Sistema Dosificador Listoultimo
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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”. VICERRECTORADO PUERTO ORDAZ. DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA TRABAJO DE GRADO DISEÑO DE UN SISTEMA DE DOSIFICACIÓN DE DESECHOS DE CABOS DE CELDA PARA LA ALIMENTACIÓN DE LA CINTA B-010 DE LA PLANTA MOLIENDA Y COMPACTACIÓN DE LA EMPRESA C.V.G CARBONORCA AUTOR: Plaza, Ismael C.I. 11.512.113 Ciudad Guayana, Octubre de 2013. U N E X P O
Transcript of Sistema Dosificador Listoultimo
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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA
ANTONIO JOS DE SUCRE.
VICERRECTORADO PUERTO ORDAZ.
DEPARTAMENTO DE INGENIERA MECNICA
TRABAJO DE GRADO
DISEO DE UN SISTEMA DE DOSIFICACIN DE
DESECHOS DE CABOS DE CELDA PARA LA
ALIMENTACIN DE LA CINTA B-010 DE LA PLANTA
MOLIENDA Y COMPACTACIN DE LA EMPRESA
C.V.G CARBONORCA
AUTOR:
Plaza, Ismael
C.I. 11.512.113
Ciudad Guayana, Octubre de 2013.
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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA
ANTONIO JOS DE SUCRE.
VICERRECTORADO PUERTO ORDAZ.
DEPARTAMENTO DE INGENIERA MECNICA
TRABAJO DE GRADO
DISEO DE UN SISTEMA DE DOSIFICACIN DE
DESECHOS DE CABOS DE CELDA PARA LA
ALIMENTACIN DE LA CINTA B-010 DE LA PLANTA
MOLIENDA Y COMPACTACIN DE LA EMPRESA
C.V.G CARBONORCA
AUTOR:
Plaza, Ismael
C.I. 11.512.113
Trabajo de Grado presentado ante el Departamento de Ingeniera Mecnica
de la UNEXPO Vicerrectorado de Puerto Ordaz, como requisito parcial para
optar al Ttulo de Ingeniero Mecnico
TUTOR INDUSTRIAL TUTOR ACADMICO
ING. LUIS BRITO ING. AMARILIS VILLARROEL
Ciudad Guayana, octubre del 2013
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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA
ANTONIO JOS DE SUCRE.
VICERRECTORADO PUERTO ORDAZ.
DEPARTAMENTO DE INGENIERA MECNICA
TRABAJO DE GRADO
ACTA DE APROBACIN
Quienes suscriben, miembros del Jurado Evaluador designados por el
Comit de Trabajos de Grado del Departamento de ING. Mecnica de la
Universidad Nacional Experimental Politcnica Antonio Jos de Sucre,
Vicerrectorado Puerto Ordaz, para evaluar el Trabajo de Grado presentado
por el ciudadano Ismael Antonio Plaza Rangel portador de la Cedula de
Identidad N V- C.I. 11.512.113, titulado: DISEO DE UN SISTEMA DE
DOSIFICACIN DE DESECHOS DE CABOS DE CELDA PARA LA
ALIMENTACIN DE LA CINTA B-010 DE LA PLANTA MOLIENDA Y
COMPACTACIN DE LA EMPRESA C.V.G CARBONORCA, para optar al
ttulo de INGENIERO MECNICO, consideramos que este cumple con los
requisitos exigidos para tal efecto y por lo tanto lo declaramos APROBADO.
Ing. Amarilis Villarroel Tutor Acadmico
ING. Luis Brito Tutor Industrial
Ing. Omar Perdomo Jurado evaluador
Ing. Jose Salazar Jurado evaluador
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DEDICATORIA
La elaboracin de este trabajo de grado est dedicada, a toda mi
familia y a todos aquellos que me apoyaron durante el transcurso de mi
carrera universitaria en especial:
A mis Padres: Paula Rangel y Domingo Plaza.
A mis Hermanos: Jess, Ismaris, Carmen, Irma, Argenis, y Elia.
A mis Hermanos Ausentes: Iraima y Benjamn.
A mi Abuela: Ana Plaza
A mis sobrinos: Irvis, Jhonny, Euclides, Manuel, Roniel, Idalis, Heidy,
Argenis, Candy, Susej, Lubetcy, Carolina, Yuruannis, Itamar y
Alexander.
A todos les dedico haber logrado mi meta de culminar mi carrera
profesional que es parte tambin de ustedes, gracias por todo su apoyo
incondicional
.
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AGRADECIMIENTOS
A Jehov Dios Todopoderoso
A mis Padres: Por acompaarme siempre en mi vida.
A mi Tutor Industrial: Ing. Luis Brito quienes aportaron su
conocimiento y experiencia profesional para apoyarme en este trabajo.
A la empresa C.V.G CARBONORCA: Por brindarme la oportunidad
de seguir ampliando mi formacin profesional.
A la Universidad UNEXPO: Por la creacin del Programa de
Articulacin y al personal del programa: Ing. Nellys Palacios y TSU. Ana
Figuera por su constante apoyo y motivacin para los estudiantes del
programa.
Al Ing. Enzo Serrano y A mi tutor Acadmico: Ing. Amarilis
Villarroel por la asesora para la elaboracin de este trabajo.
Al Personal Tcnico de CVG CARBONORCA: Ing. Enzo Palma, Ing.
Carmen Rodrguez, Ing. Rafael Damas, TSU Manuel Garca, Ing. Herdys
Moreno, Ing. Gregorio Carrillo, Ing. Olinto Vsquez, , Ing Edwars Spooner,
Ing. Miguel Nieves, Ing. Alizar Bou y el Sr Hctor Cedeo Proyectista.
A mis Compaeros de Trabajo: TSU. Allison Rojs, TSU. Susam
Martinez, TSU. Manuel Lpez, TSU. Julio Cuares, Dra. Guillermina Tineo,
Dra Griselda Garca, y a la Licenciada Brbara Ortega.
A todos los que han credo en m y me apoyaron para que
lograr mis metas, muchas gracias por su motivacin para culminar con
esta meta.
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INDICE GENERAL
N Pag.
Portada i
contraportada ii
Acta de Aprobacin de Jurado iii
Dedicatoria iv
Agradecimiento v
Indice General vi
Indice de Fguras vii
Resumen viii
Introduccin 1
CAPITULO 1 EL PROBLEMA
1.1. Planteamiento del Problema 3
1.1.1 Descripcin del Proceso de alimentacin de la cinta. 4
1.2. Objetivos de la Investigacin 8
1.2.1 Objetivo General 8
1.2.2 Objetivos Especficos 8
1.3 Alcance 9
1.4. Justificacin 9
CAPITULO II MARCO REFERENCIAL
2.1 Marco Contextual 10
2.2 Marco Empresarial 11
2.2.1 Misin de CARBONORCA 13
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vii
2.2.2 Visin de CARBONORCA 13
2.2.3 Objetivos de la Empresa 14
2.2.4 Poltica de Calidad 14
2.2.5 Ubicacin Geogrfica 14
2.2.6 Instalaciones de la Empresa 15
2.2.7 Descripcin de materia prima 16
2.2.8 Descripcin del Proceso Productivo 16
2.2.9 Niveles Jerrquicos 21
2.2.10 Identificacin del rea donde ser realiz el estudio
CAPITULO III MARCO TEORICO 26
3.1 Antecedentes 26
3.2 Bases Tericas 27
3.2.1 Transportador Vibratorio 27
3.2.2 Vibrador de Masa Excntrica 30
3.2.3 Funcionamiento de la Canaleta Vibratoria 32
3.2.4 Propiedades de los nodos de Carbn 32
3.2.5 Materias Primas utilizadas para producir anodos 35
3.2.6 Uso del nodo de Carb en la Industria del aluminio 36
3.2.7 Tipos de Cargas 37
3.2.8 Determinacin de Cargas por Impacto 39
3.2.9 Soldadura por Arco Elctrico 43
3.2.10 Diseo y Clculo de Uniones Soldadas 47
3.2.12 Matriz de Decisin 56
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viii
3.2.13 Consideraciones de Diseo para Estructuras 57
3.2.14 Tipos de Cargas 58
3.2.15 Coeficientes de Ponderacin 59
3.2.16 Caractersticas Mecnicas de Aceros Estructurales 61
CAPITULO IV DISEO DE LA PROPUESTA 63
4.1 Descripcin del Proceso de alimentacin de la cinta B0-10 63
4.2 Matriz de decisin 64
4.3 Componentes del Sistema de Dosificacin de Desechos 74
4.3.1 Cinta B0-10 74
4.4 Dimensiones Promedio del material de cabo de celda 80
4.5 Flujo de Material en el Triturador de Mandbula B0-20 83
4.6 Diseo de Canaleta Fija para Direcciona y Dosificar Material 84
4.6.1 Dimensiones del espacio fsico disponible en el rea de trabajo para establecer la ubicacin.
85
4.6.2 Diseo Estructural del Sistema de Dosificacin. 88
4.6.3. Diseo Estructural de la Canaleta fija 89
4.6.4 Clculo de la Carga de Impacto 92
CAPITULO V RESULTADOS 100
CONCLUSIONES 102
RECOMENDACIONES 103
ANEXOS 104
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INDICE DE TABLAS
Tabla 1. Recomendacin para seleccin de separadores ............................ 72
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x
Tabla 2. Datos experientales ..................................................................... 104
Tabla 3.Fraccion molar de la composicion del gas ..................................... 110
Tabla 4. Condiciones operacionales del separador .................................... 111
Tabla 5. Parametros operacionales de la planta ......................................... 114
Tabla 6. Separadores y depuradores .......................................................... 117
Tabla 7. Valores de tiempo de retencion .................................................... 120
Tabla 8. Dimensionamiento del separador ................................................. 125
Tabla 9. Leyenda del espesor de pared ...................................................... 128
Tabla 10. Leyenda para el Diseo de los cabezales ................................... 130
Tabla 11. valores de Zg y segn el tipo de exposicin ........................... 135
Tabla 12. Volumen porcentual de los componentes del gas ....................... 161
Tabla 13. Valores porcentuales de los diferentes meses del ano ............... 162
Tabla 14. Computos metricos del proyecto ................................................. 163
Tabla 15. Aspectos considerados para la estimacion de costo................... 165
Tabla 16. comparacin de las densidad de los lquidos involucrados ......... 169
Tabla 17.Caracteristica de la calidad del gas admitido .............................. 169
Tabla 18. Parametros independientes ........................................................ 169
Tabla 19.Parametros variables operacionales ............................................ 170
Tabla 20. dimensionamiento del separador ................................................ 171
Tabla 21. volumen y peso del recipiente ..................................................... 172
Tabla 22. Especificaciones tecnicas del separador .................................... 184
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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA
ANTONIO JOS DE SUCRE.
VICERRECTORADO PUERTO ORDAZ.
DEPARTAMENTO DE INGENIERA MECNICA
TRABAJO DE GRADO
Plaza, Ismael (2013).DISEO DE UN SISTEMA DE DOSIFICACION DE
DESECHOS DE CABOS DE CELDA PARA LA ALIMENTACION DE LA
CINTA B-010 DE LA PLANTA MOLIENDA Y COMPACTACION DE LA
EMPRESA CVG. CARBONORCA. Trabajo de Grado. Universidad
Nacional Experimental Politcnica Antonio Jos de Sucre. Vice -
Rectorado Puerto Ordaz. Departamento de Ingeniera Mecnica.
Programa de Articulacin para Ingenieros Mecnicos. Tutor Acadmico:
Ing. Amarilis Villarroel. Tutor Industrial: Ing. Luis Brito.
RESUMEN
En el presente Trabajo de Grado se realiz el Diseo de un Sistema de Dosificacin de Cabos de Celda (materia prima) para la Alimentacin de la Cinta Transportadora B-010, de la Planta de Molienda y Compactacin de CVG CARBONORCA. El programa continuo de mejoras de los procesos productivos en la empresa plantea la necesidad de implementar un medio para dosificar el material que transporta la cinta B0-10. Debido a que se producen muchas fallas en el sistema de trasporte por la gran cantidad de material que se incorpora a la cinta por la pala del payloader . El material a transportar tiene grandes dimensiones, lo que dificulta su manejo. En la produccin de nuevos nodos se utiliza este material, el cual debe ser triturado y procesado para ser incorporado al proceso de fabricacin. Para dosificar la cantidad de material se requiere disear un sistema que permita incorporar en forma progresiva el material en funcin de la capacidad de la cinta, para ello se propone el diseo de un sistema de dosificacin compuesto por una canaleta fija y una canaleta vibratoria que sern alimentadas con el payloader. Esta propuesta permite incorporar en forma progresiva el material en la cinta transportadora, evitando los impactos sobre los elementos de la cinta; lo que va a disminuir las fallas de estos equipos y por ende la interrupcin de la produccin. Adems de contribuir a la mejora del medio ambiente; porque hay menor desprendimiento de material contaminante sobre el personal y el medio ambiente.
PALABRAS CLAVES: Sistema de Molienda, Alimentacin, Cinta
Transportadora, Sistema de dosificacin, Cabos de celda.
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INTRODUCCIN
CVG Carbones del Orinoco (CVG CARBONORCA) es una empresa
encargada de fabricar nodos de carbn para plantas reductoras
(productoras) de aluminio aqu en Venezuela y en el exterior. Este
proceso se inicia en la planta de molienda y compactacin en la que se
procesa pasta andica compuesta por una mezcla de coque de petrleo,
cabo, desechos verdes y alquitrn, la cual sirve como materia prima en la
obtencin de nodos verdes.
Esta investigacin se origina a raz de la problemtica presentada
en el rea de Molienda especficamente en la cadena B-010; ya que
actualmente no cuenta con un sistema de alimentacin de los desechos
de nodos que permita la dosificacin del material. Para realizar la
alimentacin se utiliza un payloader, que recoge el material con la pala y
lo transporta hasta la zona de descarga donde es vertido en la plataforma
y luego el material debe ser empujado utilizando la pala para arrastrar los
desechos de cabos hasta la zona de alimentacin; sin poder controlar la
cantidad de material que entra a la cinta transportadora. Este
procedimiento est ocasionando fallas en la cinta transportadora de
material; y por ende interrupciones en la produccin. Adems el personal
est sometido a unas condiciones ambientales inadecuadas; debido a la
cantidad de polvo contaminante que se genera por la manipulacin
inadecuada del material.
Para disminuir el impacto del material sobre la cinta se requiere
realizar el diseo de un sistema que permita la alimentacin controlada de
los desechos de cabos a la cinta B0-10. Para lograr un diseo ptimo se
deben analizar las posibles alternativas de solucin. Estas deben ser
ponderadas en funcin de las variables que tienen mayor influencia sobre
la propuesta a ser desarrollada; para seleccionar la que tenga mayor
grado de puntuacin. El diseo de la propuesta del sistema de
dosificacin de cabos y su posterior implementacin permitir disminuir
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xiii
las constantes fallas mecnicas del sistema y las interrupciones de la
produccin. Adems de garantizar a los operarios un ambiente laboral
que no cause daos fsicos por estar expuestos a ambientes con alto
grado de contaminacin.
Este proyecto est estructurado de acuerdo a los siguientes captulos:
Captulo I: Definicin del problema Justificacin, Objetivo general y
especficos; limitaciones.
Captulo II Marco Referencial: Marco contextual, Marco empresarial.
Captulo III Marco Terico: Antecedentes de la investigacin, Bases
tericas
Captulo IV: Tipo de investigacin, Diseo de investigacin, Poblacin y
muestra, Tcnicas e instrumento de recoleccin de datos.
Captulo V: Diseo de la Propuesta, Presentacin de las alternativas de
solucin. Definicin y clculo de los parmetros de diseo. Clculos
mecnicos. Clculo de esfuerzos. Seleccin de materiales
Especificaciones tcnicas y Planos.
Conclusiones, Recomendaciones, Apndice y Planos
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14
CAPITULO I
EL PROBLEMA
1.1. Planteamiento del problema
CVG Carbones del Orinoco (CVG CARBONORCA) es una
empresa encargada de fabricar nodos de carbn para plantas
reductoras (productoras) de aluminio aqu en Venezuela y en el exterior.
Este proceso se inicia en la planta de molienda y compactacin en la que
se procesa pasta andica compuesta por una mezcla de coque de
petrleo, cabo, desechos verdes y alquitrn, la cual sirve como materia
prima en la obtencin de nodos verdes. En esta planta operan una serie
de equipos de transporte, trituracin, clasificacin, pesaje, mezclado de la
materia prima, y finalmente a travs del vibro compactado de la pasta
andica, se obtiene el producto final. Adems, la compaa posee otra
planta en la que se encuentran hornos de coccin tipo cerrado, donde los
nodos son cocidos para mejorar sus propiedades mecnicas,
conductividad elctrica, y en definitiva obtener el producto final.
La planta de Molienda y Compactacin se encuentra estructurada
por cadenas de funcionamiento que simplifican el proceso productivo en
varias etapas: cadena A, cadena B, cadena C, cadena D, cadena E,
cadena F, cadena G, cadena H, cadena J, cadena K, cadena M, cadena
N, cadena R. Estas cadenas en conjunto conforman el ciclo del proceso
productivo, dentro de estas hay unas que son crticas y otras que no lo
son, se les confiere esta condicin ya que si una de estas cadenas se
detiene, tambin se detiene el proceso productivo de nodos verdes.
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15
1.1.1 Descripcin del proceso de alimentacin de la cinta B-010
actual.
La alimentacin de desechos de cabos de celda se realiza segn
el siguiente procedimiento: El material es depositado en el patio por los
camiones volteo. Para realizar la alimentacin se utiliza un payloader, que
recoge el material con la pala y lo transporta hasta la zona de descarga
donde es vertido en la plataforma y luego el material debe ser empujado,
para ello se utiliza la pala del payloder para arrastrar los desechos de
cabos hasta la zona de alimentacin de la cinta B-010.
En las siguientes fotografas se presenta una ilustracin grafica de
la secuencia del proceso mencionado. En la figura N 1.1, se presenta el
payloader cargado con los cabos de desecho; donde la cantidad de
material a ser depositado en la cinta transportadora, depende de la
capacidad de la pala de este. Esta forma de alimentacin contribuye a
que la cinta este sobrecargado de material.
Figura N 1.1. Transporte de los desechos de cabos con payloader en la zona actual de alimentacin.
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16
Figura N 1.2. Descarga de los desechos por el payloader.
En la figura N 1.2, se presenta el momento en que la pala del
payloader descarga el material sobre la rampa de acceso a la cinta
trasportadora. Se puede observar las grandes dimensiones del material y
la cantidad de polvo que se genera producto del manejo inadecuado de
los desechos de cabos.
Figura N 1.3. Arrastre de los cabos hasta la cinta de alimentacin.
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Figura N 1.4. Empuje de desechos de cabos con la pala del payloader desde la rampa hasta la cinta B-010.
En las figuras N 1.3 y 1.4, se observan los procedimientos que se
siguen para arrastrar el material con la pala del payloader hasta la cinta
transportadora. El volumen del material se corresponde con el ancho de la
pala; por lo cual existe un exceso de material arrastrado.
Dadas las circunstancias mencionadas, surge la necesidad de
disear un sistema de dosificacin de cabos de celda para la alimentacin
de la cinta transportadora B-010. Debido a que la sobrecarga en la
alimentacin esta ocasionando mltiples fallas que se mencionan a
continuacin:
Descarrilamiento de la cinta B010.
Obstrucciones constantes en el triturador de mandbulas B020
Derrame del material hacia el stano de la cadena B.
Desgaste excesivo de las tablillas.
Desalineacin y/o desviaciones en rieles o tablillas del
transportador.
Doblez o rotura de tablillas o estructura del transportado.
Atascamiento o parada del equipo
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Por lo tanto se estima que si no se efectan modificaciones en el
sistema de alimentacin de la cinta transportadora con los cabos de
desecho; se puede presentar rotura de los elementos que llevara al paro
prolongado del equipo y de la trituracin; trayendo como consecuencia la
disminucin en la produccin de nodos, por falta de materia prima.
Considerando la importancia del tema se plantean los siguientes
interrogantes:
1. Por qu el sistema de dosificacin actual, con el PAYLOADER y
la rampa no es suficiente? se puede mejorar?
2. Los componentes de sistema estn en condiciones aceptables,
para el adecuado funcionamiento del sistema?
3. Existe un procedimiento o practica operativa para alimentar la
cinta con el PAYLOADER? se aplica cmo es?
4. Es factible instalar un sistema de dosificacin ms confiable y
eficiente?
1.2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION.
1.2.1 Objetivo general
Disear un sistema de dosificacin de cabo de celda (materia
prima) para la alimentacin de la cinta B-010 de la planta molienda y
compactacin en la empresa C.V.G CARBONORCA.
1.2.2 Objetivos especficos.
Revisin de informacin de las caractersticas tcnicas de la cinta
transportadora B0-10 y del triturador de mandbulas B0-20.
Analizar las condiciones de funcionamiento actual de la cinta
transportadora y del triturador de mandbulas; que permitan definir
las condiciones de operacin del sistema de dosificacin.
Elaborar las propuestas de las alternativas posibles para el sistema
de dosificacin de cabos.
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Realizar una matriz de decisin con los factores ms influyentes
para el diseo del sistema de dosificacin; con la finalidad de
seleccionar el sistema ms ptimo.
Realizar el dimensionamiento de los equipos en funcin del flujo de
alimentacin requerida y del espacio disponible en planta para la
instalacin.
Realizar los clculos mecnicos generales de los equipos del
sistema de dosificacin.
Elaboracin de planos de conjunto, esquemticos y detalles.
Elaboracin de especificaciones tcnicas y cmputos mtricos.
Determinar los costos aproximados de implementacin de la
propuesta.
1.3. ALCANCE
Esta investigacin se dirige al diseo de un sistema dosificador de
cabo de celda (materia prima) para la alimentacin de la cinta B-010 de la
planta molienda y compactacin en la empresa C.V.G. CARBONORCA.
El proyecto se corresponde con la ingeniera bsica y conceptual
del sistema de dosificacin. Este anlisis permite a la empresa disponer
de informacin sobre posibles soluciones a los continuos problemas de
deformacin y roturas de tablillas y estructura. La implementacin del
diseo va a permitir incrementar la vida til de estos componentes.
Adems contribuye en la disminucin de la contaminacin ambiental por
derrame de material.
1.4. JUSTIFICACIN
El propsito de realizar un sistema de dosificacin de cabo de
celda (materia prima) para la alimentacin de la cinta B-010; es debido a
que la forma de alimentacin actual origina grandes impactos sobre la
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estructura de la cinta provocando la destruccin y desgaste excesivo de
los equipos. El objetivo fundamental del sistema de dosificacin es
controlar la cantidad de material y la fuerza con que entra a la cinta
transportadora; con esto se garantiza una distribucin uniforme del
material hacia el resto de los equipos que componen la cadena de
produccin.
Esta modificacin del sistema de alimentacin garantiza mayor
disponibilidad de la produccin porque se disminuyen el nmero de fallas
de los equipos y se incrementa la vida til de los mismos. Adems se
disminuyen los efectos de la contaminacin por el manejo inadecuado de
los materiales.
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21
CAPITULO II
MARCO DE REFERENCIA
En este captulo se esboza el enfoque que se quiere dar al presente
trabajo de investigacin, indicando las exploraciones que se han realizado
previamente, adems de la importancia que tendr el desarrollo de este
sistema para la empresa; lo cual va a impactar en beneficios a largo plazo en
cuanto a reduccin de costos y aumento de la produccin.
2.1 Marco Contextual
La investigacin responde a un mbito de accin muy especfico, dado
el carcter del fenmeno a estudiar, pero no deja de tener su universalidad
dentro de los temas referidos al diseo mecnico e implementacin de un
sistema que permita la adecuada dosificacin de la materia prima a la planta
de molienda en CVG Carbonorca, sustentndose en la investigacin, diseo
y desarrollo de dicho sistema mediante el uso de fundamentos cientficos que
apoyen la solucin al problema planteado.
Se ha tomado un mbito espacial, temporal y referencial, debido a que
representa un problema en el mbito industrial, con las progresivas fallas
van surgiendo nuevos problemas que inciden en la produccin de la planta,
conllevando aumentos en los costos, compra de repuestos, paradas
innecesarias, adems de representar un riesgo para el trabajador, y con este
dosificador se evitar en gran medida todos los problemas enumerados,
aumentando la eficiencia y prolongando la vida til de los equipos.
Tales mbitos se explican a continuacin:
Objetivo: Disear un Sistema de Dosificacin de Cabo de Celda (Materia
Prima) para la alimentacin de la cinta B010 de la Planta Molienda y
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22
Compactacin de la Empresa C.V.G carbonorca y su implicacin en los
procesos productivos que dirige.
2.1.1. Tipos de Marco Contextual: Se refiere a las dimensiones espaciales,
temporales, mbitos y focos donde se realiza la investigacin, siendo los
siguientes:
- mbito espacial: C.V.G CARBONORCA, Puerto Ordaz, Estado
Bolvar, Venezuela.
- mbito temporal: Ao 2010 2011.
- mbito de investigacin: Ingeniera mecnica, Diseo de sistemas
mecnicos, Hidrulica, Vibraciones, Soldadura y mantenimiento.
- mbito normativo: Dada las caractersticas del sistema planteado se
regir esencialmente por los principios de la mecnica, su aplicacin
prctica en la industria, as como las normas, reglamentos y
especificaciones que establezca la empresa orientados al
cumplimiento ntegro del sistema programado.
2.2 Marco empresarial
El desarrollo de la Industria del Aluminio y la creciente demanda local
de nodos cocidos, propuso la creacin de una planta de carbn que
estableci las bases necesarias para consolidar lo que hoy se conoce como
C.V.G. CARBONES DEL ORINOCO C.A. (CARBONORCA). Dicha empresa
naci mediante un convenio firmado el 19 de Junio de 1987 entre la
Corporacin Venezolana de Guayana (C.V.G.), Venezolana de Aluminio
(VENALUM), y Aluminios del Caron S.A. (ALCASA), quedando registrada
oficialmente el 6 de Noviembre de 1987, con un capital social de cien
millones de bolvares, un 45 por ciento aportado por VENALUM, otro 45 por
ciento por ALCASA Y un 10 por ciento por la C.V.G.
La empresa CARBONORCA fue creada con la misin de proveer a la
industria nacional del Aluminio Primario, de nodos de carbn en su
-
23
oportunidad, calidad y cantidad exigida por la demanda, permitiendo adems
el ahorro de divisas y el suministro seguro de uno de los componentes
primordiales de la Industria Nacional del Aluminio; producir, utilizar y
comercializar coque calcinado junto con el de electrodos de alta potencia
para el sector siderrgico. Es importante sealar que la creacin de C.V.G.
CARBONORCA, se encuentra con un elemento muy importante llamado
Proyecto ACAY, el cual fue aprobado por PDVSA, dndose un paso adelante
en cuanto a la adquisicin de materia prima nacional, para la elaboracin de
los nodos (Coque de petrleo verde).
CARBONORCA, es concebida como un autntico soporte de la
industria del Aluminio, es una planta diseada para operar con una
tecnologa altamente especializada, dando estricto cumplimiento a las
disposiciones vigentes en materia de proteccin ambiental, con un moderno
sistema de control atmosfrico y una planta de tratamiento de aguas negras
capaz de garantizar el proceso productivo sin degradar el ambiente. Las
instalaciones existentes en C.V.G. Carbonorca son: Una (1) Planta de
molienda con una capacidad de ciento cuarenta mil (140.000) toneladas por
ao; la compaa tiene tres (3) hornos de coccin tipo cerrado, donde los
nodos son cocidos para mejorar sus propiedades mecnicas y de
conductividad elctrica, descrito de la siguiente manera: dos hornos Nave 1.1
/ Nave.1.2 de 48 secciones y un horno Nave 1.2 de 32 secciones, le
confieren una capacidad conjunta de 194.800 toneladas /ao de nodos
cocidos. Almacn por nodos verdes y cocidos; planta de tratamiento de
humos (SISTEMA LURGI); almacn general de suministros; planta de
compresores; sub-estacin de Gas Natural; sub-estacin Elctrica; Planta de
Suministro de Combustible, Infraestructura vial interna. Toda la
infraestructura de operaciones y servicios permite soportar una produccin
de 55.000 ton/ao de nodos cocidos.
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Un mdulo de molienda y compactacin, con una capacidad instalada
de 245.280 ton/ao. Dos hornos de coccin, con una capacidad instalada de
206.000 ton/ao (uno con 80 secciones y el otro con solo 48 secciones
terminadas). Dos Sistema de almacn y manejo de nodos. Un rea
administrativa, una Infraestructura de proteccin integral, el rea de servicios
mdicos, la Infraestructura de operaciones y la infraestructura de servicios.
2.2.1 Misin de CARBONORCA
Producir y comercializar bloques de nodos cocidos en trminos de calidad,
rentabilidad u oportunidad, tanto para el mercado nacional como el de
exportacin.
2.2.2 Visin de CARBONORCA
Ser una empresa lder en produccin de nodos de carbn con un mercado
global, explotando ventajas comparativas que permitan ofrecer su producto
en condiciones competitivas, rentables y de calidad, oportunidad y precio
dentro del mercado de la Ley de Privatizacin.
2.2.3 Objetivos de la empresa
Objetivo general
Su objetivo principal es la produccin y comercializacin de nodos
cocidos para el sector aluminio y de electrodos de alta potencia para el
sector siderrgico. La produccin, utilizacin y comercializacin de coque
calcinado tanto para el mercado nacional, as tambin como para la
exportacin.
Objetivos especficos
1. Garantizar niveles de productividad, comparables con los
estndares internacionales.
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2. Garantizar la calidad de los nodos conforme a lo acordado con
los clientes y las normas de calidad establecidas.
3. Lograr el mayor rendimiento del capital invertido.
4. Lograr el dominio tecnolgico y desarrollar tecnologa en el
proceso productivo de la empresa.
5. Proyectar a C.V.G. CARBONORCA como una empresa
competitiva, tanto en el mercado nacional como en el
internacional.
2.2.4 Poltica de calidad
En C.V.G. CARBONORCA, nuestro compromiso es producir y
comercializar de manera rentable, nodos de carbn para plantas reductoras
de aluminio, satisfaciendo los requerimientos de nuestros clientes, mediante
el mejoramiento continuo de la eficacia del Sistema de Gestin de Calidad.
2.2.5 Ubicacin geogrfica
C.V.G. CARBONORCA, se encuentra ubicada en la ciudad de Puerto
Ordaz, estado Bolvar, Zona Industrial Matanzas, en una parcela de 23
hectreas en la Avenida Norte-Sur 7 del Municipio Autnomo Caron. Norte:
Fior de Venezuela; Sur: Equipetrol C. A., Este: ALCASA, Oeste: Av. Nro. 57.
2.2.6 Instalaciones de la empresa
Las Instalaciones existentes en C.V.G. Carbonorca son:
Una Planta de molienda y compactacin con una capacidad de
140.000 toneladas por ao.
Tres (3) hornos de coccin tipo cerrado donde los nodos son cocidos
para mejorar sus propiedades mecnicas y de conductividad elctrica,
descritos de la siguientes manera: dos hornos HC 1.1 / HC 2.1 de 48
-
26
secciones y un horno HC 1.2 de 32 secciones, le confieren una
capacidad conjunta de 194.800 toneladas / ao de nodos cocidos.
Un almacn para nodos verdes y cocidos.
Planta de tratamiento de humos (Sistema LURGI).
Un almacn general de suministros.
Planta de Compresores.
Sub-Estacin de gas natural.
Sub-Estacin Elctrica.
Planta de suministros de combustible.
Infraestructura vial.
rea administrativa.
rea de servicios mdicos.
Infraestructura de proteccin integral.
Infraestructura de operaciones.
Infraestructura de servicios.
Toda la infraestructura de operaciones y servicios permite soportar una
produccin de 550.000 toneladas / ao de nodos cocidos.
2.2.7 Descripcin de materias primas
Coque de petrleo calcinado:
Est constituido principalmente por el elemento de carbono y pequeas
cantidades de los elementos silicio, hierro, manganeso, azufre, titanio,
vanadio y nquel. Todos estos elementos provienen del petrleo utilizado y su
contenido en el coque depende entonces de la calidad del petrleo.
Brea de Alquitrn:
La brea de alquitrn est formada por una mezcla de muchos compuestos
qumicos entre los cuales la mayora pertenecen a los aromticos y
-
27
polinucleares que se pueden clasificar como tres grupos de compuestos los
de bajo peso molecular.
Cabos:
nodos cocidos rechazados en horno de coccin y residuos de los nodos
retirados de las celdas de reduccin nodos cocidos que han sido
rechazados por defectos estructurales. Estos deben estar limpios y libres de
residuos de bao electroltico y hierro metlico. Luego son triturados y
molidos.
Desechos Verdes:
nodos verdes rechazados en el proceso de fabricacin por mala
compactacin, exceso de alquitrn, segregacin, orificio, etc. Son sometidos
tambin a trituracin y molienda.
2.2.8 Descripcin del proceso productivo de C.V.G. CARBONORCA.
En el proceso de produccin del aluminio, los nodos constituyen uno
de los principales insumos despus de la almina y representan un
componente en el orden de 17% de los costos de produccin por cada
tonelada de aluminio primario producido en las empresas reductoras del
Aluminio. El proceso productivo que se aplica en CARBONORCA consiste en
dos etapas realizadas en reas diferentes mencionadas a continuacin:
Planta de Molienda y Compactacin, donde se producen los nodos
verdes.
Hornos de Coccin, donde se cocinan los nodos verdes.
En lneas generales el proceso fundamental de C.V.G. CARBONORCA es
fabricar y vender nodos los cuales produce siguiendo un escrupuloso
proceso que inicia en el Subsistema de Molienda y Compactacin y luego
contina en el Subsistema de Hornos de Coccin, como se muestra a
continuacin esquemticamente en la figura N 2.1:
-
28
Figura N 2.1. Diagrama de flujo del Proceso de Produccin
La Planta de Molienda y Compactacin de C. V. G. CARBONORCA se
encuentra localizada en la parte norte de la parcela y es la encargada de
procesar la materia prima necesaria para la fabricacin de nodos verdes.
Para dicha elaboracin, se utiliza la siguiente materia prima: coque de
petrleo calcinado, el alquitrn de carbn, as como los restos de nodos
utilizados, las cuales una vez concluida su vida til son reciclados. A estos
restos de nodos se les denomina cabos.
Los nodos son fabricados en la planta de Molienda y
Compactacin. Esta planta recibe las materias primas: coque de petrleo
calcinado y el alquitrn de carbn. En las celdas quedan los restos de
nodos utilizados, las cuales una vez concluida su vida til son reciclados y
-
29
forman as otra materia prima en los nodos; a estos restos se les denomina
cabos.
El coque de petrleo calcinado y los cabos pulverizados, son
reducidos a la granulometra adecuada y precalentados a unos 120 C. Por
vas diferentes y paralelas, ambos componentes son sometidos a procesos
de transporte, trituracin, pesaje y almacenamiento; este almacenamiento se
realiza en tolvas o tanques para su inmediata utilizacin en el nodo.
El alquitrn por su parte, es recibido de manera slida y despus de ser
triturado, es fundido a 180 C. Se aade como un aglutinante de la mezcla,
asu- vez representando a un 15% de la misma; posterior al sistema de
fusin, es almacenado en forma lquida en otra tolva.
La materia prima una vez almacenada en los silos y tolvas correspondientes,
es transportada, clasificada, triturada, fundida y dosificada respectivamente,
segn la fraccin (gruesa, medio, fino y sper fino) requerida, acorde con la
curva granulomtrica de cada fraccin exigida por el proceso de Molienda y
Compactacin, luego el material es transportado hacia el precalentador con
la finalidad que ste sea calentado hasta un rango de temperatura entre
(120-
expandir los poros del agregado seco a fin de facilitar la penetracin de la
brea de alquitrn.
Posteriormente el agregado seco (coque de petrleo calcinado y
cabos), desechos verdes y el agregado lquido (brea de alquitrn), son
alimentados separadamente a la mezcladora continua, la cual se encarga de
unir y combinar los materiales secos y la Brea de Alquitrn, mediante la
accin de rotacin de 65 r.p.m. mximo y traslacin de 160 mm del tornillo de
amasado, que garantiza la homogeneidad de la pasta andica. Luego ser
transportada hasta el almacenamiento K-005 y posteriormente a la tolva de
transferencia, la cual, permite el pesaje requerido, pasando posteriormente la
-
30
pasta andica, a ser descargada en los moldes de la vibro-compactadora
para la formacin del nodo verde. Finalizando el proceso de Molienda y
Compactacin, los nodos pasan por la piscina para reducir su temperatura y
luego depositarlos en el almacn de nodos verdes. La capacidad de la
planta es 140.000 toneladas / ao. La Planta de Molienda y Compactacin se
encuentra estructurada por cadenas de funcionamiento que simplifican el
proceso productivo en varias etapas:
Cadena B:
Transporte, trituracin y almacenamiento de cabo: Es la encargada del
procesamiento de cabos.
Estas cadenas en conjunto conforman el ciclo del proceso productivo,
algunas de ellas son crticas y otras que no lo son, se les confiere esta
condicin ya que si una de estas cadenas se detiene, tambin se detiene el
proceso productivo de nodos verdes.
Produccin de nodos verdes.
La materia prima (alquitrn, coque de petrleo y cabos), una vez
almacenada en los silos y tolvas correspondientes, es transportada,
clasificada, triturada, fundida y dosificada respectivamente, segn la fraccin
(gruesa, medio, fino y sper fino) requerida, acorde con la curva
granulomtrica de cada fraccin exigida por el proceso de molienda y
compactacin, luego el material es transportado hacia el pre-calentador con
la finalidad que ste sea calentado hasta un rango de temperatura entre
(120-130) C, para reducir la humedad a un porcentaje menor a 0,1 % y
expandir los poros del agregado seco a fin de facilitar la penetracin de la
brea de alquitrn.
Posteriormente el agregado seco (coque de petrleo calcinado y
cabos), desechos verdes y el agregado lquido (brea de alquitrn), son
alimentados separadamente a la mezcladora continua, la cual se encarga de
unir y combinar los materiales secos y la brea de alquitrn, mediante la
-
31
accin de rotacin de 65 rpm mximo y traslacin de 160 mm del tornillo de
amasado, que garantiza la homogeneidad de la pasta andica. Luego ser
transportada hasta el almacenamiento, despus de pesada es descargada
en los moldes de la vibro compactadora para la formacin del nodo verde.
Para finalizar el proceso de molienda y compactacin, los nodos pasan por
la piscina para reducir su temperatura y luego depositarlos en el almacn de
nodos verdes.
2.2.9 Niveles Jerrquicos
En C.V.G. CARBONORCA, se presentan un conjunto de niveles
jerrquicos las cuales se pueden visualizar de la siguiente forma: en la figura
N 2.2, se presenta la estructura organizativa de la empresa.
Junta
Directiva
Presidencia
Consultora
Jurdica
Contralora
Gerencia
Administraci
Gerencia
Planificacin
Gerencia de
Gerencia de
Gerencia
Gerencia de
Produccin
Gerencia de
Mantenimient
Gerencia
Tcnica
-
32
Figura N 2.2. Estructura Organizativa de CVG CARBONORCA
2.2.10 Identificacin del rea donde se realiz el estudio.
El rea donde se llev a cabo la Investigacin es la Superintendencia
de Planificacin de Mantenimiento, adscrita de a la Gerencia Mantenimiento.
Esta Superintendencia debe cumplir con las siguientes funciones:
Establecer en coordinacin con la Gerencia de Produccin los planes
y programas de mantenimiento preventivo, programado y de rutina de
los equipos y sistemas operativos.
Establecer mecanismos y sistemas para la identificacin de los
equipos e instalaciones de planta a fin de mantener registros
actualizados sobre su funcionamiento y efectuar un seguimiento del
mantenimiento realizado a los mismos.
Optimizar el uso racional de los recursos humanos y materiales
requeridos para el cumplimiento de los programas de mantenimiento.
Administrar los contactos para la ejecucin de los mantenimientos
preventivos, programados y de rutina.
Recibir las solicitudes de trabajo emitidas para las unidades usuarias,
analizarlas y programar su ejecucin para que se realice el trabajo de
mantenimiento solicitado.
Recopilar y mantener registros de los trabajos realizados por el
personal de mantenimiento y sobre el comportamiento de los equipos.
Manejar y controlar el funcionamiento del sistema de informacin de la
Gerencia de Mantenimiento.
Generar, mediante el sistema de informacin de mantenimiento los
reportes de fallas de los equipos en general, los informes de la gestin
de mantenimiento.
Analizar el comportamiento y tendencias en fallas e irregularidades de
los equipos e informar a las reas respectivas, a fin de que se tomen
-
33
las medidas para evitar bajar la productividad o paradas no
programadas.
Detectar posibilidades de mejoras en los equipos y sistemas y
recomendar el estudio y desarrollo de proyectos en esta rea.
Actualizar el listado de repuestos y materiales requeridos para el
mantenimiento preventivo y recomendar al Departamento de Almacn
generar los niveles de existencias (mx. y min.) en su stock.
Velar por el cumplimiento de los programas de mantenimiento y
realizar reprogramaciones cuando sea necesario.
Velar porque los equipos e instalaciones de la planta permanezcan
identificados.
-
34
CAPITULO III
MARCO TEORICO
3.1. Antecedentes
Patricio Moreno Altamirano (2005), plante el Proyecto de un
Sistema Mecnico para la Recepcin, Almacenamiento y Extraccin de
Carbn Mineral, utilizando una metodologa de investigacin descriptiva con
un diseo aplicado y de campo, concluyendo en que la manipulacin de
carbn, debe estar sujeta a las medidas de seguridad establecidas por las
normas nacionales e internacionales; y que la utilizacin de programas
computacionales como el Autodesk Inventor 2010 y otro software de diseo
optimizan el proceso de diseo; ya que permiten realizar las iteraciones
necesarias en forma rpida, disminuyendo as el tiempo empleado por el
personal de proyectos y obteniendo resultados confiables, redundando en la
disminucin de los costos finales.
Hernndez, O. (2003). En esta investigacin se realiz un anlisis
terico del transporte vibratorio, bsicamente en los tres casos de transporte
comn en la industria manufacturera: Plano Vibratorio Inclinado, Tazn
Alimentador y Plano Vibratorio. El objetivo fundamental de este estudio fue
encontrar una relacin entre los distintos parmetros que afectan el
comportamiento de la masa y la velocidad de sta, para cada caso actuaban
diferentes parmetros que determinaban el comportamiento de la masa. El
conocimiento de los parmetros que afectan el desempeo en el transporte
vibratorio, particularmente en el caso del plano inclinado, es de gran ayuda
para realizar el diseo de la canaleta vibratoria, ya que esta se estudia como
un plano inclinado. La diferencia de esta investigacin con el proyecto
propuesto a la empresa, radica en que esta abarca el diseo estructural de la
misma y no solo la obtencin de parmetros. [1]
-
35
Rojas, A. (2009).Dise un sistema de dosificado utilizando una
canaleta vibratoria, regulando el material hacia un molino de placas de
impacto, todo esto con el fin de reducir el desgaste prematuro de las placas.
Para esto fue realizado un diseo de un silo de almacenamiento con su
respectiva tolva y estructura. La diferencia fundamental de este trabajo con la
presente investigacin se encuentra en el diseo de la canaleta vibratoria;
ya que Rojas solamente seleccion la canaleta por medio de catlogos
comerciales en funcin del flujo y el tipo de material, en nuestro caso ser
diseada la canaleta debido al espacio disponible y a la configuracin actual
de los equipos. De esta investigacin tambin servir de ayuda el diseo de
la tolva de almacenamiento de material, pero en nuestro caso se tendrn
otras consideraciones debido al tamao de las partculas. [3]
3.2 Bases Tericas
3.2.1 Transportador vibratorio
El trmino transportador vibratorio, comprende todos los aparatos para
transporte de materiales basndose en la accin oscilante, la cual imparte
una cierta aceleracin al material impulsndolo hacia delante, continuando
en este sentido por las fuerzas de inercia, sin que produzca un retroceso el
movimiento de retorno.
En numerosos sectores industriales se utilizan los transportadores
vibratorios, con objeto de transportar cargas a alta temperatura, txicas o
agresivas qumicamente, asegurando su hermeticidad completa, as como
para transportar viruta metlica, mojada con emulsiones y aceites, tierra
caliente extrada de los moldes para fundicin, piezas de fundicin de
reducido tamao, etc. En estos transportadores, el tubo o el canaln abierto
realiza una oscilacin de pequea amplitud y alta frecuencia (hasta 3000
ciclos por minuto). Los excitadores de las oscilaciones son vibradores de
-
36
inercia, electromagnticos de excntrica y de mbolo (hidrulico y
neumtico).
Los transportadores de canaleta vibratoria abierta se usan para toda
suerte de materiales que deban extraerse de un silo o tolva , con tal de que
no sean de grano excesivamente fino o propenso a molestias por emisin de
polvo. La capacidad volumtrica de descarga de una tolva se calcula por la
forma de abertura de salida de la tolva y puede llegar a los 600 mm. Para
materiales propensos a la emisin de polvo, la canaleta se cubre con una
tapa que participa en el movimiento vibratorio, o, alternativamente, la
canaleta puede encerrarse dentro de una caja exterior no vibratoria. Con
estas disposiciones puede virtualmente utilizarse toda la seccin transversal
de la canaleta para el transporte. Las velocidades de desplazamiento de las
cargas con transportadores vibratorios horizontales se encuentran en los
lmites de 0,1 a 0,3 m/s y raramente alcanzan ms de 0,5 m/s para las cargas
de fcil transportacin. En cuanto al ngulo de inclinacin de los
transportadores vibratorios, al desplazar en descenso las cargas en pedazos,
granulosas y algunas en forma de polvo, no sobrepasa habitualmente los 10
y, a veces (para cargas con facilidad de transportar) no sobrepasa los 20.
Ventajas de los transportes vibratorios
Las grandes ventajas de los transportes vibratorios residen en el poco
desgaste del elemento portador (tubo o canaln), incluso al transportar
cargas abrasivas; la construccin relativamente sencilla de la mquina; la
posibilidad de carga y descarga intermedia; el pequeo consumo de energa
un rgimen especificado de trabajo. [5]
Desventajas de los transportadores vibratorios
En cuanto a las desventajas pueden referirse la reduccin
considerable del flujo de material al desplazar cargas con pendiente hacia
-
37
arriba (a excepcin de los transportadores verticales especiales);
aproximadamente, en cada grado de ngulo de elevacin, el rendimiento del
transportador baja 3-5 % (al desplazar carga por una pendiente hacia abajo,
el flujo de material aumenta aproximadamente en la misma correlacin), un
corto tiempo de servicio de los elementos elsticos y de los cojinetes de
empuje de accionamiento.
ltimamente, han adquirido difusin los transportadores vibratorios
horizontales ejecutados de acuerdo con el esquema de resonancia
equilibrada. Este transportador consta de dos tubos o canalones que
representan un sistema dinmicamente equilibrado. Este sistema en un
movimiento oscilatorio estacionario, en caso de existir reducidas prdidas de
energa, para mantener un movimiento tal, se necesitan slo esfuerzos
insignificantes y, por consiguiente, poca potencia del accionamiento.
Tabla N 3.1 Datos comparativos y caractersticas ms importantes de los transportadores vibratorios.
-
38
3.2.2 Vibrador de masa excntrica.
Es el centro del equipo y genera la fuerza de excitacin que da el
movimiento oscilatorio. En este caso se han elegido las masas de giro
contrapuesto. Para generar un movimiento lineal paralelo a la canaleta
vibratorio. Se hace notar que en los modelos horizontales se prefiere el
movimiento lineal y en los inclinados el elptico o circular. La fuerza del
vibrador se obtiene de las relaciones de los fabricantes en la figura N 3.1, se
presenta un vibrador de masas excntricas comercial.
-
39
Figura N 3.1 Vibrador de Masas excntricas
La fuerza de excitacin proporcionada por los contrapesos es igual a
la masa excntrica por el radio de excentricidad y por la velocidad angular al
cuadrado. Las caractersticas del motor se obtienen a partir del torque
requerido, que puede calcularse como la aceleracin angular por el momento
de inercia de las masas del sistema de excitacin. La aceleracin angular se
obtiene de la velocidad de giro del vibrador dividido por el tiempo que demora
el sistema en alcanzar dicha velocidad. Conocidas las rpm del sistema (que
deben ser menores a 1200 por recomendaciones de los proveedores), se
determina el torque. La potencia de accionamiento es el torque multiplicado
por la velocidad de giro del sistema. La transmisin se realiza por engranajes
rectos que no producen cargas axiales, esto es muy importante porque los
rodamientos estarn sometidos a cargas de impacto, fatiga, temperatura,
contaminacin entre otros; tambin hay que pensar en los sellos que no
deben permitir escapes de lubricante para no dejar seca la transmisin ni
contaminar el producto.
La canaleta vibratoria es un equipo similar a las cribas vibratorias, que
estn constituidos por un eje excntrico, con contrapesos ajustables y dos
cojinetes. (Normalmente se conocen con el nombre de de 2 cojinetes). El
movimiento de excentricidad circular produce oscilacin. La carrera
(amplitud) se modifica actuando sobre los contrapesos; ya que la inercia de
los contrapesos es directamente proporcional a la carrera o amplitud de la
-
40
vibracin. Frecuencia y carrera de trabajo son: 25-1000 r.p.m., y 15-30 mm
respectivamente. Esta tiene un ngulo de inclinacin aproximado de 20 y
las cargas que esta maneja generalmente son muy altas.
Figura N 3.2 Esquema de una canaleta vibratoria
En la figura N 3.2 se presenta el esquema de una canaleta vibratoria
comercial con sus partes principales. El diseo de la plataforma de traslacin
del material y las dimensiones dependen del material que se transporta.
3.2.3 Funcionamiento de Canaleta vibratoria
La energa elctrica es la energa primaria de accionamiento de la
canaleta vibratoria, esta es suministrada al motor de la canaleta, el motor
elctrico transforma la energa elctrica en mecnica luego la potencia es
trasmitida desde el eje del motor hasta el eje de la criba, mediante una
-
41
trasmisin por correas, esta modifica los parmetros dinmicos, reduciendo
la velocidad angular del eje de la canaleta vibratoria. Este movimiento
provoca una oscilacin debido a la excentricidad y los contrapesos del eje.
El movimiento caracterstico lo describe una trayectoria elptica en los puntos
de los extremos y circular en los puntos del centro.
Las canaletas o cribas vibratorias estn apoyada en muelles o resortes
amortiguadores denominados soportes traseros y delanteros, ellos disipan
gran parte de la energa y son los encargados de apaciguar los fuertes
movimientos generados, este movimiento produce una oscilacin o vibracin
que obliga a que las partculas del material (pellas y mineral) que estn
entrando por la bandeja, avancen.
El Montaje de la plataforma de traslacin del material es en la parte
superior y la rotacin es en el sentido de flujo del material. Esto produce un
movimiento contrario al de las cribas vibratorias; el cual es elptico
caracterstico en todos los extremos y ser circular en el centro. Esta
disposicin permite que el material tenga menor tiempo sobre la superficie
de la canaleta, aumentando notablemente la eficiencia. Sin embargo se
reduce la velocidad de la materia prima. Este montaje es muy empleado
cuando se requiere una alta eficiencia, cabe destacar que este montaje es el
que recomiendan los fabricantes de estos tipos de equipos.
3.2.4 Propiedades de los nodos de Carbn.
El nodo de carbn es un compuesto heterogneo, cocido, constituido
por partculas de agregado seco que se mantienen juntas mediante una
mezcla de polvo fino de coque de petrleo calcinado y brea denominada
matriz aglutinante. La densidad a granel de la mezcla de los agregados est
en el orden de 1,01,2 g/cm3 (bloque de nodo), con dimensiones definidas,
incluyendo una contraccin de 0,200,40% (lineal) por coccin o tratamiento
trmico. Un buen nodo cocido debe reunir los siguientes requisitos:
-
42
1) Densidad razonable y baja porosidad con la finalidad de minimizar la
rata de consumo y aumentar su vida til.
2) Buena estabilidad trmica y qumica que permita su uso en un ambiente
corrosivo a elevadas temperaturas.
3) Resistencia mecnica adecuada de manera que pueda soportar un
difcil manejo.
4) Conductividad elctrica alta con la finalidad de minimizar la resistencia
de la celda.
5) Conductividad trmica baja con el fin de reducir las prdidas de calor
de la celda y prevenir solidificacin en la interface del electrolito.
6) Resistencia adecuada al choque trmico cuando sea transferido hacia o
desde la celda.
7) Superficie pequea accesible a la oxidacin, con menos de un 15% de
porosidad correspondiente a los micro poros (dimetro de 0,5 a 1
micras), con el objeto de crear el menor sobre voltaje andico por medio
de la mnima cada adicional del voltaje hmico, producido por la
evolucin de gases en el interior de los poros andicos.
8) Resistencia alta y uniforme del aglutinante y de las partculas del
agregado seco a la oxidacin por aire y por CO2.
9) Bajo contenido de impurezas, con el fin de prevenir contaminacin del
metal y reacciones catalticas de oxidacin.
Tabla N 3.2 nodos producidos en CARBONORCA [fuente Carbonorca].
-
43
N TIPO DE
NODO
(CLIENTE)
NODO VERDE
Dimensiones en mm
NODO COCIDO
Dimensiones en
mm
Peso
(Ton)
Largo Ancho Alto Largo Ancho
1 MAQUILA
ALCASA
1422 3 803 3 564 10 14003 8003 0.9621
2 MAQUILA
GUAYANA 1150 3 566 2 465 8 11403 5603 0.4646
3
VENALUM
1400
1422 3 803 3 465 10 14003 8003 0.9715
4
VENALUM
1500
1526 3 803 3 564 12 15003 8003 1.0330
5 ORMET 924,2 2 538,4 2 482 8 9003 5303 0.3689
La produccin de un buen nodo presenta una serie de limitaciones,
tales como calidad disponible de materia prima, diseo de la planta,
laboratorios y costos. Si el producto obtenido es de baja calidad se produce
un consumo elevado del nodo que puede estar relacionado con las
condiciones operativas establecidas. No obstante, la baja calidad del nodo
provocar contaminacin del bao y del metal, elevacin del sobre-potencial
andico, formacin de carboncillo - carburo de aluminio y consumo no
uniforme del nodo.
Los factores ms importantes que afectan la fabricacin y uso de
nodos son calidad de coque, brea de alquitrn y cabo, distribucin de
tamao en el agregado seco, contenido de brea, tiempo y temperatura de
mezclado, formacin del nodo en cuanto a tamao, dimensiones, presin
del molde y temperatura de formacin; proceso de coccin, rociado
(uniformidad, porosidad y adherencia); variables operativas de reduccin:
diseo de celdas (relativo a exposicin del nodo al ambiente oxidante y
-
44
altas temperaturas), cubierta de aluminio, calentamiento en el nodo (varilla),
rata de salida de gases y mantenimiento de celda.
Tabla N 3.3 Propiedades fsicas y qumicas que debe tener un nodo verde
[fuente propia].
Propiedades Fsicas
Densidad Aparente (g
/cm3)
1,60 - 1,61
Propiedades Qumicas
Ceniza (%) 0,47
Calcio Ca (%) 0,0014
Hierro Fe (%) 0,0658
Nquel Ni (%) 0,0207
Silicio Si (%) 0,047
Sodio Na (%) 0,047
3.2.5 Materias Primas utilizadas para producir nodos de Carbn
Para la produccin de nodos de carbn se usa como materia prima
coque de petrleo calcinado, brea de alquitrn de hulla, cabos y desechos
verdes.
Coque de Petrleo Calcinado
Se obtiene como producto de la calcinacin de residuo resultante de la
destilacin del petrleo, el coque de petrleo calcinado est constituido
principalmente por el elemento de carbono y pequeas cantidades de los
elementos silicio, hierro, manganeso, azufre, titanio, vanadio y nquel. Su
grado de cristalinidad u ordenamiento estructural y consecuentemente las
propiedades fsico-qumicas van a estar principalmente determinadas por la
composicin de estos residuos.
Desechos verdes
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45
Se refiere a los nodos verdes rechazados en el proceso de
fabricacin; ya sea por una mala compactacin, exceso de alquitrn,
segregacin, desviacin en las dimensiones, grietas, etc. Luego deben ser
sometidos a una trituracin y molienda.
Brea de Alquitrn
Es un subproducto de la destilacin del carbn mineral, obtenido
durante la produccin de coque metalrgico. Es una mezcla compleja de
hidrocarburos aromticos derivados del sometimiento a altas temperaturas
de la brea (1000-1100C) durante las destilaciones sucesivas.
La funcin de la brea de alquitrn es actuar como aglutinante para unir
las partculas de coque y cabo, una vez preparada la mezcla andica.
Representa el aglutinante perfecto para formar electrodos de carbn, debido
a que al combinarse con el polvo de coque, forma una matriz aglutinante,
que al mismo tiempo de fijar el resto de los componentes de la mezcla, sufre
un proceso de coquificacin durante la fase de coccin, brindndole
propiedades fisicoqumicas similares al resto de la matriz (cabo y coque
medio) y creando las condiciones para que la oxidacin tanto al aire como al
CO2 se lleve a cabo en una forma homognea en el proceso de reduccin
electroltica.
Cabos
Se le denomina cabo al remanente del nodo que ha cumplido con su
objetivo en la etapa de reduccin y al nodo rechazado de hornos de coccin
y envarillado. Los cabos se usan, en primer lugar por un factor econmico,
para disminuir el consumo de coque de petrleo, y utilizar los restos de
nodos que estn en buen estado, en segundo lugar para proporcionar
dureza al nodo.
3.2.6 Tipos de Carga
-
46
El primer factor que se debe considerar al especificar el tipo de
carga al que se va ve sometida un elemento de maquina es el grado en el
que se vara la carga y la variacin resultante con el transcurrir del tiempo.
Cuando se disea, se debe asegurar que una pieza de una mquina sea
segura bajo condiciones que se pueden prever en forma razonable, esto
requiere llevar a cabo un anlisis de tensiones en el que los niveles de
tensin en la pieza se comparan con la tensin de diseo. La forma en la
cual se calcula la tensin de diseo depende de la forma en que se aplica la
carga y del tipo de material. Entre los tipos de carga estn:
Esttica.
Sucesiva e inversa.
Variable.
Por choque e impacto
Carga Esttica
Cuando una pieza es sometida a una carga que se aplica con
lentitud, sin choque, y adems mantiene un valor constante, la tensin
resultante en la pieza recibe el nombre de carga esttica. Para carga esttica
el esfuerzo mximo es igual al esfuerzo mnimo (mx = mn) y la razn de
tensin para carga esttica es igual a 1 (R=1). Tambin se puede decir que
una carga es esttica cuando se aplica una carga, se elimina despacio y se
vuelve a aplicar siempre y cuando el nmero de aplicaciones de la carga sea
pequeo bajo vario ciclos de carga.
Carga Sucesiva e Inversa
La inversin de una fuerza tiene lugar cuando un elemento especfico
de una pieza que soporta una carga se ve sometida a un cierto nivel de
tensin por traccin seguido del mismo nivel de tensin por compresin. Si
este ciclo de tensin se repite varios miles de veces, la tensin (la carga)
-
47
recibe la denominacin de sucesiva e inversa. En una carga sucesiva e
invertida (alternante), intervienen ambas clases de esfuerzo, de traccin y
compresin.
Carga Variable
Cuando un elemento que soporta carga se somete a una combinacin
de tensin a un nivel constante con una tensin alterna que se sobrepone, la
carga genera tensin variable. Cualquier tensin variable con una media que
no es igual cero se considera tensin variable. El valor de la razn de
esfuerzo vara de acuerdo a los diferentes patrones de carga que se pueden
presentar para carga variable.
Por choque e impacto
Las cargas que se aplican en forma repentina y rpida provocan
choque o impacto.
3.2.7 Determinacin de Cargas por Impacto:
Una diferencia importante entre la carga esttica y la de impacto es
que las partes con carga estticas deben disearse para soportar cargas; en
tanto que las partes sujetas a impacto deben disearse para absorber
energa. El clculo de las carga por impacto por el mtodo tradicional se
realiza tomando como base dos mtodos de clculo de coeficientes de carga
dinmicos planteados por Pisarenko (1989), para el caso de un cuerpo de
masa m, que impacta sobre una viga con determinadas condiciones de
apoyo, desde una altura H determinada ( Ver figura N 3.3 )
-
48
Figura N 3.3 Esquema de viga objeto de estudio con mtodos
tradicionales de clculo
En el primer mtodo, en el que no se considera la masa de la viga
impactada, el coeficiente de cargas dinmica se determina por la expresin
(Pisarenko,1989):
Kd = 1 +
Ec. 3.1
Donde:
Kd : Es el coeficiente de cargas dinmicas, cuando no se tiene en cuenta
la masa del cuerpo impactado
: Es la flecha mxima de la viga (cuerpo impactado) bajo la carga esttica.
En el segundo mtodo, en el que se tiene en cuenta la masa de la viga
impactada, el coeficiente de cargas dinmicas se determina por la expresin:
Modelo
fsico
-
49
Figura N 3.4 Esquema de la Carga de Impacto.
Una diferencia importante entre la carga esttica y la de impacto es que las
partes con carga esttica deben disearse para soportar cargas, en tanto
que las partes sujetas a impacto deben disearse para absorber energa. Las
propiedades de resistencia del material por lo comn varan con la velocidad
de aplicaciones de la carga. En general, es favorable debido a que tanto la
resistencia a la fluencia y la final tienden a aumentar con la velocidad de
aplicacin de la carga. En la figura N 3.4 se presenta una idealizacin del
sistema se realiza de esta forma debido a que todas las estructuras tienen
cierta elasticidad.
Para determinar el esfuerzo y deflexin producidos por impacto lineal y a la
flexin se realizan las siguientes suposiciones:
La cuerva de deflexin dinmica (es decir, que las deflexiones
instantneas son el resultado del impacto) es idntica a la causada por
la deflexin esttica de la misma carga multiplicada por un factor de
impacto. En realidad, la curva de deflexin dinmica en forma inestable
implica puntos de mayor deformacin local que en la curva esttica.
Es inevitable que ocurra alguna deflexin dentro de la misma masa
impactante. En el grado en que esto suceda, se absorbe una parte de la
energa dentro de la masa, ocasionando por lo tanto que los esfuerzos y
las deflexiones en la estructura sean un poco ms bajo que los valores
calculados.
Cualquier caso real implica cierto amortiguamiento por friccin y otros
efectos. Este amortiguamiento provoca que los esfuerzos reales y las
deflexiones sean considerablemente menores que las calculadas en el
caso ideal.
-
50
Donde: W : Peso
: Valor mximo de la deflexin debido al impacto
K : Constante de elasticidad como respuesta del impacto.
Fe : Fuerza esttica equivalente que produce la deflexin
Igualando la energa potencial de la masa en cada libre con la energa
elstica absorbida por la estructura (resorte en la fig. N 3.4);
Figura N 3.5 Representacin de la relacin entre la fuerza y la deflexin.
De la ecuacin de segundo grado:
Fe = (
) W Ec. 3.2
W (h + ) =
W Ec. 3.3
Deflexin
Energa del peso que cae W( h+ )
FU E R Z A
Deformacin elstica en la estructura
Fe x
-
51
[
]
[
] Ec. 3.4
Ecuaciones de la deflexin y la fuerza esttica equivalente en funcin de la
energa de impacto.
U : Energa de impacto U = 1/2 m x V2
Ec. 3.5
3.2.8 Soldadura por Arco Elctrico
Este procedimiento consiste en unir mediante la produccin de calor
generado por un arco elctrico, dos piezas metlicas de caractersticas
mecnicas y metalrgicas similares, utilizando material de aporte (electrodo)
que al fundirse con el material base, forman una aleacin (cordn) que
mantiene unida a las piezas. El arco elctrico que se forma entre el extremo
del electrodo y el material base, alcanza temperaturas superiores a 3.500 C,
con lo cual se logra fundir el metal rpidamente en reas muy pequeas.
LOS ELECTRODOS.
Son unas varillas metlicas que se utilizan para soldar, pueden ser
desnudos cuando no tienen recubrimiento y revestidas cuando cuentan con
recubrimiento. El revestimiento es una pasta a base de celulosa que
contiene partculas metlicas idnticas a las de aquellas, se producen por
extrusin y deben ser de metal anlogo a los materiales que hay que soldar.
-
52
Los electrodos con recubrimiento bsico son los que proporcionan mejor
acabado y calidad de las soldaduras aunque son difciles de fundir.
La AWS (Sociedad Americana de Soldadura) es la encargada de
clasificar los electrodos, la nomenclatura para determinar los electrodos de
acero dulce y los de acero de baja aleacin es la siguiente:
El prefijo E significa electrodo.
Las dos primeras cifras de un nmero de cuatro cifras o las tres
primeras cifras de un nmero de cinco cifras designan la resistencia a
la traccin.
La penltima cifra indica la posicin para soldar.
La ltima cifra no tiene significado si se la considera por s sola. Pero
las dos ltimas cifras consideradas en conjunto indican la polaridad.
E60XX significa una resistencia a la traccin de 60 Kpsi.
EXX1X significa para todas las posiciones.
EXX10 significa Corriente Continua, polo positivo.
En la tabla N 3.4 se presentan los dimetros de los electrodos con relacin a
los espesores de las chapas a unir, as como a la intensidad de corriente
necesaria.
Tabla N 3.4 Dimetros de los electrodos con relacin a los espesores de las chapas a unir.
Espesor de las
chapas (mm)
Dimetro del
electrodo (mm)
Intensidad de la
corriente (Amp)
2 a 4 2,5 a 3,0 60-100
4 a 6 3,0 a 4,0 100-150
6 a 10 4,0 a 5,0 150-200
-
53
10 6,0 a 8,0 200-400
POSICIONES Y TIPOS DE JUNTAS.
La figura N 3.5 y 3.6 nos presentan las posiciones bsicas que se emplean
en el proceso de soldadura y los diferentes tipos de juntas, estas son;
a. Plana. (P)
b. Vertical. (V)
c. Horizontal. (H)
d. Sobre cabeza o techo. (S.C.)(T)
Figura N 3.6 Posiciones bsicas que se emplean en el proceso de soldadura.
CORDONES.
Se puede denominar cordn al elemento resistente de la soldadura que toma
generalmente y en teora una forma prismtica de seccin triangular cuando
la soldadura se hace en ngulo. Se supone siempre que la seccin
transversal del cordn es un tringulo issceles, con lo cual debe cumplirse
que la relacin existente entre la altura a del tringulo y la longitud b de
los lados es:
PLAN
A
AS
CE
ND
EN
T
E
DE
SC
EN
DE
N
TE
VERTICA
L
HORIZONT
AL
SOBRE CABEZA
-
54
a = b x cos 45 - 0.707 x L Ec. 3.6
No obstante en la prctica los cordones pueden ser convexos, cncavos o
reforzados, como se ve en la figura 2.22:
Es conveniente sealar que si el cordn no resulta un tringulo issceles, en
el clculo se debe considerar siempre el espesor de la garganta generada a
partir del lado de menor dimensin.
3.2.9 Diseo y Clculo de Uniones Soldadas.
Este tipo de unin se obtiene soldando directamente uno contra otro
los elementos sin solape. Generalmente no es necesario efectuar biseles
cuando los espesores de las planchas son pequeos. Para espesores
medios en conveniente efectuar biseles en V. Si los espesores son grandes
que requieran cordones gruesos, es conveniente utilizar biseles en forma de
copa, de esta manera obtendremos economa en electrodos y a la vez
eliminaremos tensiones excesivas. Vemos esto claramente en las figuras a
continuacin.
Figura N 3.8 Uniones a Tope.
a a
a
b b
b
c
e
Figura N 3.7 Cordones convexos, cncavos y reforzados.
-
55
El esfuerzo cortante producido en la unin es:
Ec.3.7
Donde: = Esfuerzo Cortante producido por la carga P*.
e = Espesor de las planchas.
L = Longitud de la soldadura.
adm = Esfuerzo admisible de la soldadura.
Figura N 3.9 Esfuerzos en unin a tope.
La AISC (American Institution of Steel Construction) recomienda:
El espesor efectivo de la garganta debe tomarse como el espesor de
la plancha ms delgada de la unin.
La longitud efectiva de la soldadura debe ser el ancho de la parte
unida.
Uniones de soldadura tipo filete.
Las soldaduras de filete son las de seccin transversal triangular, que
unen las caras o los bordes de dos miembros colocados usualmente en
ngulo recto, o bien las planchas solapadas. Sus dimensiones quedan
definidas por la resistencia requerida, la calidad de los electrodos y el tamao
de las piezas a conectar.
e P* P* P* P*
L
-
56
El espesor efectivo tB , es la perpendicular trazada desde la raz de
la soldadura a la hipotenusa que une los extremos de los lados, que pueden
ser iguales o desiguales. En este anlisis se tomarn en consideracin
nicamente los cordones de lados iguales D, los cuales definen el tamao o
espesor nominal de la soldadura:
Los procesos de ejecucin de este tipo de cordones pueden ser:
De arco metlico protegido (proceso SAP)
De arco metlico sumergido (proceso SAS)
En este proceso de arco metlico protegido, la garganta efectiva es:
Ec. 3.8
Para el proceso de arco metlico sumergido, se adopta:
-
57
Figura N 3.10 Soldaduras de filete [Fratelli, M].
Consideramos soldaduras de filete o ngulo a las representadas en la figura
N 3.10, clasificndose de acuerdo con la direccin de la carga en: paralelas
y transversales.
-
58
Fig. N 3.11 Secciones de cargas en soldaduras a Filete.
Las secciones de cortante mximo en cada uno de estos casos son: 45 para
cargas paralelas y 67 para cargas transversales con lo cual se evidencia
que la resistencia para cargas transversales es mayor. Sin embargo, la AISC
permite tomar en ambos casos ngulos de cortante a 45, en consecuencia,
la ecuacin de diseo para ambos casos ser:
Ec 3.9
Ec 3.10
En las uniones a solape de planchas superpuestas, ocurre muy
frecuentemente que las fuerzas actuantes no son colineales, y por ende las
soldaduras estarn sometidas a flexin. Por lo tanto, el proyectista debe ser
P*
P*
45%
67,5%
-
59
ms conservador en el momento de elegir los esfuerzos de clculo o
seleccionar un nuevo tipo de junta preferiblemente a tope.
Evidentemente, estamos ante la presencia de una combinacin de esfuerzos,
por lo tanto, si aplicamos la teora del esfuerzo cortante mximo, tendremos
que:
[( ) (
)
]
Ec. 3.11
Ec. 3.12
Ec. 3.13
Sustituyendo cada trmino por su valor en la ecuacin anterior:
[(
)
(
)
]
Ec. 3.14
La AISC recomienda entre otras, las siguientes observaciones, adems de
proporcionar las propiedades mecnicas de los electrodos ms comunes en
la tabla N 2.13.
El espesor efectivo en la garganta de un cordn a filete, ser la
distancia ms corta entre la raz y el plano inclinado exterior.
El ancho mnimo de uniones a solape, ser 5 veces el espesor de la
pieza ms delgada pero no menor de 25 mm.
-
60
El espesor mximo del filete podr ser de 6 mm cuando sea necesario
soldar piezas cuyo espesor del borde sea no mayor de 6 mm.
La longitud efectiva de un cordn a filete, debe estimarse de extremo a
extremo de la dimensin real del cordn, incluyendo las vueltas.
El espesor de un cordn a filete no debe ser mayor que la cuarta parte
de su longitud efectiva.
La longitud efectiva de un segmento de soldadura intermitente de
filete, no podr ser menor de cuatro veces el espesor del cordn y no
menor que 40 mm.
La uniones extremas de miembros sometidos a traccin compuestos
por perfiles planos soldados mediante filetes longitudinales, la longitud
de cada uno de estos, no ser menor que la distancia perpendicular
existente entre ellos.
Tabla N 3.5 Propiedades mecnicas de electrodos.
Electrodo AWS
Resistencia ultima Limite de Fluencia
Kpsi Kg/cm2 Kpsi Kg/cm2
E60XX 62 4366 50 3521
E70XX 70 4929 57 4014
E80XX 80 5633 67 4718
E90XX 90 6338 77 5422
E100XX 100 7042 87 6126
E120XX 120 8450 107 7535
Longitudes mnimas y mximas de los cordones
La longitud mnima de una soldadura resistente de filete cuyo
tamao nominal es D ser:
Lmn = 4 x D
Ec 3.15
-
61
Si esto no se cumple, se adopta como tamao nominal en el diseo un
espesor nominal que no exceda L/4. En el caso de barras planas solicitadas
a traccin y conectadas mediante soldadura de filete sol longitudinal a lo
largo de ambos bordes, la longitud de cada cordn de soldadura no ser
menor que la distancia perpendicular entre las mismas.
La longitud mxima de las soldaduras de filete solicitadas por fuerzas
paralelas a la direccin del cordn, no exceder de 70 D. en la longitud
efectiva se puede suponer una distribucin uniforme de esfuerzos.
Coeficientes de seguridad.
La seleccin de los coeficientes de seguridad tiene como base el
criterio del diseador. Sin embargo, cada norma o reglamento especifica
diferentes valores los cuales generalmente, han sido establecidos mediante
aplicaciones prcticas y la experiencia.
Cuando se trate de cordones de soldaduras bien comprobados en toda su
longitud mediante la aplicacin de rayos X y no observen defectos de ningn
tipo, las tensiones admisibles de trabajo sern como en la tabla N 3.6:
Tabla N 3.6 Esfuerzos permitidos por la AISC.
TIPO DE
CARGA
TIPO DE JUNTA ESFUERZO
PERMISIBLE
COEFICIENTE DE
SEGURIDAD
TRACCIN TOPE 0,60 y 1,67
APLASTAMIENTO TOPE 0,90 y 1,11
FLEXIN TOPE 0,60 0,66 y 1,52 1,67
COMPRESIN TOPE 0,60 y 1,67
CORTADURA TOPE O FILETE 0,40 y 1,44
-
62
La AISC (American Institution of Steel Construction) recomienda entre otras
observaciones:
El espesor efectivo en la garganta de un cordn a filete, ser la
distancia ms corta entre la raz y el plano inclinado exterior.
El espesor mximo del filete podr ser de 6 mm cuando sea necesario
soldar piezas cuyo espesor del borde sea no mayor de 6 mm.
Cuando los bordes tengan ms de 6 mm, podr tomarse como espesor
del filete el espesor del borde menos 1,5 mm.
La longitud efectiva de un cordn a filete, debe estimarse de extremo a
extremo de la dimensin real del cordn, incluyendo las vueltas.
El espesor de un cordn a filete no debe ser mayor que la cuarta parte
de su longitud efectiva.
La longitud efectiva de un segmento de soldadura intermitente de filete,
no podr ser menor de cuatro veces el espesor del cordn y no menor
que 40 mm.
Las uniones extremas de miembros sometidos a traccin compuestos
por perfiles planos soldados mediante filetes longitudinales, la longitud
de cada uno de estos, no ser menor que la distancia perpendicular
existente entre ellos.
Por ejemplo, en una soldadura de filete con espesor nominal D=10
mm y longitud L=100 cm, solo se acepta como longitud efectiva: L=70 cm,
mientras el resto del cordn se considera inoperante.
Las uniones solapas que conectan planchas sometidas a esfuerzos axiales
deben tener cordones a lo largo de los extremos de ambas piezas, de modo
que la flexin no produzca una separacin o abertura de la junta bajo cargas
lmites.
La resistencia final de la soldadura, ser la suma de las resistencias
parciales de los cordones frontales y longitudinales, suponiendo que ambas
-
63
tienen igual resistencia unitaria. Esto es debido a que el cordn puede estar
en cualquier direccin y soportar corte, compresin o traccin, pero siempre
ser ms dbil por corte y fallar de esa forma.
Figura 3.11 Longitudes de soldaduras de filete [Fratelli, M]
Tamaos mnimos y mximos de las soldaduras de filete
El tamao de mnimo de las soldaduras de filete debe ser aquel que
permita transmitir las fuerzas de diseo y no menor al de los valores dados
en la tabla 2.6. El tamao mnimo est referido al espesor de la plancha ms
gruesa a conectar, y esto es debido a que los espesores gruesos tienen un
efecto de enfriamiento rpido luego de ser soldados, que contrae el cordn,
ms delgado, volvindolo frgil y proclive a agrietarse.
Tabla 3.7 Tamao mnimo de las soldaduras a filete [Fratelli, M].
Espesores (t) de la plancha
ms gruesa a unir (mm)
Tamao mnimo de la soldadura
a filete Dmin (mm)
Hasta 6,4
De 6,4 hasta 12,7
De 12,7 hasta 19
Mayor de 19
3
5
6
8
Tabla 3.8 Tamao mximo de las soldaduras de filete [Fratelli, M].
-
64
t
-
65
ACERO.
El acero es a una aleacin formada por Hierro (Fe) y Carbono (C)
cuando este no sobrepasa el 1,70%. Segn el porcentaje de carbono se
obtienen diferentes clases de acero y son como lo muestra la tabla 2.7 .
Tabla N 3.9 Tipos de Aceros para Estructuras
Como se observa en la tabla 2.7, los lmites de fluencia f de todos ellos son
muy aproximados y para efectos de clculo cuando estos no deban ser muy
restrictivos pueden utilizarse cualquiera de ellos.
3.2.14 TIPOS DE CARGAS
Carga es la accin o conjunto de acciones externas o internas que
producen un estado de tensiones en los elementos estructurales. Las cargas
se clasifican en constantes y variables.
En Venezuela (SIDOR)
Acero Esfuerzo de Fluencia
SIDOR PS-25 f = 25 Kg/mm2
ALTEN f = 35 Kg/mm2
En Espaa:
Acero Esfuerzo de Fluencia
A-37 a,b,c,d f = 24 Kg/mm2
A-42 a,b,c,d f = 26 Kg/mm2
A-52 d f = 36 Kg/mm2
En Estados Unidos:
Acero Esfuerzo de Fluencia
ASTM A-7 f = 23 Kg/mm2
ASTM A-36 f = 25 Kg/mm2
-
66
Una carga se considera constante cuando permanece en magnitud y
ubicacin indefinidamente. Si no cumple con estos requisitos, se considera
variable.
Pertenecen al grupo de cargas constantes las siguientes acciones:
1. El peso propio de los elementos estructurales.
2. Las acciones trmicas debidas a las variaciones de temperatura.
3. Los esfuerzos creados previamente al montaje para producir un
estado de tensin favorable.
4. El peso y el empuje de la tierra.
5. El asiento de las fundaciones.
Una carga se considera constante cuando permanece en magnitud y
ubicacin indefinidamente. Si no cumple con estos requisitos, se considera
variable.
Pertenecen al grupo de cargas constantes las siguientes acciones:
a. El peso propio de los elementos estructurales.
b. Las acciones trmicas debidas a las variaciones de temperatura.
c. Los esfuerzos creados previamente al montaje para producir un
estado de tensin favorable.
d. El peso y el empuje de la tierra.
e. El asiento de las fundaciones.
Pertenecen al grupo de cargas variables las siguientes acciones:
1. Las sobrecargas de uso.
2. El empuje del viento.
3. La nieve.
3.2.15 Coeficientes de Ponderacin
-
67
Durante mucho tiempo ha sido comn denominador, dividir la tensin
de fluencia entre un coeficiente de seguridad para obtener una tensin
admisible, de tal manera que si las tensiones obtenidas bajo la accin de las
cargas estuviesen por debajo de la tensin admisible, el elemento estudiado
en cuestin resulte aceptable. As pues, al variar los coeficientes de
seguridad con los tipos de cargas y sus combinaciones, daba lugar a un
estado de probabilidades de seguridad.
En la actualidad, el procedimiento consiste en mayorar las cargas y
sus combinaciones y comparar las tensiones obtenidas con la tensin de
fluencia (garantizada) del material utilizado, de manera que ninguna de las
secciones alcance el agotamiento.
La norma DIN y la instruccin espaola NBE EA-95 permiten la utilizacin del
lmite de fluencia como tensin admisible tomando en cuenta dos estados de
carga, a saber:
Estado de Carga I
Aqu se incluyen los siguientes factores:
- Cargas constantes.
- Sobrecargas de uso.
- Sobrecarga de nieve.
- Asientos o movimientos de las fundaciones.
- Sobrecargas de montaje.
Estado de carga II
Aqu se incluyen los siguientes factores:
- Estado de carga I.
- Empuje del viento.
- Acciones trmicas.
- Efectos de frenado y empujes laterales de pu
