finamente pulverizados, con una solución acuosa de un aglomerante tal como silicato sódico; la finalidad es producir partículas de unos pocos milímetros de diámetro formados por una masa de partículas más finas de los componentes minerales. Después de la aglomeración el fundente se seca a temperatura de hasta 800º C.

Los fundentes sinterizados se hacen calentando pellets (bola de mineral de hierro aglomerado de pequeño tamaño) componentes pulverizados a temperaturas justo por debajo del punto de fusión de algunos de los componentes. Las temperaturas alcanzadas durante la fabricación limitan los componentes de los fundentes. Para fundir un fundente las temperaturas deben ser tan altas que los carbonatos y muchos otros minerales se descomponen, por lo cual los fundentes básicos que llevan carbonatos deben hacerse por alguno de los otros procedimientos, tales como aglomeración.



Se ha sabido durante años que la baja tenacidad se favorece con el uso de fundentes ácidos y que los fundentes de elevado contenido en silicio tienden a comunicar oxígeno al metal soldado. Inversamente los fundentes básicos dan un metal soldado limpio, con pocas inclusiones no metálicas, y, consecuentemente, de elevada tenacidad. Tanto la composición del fundente como su estado de división influyen en el control de la porosidad.

6.5 Características de los elementos de la soldadura oxiacetilénica:

Los gases en estado comprimido son en la actualidad prácticamente indispensables para llevar a cabo la mayoría de los procesos de soldadura. Por su gran capacidad inflamable, el gas más utilizado es el acetileno que, combinado con el oxígeno, es la base de la soldadura oxiacetilénica y oxicorte, el tipo de soldadura por gas más utilizado.

Por otro lado y a pesar de que los recipientes que contienen gases comprimidos se construyen de forma suficientemente segura, todavía se producen muchos accidentes por no seguir las normas de seguridad relacionadas con las operaciones complementarias de manutención, transporte, almacenamiento y las distintas formas de utilización.

Manorreductores:

Los manorreductores pueden ser de uno o dos grados de reducción en función del tipo de palanca o membrana. La función que desarrollan es la transformación de la presión de la botella de gas (150 atm) a la presión de trabajo (de 0,1 a 10 atm) de una forma constante. Están situados entre las botellas y los sopletes.

Soplete:

Es el elemento de la instalación que efectúa la mezcla de gases. Pueden ser de alta presión en el que la presión de ambos gases es la misma, o de baja presión en el que el oxígeno (comburente) tiene una presión mayor que el acetileno (combustible). Las partes principales del soplete son las dos conexiones con las mangueras, dos llaves de regulación, el inyector, la cámara de mezcla y la boquilla.

Válvulas anti retroceso:

Son dispositivos de seguridad instalados en las conducciones y que sólo permiten el paso de gas en un sentido impidiendo, por tanto, que la llama pueda retroceder. Están formadas por una envolvente, un cuerpo metálico, una válvula de retención y una válvula de seguridad contra sobrepresiones. Puede haber más de una por conducción en función de su longitud y geometría.

Conducciones:86



Las conducciones sirven para conducir los gases desde las botellas hasta el soplete. Pueden ser rígidas o flexibles.

Utilización de botellas:

Las botellas deben estar perfectamente identificadas en todo momento, en caso contrario deben inutilizarse y devolverse al proveedor.

Todos los equipos, canalizaciones y accesorios deben ser los adecuados a la presión y gas a utilizar.

Las botellas de acetileno llenas se deben mantener en posición vertical, al menos 12 horas antes de ser utilizadas. En caso de tener que tumbarlas, se debe mantener el grifo con el orificio de salida hacia arriba, pero en ningún caso a menos de 50 cm del suelo.

Los grifos de las botellas de oxígeno y acetileno deben situarse de forma que sus bocas de salida apunten en direcciones opuestas.

Las botellas en servicio deben estar libres de objetos que las cubran total o parcialmente.

Las botellas deben estar a una distancia entre 5 y 10 m de la zona de trabajo.

Antes de empezar una botella comprobar que el manómetro marca “cero” con el grifo cerrado.

Si el grifo de una botella se atasca, no se debe forzar la botella, se debe devolver al suministrador marcando convenientemente la deficiencia detectada.

Antes de colocar el manorreductor, debe purgarse el grifo de la botella de oxígeno, abriendo un cuarto de vuelta y cerrando a la mayor brevedad.

Colocar el manorreductor con el grifo de expansión totalmente abierto; después de colocarlo se debe comprobar que no existen fugas utilizando agua jabonosa, pero nunca con llama. Si se detectan fugas se debe proceder a su reparación inmediatamente.

Abrir el grifo de la botella lentamente; en caso contrario el reductor de presión podría quemarse.

Las botellas no deben consumirse completamente pues podría entrar aire. Se debe conservar siempre una ligera sobrepresión en su interior.

Cerrar los grifos de las botellas después de cada sesión de trabajo. Después de cerrar el grifo de la botella se debe descargar siempre el manorreductor, las mangueras y el soplete.

La llave de cierre debe estar sujeta a cada botella en servicio, para cerrarla en caso de incendio. Un buen sistema es atarla al manorreductor.



Las averías en los grifos de las botellas debe ser solucionadas por el suministrador, evitando en todo caso el desmontarlos.

No sustituir las juntas de fibra por otras de goma o cuero.

Si como consecuencia de estar sometidas a bajas temperaturas se hiela el manorreductor de alguna botella utilizar paños de agua caliente para deshelarlas.

Verificar el manorreductor:

En la operación de apagado debería cerrarse primero la válvula del acetileno y después la del oxígeno.

No colgar nunca el soplete en las botellas, ni siquiera apagado.

Puesto que no hay escoria y las proyecciones suelen ser escasas, se simplifican las operaciones de limpieza, lo que reduce notablemente el costo total de la operación de la soldadura. En algunos casos, la limpieza del cordón resulta más cara que la propia operación de soldeo, por lo que la reducción de tiempo de limpieza supone la sensible disminución de los costos.

6.6 SOLDADURA TIG:

Puesto que al gas protector impide el contacto entre la atmósfera y el baño de fusión, los iones obtenidos son más resistentes, más inmediata y menos sensibles a la corrosión, que las que se obtienen por la mayor parte de los procedimientos.

La protección gaseosa simplifica notablemente el soldeo de metales no ferrosos, por no requerir el empleo de desoxidantes. Los procedimientos que exigen la inmediata de los residuos de los mimos una vez realizada la soldadura. Además, con el empleo de estos desoxidantes, siempre hay el peligro de inmediatamente de soldaduras e inmediatamente de escoria.

Otra ventaja de la soldadura por arco con protección gaseosa es la que permite obtener soldaduras limpias, sanas y uniformes, debido a la escasez de humos y proyecciones, por otra parte, dado que la rotación gaseosa que rodea al arco transparente, el soldador puede ver claramente lo que está haciendo en todo momento, lo que repercute inmediatamente en la calidad de la soldadura.

No depositar los sopletes conectados a las botellas en recipientes cerrados.

La reparación de los sopletes la deben hacer técnicos especializados.

Limpiar inmediatamente las toberas del soplete pues la suciedad acumulada facilita el retorno de la llama. Para limpiar las toberas se puede utilizar una aguja de latón.



Si el soplete tiene fugas se debe dejar de utilizar inmediatamente y proceder a su reparación. Hay que tener en cuenta que fugas de oxígeno en locales cerrados pueden ser muy peligrosas.

Retorno de llama:

En caso de retorno de la llama se deben seguir los siguientes pasos:

Cerrar la llave de paso del oxígeno interrumpiendo la alimentación a la llama interna.

Cerrar la llave de paso del acetileno y después las llaves de alimentación de ambas botellas.

En ningún caso se deben doblar las mangueras para interrumpir el paso del gas.

Efectuar las comprobaciones pertinentes para averiguar las causas y proceder a solucionarlas.

CARACTERÍSTICAS DE LOS ELEMENTOS DE LA MIG MAG:

Son equipos diseñados y fabricados para la soldadura semiautomática con hilo continuo. Sistema MIG si se utiliza gas inerte y MAG si se utiliza gas activo, en ambos casos el electrodo se funde para rellenar la unión

El MIG es un procedimiento de soldadura por corriente continua, semiautomático pues emplea un hilo continuo con electrodo consumible, que avanza al pulsar el comando de la soldadura sobre el mango. Este método de soldadura por arco eléctrico, emplea gas inerte comprimido para crear la atmósfera de protección sobre el baño de fusión, aislándolo del aire atmosférico, evitando futuros focos de corrosión, a la vez que nos entrega una unión menos quebradiza y porosa

La soldadura por arco con hilo electrodo fusible y protección gaseosa (procedimiento MIG y MAG) utiliza como material de aportación un hilo electrodo continúo y fisible, que se alimenta automáticamente, a través de la pistola de soldadura, a una velocidad regulable. El baño de fusión está completamente cubierto por un chorro de gas protector, que también se suministra a través de la pistola.

El procedimiento puede ser totalmente automático o semiautomático. Cuando la instalación es totalmente automática, la alimentación del alambre, la corriente de soldadura, el caudal de gas y la velocidad de desplazamiento a lo largo de la junta, se regulan previamente a los valores adecuados, y luego, todo funciona de forma automática.

En la soldadura semiautomática la alimentación del alambre, la corriente de soldadura y la circulación de gas, se regulan a los valores convenientes y funcionan automáticamente, pero la pistola hay que sostenerla y desplazarla manualmente. El soldador dirige la pistola a lo largo del cordón de soldadura, manteniendo la posición, longitud del arco y velocidad de avance adecuados.



En muchos casos, la soldadura MIG recibe nombres comerciales como, por ejemplo, procedimiento Microwire (Hobart), soldadura (Airco), soldadura Sigma (linde) y soldadura Millermatic (Miller).

Ventajas específicas de la soldadura MIG.Puesto que no hay escoria y las proyecciones suelen ser escasas, se simplifican las operaciones de limpieza, lo que reduce notablemente el costo total de la operación de la soldadura. En algunos casos, la limpieza del cordón resulta más cara que la propia operación de soldeo, por lo que la reducción de tiempo de limpieza supone la sensible disminución de los costos.

Fácil especialización de la mano de obra. En general, un soldador especializado en otros procedimientos, puede adquirir fácilmente la técnica de la soldadura MIG en cuestión de horas. En procedimientos, puede adquirir fácilmente la técnica de la soldadura MIG en cuestión e horas. En resumidas cuentas todo lo que tiene que hacer el soldador se reduce a vigilar la posición de la pistola, mantener la velocidad de avance adecuada y comprobar la alimentación de alambre se verifica correctamente.

Gran velocidad de soldadura, especialmente si se compara con el soldeo por arco con electrodos revestidos. Puesto que la aportación se realiza mediante un hilo continúo, no es necesario interrumpir la soldadura para cambiar electrodo. Esto no solo supone una mejora en la productividad, sino también disminuye el riesgo de defectos. Hay que tener en cuenta las interrupciones, y los correspondientes empalmes, son con frecuencia, origen de defectos tales como inclusiones de escoria, falta de fusión o fisuras en el cráter.

La gran velocidad del procedimiento MIG también influye favorablemente en el aspecto metalúrgico de la soldadura. Al aumentar la velocidad de avance, disminuye la amplitud de la zona afectada de calor, hay menos tendencia de aumento del tamaño del grano, se aminoran las transformaciones de estructura en el metal base y se reducen considerablemente las deformaciones.

El desarrollo de la técnica de transporte por arco corto permite la soldadura de espesores finos, casi con tanta facilidad como por el procedimiento TIG.

Las buenas características de penetración del procedimiento MIG permiten la preparación con bordes más cerrados, con el consiguiente ahorro de material de aportación, tiempo de soldadura y deformación. En las uniones mediante cordones en ángulo también permite reducir el espesor del cordón en relación con otros procedimientos de soldeo.


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