1. Ciencia

Operación De Equipos
Industriales
Profesor: Luis Vergara A.
Mecánica Industrial
Profesor: Luís Vergara A.
Caldera (màquina)
Una caldera es una máquina o dispositivo de ingeniería que está diseñado para
generar vapor saturado. Éste vapor se genera a través de una transferencia de
calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado liquido,
se calienta y cambia de estado.
Según la ITC-MIE-AP01, caldera es todo aparato a presión en donde el calor
procedente de cualquier fuente de energía se transforma en energía utilizable,
a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor.
Las calderas son un caso particular de intercambiadores de calor, en las cuales
se produce un cambio de fase. Además son recipientes a presión, por lo cual
son construidas en parte con acero laminado a semejanza de muchos
contenedores de gas.
Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua,
las calderas son muy utilizadas en la industria para generarlo para aplicaciones
como:
Esterilización (tindarización), es común encontrar calderas en los hospitales,
las cuales generan vapor para esterilizar los instrumentos médicos, también en
los comedores con capacidad industrial se genera vapor para esterilizar los
cubiertos.
Calentar otros fluidos, por ejemplo, en la industria petrolera se calienta a los
petroles pesados para mejorar su fluidez y el vapor es muy utilizado.
Generar electricidad a través de de un ciclo Rankine. Las calderas son parte
fundamental de las centrales termoeléctricas.
Es común la confusión entre caldera y generador de vapor, pero su diferencia
es que el segundo genera vapor sobrecalentado.
Historia
Cuando James Watt observó que se podría utilizar el vapor como un fuerza
económica que remplazaría la fuerza animal y manual, se empezó a desarrollar
la fabricación de calderas, hasta llegar a las que actualmente tienen mayor uso
en las distintas industrias.
Las primeras calderas tenían el inconveniente que los gases calientes estaban
en contacto solamente con su base, y en consecuencia se aprovechaba mal el
calor del combustible. Debido a esto las instalaciones industriales fueron
perfeccionándose, colocándose el hogar en el interior de la caldera y
posteriormente se le introdujeron tubos, para aumentar la superficie de
calefacción. Si por el interior de los tubos circulan gases o fuego, se les
clasifican en calderas pirotubulares (tubos de Humo) y calderas acuotubulares
(Tubos de agua).
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Tipos de Caldera
Acuotubulares: son aquellas en las que el fluido de trabajo se desplaza a través
de tubos durante su calentamiento. Son las más utilizadas en las centrales
termoeléctricas, ya que permiten altas presiones a su salida, y gran capacidad
de generación.
Pirotubulares: en este tipo el fluido en estado líquido se encuentra en un
recipiente, y es atravesado por tubos por los cuales circula fuego y gases
producto de un proceso de combustión.
Caderas de Gasóleo.
Elementos, términos y componentes de una caldera
Agua de alimentación: Es el agua de entrada que alimenta el sistema,
generalmente agua de pozo o agua de red.
Agua de condensado: Es el agua que proviene del estanque condensador y
que representa la calidad del vapor.
Vapor seco: Vapor de óptimas condiciones.
Vapor húmedo: Vapor con arrastre de espuma proveniente de una agua de
alcalinidad elevada.
Condensador: Sistema que permite condensar el vapor.
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Estanque de acumulación: Es el estanque de acumulación y distribución de
vapor.
Desaireador: es el sistema que expulsa los gases a la atmósfera.
Purga de fondo: Evacuación de lodos y concentrado del fondo de la caldera.
Purga de superficie: Evacuación de sólidos disueltos desde el nivel de agua de
la caldera.
Fogón: Alma de combustión del sistema.
Combustible: Comburente que se transforma en energía calórica que permite la
vaporización.
Agua de calderas: Agua de circuito interior de la caldera cuyas características
dependen de los ciclos y del agua de entrada.
Ciclos de concentración: Número de veces que se concentra el agua de
caldera respecto del agua de alimentación.
Alcalinidad: Nivel de salinidad expresada en ppm de CaCO3 que confiere una
concentración de iones carbonatos e hidróxilos que determina el valor de pH de
funcionamiento de una caldera, generalmente desde 10,5 a 11.5.
Desoxigenación: Tratamiento químico que elimina el oxígeno del agua de
calderas.
Incrustación: Sedimentación de sólidos con formación de núcleos cirtalinos o
amorfos de sulfatos, carbonatos o silicatos de magnesio que merman la
eficiencia de funcionamiento de la caldera.
Dispersante: Sistema químico que mantiene los sólidos descohesionados ante
un evento de incrustación.
Antiincrustante: Sistema químico que permite permanecer a los sólidos
incrustantes en solución.
Anticorrosivo: Sistema químico que brinda protección por formación de films
protectivos ante iones corrosivos presentes en el agua.
Corrosión: Véase Corrosión
Indice de vapor/combustible: Indice de eficiencia de producción de vapor de la
caldera.
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Generadores Eléctricos
Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de
potencial eléctrico entre dos de sus puntos, llamados polos, terminales o
bornes. Los generadores eléctricos son máquinas destinadas a transformar la
energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción
de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una
armadura (denominada también estator). Si mecánicamente se produce un
movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generara una fuerza
electromotriz (F.E.M.).
Se clasifican en dos tipos fundamentales: primarios y secundarios. Son
generadores primarios los que convierten en energía eléctrica la energía de
otra naturaleza que reciben o de la que disponen inicialmente, mientras que los
secundarios entregan una parte de la energía eléctrica que han recibido
previamente. Se agruparán los dispositivos concretos conforme al proceso
físico que les sirve de fundamento.
Generadores Primarios
LA Energía mecánica es:
Triboelectricidad
Cuerpos frotados
Máquinas electrostáticas
Piezoelectricidad
Energía magneto-mecánica:
Corriente continua: Dinamo
Corriente alterna: Alternador
Energía química:
Celda voltaica
Radiación electromagnética:
Fotoelectricidad
Energía térmica:
Termoelectricidad
Energía Nuclear:
Centrales atómicas
Central nuclear
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Generador en la central eléctrica de Bridal veil Falls, Telluride, Colorado.
Soldadura manual de metal por arco
La soldadura manual por arco eléctrico con electrodo revestido es la forma más
común de soldadura. Se suele utilizar la denominación abreviada SMAW (del
inglés Shielded metal arc welding) o MMA (manual metal arc welding).
Mediante una corriente eléctrica (ya sea corriente alterna o corriente continua)
se forma un arco eléctrico entre el metal a soldar y el electrodo utilizado,
produciendo la fusión de este y su depósito sobre la unión soldada. Los
electrodos suelen ser de acero suave, y están recubiertos con un material
fundente que crea una atmósfera protectora que evita la oxidación del metal
fundido y favorece la operación de soldeo. El electrodo recubierto utilizado en
la soldadura por arco fue inventado por Oscar Kjellberg.
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La polaridad de la corriente eléctrica afecta la transferencia de calor a las
piezas unidas. Normalmente el polo positivo (+) se conecta al electrodo
aunque, para soldar materiales muy delgados, se conecta al electrodo el polo
negativo (-) de una fuente de corriente continua.
La posición más favorable para la soldadura es el plano (PA) pero se pueden
realizar en cualquier posición.
La intensidad y la tensión adecuada para la operación de soldeo se obtiene
mediante un transformador. Por medio de diferentes sistemas aplicados al
secundario se pueden obtener diversas tensiones, adecuando la potencia del
arco al tamaño de las piezas a soldar. Este equipo existe en versiones muy
sencillas que permiten realizar pequeños trabajos de bricolaje.
Soldadura TIG
La soldadura TIG (Tungsten Inert Gas), se caracteriza por el empleo de un
electrodo permanente de tungsteno, aleado a veces con torio o zirconio en
porcentajes no superiores a un 2%. Dada la elevada resistencia a la
temperatura del tungsteno (funde a 3410 ºC), acompañada de la protección del
gas, la punta del electrodo apenas se desgasta tras un uso prolongado. Los
gases más utilizados para la protección del arco en esta soldadura son el argón
y el helio, o mezclas de ambos.
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Ventajas e inconvenientes
La gran ventaja de este método de soldadura es, básicamente, la obtención de
cordones más resistentes, más dúctiles y menos sensibles a la corrosión que
en el resto de procedimientos, ya que el gas protector impide el contacto entre
el oxigeno de la atmósfera y el baño de fusión. Además, dicho gas simplifica
notablemente el soldeo de metales ferrosos y no ferrosos, por no requerir el
empleo de desoxidantes, con las deformaciones o inclusiones de escoria que
pueden implicar. Otra ventaja de la soldadura por arco en atmósfera inerte es la
que permite obtener soldaduras limpias y uniformes debido a la escasez de
humos y proyecciones; la movilidad del gas que rodea al arco transparente
permite al soldador ver claramente lo que está haciendo en todo momento, lo
que repercute favorablemente en la calidad de la soldadura. El cordón obtenido
es por tanto de un buen acabado superficial, que puede mejorarse con
sencillas operaciones de acabado, lo que incide favorablemente en los costes
de producción. Además, la deformación que se produce en las inmediaciones
del cordón de soldadura es menor.
Como inconvenientes está la necesidad de proporcionar un flujo continuo de
gas, con la subsiguiente instalación de tuberías, bombonas, etc., y el
encarecimiento que supone. Además, este método de soldadura requiere una
mano de obra muy especializada, lo que también aumenta los costes. Por
tanto, no es uno de los métodos más utilizados sino que se reserva para
uniones con necesidades especiales de acabado superficial y precisión.
De todas formas, hoy en día se está generalizando el uso de la soldadura TIG
sobre todo en aceros inoxidables y especiales ya que a pesar del mayor coste
de ésta soldadura, el acabado obtenido es muy bello y posee buen estilo.
Soldadura MIG
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Sistema MIG (Metal Inerte Gas)
Este sistema esta definido por la AWS como un proceso de soldadura al arco,
donde la fusión se produce por calentamiento con un arco entre un electrodo
de metal de aporte continuo y la pieza, donde la protección del arco se obtiene
de un gas suministrado en forma externa, el cual protege de la contaminación
atmosférica y ayuda a estabilizar el arco.
El proceso MIG/MAG está definido como un proceso, de soldadura, donde la
fusión, se produce debido al arco eléctrico, que se forma entre un electrodo
(alambre continuo) y la pieza a soldar. La protección se obtiene a través de un
gas, que es suministrado en forma externa.
El proceso puede ser: Semiautomático:
La tensión de arco (voltaje), velocidad de alimentación del alambre, intensidad
de corriente (amperaje) y flujo de gas se regulan previamente.
El arrastre de la pistola de soldadura se realiza manualmente.
Automático
Todos los parámetros, incluso la velocidad de soldadura, se regulan
previamente, y se aplican
en forma automática.
Robotizado
Este proceso de soldadura, se puede robotizar a escala industrial. En este
caso, todos los
parámetros y las coordenadas de localización de la unión a soldar; se
programan mediante una
unidad específica para este fin. La soldadura la realiza un robot al ejecutar la
programación.
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CONDICIONES OPERACIONALES
El comportamiento del arco, el tipo de transferencia del metal a través del
mismo, la
penetración, forma del cordón, etc., están condicionados por una serie de
parámetros entre los que se
destacan:
Polaridad
Afecta al tipo de transferencia, penetración, velocidad de fusión del alambre,
etc. Normalmente,
se trabaja con polaridad inversa (DC +).
Tensión de arco (Voltaje)
Este parámetro puede regularse a voluntad desde la maquina soldadora y
resulta determinante,
en el tipo de transferencia
Velocidad de alimentación del alambre
En este proceso no se regula previamente, la intensidad de corriente
(amperaje), sino que ésta,
por el fenómeno de autorregulación, resulta de la velocidad impuesta al
alambre.
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Oxicorte
El oxicorte es una técnica auxiliar a la soldadura, que se utiliza para la
preparación de los bordes de las piezas a soldar cuando son de espesor
considerable, y para realizar el corte de chapas, barras de acero al carbono de
baja aleación u otros elementos ferrosos.
El oxicorte consta de dos etapas: en la primera, el acero se calienta a alta
temperatura (900°C) con la llama producida por el oxígeno y un gas
combustible; en la segunda, una corriente de oxígeno corta el metal y remueve
los óxidos de hierro producidos.
En este proceso se utiliza un gas combustible cualquiera (acetileno, hidrógeno,
propano, hulla, tetreno o crileno), cuyo efecto es producir una llama para
calentar el material, mientras que como gas comburente siempre ha de
utilizarse oxígeno a fin de causar la oxidación necesaria para el proceso de
corte.
Bien sea en una única cabeza o por separado, todo soplete cortador requiere
de dos conductos: uno por el que circule el gas de la llama calefactora
(acetileno u otro) y uno para el corte (oxígeno). El soplete de oxicorte calienta
el acero con su llama carburante, y a la apertura de la válvula de oxígeno
provoca una reacción con el hierro de la zona afectada que lo transforma en
óxido férrico (Fe2O3), que se derrite en forma de chispas al ser su temperatura
de fusión inferior a la del acero.
Equipo de oxicorte
Normas de seguridad en el manejo de equipos de oxicorte
Un equipo de oxicorte está compuesto por dos bombonas de acero de dos
gases comprimidos a muy alta presión y muy inflamables que son el oxígeno y
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el acetileno. A pesar de las medidas de seguridad que se adoptan, se producen
accidentes por no seguir las normas de seguridad relacionadas con el
mantenimiento, transporte y almacenaje de los equipos de oxicorte.
En España existe la Norma NTP 495 del Instituto Nacional de Seguridad e
Higiene en el Trabajo, donde se establecen de forma pormenorizada las
prevenciones de seguridad que se deben de adoptar con los equipos de
oxicorte y soldadura oxiacetilénica. La mayor peligrosidad del oxicorte radica en
que la llama de la boquilla puede superar una temperatura de 3100ºC, con el
consiguiente riesgo de incendio, explosión o de sufrir alguna quemadura.[
Turbina hidráulica
Una turbina hidráulica es una turbomáquina motora hidráulica, que aprovecha
la energía de un fluido que pasa a través de ella para producir un movimiento
de rotación que, transferido mediante un eje, mueve directamente una máquina
o bien un generador que transforma la energía mecánica en eléctrica, así son
el órgano fundamental de una Central hidroeléctrica. Una turbina hidráulica es
una turbomáquina motora hidráulica, que aprovecha la energía de un fluido que
pasa a través de ella para producir un movimiento de rotación que, transferido
mediante un eje, mueve directamente una máquina o bien un generador que
transforma la energía mecánica en eléctrica, así son el órgano fundamental de
una Central hidroeléctrica.
Historia
Las turbinas hidráulicas, junto con los molinos de viento, son las turbomáquinas
más antiguas que existen. Se puede explicar su antigüedad por la gran
disponibilidad geográfica de las cuencas hidrológicas, siendo los viejos molinos
de agua un lugar común.
Durante la revolución industrial, el incremento de la demanda energética de la
industria encontró en las turbinas hidráulicas una solución, por lo cual a partir
del siglo XIX empesaron a construirse en forma masiva hasta nuestros días.
El incremento vertiginoso en la construcción de estas máquinas acumuló una
gran cantidad de experiencia, y la consecuente competencia de las compañías
constructoras obligó a la optimización en los diseños de las turbinas, dando
lugar, por ejemplo, a la desaparición de las turbinas centrífugas y al
establecimiento de las turbinas centrípetas. Así los modelos de turbinas
hidráulicas que existen en la actualidad son el resultado de un largo proceso de
selección histórica, en el que ciertas turbinas con una particular geometría han
resultado ser aquellas que optimizan el rendimiento para ciertas condiciones de
operación.
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PUENTES GRUA
Los Puentes-Grúa son máquinas para elevación y transporte de materiales,
tanto en interior como en exterior, de uso muy común tanto en almacenes
industriales, como talleres. Básicamente se trata de una estructura elevada
formada por una o varias vigas metálicas, con un sistema de desplazamiento
de 4 ruedas sobre railes laterales, movidos por uno o más motores eléctricos,
con un sistema elevador central mediante polipasto y gancho. Según la
normativa UNE 59-105-76, el fabricante deberá suministrar la documentación
básica de sus características, uso y mantenimiento.
Todas las tareas de comprobación y mantenimiento de estos equipos deben
realizarlas personal cualificado y con formación suficiente. Como siempre,
remitimos a los técnicos a los manuales de mantenimiento correspondientes a
sus propios equipos, que ofrecen la información exacta de las necesidades de
mantenimiento preventivo; nosotros solamente apuntamos información
genérica complementaria. De la misma forma, dada la importancia del área de
seguridad en estos equipos de elevación, reiteramos que se informen de las
normas específicas de su país o región, consultando a los responsables de
seguridad de su empresa u organismos competentes.
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