tesis elevador de cangilones calculo

UNIVERSIDAD METROPOLITANA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE INGENIERA MECNICA

DISEO Y CONSTRUCCIN DE UNA MAQU1NA GRANALLADORA PARA LIMPIEZA EXTERNA DE TUBERAS DE ACERO

TOMO I

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

Celestino Martnez Machado Miguel R. Pereiras R. Caracas, Septiembre 1991

APROBACIN

Diseo y construccin de una mquina granalladora para limpieza externa de tuberas de acero

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DISEO Y CONSTRUCCIN DE UNA MAQU1NA GRANALLADORA PARA LIMPIEZA EXTERNA DE TUBERAS DE ACERO

Celestino Martnez Machado Miguel R. Pereiras R.

Trabajo Especial de Grado presentado ante la Escuela de Ingeniera Mecnica de la Universidad Metropolitana en cumplimiento parcial de los requisitos exigidos para optar al titulo de Ingeniero Mecnica.

Aprobada su presentacin:

_______________ Profesor Gua Caracas, Septiembre 1991Diseo y construccin de una mquina granalladora para limpieza externa de tuberas de acero 3

VEREDICTO


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Los suscritos, miembros del Jurado designado para examinar el Trabajo Especial de Grado presentado por los Bachilleres:

CELESTINO MARTINEZ MACHADO MIGUEL A. PEREIRAS R. para optar al Titulo de Ingeniero Mecnico en la Universidad Metropolitana, hacen constar que han examinado el mismo, otorgndole la Calificacin de: 20 PUNTOS (VEINTE PUNTOS), sin hacerse solidarios de las ideas ni conclusiones en l expuestas. Caracas, Septiembre 1991. OBSERVACIONES: NOTAS: 1) Calificar de O a 20 puntos. 2) El Jurado podr sealar los aspectos que considere de inters sobre el Trabajo presentado. Podr hacer recomendaciones en cuanto a la conveniencia de continuar la investigacin, la presentacin del Trabajo para optar a algn premio, la difusin del mismo, etc. En caso de aplazamiento, el Jurado podr razonar sus motivos, indicando si el Trabajo es susceptible de mejorar o debe descartarse totalmente.


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DEDICATORIA


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A mis Padres y Hermanos. A Corina. Gracias por estar siempre all, ...por su cario y apoyo. C.M.M.

A mi padre y hermana; Pero, en especial a mi madre por acompaarme en los momentos msdifciles. Miguel


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ESTRUCTURA DE LA TESIS


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TOMO IDISEO Y CONSTRUCCIN DE UNA MAQUINA GRANALLADORA PARA LIMPIEZA EXTERNA DE TUBERIAS DE ACERO. PORTADA CARATULA INTERIOR APROBACION PROFESOR GUIA VEREDICTO DEDICATORIA ESTRUCTURA NDICE GENERAL AGRADECIMIENTO PENSAM1ENTO SUMARIO INTRODUCCIN PARTE I Marco terico. CAPITULO I Teora de corrosin. CAPITULO II El proceso de granallado CAPITULO I I I Partes que conforman la mquina granalladora. PARTE II El Diseo CAPITULO IV Diseo de la Planta de Revestimiento CAPITULO V Diseo de la cabina. SECCIN I Diseo de columnas y vigas. SECCIN II Diseo de los vestbulos, el embudo y el sistema de puertas.


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CAPITULO VI Diseo del elevador de cangilones. CAPITULO VII Diseo de el panel de control. CAPITULO VIII Seleccin de partes y equipos. PARTE III Construccin de la mquina granalladora CONCLUSIONES REFERENCIAS BIBLIOGRAFIA TOMO II APENDICES Y ANEXOS APENDICE 1 Catlogos APENDICE 2 Planos de taller y conjunto APENDICE 3 Hoja PERT-CPM (Diagramas de Gant y del Camino Critico) TOMO I I I MANUAL DE OPERACION Y MANTENIMIENTO


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PARTE I Funcionamiento y Operacin PARTE II Mantenimiento


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INDICE GENERAL


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AGRADECIMIENTO........................................................................... PENSAMIENTO .................................................................................. SUMARIO ............................................................................................ INTRODUCCION.....

PARTE I: MARCO TERICO ....................................................... .. CAPITULO I: Teora de corrosin....................................................... 1.1 -Conceptos bsicos de corrosin................................................... 1.2 -Clasificacin de los procesos de corrosin................................. 1.3 -Corrosin atmosfrica del hierro y otros metales ................... CAPITULO II: El proceso de granallado ............................................. 2..1 -Teora de impacta sobre materiales dctiles ............................ 2.1.1 -Teora de corte erosivo ................................................. 2.1.2 -Teora combinada de la erosin ..................................... 2.1.2.1 -Desgaste por deformacin................................ 2.1.2.2 -Desgaste por corte............................................ 2 .2 -Formas de optimizar el proceso de granallado............... .......... CAPITULO III: Partes que conforman la granalladora.......................... 3 .1 - Unidades de turbina.. ........................................................... 3.1.1 -Impeller o Dosificador ................................................... 3.1.2 Alabes.


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3.1.3 -Jaula de Control................................................................ 3.2 - La Cabina ....................................................................................... 3.3 -Sistema de recirculacin (elevador de cangilones)......... 3.3.1-Forma de los cangilones y material a, transportar 3.3.2 -Bandas y cadenas ............................................................ 3.3.3 -Determinacin del dimetro del tambor ...................... 3.3.4 -Juntas o empalmes ......................................................... 3.3.5 -Descarga .......................................................................... 3.3.6 -Capacidad, esfuerzos y potencias................................. 3.3.7 -Carga y descarga............................................................ 3.3.8 -Estudios de tensiones en elevadores de banda.. 3.3.9 ..-Detalles constructivos generales ............................. 3.3.10 -Dispositivos de segundad ............................................ 3.4 -Sistema de limpieza.................................................................. 3.5 -Recolector de polvo ................................................................ 3.6 -Sistema de transporte................................................................ 3.7 -Sistema de instrumentacin y control .....................................

PARTE II: EL DISEO. CAPITULO IV: Diseo de la planta de revestimiento........................... -Distribucin de equipos y diagrama de flujo de la planta............. 4.2 -Equipos que conforman la planta .................................................

CAPITULO V: Diseo de la Cabina ................................................... 5.1 -Disea de columnas y vigas ..................................................... 5.2 -Diseo de los vestbulos, el embudo y el sistema de puertas CAPITULO VI: Diseo del elevador de cangilones ........................ 6.1 -Forma y dimensionado del cangiln....................................... 6.2 -Seleccin del medio del transporte ........................................ 6.3 -Dimetro de los tambores ....................................................... 6.4 -Longitud de la banda........................................................... 6.5 -Eleccin del tipo de junta ....................................................... 6.6 -Clculo del nmero de rpm, de la velocidad y ngulo de descarga 6.7 -Clculo de la potencia del motorreductor 6.8 -Clculo de la tensin de la banda ............................................. 6.9 -Diseo de los tambores............................................................. 6.10-Diseo del eje del tambor motriz .......................................... 6.10.1 -Clculo de momentos ................................................... 6.10.2. Clculo de chavetas ......................................................... 6.10.3 -Clculo del eje motriz ................................................. 6.11 Diseo del eje del tambor de pi .............................................. 6.11.1 -Clculo de momentos.. ................................................... 6.11.2 -Clculo del eje de pi ............................................... 6.12 - Seleccin de las chumaceras para el tambor motriz............... 6.13-Seleccin de las chumaceras para el tambor de pi .................. CAPITULO VII: Diseo del panel de control


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7.1 7.2 7.3

-Clculo de corrientes para los motores de las turbinas -Clculo de corrientes para el motor del elevador de cangilones y de la malla rotativa... ........................................... -Lista de materiales a utilizar............. .................................

CAPTULO VIII: Seleccin de partes y equipos

8.1 -Las 'turbinas ............................................................................................................................... 8.2 -El separador de granalla ............................................................... 8.3 -El extractor de polvo ................................................................ 8.4 -El regulador de caudal y ruido ................................................... 8.5. -Los motores elctricos ........................................................... PARTE III: CONSTRUCCIN DE LA MQUINA GRANALLADORA III.1 -Pasos a seguir para la realizacin del plan..................... CONCLUSIONES ................................................................................... REFERENCIAS .................................................................................... BIBLIOGRAFA ...............................................................................


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AGRADECIMIENTO


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Queremos expresar nuestro sincero agradecimiento a la Empresa SOLTUCA y a todo su personal por toda la colaboracin prestada a lo largo de la realizacin de este trabajo, y en especial a su Presidente Ing. Victorio Ermoli, por su valioso apoyo. Al Dr. Celestino Martnez Prez por su incansable ayuda en todas las fases del trabajo ya que estuvo todo el tiempo presente guindonos y alentndonos en cada tropiezo que tenamos. Sin l no hubiera sido posible la realizacin de esta tesis. A nuestro asesor, tutor y muy querido amigo, Ing. Carlos Aguerrevere, por habernos tendido la mano en los momentos ms difciles. A la compaa norteamericana, The Wheelabrator Corporation, en nombre de sus asesores Mr. Ted Griffith y muy especialmente Mr. Dave Griffith, por su decidido aporte en la realizacin del diseo y construccin de la mquina. Al Ingeniero Jos Guaicara por ayudarnos a hacer realidad nuestro diseo, trabajando junto con nosotros en lo que hiciera falta, las 24 horas del da... y ms. De verdad gracias! A los Seores Pedro Gil y Flix Tejedor, as como tambin a


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MATINDUSTRIE por su valiosa ayuda en todo lo referente a los sistemas de control y al diseo de las instalaciones elctricas de la maquina granalladora. A Armando Martnez por todo lo referente a 'Obras Civiles y 'Seguimiento de Proyectos' con PERT-CPM, y por empujar con nosotros hasta el final. A Jorge Martn Romero, Enrique Mantera, y Demetrio Di Miele, por ser verdaderos "AMIGOS". En fin, a todas aquellas personas y empresas que de alguna u otra manera tuvieron algo que ver con la realizacin de este trabajo y que en algn momento tambin fueron valiosas. A todos ellos....muchas gracias.


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No hay nada ms difcil de llevar a cabo, ms arriesgado de conducir o ms incierto de lograr, que iniciar la introduccin de ideas nuevas, porque el innovador tiene por enemigos a los que se desenvolvieron bien con las antiguas y por defensores indiferentes a los que son capaces de usar las nuevas. MAQUIAVELO: EI Prncipe


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SUMARIO A travs de los aos se ha visto que la calidad de la preparacin de la superficie es de vital importancia para los diferentes sistemas de revestimiento aplicados al acero para proteger al mismo de la corrosin. De esta manera se ha aceptado el mtodo de limpieza por chorro de abrasivo o granallado como aquel con el cual se pueden conseguir los mejores resultados tanto en la limpieza como en la textura de la superficie (patrn de anclaje de la misma), siendo comparativamente el sistema ms econmico.

Antes de 1930 esta limpieza por chorro de abrasivo solo poda ser lograda utilizando aire comprimido, de hecho, hoy en da existen casos en los cuales la limpieza slo se puede conseguir por este mtodo. Luego, con la introduccin del mtodo de limpieza con abrasivo utilizando slo fuerza centrfuga, se logr que los sistemas fueran ms productivos, de mayor eficiencia y menos costosos. Incluso se pueden obtener altos grados de uniformidad en la calidad del acabado. Los niveles de limpieza o de acabado superficial que se pueden lograr con este sistema son: - Metal Blanco - Cerca de Metal BlancoDiseo y construccin de una mquina granalladora para limpieza externa de tuberas de acero 25

- Comercial - Cepillado. pudiendo variar en cada uno, el anclaje que pueda tener la superficie. Diramos que esto representa la primera presentacin informal de lo que constituye el presente Trabajo Especial de Grado, ya que este consiste justamente en el "DISEO Y CONSTRUCCIN DE UNA MAQUINA GRANALLADORA PARA LIMPIEZA EXTERNA DE TUBERIAS DE ACERO", la cual utiliza partculas esfricas y

angulares, llamadas comnmente granallas y que son utilizadas por dos mquinas impulsoras para ser lanzadas contra la superficie externa de las tuberas. De esta forma se pretende obtener una superficie limpia y apta para una posterior aplicacin de revestimiento externo como es la pintura, ya sea en forma lquida o con polvo epxico. El enfoque dado desde el comienzo del proyecto consisti en utilizar un sistema novedoso de planificacin que nos permitiera hacer un esquema de trabajo por actividades de forma tal que no se perdiera tiempo para la ejecucin del mismo, ya que el periodo de tiempo establecido era muy reducido. Es as como se decide utilizar el paquete de planificacin llamado K E Y PLAN , el cual es una herramienta valiossima que ayuda integralmente a la planificacin deDiseo y construccin de una mquina granalladora para limpieza externa de tuberas de acero 26

todo lo concerniente a costos, tiempos, actividades criticas, sueldos y salarios de obreros y empleados, utilizando el sistema PERT-CPM.. La tesis est compuesta por tres tomos. El primero consta en su primera parte de un marco terico bastante extenso que abarca la teora de! proceso de granallado comenzando desde unas bases de corrosin, y continuando luego con lo que ocurre en el momento del choque entre la granalla y la tubera, como mejorar y obtener una buena eficiencia en el proceso, y las caractersticas de cada uno de los componentes que conforman la mquina. Se decidi hacer esta parte lo mas extensa posible debido a la dificultad que existe a nivel nacional para conseguir bibliografa a este respecto. Posteriormente, en la segunda parte de este primer tomo, se describe el proceso de diseo de todos aquellos componentes que son posibles de construir en el pas acompandolos con sus respectivos planos, y luego se explica el proceso de seleccin de todas las piezas partes y equipos que debido a su diseo, obtenido durante ms de 10 aos de investigacin y mejoras, as como a lo especial de los materiales que los constituyen, se tuvieron que adquirir. El segundo tomo titulado Apndices y anexos, contiene todos los catlogos utilizados para el diseo, as como tambin todos los planos y diagramas que por su tamao no pudieran ser incluidos en el primer tomo.Diseo y construccin de una mquina granalladora para limpieza externa de tuberas de acero 27

El tercer tomo es un manual de operacin y mantenimiento de toda la mquina, el cual consideramos que es de vital importancia ya que sin este tipo de manual ningn equipo puede lograr la vida til de el esperada, ni cumplir a cabalidad la funcin para la cual fue diseado y construido, ya que una mquina de este nivel de sofisticacin, amerita que todo el personal que la opere o le haga mantenimiento, est claro y seguro del trabajo que desempea a travs de una lectura minuciosa de este manual.


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INTRODUCCIN La empresa Soldaduras y Tuberas de Oriente C. A., SOLTUCA ubicada en Barcelona, Estado. Anzotegui, est dedicada a la fabricacin de tubos de acero con soldadura helicoidal partiendo de bobinas laminadas en caliente distribuidas por SIDOR segn especificaciones de las normas ASTM, AWWA, DIN, BSI, API NURGAS, etc.

SOLTUCA posee instalaciones para el recubrimiento interior y exterior de tuberas con productos lquidos y bitmen catalizado, de acuerdo a los requerimientos de las normas solicitadas por los clientes. Antes de realizarse el recubrimiento se procede a la limpieza interior y exterior de los tubos con granalla, impactndola hasta obtener una superficie pulida, eliminando toda huella de oxidacin y dejando la superficie en excelente condicin para recibir la pintura. La necesidad de expandir todas las instalaciones de SOLTUCA es un motivo muy importante para que se invierta en una mquina granalladora, capaz de limpiar externamente la superficie de tuberas de manera ptima en el menor tiempo posible, de esta forma, el proceso productivo se hace ms eficiente y por supuesto al menorDiseo y construccin de una mquina granalladora para limpieza externa de tuberas de acero 29

costo posible. Se emplearon bastantes horas, antes de la fase de diseo, en observar y estudiar el mecanismo de trabajo as como la construccin de distintas mquinas granalladoras que existen actualmente en el pas. Los resultados fueron satisfactorios, pues se pudo aprovechar la experiencia obtenida en las distintas visitas, en la fabricacin de la mquina objeto de este trabajo. Se procur en todo momento que los materiales y elementos mecnicos utilizados para la construccin de la mquina se encontraran pudieran ser fabricados en el pas, ya que de esta manera resultara ms econmico. Los equipos que incorpora la mquina y que estaban previstos de un alto grado de complejidad, tuvieron que ser importados. Cabe destacar que se realiz un minucioso proceso de seleccin de suplidores tanto a nivel nacional como internacional, tomando en cuenta para la eleccin, los factores precio y calidad. La gestin fue productiva ya que se entr en un campo nuevo que no se aprende en la Universidad, en el cual la nica manera de desenvolverse bien es a travs del estudio, la investigacin de mercado y la experiencia. Esto corresponde a lo que se podra llamar el mundo de los negocios, fundamental en cualquier proyecto de gran envergadura y de cuyo xito depende laDiseo y construccin de una mquina granalladora para limpieza externa de tuberas de acero 30

ejecucin satisfactoria del trabajo en s. Las limitaciones en lo que respecta a la construccin fueron muy diversas: 1) fue difcil conseguir teora sobre granallado y limpieza externa de tuberas ya que este campo no ha sido muy explotado en los ltimos aos; 2) hubo limitaciones fuertes de tiempo porque se dependa de la ejecucin de los trabajos por parte de las empresas suplidoras; 3) result muy difcil construir las fundaciones de la fosa de la mquina debido a que empez el perodo de lluvias; 4) tambin hubieron problemas para la adaptacin del voltaje y la frecuencia de los equipos importados con las que posee el pas.

En fin, despus de todas estas variantes y la resolucin de muchos inconvenientes, se logr construir una mquina capaz de granallar tubos desde 16 plg. hasta 72 plg. de dimetro en un perodo mnimo de tiempo. Con esto se puede manifestar que es perfectamente factible desarrollar y ejecutar un proyecto de considerable magnitud, siempre y cuando se asuma el reto y se tenga la firmeza para seguir adelante a pesar de los momentos crticos y difciles por los cules se pueda estar pasando.


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PARTE I MARCO TERICO


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CAPITULO I TEORIA DE CORROSIN Se ha comprobado a travs de ensayos realizados que el factor ms importante para que una pintura protectora pueda cumplir con su cometido es la preparacin adecuada de la superficie metlica donde esta se va a aplicar. Este factor puede llegar a ser incluso ms importante que la calidad de la pintura misma. En otras palabras, un sistema de pintado con pintura mediocre sobre una superficie metlica preparada de manera adecuada se comporta en general mejor que si se emplea pintura de calidad superior sobre una superficie mal preparada. En el caso particular de nosotros, la preparacin adecuada de la superficie de un tubo consiste en eliminar la cascarilla de oxido que poseen las tuberas que se encuentran almacenadas en SOLTUCA. La empresa se encuentra ubicada en la zona oriental del pas, por lo cual le corresponde una atmsfera caracterstica, y esto trae consecuencias en las caractersticas de la pelcula de herrumbre que se forma sobre los tubos. Es por ello que pensamos que es necesario incluir en este trabajo, teora sobre corrosin, como una forma de poder controlar todos los procesos que va a realizar la maquina granalladora. Aparte del estudio


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de cul es el efecto del impacto de las granallas sobre la tubera, se pretende conocer un poco ms acerca de que es lo que realmente estas partculas arrancan de la superficie de los tubos una vez finalizado el impacto.

Conceptos bsicos de corrosin: La corrosin es un ataque destructivo de los metales que puede ser de naturaleza qumica o electroqumica. La corrosin qumica directa slo se verifica en condiciones extraordinarias que comprenden un ambiente altamente corrosivo o una elevada temperatura o ambas cosas. Son ejemplos de este tipo de corrosin los metales en contacto con cidos o lcalis concentradas y la formacin de oxido de hierro por disociacin del agua en contacto con tubos de caldera recalentados. Sin embargo, la mayora de los fenmenos que comprenden la corrosin de metales que contienen agua o estn sumergidos en ella, o su corrosin en la atmsfera por pelculas de humedad, son de naturaleza electroqumica. Es por ello que debido a las condiciones en que se encuentran los tubos en SQLTUCA, la corrosin de stos es de naturaleza electroqumica. La herrumbre es formada bajo condiciones hmedas por partculas de xido, y las manchas que se forman son esparcidas superficialmente de forma irregular hasta que se renen, despus con


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el tiempo la rata de oxidacin permanece claramente constante, Algunas veces el oxido se expande, no como una mancha expandida sino como un camino estrecho. Estos caminos son comparativamente rectos, pero cambian de direccin cuando se aproximan mutuamente y nunca se cruzan. Esta lnea muy delgada de buido termina en una corrosin filiforme y es ilustrada a continuacin: Lneas de herrumbre

Puntos de iniciacin El punto original absorbe agua y despus que el xido es precipitado, el lugar es cubierto con una membrana de xido frrico hidratado. Esta se romper en algn punto, tal vez debido al


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incremento de volumen dentro de la membrana, y ocurrir un nuevo ataque. Como el lkali se acumula alrededor del otro lado por un largo periodo de tiempo, ms que en la parte delantera, el ataque prosigue en una direccin aproximadamente recta. La oxidacin del hierro se complica por la formacin de tres capas de distintos xidos de hierro cuyas proporciones cambian con la temperatura y presin parcial del O 2 . Estas tres capas son como una cascarilla para temperaturas menores de 400 C . Algunos resultados indican, que puede consistir en su mayor parte de Fe3O4 (xido ferroso-frrico, ya que se le pueden considerar como un xido mixto compuesto por FeO . Fe2O3) con tambin algo de Fe2O3 alfa. El mrito de una aleacin determinada para resistir a la oxidacin en ambientes a temperatura elevada, en especial durante exposiciones largas, no depende slo de las propiedades de barrera de difusin de las cascarillas formadas por los productos de reaccin sino tambin de la continuidad y de la adherencia de dichas cascarillas sobre el metal. Las cascarillas protectoras se desprenden (fenmeno conocido como descascarillado) durante los ciclos de enfriamiento y calentamiento debido a que su coeficiente de expansin difiere del que posee el metal.


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Clasificacin de los procesos de corrosin: Una clasificacin lgica y cientfica del proceso de corrosin, aunque deseable, es de ninguna forma simple, debido a la enorme variedad de ambientes corrosivos y a la diversidad de reacciones de corrosin, pero la clasificacin general en mojado o seco es ahora generalmente aceptado, y ambos trminos son hoy en da de uso comn. El trmino mojado incluye todas las reacciones en las cuales una solucin acuosa es envuelta en el mecanismo de reaccin. En el trmino seco, est implcita la ausencia de agua o de una solucin acuosa. Para el caso que nos interesa, SOLTUCA se encuentra en un ambiente en el cual tiene lugar la corrosin mojada de los tubos, de aqu que tan slo estudiemos este tipo de reaccin. En la corrosin mojada, la oxidacin del metal y la reduccin de una especie en solucin (agente oxidante) ocurre en diferentes reas de la superficie metlica, en donde ocurre una transferencia de electrones a travs del metal desde el nodo (metal oxidado) hasta el ctodo (el que acepta electrones). Las fases termodinmicamente estables formadas en la interface metal/solucin, pueden ser componentes slidos iones hidratados (cationes o aniones), los cuales pueden ser transportados fuera de la interface por procesos tales como migracin,


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difusin y conveccin (natural o forzada). Bajo estas circunstancias, los reactantes no sern separados por una barrera, y de esta forma el mecanismo de oxidacin tender a ser lineal. Las reacciones subsiguientes con la solucin pueden resultar en la formacin de una fase slida estable, pero como esta se forma fuera de la interface, la misma no servir de proteccin para la superficie metlica. El oxido termodinmicamente estable puede afectar la cintica de la reaccin solamente si esta forma una capa o precipitado sobre la superficie metlica. Corrosin Atmosfrica del Hierro y Otros Metales: El hierro expuesto a la atmsfera en ausencia de humedad se corroe a una velocidad despreciable. Por ejemplo, piezas de acero abandonadas en el desierto permanecen durante largos periodos de tiempo brillantes y sin siquiera empaarse. Como se ha indicado antes, para que se establezca el proceso de corrosin es necesaria La presencia de un electrolito, de aqu que en climas con temperaturas inferiores al punto de congelacin del agua o superiores a las de la condensacin acuosa sobre las superficies metlicas, la oxidacin sea despreciable. El hielo es un mal conductor electroltico. Sin embargo, la incidencia de la corrosin por la atmsfera depende no slo del contenido de humedad sino tambin del contenido de polvo y otras impurezas, algunas de las cuales favorecen la condensacin de la humedad sobre las superficies metlicas.


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Clases de atmsferas: La atmsfera puede variar mucho con respecto a la humedad, temperatura y contaminantes, por lo que las velocidades de la corrosin atmosfrica varan considerablemente de unas partes a otras. A medida que nos acercamos a la costa, el aire est cargado con crecientes cantidades de sales, en particular de NaCl (cloruro de sodio). En las zonas industriales se encuentran cantidades apreciables de SO2, que se convierte en cido sulfrico y cantidades menores de SH2, NH3, NO2 y diversas sales en suspensin. Un metal resistente en una atmsfera determinada puede perder efectividad en otro lugar, debido a que las caractersticas relativas de los metales pueden cambiar con la atmsfera, por ejemplo el hierro galvanizado se comporta bien en atmsferas rurales, pero en atmsferas industriales es bastante menos resistente. El reconocimiento de las marcadas diferencias en la corrosividad ha aconsejado clasificar las atmsferas en diferentes tipos, los principales son: marino, industrial, tropical, rtico, urbano y rural, existiendo grandes diferencias en la velocidad de corrosin en


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muestras expuestas a atmsferas marinas segn la proximidad al mar. El acero cuando es expuesto a una atmsfera industrial, reacciona para formar el xido, de composicin aproximada Fe2Q3 H20, el cual siendo aparentemente adhesivo, no forma una barrera protectora que asla el metal del ambiente; la reaccin de esta manera prosigue a una rata aproximadamente lineal hasta que el metal es completamente consumido. SOLTUCA se encuentra en una atmsfera industrial, pero tambin se podra decir que se encuentra en una atmsfera marina por su cercana al mar, que adicionalmente tiene una alta humedad relativa prcticamente durante todo el ao. Esto trae como consecuencia que la rata de oxidacin sea elevada en los tubos y por ende necesite un buen proceso de limpieza para poder arrancar todas las partculas de xido. Adems la condensacin de la humedad, se favorece por la concentracin de polvo sobre las tuberas, que aparte de las altas temperaturas existentes en el lugar, tambin hace que la accin corrosiva sea mucho ms agresiva. De esta forma se evidencia el hecho de que la manera como se corroen los tubos sea mojada. Las capas de herrumbre que se forman en la atmsfera tienden a ser protectoras, es decir, la velocidad de corrosin decrece con el tiempo. La velocidad de corrosin alcanza en el transcurso del tiempo


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un rgimen estable y por lo general cambia poco durante la exposicin posterior. Las superficies metlicas situadas donde se humedezcan o retengan humedad, pero fuera del alcance de la lluvia y por lo tanto no se laven, se corroen con mayor rapidez que las muestras totalmente expuestas. La razn de esto es que el cido sulfrico, por ejemplo, absorbido por el xido continuar acelerando la corrosin, a travs de un ciclo que puede ser de la siguiente manera (resulta muy difcil poder predecir el ciclo exacto que sigue el proceso de oxidacin, ya que intervienen muchos factores que son desconocidos):2O Fe H 2 SO4 + FeSO4 1 / 4O2 +1H 2 SO4 1 / 2 Fe2 ( SO4 ) 3 3 / 2 H 1 / 2 O2 / 2

1 / 2 Fe2O3 + 3 / 2 H 2 SO4En donde el FeS04 es aquel polvo que se puede apreciar sobre la superficie metlica que es de color amarillo.

La pelcula de herrumbre contaminada de esta manera cataliza la formacin de ms herrumbre. Por tanto, la exposicin directa de un metal a la lluvia puede ser beneficiosa comparada con la exposicin protegida parcialmente. Probablemente esta ventaja no se da en las atmsferas no contaminadas. Esta podra ser una ventaja para SOLTUCA, al tener las tuberas colocadas al aire libre, ya que lasDiseo y construccin de una mquina granalladora para limpieza externa de tuberas de acero 41

lluvias lavaran las mismas del cido sulfrico y del polvo que se acumulan en ellas.


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CAPITULO II EL PROCESO DE GRANALLADO


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La limpieza por chorro de perdigones o granallado no es ms que un mtodo de trabajo en fro mediante el cual se inducen fuerzas de compresin en la capa superficial de los objetos metlicos trabajados, haciendo uso de una corriente de perdigones dirigida hacia la superficie del mismo a alta velocidad y bajo condiciones controladas. Adems de limpiar la superficie que est siendo tratada, el proceso de granallado logra tambin aumentar la resistencia a la fatiga del material. Este proceso tiene tambin otras aplicaciones provechosas, tales como la de descargar las fuerzas de tensin que contribuyen al agrietamiento, la formacin y consolidacin de las piezas metlicas y la aceptacin de la adherencia para cualquier tratamiento de cadmiado, pintado o esmaltado posterior. Cuando las partculas individuales de un chorro de perdigones a gran velocidad entran en contacto con una superficie metlica, producen, en la misma, ligeras depresiones ovaladas, entendindolas radialmente y causando en el instante del contacto, el flujo plstico del metal de la superficie. Por la general, el efecto se entiende de unos 0.127 a 0.254 mm bajo la superficie, no estando el metal bajo esta capa plsticamente deformada. En el equilibrio que resulta despus de!Diseo y construccin de una mquina granalladora para limpieza externa de tuberas de acero 44

rebote del choque, el metal de la superficie est en compresin residual paralelo a la misma, mientras que el metal de abajo est en tensin. Esta fuerza compresiva compensa la fuerza de tensin impuesta de la misma manera que ocurre en el doblamiento, y mejora sensiblemente la resistencia de las piezas en servicio. Los perdigones que se utilizan para el martilleo son generalmente de acero o hierro, aunque tambin se empleen algunos materiales no-ferrosos y no-metlicos. De acuerdo a su tamao, al perdign se le designa mediante nmeros. La numeracin de perdigones estandarizados por Metapol S.A. (Ref. 1) van de S-70 a S-780 y corresponden a la denominacin americana, segn SAE J444. La letra antes del nmero puede ser S, significando Shot o granalla esfrica; o G significando Grit o granalla angular. El nmero que sigue a la letra representa el dimetro de cada perdign medido en diezmilsimas de pulgada. Los perdigones esfricos de acero se fabrican bajo un procedimiento particular (generalmente llamado atomizacin), al formarse glbulos que rpidamente se solidifican en bolitas casi esfricas. Estas, son tamizadas por tamaos, recalentadas para endurecimiento, enfriadas al momento y templadas a la dureza que se desee. De acuerdo con SAE J827, el 90% de las medidas de


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endurecimiento hechas en una muestra representativa han de entrar de lleno dentro de la serie de Rockwell C 40 a 58. Los perdigones esfricos de acero son actualmente los medios de martilleo ms usados; con un tratamiento de calor adecuado, los perdigones esfricos de acero tienen una duracin mucho mayor al de los perdigones de hierro. Su impacto y propiedades de resistencia, mejorados, disminuyen de manera notoria el porcentaje de quiebra de los perdigones, incrementando as la calidad del martilleo y aumentando la vida de los componentes de las mquinas que los utilizan. La limpieza por chorro abrasivo asegura la direccin forzosa de las partculas abrasivas, ya que sean secas o suspendidas en un lquido, contra las superficies de las piezas o productos metlicos, para eliminar contaminantes o para acondicionar las superficies para el acabado inmediato. Los tpicos incluyen: 2. Eliminacin de xido, escamas, suciedades secas, arena de molde o pintura. 3. El tosco acabado de las superficies en preparacin para la adhesin, pintado y otras capas. 4. Eliminacin de rebaba 5. Desarrollo de un acabado de superficie mate.


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Hay varios mtodos para propulsarlos abrasivos empleados en la limpieza por chorro, pudiendo utilizarse una gran variedad de medios abrasivos. El xito de las operaciones de limpieza por chorro, radica principalmente en la seleccin juiciosa de su mtodo y del medio abrasivo. Los materiales usados en la limpieza por abrasivo de chorro seco pueden ser catalogados como granalla angular, perdigones, arena y varios, siendo los dos ms utilizados, la granalla y la arena. El equipo (modelo, costo inicial, capacidad de limpieza y conservacin) y el tipo de abrasivo utilizado influyen considerablemente en los costos de limpieza por chorro abrasivo. E1 siguiente ejemplo basado en aplicaciones reales de produccin, refleja las cantidades de los costos, entre la limpieza por chorro de granalla de acero y la limpieza por chorro de arena (chorro libre por aire o sand-blasting). Ejemplo: La tabla muestra un balance de costos calculado en una planta, para el uso de granalla angular de acero y arena para la limpieza de acero por chorro de aire.

COSTO DE LOS FACTORES

Granalla de acero angular

Arena


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Costo inicial de abrasivo por Kg. Abrasivo Manipulacin del nuevo abrasivo Total Abrasivo consumido por m2 de acero limpio Costo por m2 de Acero limpio Abrasivo Mantenimiento trabajo Mantenimiento materiales Costo total Los datos indican que: 1. Aunque la granalla angular de acero cuesta 40 veces ms que la arena slica (costos de manejos, incluidos), se consume 70 veces ms arena por m2 que el acero limpio. 2. Fuera de la fuerza, trabajo directo y costos de equipo, los que se calculan iguales para ambos abrasivos, el costo de empleo de la granalla angular es aproximadamente 41% menor al "costo del uso" de arena, por m2 de acero limpio. 0.957 ptas. 0.234 ptas. 0.126 ptas. 1.317 ptas. 1.71 ptas. 0.32 ptas. 0.31 ptas. 2.34 ptas. 20.53 ptas. 3 ptas. 23.53 ptas. 40.7 grs. 0.30 ptas. 0.30 ptas. 0.60 ptas. 2853 grs.


48

En este ejemplo se puede notar que el costo total mayor, a pesar de que la granalla angular tiene un precio ms caro, corresponde al de la arena, (El hecho de que los precios no sean los actuales no importa a efectos de lo que se quiere mostrar ya que la relacin de los mismos permanece inalterada aunque estos varen). De esta forma se demuestra el rendimiento del proceso de granallado en comparacin con el proceso de sand-blasting chorro de arena. De ahora en adelante, en el transcurso de este trabajo, slo nos referiremos a la granalla (en todas sus formas) ya que es la que nos interesa a efectos del diseo. La granalla angular consiste en unas pelculas angulares metlicas (generalmente perdigones aplastados de acero endurecido que pueden ser templados, o hierro blanco de fundicin, endurecido, que puede ser maleabilizado), con gran poder de corte. Su empleo, esencialmente es el mismo que el de la granalla esfrica, si bien su uso se caracteriza en aquellos casos en que se desee un decapado (o proceso de arrancar material) de una forma ms profunda y rugosa, como por ejemplo, para posteriores esmaltados o tratamientos especiales a que deban someterse las piezas en cuestin; y, en general, en todos aquellos procesos o aplicaciones en que se necesite un mayor poder adhesivo,


49

para posteriores tratamientos de las piezas tales como: Esmaltaciones, pintura, recubrimientos anticorrosivos, de proteccin en la industria qumica, etc. Los perdigones estn generalmente hechos de los mismos materiales que la granalla angular, tienen forma de partculas esfricas, y eliminan por contacto, pelculas, sedimentos, escamas, arenas y otros contaminantes de la superficie. Se emplean en todas las operaciones de granallado donde se pretende una superficie lisa y uniforme, tales como: Fabricacin de flejes, perfiles y planchas de hierro y acero, en la elaboracin de tubos con o sin costura, muelles, ballestas y envases metlicos de todas clases. En la seleccin del abrasivo adecuado para una aplicacin especfica, influyen la superficie o el tipo de contaminacin a ser eliminada, el tamao y forma de la pieza de trabajo, el acabado de superficie especificado, el tipo y eficiencia del equipo de limpieza y la medida de produccin requerida. Se recomienda tomar en cuenta las siguientes observaciones generales sobre el trabajo de las partculas abrasivas: 1. Mientras ms pequea sea la partcula abrasiva, ms fino ser el acabado de la superficie y alcanzar zonas menos accesibles.


50

2. Mientras ms grande sea la partcula abrasiva, mayor ser el impacto. 3. En general, mientras ms dura sea la partcula abrasiva, ms rpida ser la accin de limpieza, y a la vez, una mayor fragilidad del abrasivo. La produccin de una superficie uniformemente tratada, depende del mantenimiento constante de una mezcla de abrasivo en la mquina. Las superficies metlicas tratadas con granalla angular dura son ms sensibles a un cambio en la mezcla, que las tratadas con una granalla angular suave o con perdigones. Por esto, es aconsejable programar algunas pruebas y reemplazo peridico de los abrasivos. La mezcla siempre contiene mayor cantidad de abrasivos usados que nuevos. Un mtodo prctico para el mantenimiento de una graduacin razonable de consistencia en la mezcla, es el de guardar un nivel uniforme del abrasivo en el tanque o tolva de reemplazo. Esto se obtiene aadiendo peridicamente nuevo abrasivo. El tonelaje total del mismo que se requiere para llenar la mquina a capacidad de operacin, puede tambin afectar la frecuencia de las adiciones. Despus de hacer contacto con la pieza de trabajo, el medio abrasivo es devuelto a una tolva de almacenaje para ser nuevamente usado. Los contaminantes gruesos y finos, recogidos durante el proceso, son eliminados al retornar el medio abrasivo hacia la tolva. Las partculas finas de polvo deben eliminarse de la mezcla por medio de un sistema


51

de separacin por aire. El buen funcionamiento del equipo depende de la uniformidad de la corriente de aire a travs del separador y de la utilizacin de cantidades y tamaos de abrasivos uniformes. Los contaminantes gruesos incluyen metales prensados, partculas, ncleos de alambre, partculas de clavos, escorias, arenas, lminas de xido, partculas de herramientas y excesos de material, estos son generalmente eliminados por la criba de la mezcla abrasiva a travs de malla de alambre, placa preparada o metal mandrinado (o abocardado) o sistema automtico especial de eliminacin de contaminantes. Los contaminantes finos incluyen arena, partculas blandas finas y oxidadas, polvos metlicos y partculas abrasivas desintegradas. El amontonamiento de contaminantes finos reduce la eficiencia del chorro, produciendo un desgaste excesivo de las turbinas centrfugas.LDS

contaminantes finos son eliminados de la mezcla por medio de

una corriente de aire, que los lleva a una cmara de expansin. All las partculas finas ms pesadas experimentan un vuelco hacia arriba de la corriente de aire y caen en el rea de sedimentacin para ser eliminadas. Las partculas ligeras suspendidas en la corriente de aire son llevadas a travs de los canales de ventilacin al colector de polvo o aspirador. En muchas de las operaciones de limpieza por chorro es


52

ventajoso retener las pequeas partculas metlicas proveniente del desgaste o rotura de abrasivos, estas partculas menores ayudan a excavar pequeas grietas o valles si estas han de ser retenidas, los repasadores tienen que ser regulados para este objeto.

Teora de impacto sobre materiales dctiles (Ref. 2): El punto de partida del diseo, corresponde a un estudio del fenmeno que ocurre cuando la granalla, impulsada por la turbina o por un chorro de aire, golpea contra la superficie metlica. Es de vital importancia conocer a fondo que es lo que ocurre en este proceso, el anlisis detallado de todos los factores involucrados sern la base de un diseo ptimo. En la mayora de los equipos de granallado modernos, las municiones son lanzadas por labes o paletas que giran a un nmero muy alto de revoluciones. Estas son llamadas Ruedas Abrasivas, a las cuales nosotros, por comodidad, llamaremos "Turbinas" a lo largo de este trabajo, por el simple hecho de que as son llamadas dentro del recinto de la empresa por todos los trabajadores que se desempean en esta rea, aunque sabemos que no cumplen con todas las caractersticas que envuelve este nombre. El estudio que se hace a continuacin, es vlido para partculas que viajen a una velocidad que se encuentra en el orden de 20 y 100 mts/seg. A estas velocidades, las partculas causan corte e indentacin


53

en la superficie bombardeada, llegando las mismas a un estado de esfuerzos que se encuentran dentro del rango plstico. El mecanismo por el cual las granallas erosionan la superficie, es llamado abrasin, principalmente asociado con ngulos pequeos de ataque choque. En tanto, que el choque y la ruptura de la capa superficial traen como consecuencia el endurecimiento por deformacin y hendiduras de tipo frgil que ocurren generalmente para grandes ngulos de ataque. Este ngulo es el que forma la trayectoria de la partcula con respecto al plano de choque, y es tambin llamado ngulo de impacto. La abrasin es algunas veces asociada indistintamente con la erosin, de esta forma las partculas erosivas son frecuentemente referidas como abrasivos. La fatiga de la superficie juega un papel secundario y por lo tanto no ser estudiado. La primera investigacin sistemtica fue realizada por

Wellinger, Vetz y sus colegas (Ref. 3), los cuales encontraron una fuerte relacin entre la erosin y el ngulo de ataque; as como tambin, la dureza de la superficie bombardeada, en relacin con la dureza de las partculas abrasivas. La erosin de aceros suaves es mxima para ngulos pequeos, mientras que para los duros la mxima erosin ocurre para ngulos de choque casi perpendiculares o normales sobre la superficie. Se puede


54

demostrar que para los metales dctiles, la mxima erosin ocurre para ngulos de choque de aproximadamente 20 grados. De acuerdo a esto la erosin total es atribuida a dos mecanismos como son el desgaste debido al roce y a la friccin, y el desgaste debido al choque.

Teora del corte erosivo Este comportamiento fue originalmente modelado por Finnie y sus colegas (Ref. 4) en 1958, introduciendo la teora del corte erosivo, el cual explica muchos aspectos de la erosin de materiales dctiles bajo la accin de un flujo de partculas de forma ms o menos angular. La teora asume que una partcula angular dura, impactando sobre una superficie lisa a un determinado ngulo de ataque , cortar la misma como si fuera una herramienta de filo. La ductilidad de un material significa su habilidad para fluir plsticamente durante el proceso de corte. Tomando en cuenta el volumen removido de la superficie de choque por la accin mecnica de una simple partcula de masa m, consecuencias similares tienen lugar cuando se incrementa el desgaste debido a la accin de un gran cantidad de partculas que constituyen una masa total M. La siguiente figura muestra la partcula incidente que hace el efecto de una punta, arando la superficie dctil y siguiendo una trayectoria (xt , zt). A lo largo del impacto, se asume un movimiento


55

plano en donde el centro de masa (C.M.) se traslada una distancia ( x , z ) y rota un ngulo (0). La punta en este momento empuja el material y forma una viruta en frente de ella. El rea de contacto con la viruta tiene una proyeccin vertical R, el cul est dado por una anchura b (a lo largo de la cul, la presin de flujo p acta horizontalmente), y una altura L, es decir, A = b L. Puesto que todos los cortes erosivos son superficiales, el movimiento de la punta puede ser simplemente relacionado con el movimiento (x , z , 0) de el centro de masa: xt = x + r 0, y zt = z.

Fig, 1.- Partcula incidente erosiva vista en dos dimensiones cortando a travs de una superficie dctil y a un ngulo de ataque (a) Geometra del corte; (b) Fuerzas de contacto actuando sobre la partcula durante el corte.

La relacin entre las componentes de fuerza de contacto horizontal y vertical, P y F, se asume como un valor constante durante elDiseo y construccin de una mquina granalladora para limpieza externa de tuberas de acero 56

impacto,

P L = c = ctte. Entretanto F = Ap, o introduciendo ce = , se obtiene L Zt

F = L b p = ce zt b p. Las tres ecuaciones del movimiento plano, sin tomar en cuenta el momento de P alrededor del centro de masa por considerarse muy pequeo, estn dadas por:

m

x

+ b p z

= 0

(1)

m

z

+ ce b p c z

= 0

(2)

I

+ ce b p r z

= 0

(3)

donde I es el momento de inercia rotatorio de la masa de la partcula alrededor del centro de masa. Las condiciones iniciales del impacto son: t = 0: x = z = 0 = 0

X = V COS, Z = V SIN, 0 = 00 (Velocidad

angular inicial de la

(4)

partcula)

La solucin de el sistema de ecuaciones diferenciales (1,2,3) es:x =

Vsin sin c

t + ( V cos

)t

V sin c

t

(5)


57

z =

V sin

sin

t

(6)

0 =

m r V sin c I

(sin

t t) + 0

0

t

(7)

donde se introduce el valor de :

ce =

p b c m

1 / 2

(8)

Bsicamente se tienen dos tipos de procesas de corte: a) El corte realizado por la partcula dentro de la superficie dctil, y posteriormente sale de ella cuando Zt se hace cero. b) La partcula se detiene a cierta profundidad durante el proceso de encavado y su energa cintica de esta forma queda agotada. En el primer caso, podemos conseguir la duracin del impacto t*, por la Ec. (6), sin t* = O y por consiguiente t*= (9)

Para el otro caso, la partcula se detiene en un tiempo pequeo,Diseo y construccin de una mquina granalladora para limpieza externa de tuberas de acero 58

calculado por la ecuacin x t = x + r 0 = 0 . Utilizando las soluciones (5) y (7), y la aproximacin I cos t * = 1 c 3 tan m r2 y 00 = 0 , resulta: 2

(10)

Se debe notar que las condiciones (9) y (10) son idnticas cuando = 0 = tan-1 (c/6). Este ngulo de incidencia separa los dos tipos de procesos de corte. El volumen removido debido al desgaste realizado por la partcula de masa m es:

w =b

t*

0

z dx

t

= b z0

t*

d(x + r0)

(11

Esta integral puede ser resuelta puesto que z(t), n(t) y 0(t) son conocidas a travs de las ecuaciones (5), (6) y (7). El desgaste total debido a la inclusin de partculas similares que conforman la masa M, puede ser obtenido si multiplicamos W por M/m. Para el caso (a) cuando las partculas rebotan ( 0) se obtiene:w = M ce V 2 (sin p c 2 6 sin c2

(12)

Para el caso (b) cuando las partculas se paran ( 0), resulta:Diseo y construccin de una mquina granalladora para limpieza externa de tuberas de acero 59

M V 2 w = sin ce p c

2

6 sin c

2

(13)

Para mxima erosin, se puede obtener B de la ecuacin1 2 c 3

dW = d

0, dada de la siguiente manera: max = tan 1 , la cual representa la regin de rebote para ngulos pequeos puesto que mx < 0 . La determinacin de c = P/F de las pruebas de erosin, es muy difcil de conocer, pero las fuerzas F y P aparecen en dos procesos abrasivos similares (llamados prueba de dureza al desgarre y el otro de esmerilado de superficie) y cuyos valores de c son muy parecidos (Ref. 5). De este modo un valor de c = 2, es el nmero que representa el comportamiento de estos dos procesos, adems que tambin se justifica su uso para el corte erosivo. Por otro lado, un valor de ce = 2 fue tomado de las experimentaciones del corte de metales (Ref. 6). Esta prueba arroj tambin resultados tales como max = 16.84 , y0=18.43.

Ahora con estos valores, las expresiones de erosin tienen

esta forma:

w =

M

V 2

2

sin

2 3 sin 2

2

;0 <

(14)0

y


60

M V w = 2

2

1 p

cos 2 ; 0 < 90 6

(15)

Es de hacer notar que conjuntamente con la comprensin del significado del volumen total removido, W ocasionalmente est expresado en unidades de peso tambin est dado en peso de material removido por peso de partculas erosivas, etc.MV 2 1 , f (), la funcin f () est representada en la 2 p

Escribiendo W = siguiente figura

Fig. 2.- Prediccin de la variacin del volumen removido con respecto al ngulo para una granalla de abrasivo


61

simple. Son representados los puntos experimentales para erosin provocada por muchos granos ( cobre, Acero SAE 1020, O Aluminio). Como se puede observar la mxima erosin es la misma en todos los casos correspondiente a un ngulo de aproximadamente 20 grados. Grfica obtenida por Finnie [15].

La dependencia de la velocidad en las Ec. (14) y (1 5 ) es W V2, el cual ligeramente subestima el valor del exponente de velocidad; experimentalmente, 2.4 es cercano al valor promedio encontrado para la erosin dctil. Otro factor importante es la forma de las partculas; las esfricas producen menos erosin que las angulares siendo ambas del mismo material. Esto fu demostrado utilizando varios tipos de granos de arena, conservando el ngulo = 45 grados (Ref. 5). La teora del corte erosivo (Ec. 12 y 13) se podra acomodar para un cambio en la forma de la partcula a travs de los parmetros c y ce. Mientras que las derivaciones de las Ec. 12 y 13 no son estrictamente vlidas para partculas esfricas, un aumento del radio de curvatura de la punta cortante hace que aumente tambin el valor de c. Por observaciones experimentales ha sido confirmado un incremento del ngulo max cuando granallas redondas son utilizadas (max = 28 grados) en comparacin con partculas filosas del mismo acero, siendo max - 17 grados (Ref. 7).

Teora combinada de la erosin: El anlisis clsico de Bitter (Ref. 8), describe el mecanismo de laDiseo y construccin de una mquina granalladora para limpieza externa de tuberas de acero 62

erosin en dos procesos simultneos: a) Desgaste debido a la deformacin, b) Desgaste debido al corte. El primero es atribuido a la repetitiva deformacin sostenida en colisiones; mientras que el segundo est referido al corte erosivo dctil. La aproximacin de Bitter est basada en el clculo de la energa plstica de disipacin Up, proveniente de los parmetros de impacto de una partcula erosiva simple. El desgaste, como consecuencia, se postula igual a la energa de disipacin dividida por un factor de desgaste, el cul es una propiedad del material, que significa la cantidad de energa necesaria para remover una unidad de volumen de material. Aplicando el subndice c y d para referirse al corte y a la deformacin respectivamente, tenemos:

Wc =y,

Uc 0 Vd

(16)

Wd =

(17)

siendo 0 y los respectivos factores de desgaste. Para ambosDiseo y construccin de una mquina granalladora para limpieza externa de tuberas de acero 63

tipos de desgaste tanto a corte como deformacin, se asume que la componente normal de la velocidad de impacto Un es ms grande que el ualor Uel = K1 para el cul la teora de Hertz sostiene que la presin mxima es igual al esfuerzo de cedencia del material, es decir, q0 = y respectivamente. Para una partcula esfrica de densidad de masa p, K1 es una constante dada para un material de superficie erosionada; y se define por:

K

1

= 15 . 40 y 5 / 2

p

1/ 2Er 2

(18)

donde: Er : mdulo reducido, y que est dado como:

E

r

1 12 1 22 = + E E2 1 donde:

1

1 y E1 son el mdulo de Poisson y elasticidad de la partcula respectivamente. 2 y E2 son el mdulo de Poisson y elasticidad de la superficie impactante respectivamente. DESGASTE POR DEFORMACIN:


64

Consideremos la colisin de una esfera elstica (m,R) contra un plano el cul se deforma elstica y plsticamente. La aproximacin elstica en el momento en que la presin pico alcanza el valor y (fig. 3a) es, por la teora de Hertzt (Fsico alemn que estudi el impacto entre materiales y que dedujo una serie de frmulas que se conocen hoy en da como su nombre y de las cules se puede obtener la fuerza de impacto, la duracin tiempo del impacto, la penetracin, el rea de impacto y la presin ejercida por la partcula sobre la superficie):

Z el = 24 . 35 y 2 RE

r

2

(19)

Fig. 3. Distribucin de presiones y deformaciones en el rea de contacto. (a) Impacto elstico; (b) Impacto elasto-plstico. Tomado de Bitter (Ref. 8).


65

Ahora se asume por simplicidad, sealar lo que corresponde al salto del rgimen elstico al plstico. Despus de incrementar la carga (Fig. 3b), la presin plstica se incrementa hasta y sobre el radio rp, mientras que el contacto se extiende hasta rt. La aproximacin total del centro de gravedad esta dada como la suma de un desplazamiento elstico y otro plstico: Z = Zel + Zpl Como rp R, puede ser claramente establecida la suposicin de igual desplazamiento compresivo de la esfera en toda el rea interna de la cavidad plstica (0 < r< rp). Esto significa que el radio de curvatura en la esfera y el plano deformado es aproximadamente igual a R. El rea de contacto total est dada aproximadamente por rt2 = 2 R (zel + zp|); el rea plstica es rp2= 2 R Zpl . De esta forma el rea cargada elsticamente es:

rt2 rp2 = 2 R (Z el + Z pl ) 2 R Z pl = 2 R Z el = re2

el cul es de esta manera independiente de l tamao de la ndentacin. La energa elstica de deformacin Ue en esta rea debe ser2 m Vel . La energa potencial de la deformacin elstica zel debido a 2

la carga rp2 y en el rea plstica es U pe = rp2y z el . De esta forma,Diseo y construccin de una mquina granalladora para limpieza externa de tuberas de acero 66

1 2

la energa total elstica almacenada en la esfera y en el plano en el momento de mximo impacto es:

U

e

+ U

pe

=

1 1 2 2 V el + r pmax y z el 2 2

Esta energa es devuelta a la partcula en forma de energa cintica al final del impacto a travs dem V 22 n

. En donde Un es la

componente normal de la velocidad de rebote, U. La deformacin plstica permanente requiere de la siguiente energa:zmax

Up

=

r0

2 p

ydz

pl

Rz

max

2y

en donde,

r p2 = 2 R z plZmax, es la mxima profundidad de indentacin permanente. Up es la energa disipada.


67

Escribiendo el balance de energa del impacto:1 m Vn2 = Ve + Vpe + Vp 2

Por el uso de las Ec. 18 y 19, se hace un arreglo y queda expresado de la siguiente forma:2 1 mVn2 = Ue + 3.75U pUe + U p = Ue + U p 0.0635* U pUe 2

(

)

Despreciando ahora el ltimo trmino del lado derecho por ser muy pequeo, Up queda asi:2

U

p

=

1 mU 2

2 n

U

e

1 m (U 2

n

K

1

)2

De esta forma, el desgaste por deformacin para cualquier masa M que constituye una cantidad de partculas erosivas, puede ser obtenida por la definicin de la Ec. 17 como:

(1/ 2)M (U sin K1 )2 Wd =


68

DESGASTE POR CORTE: Exsten dos posibilidades para el proceso de corte: si < o la partcula incidente sale de la superficie con una velocidad promedio Up distinta de cero despus del corte. En el caso opuesto, >0, Up = 0. Para el primer caso (0), la frmula de desgaste al corte es:

(1/ 2)M (V 2 cos 2 K2 (V sin K1)3 / 2 Wc2 = 0dondeDiseo y construccin de una mquina granalladora para limpieza externa de tuberas de acero 69

K

2

= 8 . 093 2 Er y

2

(

y

/

p

)1 /

4

La siguiente figura muestra soluciones tpicas de las ecuaciones anteriores para un material dctil. En ella Wc = Wc1 o Wc2. El desgaste total que sufre la superficie es Wt = Wd + Wc. Del anlisis de Bitter, se puede obtener como conclusin que el "desgaste por corte", domina a bajos ngulos, y el "desgaste a la deformacin", domina para grandes ngulos. Adems, como se puede apreciar en la figura, la mxima erosin est dada bsicamente por el corte que hace la partcula sobre la superficie. Tilly y sus colaboradores (Ref. 9) describieron el proceso en dos etapas por lo cul, las partculas, en vez de ser rgidas, producen erosin por impacto y luego se fragmentan para producir erosin adicional. La fragmentacin y el flujo superficial de las partculas fragmentadas causan la erosin a 90 grados, de acuerdo con Tilly, y puede ser utilizado para explicar la dependencia de la erosin con respecto a la velocidad en un exponente tan grande como 2 segn observaciones experimentales, es decir, W V2 (la erosin es proporcional a la velocidad al cuadrado). Numerosos investigadores, par ejemplo, han mostrado exponentes de velocidad de 2.3 y ms grandes, y un incremento de la fragmentacin para altas velocidades fue utilizado para explicar esto. Esta fragmentacin incluye el efectoDiseo y construccin de una mquina granalladora para limpieza externa de tuberas de acero 70

del

tamao

de

la

partcula,

el

cul

ha

sido

observado

experimentalmente que las grandes son ms propensas a fragmentarse y producir dao adicional, ms que las pequeas. El balance de energa entre la energa cintica de la partcula y el trabajo empleado durante la indentacin plstica, forma la base para el modelo de Sheldon y Kanhere (Ref. 10), quienes relacionan la resistencia a la erosin del material (a 90 grados de impacto) con su dureza Vickers con un rango entre 2 y 3 como exponente de la mxima penetracin de la partcula, es decir, W Zoc (el desgaste por erosin es proporcional a la mxima penetracin elevado al exponente c). Ambos autores trabajaron con materiales de acero recocidos y trabajados en fro. Se encontr que para un ngulo de choque de 20 grados, el material impactado tiende a fluir desde el frente hasta el costado del proyectil; en donde, si la magnitud del esfuerzo es excesivo, tiende a haber perdida de material. Una pequea cantidad del mismo, pero menos que la removida del crter, fue amontonada en frente del material recocido; mientras que para el trabajado en fro, el material empujado tiende a desprenderse ms pronto. De los resultados de estos experimentos se concluye que el material fue encavado por la partcula y luego en segunda instancia la misma sale haciendo el efecto de arado; adems la cantidad de material


71

removido sera cercanamente proporcional al volumen del crter dejado. El mecanismo de material removido por partculas esfricas, fue estudiado por Hutchings, Winter y Field [Ref. 11). En este caso la fragmentacin de la partcula es evitada, y la forma de la misma es fcilmente manejada por modelos matemticos. Las deformaciones del material debido a la accin de arado por parte de la partcula tiene como consecuencia la formacin de un crter y adems la aglomeracin de material alrededor de este, que tiene una forma muy parecida a un labio, tal y como se puede apreciar en la siguiente figura:

Se sostiene que la remocin de material es debida a dos causas, a las fuerzas adhesivas que existen entre el labio del material removido y la partcula esfrica en si, o tambin debido a tas deformaciones elevadas en el proceso de extrusin. Este proceso de extrusin tiene lugar cuando la superficie es bombardeada constantemente, produciendo intensivas


72

deformaciones a cortante, lo cul resulta en la extrusin de un pronunciado labio alrededor de la huella que deja la partcula. Por verificaciones experimentales fue deducido que el tamao del indentador puede ser medido sin ningn efecto en la prediccin de la erosin. Dos criterios bsicos fueron satisfechos: a) La prediccin del tamao de crter, b) EL mecanismo del levantamiento del labio en la periferia. El volumen del crter W es bsicamente proporcional a la energa cintica incidente. Fue encontrado que para un cierto ngulo de ataque , una velocidad crtica Vcr puede ser hallada, por lo cual el labio sera removido durante el impacto. Para = 30 grados ocurre la mayor cantidad de erosin segn los resultados de Hutchings. Una importante conclusin en este estudio, fue que los labios del crter constituyen la mayor parte de la masa removida. Adems, por encima de la velocidad crtica los labios se separaran del crter, pero por debajo no lo haran, pero debido a los repetidos impactos estos seran fcilmente desprendidos.


73

La suposicin que contrasta con el anlisis de Hutchings con respecto a la de Finnie es una presin de cedencia constante actuando sobre el rea de la partcula, la cual deforma plsticamente el substrato, permitiendo un continuo cambio del vector fuerza durante el impacto. Por conclusin final, de todas estas teoras se puede resumir que los factores ms importantes a tomar en cuenta en el proceso de granallado son los siguientes: a) Existen dos tipos de partculas abrasivas, una es la que tiene forma angular y la otra, que es de forma esfrica; cada una de ellas erosiona la superficie de distinta manera debido a su forma geomtrica. b) Si la dureza de la granalla es mayor que la de la superficie impactante, la rata de erosin se hace mayor (Ec. 1). c) Gran angularidad en la granalla tiende a disminuir el valor de c = P/F , por lo cul tambin ocurre lo mismo con el ngulo de mxima erosin max (Ec. 12). d) El ngulo de mxima erosin para los aceros dctiles es de 20 , siendo los ngulos cercanos a 90, los que presentan menor erosin sobre la superficie metlica. e) Para los aceros frgiles, ocurre totalmente lo contrario, siendo el ngulo de mxima erosin a 90.


74

Formas de optimizar el proceso de granallado: La economa y el rendimiento de las operaciones de granallado son principalmente una funcin de el abrasivo utilizado, siempre que el ngulo utilizado sea el ptimo y la velocidad suficiente. Para atenerse a una mxima economa y eficiencia, es importante seleccionar el tamao y tipo de abrasivo apropiado para cada trabajo. El valor (en cuanto a su utilidad) de cualquier abrasivo se determina por el balance de tres factores: a) La cantidad de trabajo que este logre en una cantidad dada de tiempo; b) La calidad del trabajo producido; c) El costo de ejecutar una cantidad dada de trabajo. El balance de estos factores es vital. Algunos abrasivos limpian muy rpidamente, dan un buen acabado, tienen un precio unitario bajo y sin embargo su uso esta limitado por los altos costos operativos. Esto es causado por el consumo excesivo de abrasivo y el desgaste prematuro de las partes, lo que genera costos de mantenimiento altos y por consiguiente un mayor nmero de horas en las cuales el equipo esta detenido. Para ser verdaderamente eficiente, un abrasivo debe limpiar


75

rpidamente, producir un acabado de alta calidad y hacer ambas cosas dentro de un costo mnimo de operacin. Los tres factores principales que determinan si un abrasivo cumple con estos requerimientos son: a) Las caractersticas de fragmentacin del abrasivo, b) su dureza, y c) su tamao. LAS CARACTERISTICAS DE FRAGMENTACIN del abrasivo son de vital importancia en la determinacin del rendimiento y la economa del proceso de limpieza. Estas tienen una gran influencia en el costo del abrasivo, el desgaste de las partes, los costos de mantenimiento, y el acabado impartido en la operacin de granallado. La fragmentacin ocurre al ser fatigado el material de la municin, hasta fracturarse en pedazos. En otras palabras, en el momento del impacto, las municiones estn sometidas a grandes esfuerzos, los cuales causan disminuciones considerables en su resistencia a la fatiga. Con el reciclaje continuo y los frecuentes impactos llega un momento en el que las municiones estn fatigadas y literalmente 'estallan' en dos o mas partculas de menor tamao. Los impactos sucesivos de este abrasivo a medida que va siendo recirculado por el sistema, va causando mas explosiones y por consiguiente la formacin de partculas de mucho menor tamao que no son ya utilizables en el proceso de limpieza. Estas pequeas


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partculas son eliminadas por un mecanismo separador. Cada tipo de abrasivo, debido a su estructura bsica (derivada de la qumica, la metalurgia y su proceso de fabricacin) tiene caractersticas de fatiga propias que son las que gobiernan sus cualidades de fragmentacin durante el proceso de limpieza. El siguiente dibujo es una representacin del proceso de fragmentacin por choques sucesivos, aunque realmente entre una y otra fragmentacin hay un cierto nmero de choques que son los que causan esta fatiga:

Por las explicaciones tericas antes mencionadas, se tiene que la mayor rata de desgaste {tanto en las partes de los equipos como en laDiseo y construccin de una mquina granalladora para limpieza externa de tuberas de acero 77

superficie a limpiar), ocurre cuando las partculas de abrasivo son de forma irregular, presentando filos y puntas. Existen, como ya dijimos, 2 tipos de abrasivos, estos son: a) esfricos (shot), b) angulares (grit). A mayor cantidad de abrasivo angular en la mezcla, mayor velocidad de limpieza, y a su vez la superficie limpiada presenta un mayor anclaje. Como el anclaje es determinado por la profundidad medida en micras de las cavidades abiertas por la granalla, mientras mayor sea este, mejor es la adherencia de la pintura a la superficie, pero a su vez mayor es la cantidad de pintura necesaria para revestir la misma rea, lo que implica un mayor costo, razn por la cual es necesario encontrar un balance en que se logre una buena fijacin de la pintura y se utilice la menor cantidad posible de la misma. El anclaje requerido en una superficie esta determinado por el tipo de revestimiento que esta va a llevar el cual a su vez depende de el trato o las condiciones a las cuales va a estar sometido, ya que no todas las pinturas tienen las mismas caractersticas de adherencia ni de resistencia. Cuando la granalla 'choca' contra la superficie, despus de un nmero sustancial de choques y debido a la fatiga del material abrasivo, esta se fractura en pedazos de menor tamao y de forma irregular (el punto es


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que esta fragmentacin no ocurre con cada impacto). Una vez que estalla, las siguientes veces que es lanzada va simplemente perdiendo sus filos y adquiriendo una forma redondeada hasta volver a partirse. Lo que se quiere dar a entender con esto, es que si se utiliza solo granalla de forma angular, una vez que esta circule se va a tener una mezcla de granalla angular con granalla esfrica. Del mismo modo, si no ocurriese la fractura de las partculas, despus de recircular todo el abrasivo, slo se tuvieran municiones esfricas y ninguna angular, as la mezcla original fuera solo de granalla angular. Debido a que la rata de fragmentacin de un abrasivo determina el nmero de nuevas esquinas y filos que se forman en una mezcla, esta tambin es un factor importante en la vida del mismo. Basndose en esto se puede ver que los mayores beneficios se obtienen utilizando la granalla de mayor periodo de vida que se consiga, con lo cual llegamos al segundo punto: LA DUREZA de un abrasivo afecta tambin la velocidad de limpieza, la vida del mismo y el acabada impartido a la superficie. Cuando las partculas de granalla movindose a gran velocidad, golpean la superficie, la energa cintica que tienen (que adquirieron por la centrifugacin en la 'turbina') puede ser disipada de muchas maneras. Lo ideal fuera que toda esa energa cintica fuese entregada a la superficie de trabajo en el impacto, realizando as su funcin de eliminar el xido, la arena, el polvo y otros contaminantes. Hay aplicaciones en las


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cuales esta energa se utiliza para causar esfuerzos de compresin debajo de la superficie del material para poder atribuirle mayor resistencia. La fuerza instantnea producida en el impacto es tan grande que el limite de fluencia de la granalla es constantemente sobrepasado. Debido a esto, una buena parte de la energa es disipada en deformaciones permanentes ocasionadas en el propio abrasivo. En este caso esta energa se considera perdida ya que no realiza ninguna funcin til. Basndonos en todo lo expuesto anteriormente podemos ver que la cantidad de energa disipada o desperdiciada est determinada en gran parte por la dureza del abrasivo. Dureza por definicin es la "resistencia a la deformacin". Por tanto a mayor dureza, mayor es la resistencia a la deformacin y en consecuencia mayor es el porcentaje de energa que se transmite a la superficie de trabajo. La seleccin del tamao del abrasivo que se va a utilizar en una operacin dada no es fcil de hacer debido a la gran cantidad de factores desconocidas que afectan los resultados. Sin embargo hay algunos factores que nos ayudan a hacer de esta seleccin algo un poco mas preciso que una simple adivinanza. Principalmente hay dos factores que deben ser considerados: a) El impacto que causa la masa de partculas ms grandes, b) La cobertura que proporciona la mezcla.


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La cobertura es importante para la velocidad de limpieza, razn por la cual se deben utilizar las partculas de menor tamao que lograrn eliminar los contaminantes de los lugares mas difciles. Por ejemplo, si la granalla S-460 es lo suficientemente grande para limpiar toda la superficie, entonces una mezcla de S-460 va a realizar esta limpieza mucho ms rpido y mejor que una mezcla de cualquier tamao mayor (S-660 por ejemplo) debido a su mayor cobertura. Se quiere aclarar que se utiliza la palabra mezcla aunque se est utilizando un solo tipo de abrasivo porque una vez que comienza a lanzarse y a fracturarse se obtiene una mezcla de varios tamaos. Solo cuando el material est completamente nuevo y sin utilizarse puede decir que todas las partculas tiene el mismo dimetro. Sin embargo, la mezcla no es solo en dimetros sino tambin en formas, ya que por la misma razn anterior se va a encontrar siempre la granalla angular y la esfrica en uso simultneo. Si se utiliza todo el tiempo el mismo tipo de abrasivo, el consumo del mismo en cualquier operacin de limpieza est determinado principalmente por el tamao al cual se remueve del sistema y no por el tamao del abrasivo nuevo que se agrega. As, el consumo de S-460, S-230, o S-170 va a ser el mismo en operaciones de limpieza en las cuales el abrasivo es eliminado cuando tiene un dimetro de 0.0883 pulgadas. Solo si se cambia de tamao. Si se cambia a un abrasivo de mayor dureza, habr que disminuir el tamao del mismo para


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que se mantenga el mismo rango de tamaos en la mezcla y por lo tanto obtener el mismo acabado en la superficie. A menor tamao del abrasivo, mayor nmero de impactos se producen contra la superficie a limpiar, ya que hay mayor nmero de partculas por unidad de masa, y este nmero de impactos a su vez aumenta en la mezcla en si. Esto se puede apreciar claramente en el siguiente cuadro:

PROMEDIO DEL NUMERO DE IMPACTOS POR LIBRA DE ABRASIVO SEGN EL TAMAO DEL MISMO S-780 S66011400 19200

S55032000

S-

S-390 S-

S-280 S-230 SN E V O 170

S-110

460 330 MRTER IAL55000

93000 153000 250000 420000

120000 340000 00

MEZCLA50860

OPERATIVA741515 216400 335300 468000 0

9678 0

77680 240400 280300 708860

0

0

0

Las mezclas eficientes de abrasivos deben contener municiones grandes, medianas y pequeas. Las grandes disturban la superficie aflojando los contaminantes, y las pequeas arrancan esos contaminantes. Estas municiones pequeas tambin proporcionan una cobertura grande, incrementando as la velocidad de limpieza como ya se explicDiseo y construccin de una mquina granalladora para limpieza externa de tuberas de acero 82

anteriormente.

A pesar de la similaridad superficial, existe una gran diferencia entre los abrasivos. Las diferencias en las caractersticas de fragmentacin acarrean diferencias en: a) Acabado impartido a la superficie, b) Desgaste de las partes y costos de mantenimiento. c) El casto de abrasivo.


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CAPTULO III PARTES QUE CONFORMAN LA MQUINA GRANALLADORA El sistema de limpieza centrifugo [o granalladora), incorpora siete sub-sistemas bsicos, estos son: a) Unidades de Turbinas. b) La Cabina. c) Sistema de recirculacin del abrasivo d) Sistema de limpieza. e) Recolector de polvo. f) Sistema de transporte. g) Sistema de Instrumentacin y Control. Lo que se expone a continuacin es un resumen de las caractersticas de cada uno de estos sub-sistemas. Se abarcaran en mayor profundidad en el tercer tomo de este proyecto.

a) Unidades de Turbinas: Los labes de las turbinas lanzan el abrasivo por fuerza centrifuga en una direccin especifica y con una fuerza determinada, y adems a una velocidad y cantidad controlada. Para la preparacin de la superficie de acero, las mquinas de limpieza generalmente utilizan varias unidades de turbinas, colocadas de forma tal que el abrasivo pueda


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abarcar toda la superficie a ser limpiada. El nmero de turbinas montadas en la mquina depende del tamao y de la complejidad del trabajo a ser realizado. Deben ser instalados un nmero suficiente de turbinas para que el tubo pueda ser limpiado por la mquina en una sola pasada y a una velocidad lineal razonable (rata de produccin lo ms alta posible). Es por ello que para limpiar adecuadamente los tubos, es necesario utilizar un mnimo de dos unidades de turbinas, ya que de esta forma se satisfacen las condiciones anteriores. Cada turbina lanza el abrasivo en forma de abanico, el cual tiene aproximadamente 3 o 4 pulgadas de ancho y entre 30 y 36 pulgadas de longitud (distancia que existe entre las turbinas y la superficie de la pieza a limpiar). En la zona de abanico existe una regin dentro de s en donde ocurre la mayor cantidad de erosin de la superficie metlica y que es llamada Hot Spot; en ella ocurre la erosin para ngulos de aproximadamente 90, y tiene lugar el excamado de la capa de xido, que cae por impacto ya que es un material frgil. Luego fuera de esta regin, para ngulos ms pequeos, ocurre la erosin de la superficie metlica para poderla dejar en lo que se llama metal blanco (White metal), por supuesto una vez que se ha desprendido la capa de xido. La velocidad del abrasivo lanzado es una funcin del dimetro de la turbina (medido hasta el tope de los labes), la longitud y perfil de la cara del labe, y la velocidad a la cul la turbina est rotando. La cantidad de abrasivo lanzado a una determinada velocidad est regulado por la potencia del


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motor de la turbina. Las turbinas disponen de varios componentes que cumplen una funcin muy importante y que son necesarios para obtener un buen rendimiento, estos son: El impeler o dosificador, provee una distribucin uniforme del abrasivo a los labes. Para un apropiado funcionamiento de la turbina, cada segmento del dosificador debe adelantar a los labes por un espaciamiento de aproximadamente 1/4". El mismo es esencial para una apropiada alimentacin de abrasivo a los labes, para incrementar la vida de los mismos y mejorar los resultados de limpieza. Los labes se encargan de lanzar el abrasivo contra la superficie a ser limpiada, mediante fuerza centrfuga. Para asegurar que no van a ocurrir vibraciones, los labes deben estar perfectamente balanceados, ya que de esta forma se prolonga por mucho tiempo la vida til de los cojinetes. El tamao de los labes debe ser uniforme para que puedan encajar sin problemas en la rueda aceptadora de labes, de esta forma se ahorra tiempo en el mantenimiento cada vez que se tiene que hacer un reemplazo, garantizando as mismo lo indicado en el punto


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anterior. Los labes estn totalmente dimensionados para no permitir espacios perjudiciales y de esta forma proteger las paredes de las turbinas del desgaste abrasivo. Son fundidos con metal sumamente resistente al desgaste, tratados trmicamente bajo condiciones rgidas bien controladas a fin de aumentar an ms su resistencia al desgaste, y por ltimo inspeccionados para eliminar agrietamientos y defectos superficiales. La jaula de control es utilizada para tener un control de la direccin precisa del abrasivo. De esta forma no ocurre el desgaste prematuro de las paredes internas del gabinete y del sistema de rodillos que transporta la tubera. Para mantener fija esta parte de la turbina es necesario disponer de un anillo de fijacin que a la vez est unido al adaptador de la jaula de control mediante dos soportes. La incorrecta posicin del controlador causa largos ciclos de granallado y acelera el desgaste en las lminas que cubren las turbinas, las cuales son de un acero resistente a la abrasin.

b) La Cabina: La cmara interna de la mquina contiene abrasivos movindose a altas velocidades y polvo generado por el proceso de limpieza. La


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ventilacin asegura que la presin de aire dentro de la mquina es ms pequea que la presin de aire ambiente, de esta forma el polvo no puede escapar para reas de trabajo adyacentes y es recogido en el recolector. Las aberturas de entrada y salida de tuberas estn equipadas con sellos para prevenir la salida de abrasivos que escapan de la mquina. El gabinete, que es construido generalmente con un acero de bajo contenido de carbono, es usualmente recubierto por dentro con materiales que son resistentes a la abrasin y que estn generalmente hechos de goma, componentes sintticos, planchas especiales aleadas, o ambos. Este recubrimiento debe realizarse en la totalidad de la mquina, y en caso de no ser posible debido a los costos, es absolutamente necesario que exista en las reas donde hay contacto directo de las rfagas de granalla provenientes de las turbinas. La cabina consta de los Vestbulos, y el Embudo Los Vestbulos son las puertas de entrada y salida del tubo a la mquina, y a su vez son unas trampas o laberintos diseados para que la granalla no salga de la cabina durante el proceso de limpieza. Estos vestbulos deben estar provistos de un sistema de puertas que permitan limpiar tuberas de diferentes dimetros (esto es, desde 16 hasta 72 pulgadas).


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El Embudo es simplemente la forma que adopta la cabina abajo para lograr almacenar todo el abrasivo en un punto donde el tornillo sin fin lo recoje y se lo entrega al Elevador de Cangilones.

c) Sistema de Recirculacin (Elevador de Cangilones) (Ref. 12): Una vez que la granalla golpea la tubera, esta cae al fondo de la cabina y es trasladada hasta el Elevador de Cangilones mediante un tornillo sin fin dispuesto en el fondo del embudo (como ya se coment anteriormente). Debido a que el elevador de cangilones es parte del diseo que abarca este Trabajo Especial de Grado, nos entenderemos un poco al hablar de ste, de manera de abarcar toda la teora necesaria para su diseo. El proyecto de la instalacin de una unidad de transporte debe tomar en cuenta ciertas variables principales tales como son: b) Material (tamao, friabilidad, peso especifico, etc). c) Capacidad a transportar d) Disposicin general de la instalacin, o sea, espacio disponible, terreno, etc. e) Duracin prevista para la instalacin y condiciones de edificios existentes, configuraciones de


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trabajo

de

la

misma

(a

la

intemperie,

con

clima

fro

clido, o bajo cubierta). Como el espacio en planta y en la mquina es restringido y el tonelaje por minuto de granalla a elevar hasta el depsito superior o abastecedor de las turbinas no es muy grande (2 ton/min), se decidi emplear como medio para transportar la granalla los elevadores de cangilones. Este valor de 2 ton/min viene a ser la capacidad que tienen las dos turbina sumadas (cada una maneja 1 ton/min). Dichos elevadores constan en esencia de: - Cangilones de transporte de material. - Un elemento sinfn o banda de goma sobre el cul se fijan los cangilones. - Un tambor motriz superior o de cabeza y un tambor inferior o de pie cuyos ejes de giro estn colocados generalmente en la misma vertical, o ligeramente desplazados. - Un grupo motorreductor de accionamiento del tambor motriz. - Una caja dentro de la cul van situados el elemento sinfn o banda de goma, los cangilones y tambores. En su parte superior lleva una boca o llamada tambin por los fabricantes "chute" de descarga y en la inferior la de carga.


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FORMA

DE

LOS

CANGILONES

Y

MATERIAL

A

TRANSPORTAR La forma de los cangilones depende grandemente de los materiales a transportar, as como de la velocidad del elevador. La tabla 1 que se muestra en la pgina siguiente, extrada de las normas DIN 15230, muestra los tipos corrientemente empleados. Los materiales empleados en la fabricacin suele ser de aceros altamente resistentes a la abrasin como es el acero al manganeso. Este es un acero austentico que es relativamente suave, pero se endurece al trabajarlo superficialmente cuando se le somete a abrasin severa, por lo cual es en extremo til para esta aplicacin. En su forma fundida, esta aleacin es parcialmente martenstica y, por tanto, es dura y quebradiza (Re. 13). Con respecto al espaciamiento de los cangilones, stos se colocarn ms prximos conforme aumente la velocidad, puesto que el material sale despedido ms radialmente. Otro factor importante es el coeficiente de llenado del cangiln, que se define como la relacin del volumen real de llenado al volumen ter

tesis elevador de cangilones calculo

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