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CUELA SUPERIOR DE INGENIE
MECÁNICA Y ELÉCTRICA
DAD PROFESIONAL ADOLFO LÓPEZ MA ARTAMENTO DE INGENIERÍA EN CONTR
AUTOMATIZACIÓN
SISTEMA ELECTRONEUMÁTICO E
ALVANIZADO DE TUBERÍAS PARA
INVESTIGACIÓN: “REGISTRO SIP 200823 CCIONAMIENTOS SERVOCONTROLADOS
AS DE CONTROL DE MOVIMIENTO
REPORTE TÉCNICO
ARA OBTENER EL TÍTULO DE
EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN
AUHPILLI PINALES VENADERO
DAVID MÁRQUEZ HERNÁNDEZ
ASESORES:
N C. PEDRO HUERTA GONZÁLEZ
IVONE CECILIA TORRES RODRÍGUEZ
MÉXICO D.
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INSTITUTO POLITEChIICO NACIOI{AL
ESCUELA SUPERTOR
DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFf,SIONAL OADOLFO LÓPEZ MATEOS''
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JEFE DEL DEPARTAMENTO ACADÉtvtICO DE .¡Ernrun¡lc A
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ING. JOSE)TNGDL MEJIA DOMINGUEZ -U _-,;;INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACION . PROYECTO DE TNVESTIGACIÓN SIP-20 082329
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nrsrñaR uN srsrEMa NBuvtÁTICo pARA LA INMENnsTóN nB run¡,nÍAs DE ACERo A LAS
DIFERENTES TINAS DEL PROCESO DE GALVANIZADo. ESTE SISTEMA senÁ ADAPTADo AL CARRo DE LA CNÚN UBICADO EN EL ÁNBA DE TRABAJo EL CUAL SE ENCARGA DE TRANSPORTAR EL MATERIAL POR TODO EL PROCESO DE GALVANIZADO.
RESUMEN
TNTRoDUCcIóN el TRABAJo
pRocESo DE GALVANTzADI pARA Las rugpRÍAS DE ACERo
usBño DEL srsrEMA ELECTRoNBUTT¿Áuco EN EL pRocEso DE
GALVANIZADO
RNÁr.rsIs DE RESULTADoS y cosro-BENEFrcro
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
ANEXOS GLOSARIO
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ASESORES
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M. EN C. PEDRO F. HUERTA GONZALEZ M. EN C. IVO . TORRES RODRTGUF,Z o a o o a a o a a
AGRADECIMIENTOS
AL ÚNICO Y SABIO DIOS
Por permitirme llegar hasta este momento tan importante de mi vida y lograr otra meta más en mi carrera, al mejor ingeniero forjador de la vida y el universo.
GRACIAS A MIS PADRES
Por su cariño, comprensión y apoyo sin condiciones ni medida. Gracias por guiarme sobre el camino de la educación. Creo ahora entender porque me obligaban a terminar mi tarea antes de salir a jugar, y muchas cosas más que no terminaría de mencionar.
GRACIAS A MIS TÍOS
Por tu apoyo, compresión y amor que me permite sentir poder lograr lo que me proponga. Gracias por escucharme y por sus consejos (eso es algo que lo hacen muy bien). Gracias por ser parte de mi vida; son lo mejor que me ha pasado.
GRACIAS A MIS COMPAÑEROS DE LA VIDA
Por sus comentarios, sugerencias y opiniones. Además de ser buenos amigos son la mejor compañía para compartir cualquier momento y saber que cuento con ustedes.
GRACIAS A MIS ABUELITOS
Por encomendarme siempre con Dios para que saliera adelante. Yo se que sus oraciones fueron escuchadas.
GRACIAS A MIS ASESORES
Por apoyarme durante el trabajo. Sus consejos, paciencia y opiniones sirvieron para que me sienta satisfecho en mi participación dentro del proyecto de investigación.
GRACIAS A CADA UNO DE LOS MAESTROS
Que participaron en mi desarrollo profesional durante mi carrera, sin su ayuda y conocimientos no estaría en donde me encuentro ahora que forjaron gran parte de lo que soy.
GRACIAS A TODOS MIS AMIGOS
Que estuvieron conmigo y compartimos tantas aventuras, experiencias, desveladas. Gracias a cada uno por hacer que mi estancia en el Poli fuera de momentos inolvidables.
GRACIAS AL POLITÉCNICO Y LA ESIME
Forjadores de profesionales que han puesto muy en alto a nuestro querido México y nos brindan su apoyo en sus recintos que son un segundo hogar.
“Porque son todos ustedes el motivo más grande que Dios me ha dado para mi esfuerzo cotidiano, ayudándome a lograr siempre cualquier meta que me proponga, que Dios los bendiga”.
"Para las personas creyentes, Dios esta al principio. Para los científicos está al final de todas sus
RESUMEN
El galvanizado es un recubrimiento muy utilizado en la industria, en el siguiente trabajo es explicado este proceso, pues es parte esencial para el diseño que se va a tratar más adelante.
La información del trabajo aquí contenido tiene la finalidad de mostrar un diseño que es realmente factible, en consecuencia se comienza por explicar cómo se lleva a cabo el proceso en la actualidad en cada una de las etapas del proceso. Además se explica de manera concisa el porqué darle tratamiento a estas piezas, así como las diferentes aplicaciones pues como se verá tiene grandes ventajas en relación con el tiempo de vida de los materiales y la resistencia a diferentes climas.
Existen ciertas ventajas en cuanto otros recubrimientos y las razones son muy bastas, conforme se avance en el trabajo se reafirman las razones de porque galvanizar. Pero como en toda la industria las ideas nunca cesan y en cualquier campo existe la posibilidad de innovar los sistemas para obtener más beneficios.
¿Cómo es posible diseñar un sistema neumático para este proceso? Es una pregunta que se va contestando desde el capitulo 3; pues muestra a base de datos y gráficos, que es un sistema posible de instalar en el proceso de galvanizado. Y que además se siguen utilizando los mismos elementos que ya se tienen en la empresa, pues solamente es sustituido el elemento encargado de la inmersión de las piezas (polipasto).
ÍNDICE
CAPÍTULO I.- INTRODUCCIÓN AL TRABAJO 1
1.1 OBJETIVO GENERAL 2 1.2 JUSTIFICACIÓN DEL TRABAJO 2 1.3 ANTECEDENTES SOBRE EL SISTEMA A DESARROLLAR 2 1.4 FUNDAMENTOS DE LA PLANTA DE GALVANIZACIÓN 4 1.4.1 GALVANIZADO POR INMERSIÓN EN CALIENTE 6 1.4.2 CARACTERÍSTICAS DEL GANVANIZADO 7 1.4.2.1 ¿CÓMO EL GALVANIZADO PROTEGE AL ACERO? 7 1.4.2.2 VENTAJAS 10 1.4.3 SEGURIDAD 12 1.4.4 RECUBRIMIENTOS DE ACERO 13 1.4.5 PRINCIPALES APLICACIONES DEL GALVANIZADO 14 1.5 CONTENIDO DEL TRABAJO 15
CAPÍTULO II.- PROCESO DE GALVANIZADO PARA LAS TUBERÍAS DE ACERO 16
2.1 PROCESO DE GALVANIZACIÓN DE CAÑOS 17 2.2 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS CAÑOS 17 2.3 GALVANIZADO Y SUS ETAPAS 22 2.4 INSPECCIÓN 28
CAPITULO III.-DISEÑO DEL SISTEMA ELECTRONEUMÁTICO EN EL PROCESO DE
GALVANIZADO 30
3.1 DESCRIPCIÓN DEL DISEÑO EN EL PROCESO DE GALVANIZADO 31 3.2 DIAGRAMAS ELECTRONEUMÁTICOS 34 3.3 DETERMINAR LA CAPACIDAD DE LOS CILINDROS 37 3.4 DIAGRAMAS DE OPERACIÓN 40 3.5 MASA DE LA CARGA 44 3.6 DISPOSITIVOS DE ENTRADA 46 3.7 DIAGRAMAS ELÉCTRICOS 47 3.8 UTILIZACIÓN DEL PLC 50 3.9 DIAGRAMAS DE FLUJO DE LA SECUENCIA DE OPERACIÓN 55
CAPÍTULO IV.- ANALISIS DE RESULTADOS Y COSTO–BENEFICIO 58
4.1 ANÁLISIS COSTO-BENEFICIO DEL PROYECTO 59
4.2 ANÁLISIS DE LOS COSTOS Y TIEMPO DE INVERSIÓN DEL PROYECTO 59 4.3 ANÁLISIS COSTO-BENEFICIO Y TIEMPO DE RECUPERACIÓN DE LA INVERSIÓN 63 4.4 DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE RELACIÓN DE COSTO-BENEFICIO 67
CAPITULO V.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 69
5.1 RECOMENDACIONES DE MANTENIMIENTO 70 5.2 CONCLUSIONES 71
ANEXOS 72
GLOSARIO 89
SIMBOLOGÍA 91
ÍNDICE DE FIGURAS
CAPÍTULO I.- INTRODUCCIÓN AL TRABAJO
Figura 1.1 Proceso de galvanizado general en instalación discontinua 5
Figura 1.2 Tubos galvanizados 5
Figura 1.3 Esquema de una instalación de galvanización en continuo de chapa. 6
Figura 1.4 Metal con parte oxidada y parte galvanizada 7
Figura 1.5 Recubrimiento de zinc en acero 7
Figura 1.6 Diagrama de dureza de los recubrimientos galvanizados 8
Figura 1.7 Galvanizado por inmersión en caliente 13
Figura 1.8 Terminados en recubrimientos galvanizado y pintura 13
Figura 1.9Principales aplicaciones del galvanizado de acero 14 CAPÍTULO II.- PROCESO DE GALVANIZADO PARA LOS CAÑOS
Figura 2.1 Etapas del proceso de galvanizado 17
Figura 2.2 Caños de acero galvanizado para la conducción de fluidos 18
Figura 2.3 Caños para la conducción de agua, gas, vapor, petróleo, aire presurizado y fluidos no
corrosivos. 19
Figura 2.4 Caños para la conducción de cableado eléctrico tipo conduit. 21
Figura 2.5 Plano del proceso de galvanizado 22
Figura 2.6 Tina de limpieza 24
Figura 2.7 Enjuague con agua 25
Figura 2.8 Decapado por baño ácido 25
Figura 2.9 Inmersióndel material en las soluciones 26
Figura 2.10 Inmersión en sal Flux 36
Figura 2.11 Piezas suspendidas y que serán sometidas al galvanizado 28
Figura 2.12 Escurrimiento de las piezas 28
Figura 2.13 Inspección de las piezas 29
CAPITULO III.- DISEÑO DEL SISTEMA ELECTRONEUMÁTICO EN EL PROCESO DE GALVANIZADO
Figura 3.1Bosquejo de la grúa. 31
Figura 3.2Bosquejo del carro de la grúa. 32
Figura 3.3 Diagrama del sistema electroneumático en su estado inicial. 35
Figura 3.4 Diagrama del sistema electroneumático en posición de inmersión de piezas. 35
Figura 3.5 Grafica de relación presión de aire Fuerza para determinar el diámetro del embolo 38
Figura 3.6 Nomograma para la determinación de cargas y carreras con vástagos normales (N) y
reforzados (S,), válidos para un tipo de cilindro determinado. (Cortesía de FESTO)” 39
Figura 3.7 Simulación del cilindro neumático. 40
Figura 3.8 Diagrama de operaciones “Tina de desengrase” 41
Figura 3.9 Diagrama de operaciones “Primera tina de enjuague” 41
Figura 3.10 Diagrama de operaciones “Tina de decapado” 42
Figura 3.11 Diagrama de operaciones “Segunda tina de enjuague” 42
Figura 3.12 Diagrama de operaciones “Tina de inmersion en flux” 43
Figura 3.13 Diagrama de operaciones “Tina de flujo de sal de amoniaco” 43
Figura 3.14 Diagrama de operaciones “Tina de baño de zinc” 44
Figura 3.15 Accesorios de los cilindros neumáticos 47
Figura 3.16 Diagrama electroneumático “activación de las electroválvulas EV1 y EV3” 48
Figura 3.17 Diagrama electroneumático “Activación de las electroválvulas EV2 y EV4” 49
Figura 3.18 Elementos de entrada 51
Figura 3.19 Elementos de salida 52
Figura 3.21 Conexión del cable 1761-CBL-PM02 54
Figura 3.22 Conexión punto a punto 54
Figura 3.23 Diagrama de flujo del sistema electroneumático 55
Figura 3.24 Diagrama de flujo del proceso 57
CAPÍTULO IV.- ANALISIS DE RESULTADOS Y COSTO –BENEFICIO
Figura 4.1 Gráfica de rendimiento de sistemas de galvanización 62
Figura 4.2 Gráfica de rendimiento en costos y tiempo de sistemas convencional y electroneumático 65
Figura 4.3 Exportaciones e importaciones siderúrgicas y productos derivados 1989-1999
(Millones de Toneladas) 67
ANEXOS 73
ANEXO A DESCRICIÓN DE LA GRÚA VIAJERA 73
ANEXO B DISPOSITIVOS NEUMÁTICOS Y ELECTRONEUMÁTICOS 73
Figura B.I Cilindro de doble efecto DNG-200-700-PPV-A-S6 73
Figura B.II Brida basculante 75
Figura B.III Brida basculante 75
Figura B.IV Electroválvulas de impulsos JMFH-5-1/2 76
Figura B.V Bobinas compuestas con conectores msfg-24 dc/42 ac 77
Figura B.VI Acoplamiento para vástago S6-M36X2 78
Figura B.VII Racores roscados y accesorios 79
Figura B.VIII Regulador de caudal GRLA-1/2-B 79
Figura B.IX Racor rápido QS-1/2-16 80
Figura B.X Silenciador con rosca U-1/2 82
Figura B.XI Tubo flexible azul PUN-16X2,55 BL 83
Figura B.XII Unidad de mantenimiento con purga automática FRC-3/4-D-MAXI-A 83
Figura B.XIII Válvula de arranque HEE-D-MAXI-24 84
Figura B.XIV Fijación para emisor SMB-2B 85
Figura B.XV Sensor magnético SMEO-1-LED-24 B 86
ANEXO C PLC Y SUS ELEMENTOS
Figura C.I Software de programación (RSLogix 500 Starter) 87
ÍNDICE DE TABLAS
CAPÍTULO I.- INTRODUCCIÓN AL TRABAJO
Tabla 1.1 Velocidad de corrosión del zinc en diferentes atmosferas 9
Tabla 1.2 Comparación de galvanizado y recubrimiento con pintura 11
CAPÍTULO II.- PROCESO DE GALVANIZADO PARA LOS CAÑOS
Tabla 2.1 Dimensiones de los caños de acero galvanizado para la conducción de fluidos 18
Tabla 2.2 Caracerísticas tecnicas de los caños de acero galvanizado para la conducción de fluidos. 18
Tabla 2.3 Dimensiones de los caños para la conducción de agua, gas, vapor, petroleo, aire presurizado
y fluidos no corrosivos 19
Tabla 2.4 Características tecnicas de los caños para la conducción de agua, gas, vapor, petróleo, aire
presurizado y fluidos no corrosivos. 20
Tabla2.5 Dimensiones de los caños para la conduccion de cableado electrico tipo conduit. 21
Tabla 2.6 Características tecnicas de los caños para la conducción de cableado eléctrico tipo conduit. 21
CAPITULO III.- DISEÑO DEL SISTEMA ELECTRONEUMÁTICO EN EL PROCESO DE GALVANIZADO
Tabla 3.1 Parámetros de trabajo (características de la grúa viajera). 32
Tabla 3.2 Pesos de los elementos neumáticos y electroneumáticos montados en el carro de la grúa. 33
Tabla 3.3 Elementos del diagrama electroneumático. 36
Tabla 3.4 Parámetros para el diseño del cilindro. 39
Tabla 3.5 Masas de los caños galvanizados. 44
Tabla 3.6 Tabla de accesorios de los cilindros neumáticos. 47
Tabla 3.7 Asignación de entradas y salidas (E/S). 50
CAPÍTULO IV.- ANALISIS DE RESULTADOS Y COSTO –BENEFICIO
Tabla 4.1 Lista de material 59
Tabla 4.2 Gastos técnicos y administrativos. Salarios para el personal que intervienen costos del
proyecto 60
Tabla 4.3 Costos Totales de proyecto 61
Tabla 4.4 Precios de tubos 62
Tabla 4.5 Crecimiento porcentual de la producción en base a demanda mundial de acero y productos
derivados 1998 -1999 63
Tabla 4.6 Principales empresas productoras de acero y productos derivados, 1999. 64
Tabla 4.7 Relación de rendimiento de costos y ganancias de los sistemas en la producción mensual 68
CAPITULO V.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Tabla 5.1 Plan de mantenimiento 70
ANEXOS
ANEXO B DISPOSITIVOS NEUMÁTICOS Y ELECTRONEUMÁTICOS
Tabla B.I Características y propiedades del Cilindro de doble efecto DNG-200-700-PPV-A-S6 74
Tabla B.II Características y propiedades de las electroválvulas de impulsos JMFH-5-1/2 76
Tabla B.III Características y propiedades de las bobinas compuestas con conectores msfg-24 dc/42
ac 77
Tabla B.V Características y propiedades de los racores roscados y accesorios 79
Tabla B.VI Características y propiedades delregulador de caudal GRLA-1/2-B 80
Tabla B.VII Características y propiedades delRacor rápido QS-1/2-16 81
Tabla B.VIII Características y propiedades del Silenciador con rosca U-1/2 82
Tabla B.IX Características y propiedades del tubo flexible azul PUN-16X2,55 BL 83
Tabla B.X Caracteristicas y propiedades de la Unidad de mantenimiento con purga automática 84
Tabla B.XI Características y propiedades de la válvula de arranque HEE-D-MAXI-24 85
1
CAPÍTULO
I
2
1.1 OBJETIVO GENERAL
Diseñar un sistema neumático para la inmersión de los caños en las diferentes tinas del proceso. Este sistema será adaptado al carro de la grúa ubicado en el área de trabajo el cual se encarga de transportar el material por todo el proceso de galvanizado.
1.2 JUSTIFICACIÓN DEL TRABAJO
La empresa productora de tubería de acero galvanizado “AHMSA” (México), tiene un proceso de galvanizado el cual es controlado manualmente por medio de una grúa. Esta grúa a su vez tiene montado un carro en el cual se encuentra un polipasto encargado de sostener las piezas así como de someterlas a un proceso de inmersión que se lleva a cabo para el galvanizado.
Se ha podido observar, que cuando se someten las piezas a los diferentes tipos de tratamientos, se tienen diferentes tiempos de inmersión, que por ser un manejo manual no son precisos y que repercuten en la calidad de las piezas al galvanizarlos de manera deficiente. Además de que el polipasto que se usa para cargar el material no soporta cargas tan grandes, lo que limita la producción.
Es por ello, que se decidió diseñar un sistema electroneumático que ayude a tener tiempos precisos para permitir mejorar la calidad del proceso y que a su vez incremente la producción, pues este sistema podría soportar cargas mucho más grandes que el sistema empleado hasta ahora.
Cabe aclarar que el sistema neumático es en realidad la base del diseño en este proceso, la causa de ello es porque el manejo del material a galvanizar es realizado por este sistema. Este sistema seria establecido en lugar del polipasto que es el elemento con el que actualmente se cuenta.
1.3 ANTECEDENTES SOBRE EL SISTEMA A DESARROLLAR
En 1742 el químico francés Melouin presentó a la real academia francesa un estudio sobre la aplicación de una capa de zinc al hierro, sumergiéndolo en zinc fundido.
Durante la segunda mitad del siglo XVIII hay muchas referencias a vasijas de hierro cubiertas con zinc; Richard Watson, Obispo de Llandaff describió un método usado en Rouen para aplicar una capa de zinc por inmersión: “Las vasijas se dejan Primero tan brillantes que no se ve un solo punto negro en ellas, entonces se frotan con una solución sal amoniacal, y posteriormente se sumergen en una marmita conteniendo zinc derretido”. También se refiere a una segunda inmersión para obtener una capa más gruesa.
3
cubiertos con zinc” para adherir las hojas de zinc a los costados de los barcos u otras superficies.
En el año de 1836, el químico francés Sorel patento un sistema práctico de sumergir el hierro en zinc derretido y se convirtió así en el padre de la industria. Utilizaba una solución limpiadora de acido sulfúrico en agua, con la cual se limpia el hierro en un tiempo aproximado de 12 a 14 horas, después de dicho tiempo se introducía en una solución de acido clorhídrico y luego secado en un horno o lugar caliente. Se usaba cloruro de amonio para cubrir el zinc.
Después de la inmersión los artículos eran colocados en agua fría, frotándolos con arenas y secados con aserrín. Los métodos de Sorel abrieron el camino para el desenvolvimiento comercial del galvanizado.
Hay reportes de plantas galvanizadoras instaladas en Solingen, Alemania en 1897 y en Austria, cerca de Viena en 1851, pero el progreso más rápido ocurrió indudablemente en Inglaterra.
En 1850 las galvanizadoras británicas utilizaban diez mil toneladas de zinc anualmente, y sus productos ocuparon un lugar prominente en la feria mundial que se llevó a cabo al año siguiente en el palacio de cristal de Londres, donde se exhibió un gran número de productos galvanizados para demostrar la innumerable cantidad de artículos a los que se puede aplicar el proceso de galvanizado.
El hierro corrugado, un nuevo producto que apareció en el año de 1844, pronto empezó a galvanizarse en cantidades considerables y sustituyo a la lámina de zinc que se utilizaba para techar.
A pesar de que la lámina galvanizada era más económica y más fuerte, una de sus mayores desventajas, entonces como ahora, era la dificultad para evitar los prejuicios contra su apariencia.
Sin embargo, se desarrollo un gran comercio de exportación. Los colonizadores en América y Australia apreciaron sus ventajas como material de construcción y su uso aumentó rápidamente en esos países.
La primera compañía telegráfica se registró en Inglaterra en 1850, y usaba alambre galvanizado que había sido sumergido en manojos o rollos. También se utilizaba con algún éxito la galvanización en el telégrafo submarino y una importante firma británica instaló en 1856 una planta galvanizadora para manufacturar 10 toneladas de alambre a la semana para el primer alambre telegráfico del atlántico.
4
En 1860 se inventó una máquina para recocido y galvanizado continuo del alambre, formándose así la primera rama especializada de la industria.
La expansión de la industria y sus aplicaciones ha sido cada vez más rápida y la lista de sus diversos usos sería interminable. Su valor en cuestiones de recubrimientos contra la corrosión es indispensable.
La fuerza de la industria, la luz y el calor se transporta por medio de cables galvanizados. Los recubrimientos de láminas, escapes de coches, tuberías para caños y muchas otras cosas más que pueden ser recubiertas con este material que permiten un tiempo de vida útil bastante largo, nos demuestran la importancia del galvanizado.
“No escatimamos en la importancia del galvanizado y por ello la industria se ha dado a la tarea de encontrar más utilidades para este proceso; pero esto quiere decir que también los procesos deben ser innovados pues debemos ser más eficientes en cada momento” [1].
1.4 FUNDAMENTOS PARA LA PLANTA DE GALVANIZACIÓN
La galvanización en caliente es uno de los sistemas más eficaces de protección del hierro y el acero frente a la corrosión que experimentan estos materiales cuando se exponen a la atmósfera, las aguas y los suelos [1].
Consiste en la formación de un recubrimiento de zinc sobre las piezas y productos de hierro o acero mediante inmersión de los mismos en un baño de zinc fundido a 450ºC.
La reacción de galvanización solamente se produce si las superficies de los materiales están químicamente limpias, por lo que éstos deben someterse previamente a un proceso de preparación superficial.
Durante la inmersión en el zinc fundido, se produce una reacción de difusión entre el zinc y el acero, que tiene como resultado la formación de diferentes capas de aleaciones zinc-hierro. Al extraer los materiales del baño de zinc, estas capas de aleación quedan cubiertas por una capa externa de zinc puro. El resultado es un recubrimiento de zinc unido metalúrgicamente al acero base mediante diferentes capas de aleaciones zinc-hierro.
Instalaciones discontin
[image:14.612.225.375.434.537.2]Son aquellas en las que se galv (desde tornillería hasta elemen automatización del proceso. E realiza por vía química. En e proceso (figura 1.1)
Figura 1.1 Proce
Instalaciones automátic
Permiten la galvanización de p tuberías, etc. (figura 1.2) En también por vía química (en a materiales a través de las automatizado.
Instalaciones continuas
La galvanización del alambre líneas de galvanización que tr previa a la inmersión en el bañ más frecuente en el alambre) sistema más ampliamente emp
inuas o de galvanización general
alvanizan piezas y productos de peso y tamaños m entos estructurales de gran tamaño), por lo que n . En este tipo de instalaciones la preparación su
el esquema siguiente se ilustran las principales
ceso de galvanizado general en instalación discontinua
ticas y semiautomáticas
e productos en serie, tales como tubos, perfiles, ac En estas instalaciones la preparación superficia
algunos casos por chorreo abrasivo), y el movim s distintas etapas del proceso está total o p
Figura 1.2 Tubos galvanizados
as
e (en carretes) y de la banda y fleje (en bobinas) s trabajan en continuo y en las que la preparación año de zinc puede realizarse por vía química (com ) o por vía termoquímica en hornos de atmósfera
pleado para el fleje y la banda.
5
muy diversos no es fácil la superficial se les etapas del
accesorios de ial se realiza imiento de los parcialmente
6
Figura 1.3 Esquema de una instalación de galvanización en continuo de chapa. 1
Alimentación en bobina. 2 Cizallado de las colas. 3 Unión de las bobinas por soldadura. 4 Acumulador de entrada de la banda. 5 Horno de oxidación-reducción y homogeneización de la estructura. 6 Inmersión en zinc fundido. 7 Escurrido con chorro de aire o vapor. 8 Zona de enfriamiento. 9 Enderezado. 10 Pasivación por cromatado. 11 Acumulador de salida de banda. 12 Bobinado. 13 Cizallado.
1.4.1 GALVANIZADO POR INMERSIÓN EN CALIENTE
Los sistemas que se utilizan para evitar la corrosión del hierro y el acero son esenciales para la utilización económica de estos metales como materiales de construcción. La prescripción en el proyecto de un buen sistema de protección supone una economía considerable, ya que se ahorran gastos de conservación y se evitan las interrupciones en el servicio, además de aumentar la vida útil del equipo, complemento o instalación.
En la mayoría de los casos, el sistema ideal para la protección del acero frente a la corrosión es un recubrimiento de zinc metálico aplicado por inmersión del acero en un baño de zinc fundido. Ningún otro procedimiento puede igualarlo por su seguridad, duración, bajos costos de conservación y economía a largo plazo.
El galvanizado por inmersión en caliente es un medio efectivo de control de la corrosión que soluciona muchos problemas en la mayoría de las aplicaciones industriales. Varias industrias incluyendo transporte de químicos se han usado extensivamente el proceso de galvanizado por inmersión en caliente para combatir la corrosión [1].
1.4.2 CARACTERISTICAS DEL GALVANIZADO
Es un procedimiento químico las impurezas (corrosión, grasa fundido a una temperatura de 4 1.4).
Figura 1.4
El delgado recubrimiento exte del acero (Figura 1.5).
Figura
1.4.2.1 ¿CÓMO EL GALVANIZADO PROTEGE AL ACERO
El recubrimiento consiste en metalúrgicamente al acero bas
Como una protección-barrera metalúrgicamente unido que c aleación zinc-hierro la cual tie exterior flexible con una adhes
Una característica adicional d zinc-hierro crece perpendicula las esquinas y aristas de los m grueso que en el recubrimien tipos de recubrimientos protec los materiales.
CARACTERISTICAS DEL GALVANIZADO
o mediante el cual se evita la oxidación del acero, asa, polvo, ... etc), y sumergiendo la pieza en un b e 450ºC con la intención de obtener una aleación
1.4 Metal con parte oxidada y parte galvanizada
terno (100% zinc) retarda la corrosión y alarga la
Figura 1.5 Recubrimiento de zinc en acero
1.4.2.1 ¿CÓMO EL GALVANIZADO PROTEGE AL ACERO?
en una progresión de capas de aleación zinc-fi ase.
ra el galvanizado provee un recubrimiento ten cubre completamente la superficie del acero con tiene mayor dureza que el acero base. Esto prov esión más fuerte y una excepcional resistencia a l
del galvanizado por inmersión en caliente es qu larmente a la superficie del acero. El efecto que e materiales es que el recubrimiento ahí es genera ento de alrededor. Esto es un marcado contraste
ectores que tienden a adelgazarse en las esquinas
7
o, eliminando baño de zinc
(Figura
la vida útil
fierro unidas
tenaz de zinc n una capa de ovee una capa a la abrasión.
8
El recubrimiento de galvanizado es por esta causa más resistente al deterioro físico que una capa de pintura. Aparte de que la totalidad de la superficie de las piezas queda recubierta tanto interior como exteriormente. Igualmente ocurre con las rendijas estrechas, los rincones y las partes ocultas de las piezas, que no quedan bien protegidas por otros tipos de recubrimientos.
Incluso es interesante señalar que si en el recubrimiento hay pequeñas áreas al descubierto (tales como raspaduras) por mal manejo, estas quedan igualmente protegidas contra la oxidación. Ello se debe a la diferencia de potencial electroquímico entre el zinc y el hierro, por lo que el primero se consume con preferencia a este último y le proporciona de esta manera una “protección de sacrificio o catódica”. Este tipo de protección es una de las principales virtudes de los recubrimientos obtenidos en caliente, siendo una de las grandes ventajas que ofrece sobre la protección que proporcionan los tratamientos a base de pinturas o recubrimientos plásticos.
Resistencia a la abrasión
Los recubrimientos galvanizados poseen la característica casi única de estar unidos metalúrgicamente al acero base, por lo que poseen una excelente adherencia. Por otra parte, al estar constituidos por varias capas de aleaciones zinc-hierro, más duras incluso que el acero, y por una capa externa de zinc que es más blanda, forman un sistema muy resistente a los golpes y a la abrasión (Figura 1.6) [7].
Figura 1.6 Diagrama de dureza de los recubrimientos galvanizados
Resistencia a la corrosión
Los recubrimientos galvanizados proporcionan al acero una protección triple.
o Protección por efecto barrera. Aislándole del medio ambiente agresivo.
o Protección catódica o de sacrificio. El zinc constituirá la parte anódica de las
9
o Restauración de zonas desnudas. Los productos de corrosión del zinc, que son
insolubles, compactos y adherentes, taponan las pequeñas discontinuidades que puedan producirse en el recubrimiento por causa de la corrosión o por daños mecánicos (golpes, arañazos, etc.).
Corrosión atmosférica
La duración de la protección que proporcionan los recubrimientos galvanizados frente a la corrosión atmosférica es extremadamente alta y depende de las condiciones climatológicas del lugar y de la presencia en la atmósfera de contaminantes agresivos, como son los óxidos de azufre (originados por actividades urbanas o industriales) y los cloruros (normalmente presentes en las zonas costeras) (Tabla 1.1).
Tabla 1.1 Velocidad de corrosión del zinc en diferentes atmósferas
Velocidad de corrosión del zinc en diferentes atmósferas (según ISO 9223)
Categoría de
Corrosividad Ambiente
Pérdida media anual de espesor de zinc (µm)
C1 Muy baja Interior: Seco 0,1
C2 Baja Interior: Condensación
ocasional 0,1 a 0,7
C3 Media
Interior: Humedad elevada y alguna contaminación del aire
Exterior: Urbano no marítimo y marítimo
de baja salinidad
0,7 a 2,1
C4 Alta
Interior: Piscinas, plantas químicas, etc. Exterior: Industrial no marítimo, y urbano
marítimo
2,1 a 4,2
C5 Muy alta
Exterior: Industrial muy húmedo o con elevado grado de
salinidad
4,2 a 8,4
Corrosión en agua dulce
10
son inertes e insolubles y aíslan al recubrimiento de zinc del subsiguiente contacto con el agua.
La dilatada experiencia existente en el empleo de acero galvanizado en utilizaciones relacionadas con el transporte y almacenamiento de aguas dulces, son la mejor prueba de que el acero galvanizado tiene una excelente resistencia a la corrosión en este tipo de aguas.
Corrosión en agua de mar
Los recubrimientos galvanizados resisten bastante bien el ataque corrosivo del agua de mar. Ello se debe a que los iones Mg y Ca presentes en este agua inhiben la acción corrosiva de los iones cloruro y favorecen la formación de capas protectoras.
1.4.2.2 VENTAJAS
Las principales ventajas de los recubrimientos galvanizados en caliente pueden resumirse en los siguientes puntos:
Duración excepcional.
Resistencia mecánica elevada.
Protección integral de las piezas (interior y exteriormente).
Triple protección: barrera física, protección electroquímica y autocurado. Ausencia de mantenimiento.
Fácil de pintar.
Dentro de otras ventajas se describen las siguientes:
Función del Zinc en la prevención de la corrosión.
El hierro y el acero se oxidan rápidamente cuando están expuestos a la acción de la atmósfera y el producto de la oxidación, que es esencialmente un óxido de hierro hidratado, y que no protege al metal base, por cuyo motivo este sigue atacándose y llega a destruirse totalmente.
Una forma de evitar el óxido o corrosión, es cubrir la superficie con una barrera impermeable para evitar que la humedad o el aire lleguen al metal. Las capas de pintura lo consiguen hasta cierto punto, pero no son eternamente impermeables a la humedad y, en todo caso, se deterioran con el tiempo y entonces permiten el paso de la humedad. Una vez que esto sucede, el metal empieza a oxidarse y se deteriora rápidamente.
Pinturas vs galvanizado
11
• Las piezas galvanizadas no necesitan empaque ni manejo especial para cuidar el
recubrimiento.
• No necesitan retoques en campo ya que el acabado no se daña con el traslado e
instalación.
• El galvanizado por inmersión en caliente garantiza que toda la pieza que da
protegida incluyendo las zonas de difícil acceso para ser pintadas
• A diferencia de la pintura el proceso de galvanizado puede hacerse cualquier día del
año porque es independiente de las condiciones del clima.
• El rango de resistencia del acero galvanizado va de -60ºC a 200ºC a diferencia de la
mayoría de las pinturas que pueden tener problemas con temperaturas arriba de los 93ºC.
• Gracias a la protección catódica y física que brinda al acero galvanizado
proporciona un sistema libre de corrosión en la mayoría de los climas de 75 años o más.
• La reacción metalúrgica a que se produce a 450ºC garantiza un espesor uniforme
del recubrimiento a diferencia de la pintura deja las esquinas y bordes con capas más finas que son más susceptibles al daño pro corrosión.
• La unión del acero y el zinc en el proceso de galvanizado en caliente crea una
aleación que es 10 veces más resistente que cualquier recubrimiento de pintura.
• Con una dureza mayor al del acero al natural el acero galvanizado provee un
recubrimiento durable y resistente a las abrasiones. (Véase Tabla 1.2)
Tabla 1.2 Comparación de galvanizado y recubrimiento con pintura
Acero Galvanizado por
Inmersión en Caliente VS Acero con pintura
No Manejo especial Papel protector ames y separadores de madera
No Requiere retoque Si
Fábrica Lugar de Aplicación Campo o fábrica
No Depende del clima Si
-60°C a 200°C Rango de temperatura <93°C
Catódica y Barrera Tipo de protección a la corrosión Barrera >3.9 mils
(Acero de ¼) Espesor del recubrimiento Variable 3600 psi Adherencia 300-600 psi
12
1.4.3 SEGURIDAD
La galvanización en caliente es un proceso industrial sencillo y perfectamente controlado, que permite obtener recubrimientos de zinc de calidad y espesor regulados sobre prácticamente cualquier artículo o pieza de hierro o acero. Los recubrimientos galvanizados en caliente son uno de los pocos sistemas de protección del acero que están perfectamente especificados por normas nacionales e internacionales [6].
Entre ellas:
NOM H-074-1996 Productos de hierro y acero recubrimientos con zinc (galvanizados por inmersión en caliente)
Especificaciones y métodos de prueba NOM B-55 1988 Requisitos generales para lámina de acero galvanizada por el proceso de inmersión en caliente.
o NOM B-177-1990 Tubos de acero con o sin costura, negros y
galvanizados por inmersión en caliente.
o NOM H-004-1996 Recubrimiento de zinc por el proceso de inmersión en
caliente para sujetadores y herrajes de hierro y acero. Especificaciones y métodos de prueba.
o NOM H-127-SCFI Método de reparación de áreas dañadas y sin
recubrimientos galvanizados por inmersión caliente.
o ASTM-E-376-1989 Practice for measuring thickness by magnetic field or
Eddy Current (Electromagnetic) Test Methods.
El simple examen visual de los artículos y la medida del espesor de los recubrimientos, que puede realizarse con suma facilidad tanto en el taller como en la obra mediante sencillos medidores magnéticos o electromagnéticos son suficientes, en la mayoría de los casos, para juzgar sobre la calidad de los recubrimientos galvanizados.
La amplia experiencia existente y las numerosas pruebas realizadas demuestran que el galvanizado no modifica la resistencia a la tracción, el límite elástico y el alargamiento de los aceros comunes.
1.4.4 RECUBRIMIENTOS DEL ACERO
Hay 3 tipos de recubrimientos planchas para cubiertas y p galvalume, que es una aleac recubrimiento en base de zin (Figura 1.7). El tercer recubri colocada sobre un “primer” galvalume (Figura 1.8) [7].
Figura
Figura 1.8 Te
1.4.4 RECUBRIMIENTOS DEL ACERO
os del acero que se usa especialmente para la con paredes de acero, estos recubrimientos son:
ación de aluminio, zinc y silicio. El galvaniz inc, este puede ser por inmersión en caliente ó brimiento es el prepintado, que es una pintura ti y este a su vez sobre un acero recubierto co
Figura 1.7 Galvanizado por inmersión en caliente
erminados en recubrimientos galvanizado y pintura
13
14
1.4.5 PRINCIPALES APLICACIONES DEL GALVANIZADO
En la industria de la galvanización las aplicaciones principales más comunes se muestran en la figura 1.9 [7].
EDIFICACIÓN
Estructuras, Carpintería, Escaleras, Barandillas, Vallados, Condiciones, Andamios.
INSTALACIONES INDUSTRIALES
Naves, Estructuras, Depósitos y Tuberías.
GRANDES ESTRUCTURAS Puentes, Túneles, Torres y Mástiles.
AUTOMOCIÓN
Chasis, Carrocerías y Piezas Diversas de Automóviles y Camiones.
ARMADURAS GALVANIZADAS PARA HORMIGÓN Estructura, Construcciones Portuarias, Tableros de Puentes, Paneles de Fachada,
Prefabricados de Hormigón.
AGRICULTURA Y GANADERÍA Invernaderos, Silos, Almacenes, Establos y Corrales, Instalaciones Avícolas, Cercados y Equipos de Irrigación.
EQUIPAMIENTOS DE CARRETERAS
Pasarelas, Pórticos de Señalización, Barreras de Seguridad, Pantallas Acústicas, Parapetos.
ELEMENTOS DE UNIÓN Tortillería, Clavos, Fijaciones y Accesorios de Tuberías.
MOBILIARIO URBANO
Farolas, Semáforos, Contenedores, Marquesinas, Bancos,
Instalaciones para Parques y Jardines.
DEPORTE Y TIEMPO LIBRE Estadios, Piscinas, Polideportivos, Teleféricos y Telesillas, Parques Infantiles.
ELECTRICIDAD Y
TELECOMUNICACIONES Torres y Subestaciones Eléctricas, Antenas d e Telefonía, Repetidores de Televisión.
TRANSPORTE
15
1.5 CONTENIDO DEL TRABAJO
En el trabajo describe básicamente la posibilidad de diseñar un sistema electroneumático a un carro de una grúa viajera, dicha grúa tiene ayuda en la galvanización de tubos para caños.
El capitulo uno, contiene el objetivo y la justificación del trabajo, así como los antecedentes del trabajo. Este capítulo da además una visión de lo que es el proceso de galvanizado, desde sus características, ventajas y aplicaciones que se encuentran en la vida cotidiana. No está por demás decir que contiene razones por las cuales este tipo de recubrimiento es uno de los mejores y más usados.
El capitulo dos, se enfoca al proceso de galvanizado en el cual se pretende diseñar el sistema, describiendo cada una de las etapas que intervienen en dicho proceso. Cabe aclarar que este capítulo muestra además los datos técnicos del material a galvanizar (tubos para caño).
El capitulo tres describe el sistema que se desea diseñar, mostrando los diagramas que representan al sistema (diagramas electroneumáticos y diagramas de conexión). En ese mismo sentido se selecciona los cilindros con los cuales el sistema puede trabajar basados en los pesos de la carga impuesta, así como los elementos que intervienen directamente en el control del sistema. Estos elementos están implantados tanto en el sistema como fuera de él.
El capitulo cuatro no es más que el análisis de costo-beneficio y demuestra que tan rentable es seria la colocación del diseño en el sistema. Este es comparado con el equipo que actualmente se encuentra montado (polipasto) y muestra a base de números lo rentable que sería dicho diseño.
16
CAPÍTULO
II
PROCESO DE
17
2.1 PROCESO DE GALVANIZACIÓN DE CAÑOS
Originalmente para galvanizar los caños, se hace a través del proceso de galvanizado, donde el caño pasa por un baño de zinc, donde se le dan las propiedades necesarias y recubrimiento para darle calidad al caño. El proceso de galvanizado es un proceso tradicional que se elabora de la misma manera desde hace muchos años [9].
La preparación de la superficie para el galvanizado se desarrolla en siete etapas (Véase
figura 1.1 y figura 2.1)
Etapas
Tina 1
Desengrase
Tina 2
Enjuague
Tina 3
Decapado por inmersión
Tina 4
Enjuague
Tina 5
Inmersión en batea de Flux
Sector 6
Secado de las piezas
Tina 7
Galvanizado por inmersión en caliente en cuba conteniendo zinc fundido
Inspección de las piezas
Figura 2.1 Etapas del proceso de galvanizado
2.2 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS CAÑOS
Caños de acero galvanizado para la conduccion de fluidos
Conducción de agua, aire y o redes de aire acondicionado incendio.
Figura 2.2 Caño
Tabla 2.1 Dimensiones de
Diámetro Nominal Pulgadas
½
¾ 2
1 1 ¼ 1 ½ 2 2 ½ 3
4 1
Las caracteristicas tecnicas de
Tabla 2.2 Caracerísticas tecnica
Largo comercial
Recubrimiento externo
Características especiales
Caños de acero galvanizado para la conduccion de fluidos (figura 2
otros fluidos de uso general. Circulación de agu o ó calefacción y redes industriales ó domicili
os de acero galvanizado para la conduccion de fluidos e los caños de acero galvanizado para la conducción de flu
Diámetro Nominal Espesor Nominal Peso Teórico
mm mm Kg/m
21.30 2.35 1.
26.170 2.35 1.
33.40 2.90 2.
42.20 2.90 2.
48.30 2.90 3.
60.30 3.25 4.
76.10 3.25 5.
88.90 3.65 7.
114.30 4.05 11
e estos caños son las mostradas en la tabla 2.2.
icas de los caños de acero galvanizado para la conducción d
Largo comercial 6,4 mts
Shedule 40’’ Consultar por otros espesores
Recubrimiento externo Galvanizado por inmersión en caliente
(0,450 Kg/m2)
Extremos Roscados.
Características especiales Escarfeado interno.
18
2.2)
gua ó aire en iliarias contra
luidos Peso Teórico Kg/m 1.101 1.126 2.208 2.832 3.255 4.584 5.854 7.693 11.040 de fluidos.
Consultar por otros espesores
Propiedades mecánicas del material base: Tensión de
Alargamiento porcentual de rotura
Propiedades químicas
Fósforo max Carbono equivalente max
Ensayos mecánicos Prueba hidrostática
Caños para la conduccion de agua, gas, vapor, petroleo, aire presurizado y fluidos no corrosivos
Figura 2.3 Caños para la cond
Tabla 2.3 Dimensiones de los caño
Diámetro Nomina Pulgadas
½
¾ 2
1 1 ¼ 1 ½ 2 2 ½ 3
4 1
Propiedades mecánicas del material base:
Tensión de rotura 320 a 520 N/mm2 Alargamiento porcentual de rotura
minima 15
Propiedades químicas Azufre max 0.035 Fósforo max 0.035 Carbono equivalente max 0.45
Ensayos mecánicos Aplastamiento y abocardado
Prueba hidrostática 50 bar en 5 seg - 100 % de los caños.
Caños para la conduccion de agua, gas, vapor, petroleo, aire presurizado y (figura 2.3).
nducción de agua, gas, vapor, petróleo, aire presurizado y fl corrosivos.
ños para la conducción de agua, gas, vapor, petróleo, aire p fluidos no corrosivos.
nal Espesor Nominal Peso Teórico
mm mm Kg/m
21.30 2.77 1.
26.170 2.87 1.
33.40 3.38 2.
42.20 3.56 3.
48.30 3.68 4.
60.30 3.91 5.
76.10 5.16 8.
88.90 5.49 11
114.30 6.02 16
19
100 % de los caños.
Caños para la conduccion de agua, gas, vapor, petroleo, aire presurizado y
Las características tecnicas de
Tabla 2.4 Características tecnicas p
Largo comercial
Recubrimiento externo
Características especiales
Propiedades mecánicas del material
Tensión de rotura Tensión de fluencia
Propiedades químicas
Fósforo max Carbono equivalente max
Ensayos mecánicos
Ensayos no destructivos
Prueba hidrostática
e estos caños son mostradas en la siguiente tabla
as de los caños para la conducción de agua, gas, vapor, petr presurizado y fluidos no corrosivos
Largo comercial 6,4 mts
Shedule 40’’ Consultar por otros espesores
Recubrimiento externo
Negros / Negros con pintura anticorrosiva / Galvanizado por inmersión caliente (0,45 kg/m2) / Revestido con polietileno extruído tricapa Norma CAN/CSA Z 245.21
Extremos Biselados o Roscados.
Características especiales Escarfeado interno.
mecánicas del material base:
Tensión de rotura 330 Mpa Tensión de fluencia 205 Mpa
Propiedades químicas Azufre max 0.045 Fósforo max 0.05 Carbono equivalente max 0.25 Manganeso 0.95
Ensayos mecánicos Aplastamiento y abocardado
Ensayos no destructivos Corrientes parásitas.
Prueba hidrostática Según tabla en 5 seg - 100 % de los
caños.
20
la (2.4):
tróleo, aire
40’’ Consultar por otros espesores
anticorrosiva / Galvanizado por inmersión caliente (0,45 kg/m2) / Revestido con polietileno extruído tricapa Norma CAN/CSA Z 245.21
Caños para la conduccion de cableado electrico tipo conduit
Pasaje de conductores eléctric industrias, estaciones de servic
Figura 2.4 Caños
Tabla 2.5 Dimensiones de lo
Diámetro Nominal Pulgadas
½
¾ 2
1 1 ¼ 1 ½ 2 2 ½ 3
4 1
Las caracteristicas tecnicas de
Tabla 2.6 Características tecnicas
Largo comercial
Recubrimiento externo
Características especiales
Propiedades mecánicas del
Tensión de rotura Tensión de fluencia
Caños para la conduccion de cableado electrico tipo conduit (figura 2.4)
tricos en instalaciones resistentes al fuego y exp vicio y fábricas en general.
s para la conducción de cableado eléctrico tipo conduit. los caños para la conduccion de cableado electrico tipo co
Diámetro Nominal Espesor Nominal Peso Teórico
mm mm Kg/m
21.30 2.77 1.
26.170 2.87 1.
33.40 3.38 2.
42.20 3.56 3.
48.30 3.68 4.
60.30 3.91 5.
76.10 5.16 8.
88.90 5.49 11
114.30 6.02 16
e estos caños son mostradas en la siguiente tabla
as de los caños para la conducción de cableado eléctrico tipo
Largo comercial 6,4 mts
Shedule 40’’ Consultar por otros espesores
Recubrimiento externo Galvanizado por inmersión en caliente
(0,450 Kg/m2)
Extremos Roscados con cupla.
Características especiales Escarfeado interno.
Propiedades mecánicas del material base:
Tensión de rotura 330 Mpa Tensión de fluencia 205 Mpa
21
(figura 2.4)
xplosiones en
conduit. Peso Teórico Kg/m 1.270 1.690 2.500 3.390 4.050 5.440 8.630 11.290 16.070
la (tabla 2.6):
ipo conduit.
40’’ Consultar por otros espesores
Propiedades químicas
Fósforo max Carbono equivalente max
Ensayos mecánicos
Ensayos no destructivos
Prueba hidrostática
2.3 GALVANIZADO Y SUS ETAPAS
PROCESO
El galvanizado por inmersión piezas de acero con un baño oxidación y corrosión que la h el acero. Este procedimiento contra la corrosión. Su du mantenimiento alguno, esta de
Una parte muy importante del son preparadas las piezas que tratamiento no es aplicado de producto final con buena calid
El plano (figura 2.5), muestra señala en orden los tratamiento
Figura 2.5
Propiedades químicas Azufre max 0.045 Fósforo max 0.05 Carbono equivalente max 0.25 Manganeso 0.95
Ensayos mecánicos Aplastamiento y abocardado
Ensayos no destructivos Corrientes parásitas.
Prueba hidrostática Según tabla en 5 seg - 100 % de los caños.
Y SUS ETAPAS
n en caliente es un tratamiento de protección que o de zinc fundido. Tiene como objetivo princip humedad y contaminación ambiental puedan oca to es el más fiable y económico para la protecció durabilidad es de hasta aproximadamente 50 dependerá del lugar donde se encuentre expuesta l
el método de galvanizado por inmersión es la ma ue van a ser sometidas al galvanizado, en reali e manera correcta corremos el riesgo de que no t lidad.
tra como esta distribuida la planta de galvanizad ntos que son aplicados a los caños.
Figura 2.5 Plano del proceso de galvanizado
22
100 % de los
ue se realiza a cipal evitar la casionar sobre ión del hierro 50 años sin a la pieza [9].
anera en que alidad, si este tengamos un
23
Para este proceso de galvanizado los insumos utilizados son los siguientes [9].
• Zinc metalúrgico en lingotes • Sosa cáustica
• Detergentes Industriales • Ácido clorhídrico • Inhibidores
• Cloruro de amonio • Flux
Aunque el procedimiento de galvanización es sencillo, los procesos metalúrgicos que tienen lugar durante el mismo son bastante complicados.
Los recubrimientos galvanizados se forman por reacción del zinc fundido con el acero. Para que esta reacción tenga lugar es necesario que las superficies de los materiales estén perfectamente limpias, para que puedan ser mojadas por el zinc fundido. Por ello, las primeras etapas del proceso de galvanización tienen por finalidad la obtención de una superficie del acero químicamente limpia, mediante tratamiento de desengrase y de decapado.
A la temperatura normal de galvanización (445ºC – 460ºC) el zinc y el acero reaccionan rápidamente. Las piezas se extraen del baño de galvanización cuando se considera que la reacción se ha completado (normalmente después de unos pocos minutos). Aunque el recubrimiento de zinc queda ya formado en este periodo de tiempo, su estructura interna sigue evolucionando mientras el material está caliente [9].
Las etapas de este proceso son las que se muestran a continuación:
Etapa Nº1 LIMPIEZA O DESENGRASE
Si las piezas están manchadas de aceite o grasa, consecuencia de las operaciones de maquinado, estas piezas deberán ser sumergidas por algunos minutos en la solución caustica fuerte y caliente, o emplear cualquiera de los removedores de grasa.
Una solución común muy buen
S
S
A
Esta solución deberá ser trabaj
Figura 2.6 Tina de limpieza
ena para remover grasa es la siguiente:
Sosa al 58% 57 Kg.
Silicato de sodio 40º Be 4.400 Lt.
Agua 950 Lt.
ajada en caliente, de 88ºC a 94ºC [1].
Etapa Nº2 ENJUAGUE
Después se les da un enjuague
Etapa Nº3 DECAPADO
Como siguiente paso el mat clorhídrico o fluorhídrico), es 2.8).
Figura 2.8
Las incrustaciones y el óxido en una solución diluida de ác ambiente [9]. La preparación mecánica. La limpieza abrasiv propulsados contra el materia velocidad.
ENJUAGUE
ue con agua (Figura 2.7)
Figura 2.7 Enjuague con agua
aterial se somete a un tratamiento con ácidos esto es, para eliminar escoria de soldadura u ó
Figura 2.8 Decapado por baño ácido
o normalmente se sacan de la superficie de acero ácido sulfúrico caliente o ácido hidroclórico a n de la superficie, también puede lograrse con u siva es un proceso por el cual la arena, granalla o rial de acero por chorros de aire o ruedas que
25
os (sulfúrico, óxido (figura
Hay que tener cuidado de q importante eliminar toda la esc
Tanto la temperatura de la sol de Fe2SO4 formado ejercen
temperatura a la que se somet ya que a mayor temperatura se operación es de 15 a 20 min tiempo de decapado [1].
Figura 2.9
La figura 2.9 muestra la elim material en soluciones de acid
Etapa Nº4 ENJUAGUE
Las piezas se someten a otro e
Etapa Nº5 INMERSIÓN EN UN FLUIDIFICANTE
Cuando el material es sacado mayoría de los casos consiste clorhídrico el cual remueve durante su permanencia bajo e
que esta operación sea realizada exitosamente escoria para obtener un resultado perfecto del proc
olución del decapado, la concentración de esta y n gran influencia durante el proceso. La influ eta la solución afecta directamente la rapidez de se necesita menos tiempo para llevarlo a cabo. E inutos, conforme aumente el sulfato de fierro, a
Figura 2.9 Inmersión del material en las soluciones.
iminación del óxido superficial a través de la in ido clorhídrico o sulfúrico.
Nº4 ENJUAGUE
enjuague con agua.
INMERSIÓN EN UN FLUIDIFICANTE
do del agua donde ha estado almacenado, la pr te en sumergir la pieza a una solución poco fue e cualquier herrumbre ligero que pudiera haber
el agua (Figura 2.10) [9].
26
te ya que es oceso.
y la cantidad luencia de la del decapado, . El tiempo de aumentará el
inmersión del
La fluidificación es la etapa galvanizado. Esta inmersión e formen en la superficie del me superficie del fierro o acero. E la planta galvanizadora utiliza galvanizado seco, el acero es de zinc. El material es secado el proceso de galvanizado húm superficie del zinc, por donde
La fluidificación evita la oxid Proporciona uniformidad en el
La pieza necesita ser sumergid totalmente por la solución de sobre el tanque por unos cuant
Etapa Nº6 SECADO
Antes de llegar al proceso de están bien secas, y han alcanza del flujo de sal de amoniaco fu por un tiempo de 8 a 10 horas
Etapa Nº7 GALVANIZADO
Las piezas son suspendidas en alambre tendido, los extremos tiempo necesario para galvan (figura 2.11). En esta etapa, el fundido puro. La temperatura
varía de 445º a 460º C. Las pi para alcanzar la temperatura de
Figura 2.10 Inmersión en Sal Flux
a final en la preparación de la superficie en el elimina los restos de óxidos y previene que otro metal antes de ser galvanizado y facilita la unión
El método para aplicar la inmersión en sal flux de za el proceso de galvanizado seco o húmedo. En e
s sumergido en una solución de cloruro de amon do acuciosamente antes de sumergirlo en el zinc úmedo, se utiliza una capa de sales fundidas que e pasan las piezas al tiempo que entran en el baño
xidación del acero antes de la inmersión en la ti el galvanizado propiamente tal.
gida solamente por unos cuantos segundos hasta de cloruro de zinc. Entonces es retirada y puest
ntos segundos.
e galvanización, las piezas se dejan secar. Cuand zado una condición pegajosa, pueden ser introdu fundida. Se puede dejar que el trabajo permanezc as y aún galvanizará perfectamente al final del tie
Etapa Nº7 GALVANIZADO
en el baño de zinc ya sea por una herramienta e os del cual son torcidos a la vez y prendidos de un anizar variará con el tamaño de la pieza que se
el material está completamente sumergido en un b ra del baño se mantiene en aproximadamente La
piezas fabricadas se sumergen en el zinc el tiemp del baño [9].
27
el proceso de tros óxidos se n del zinc a la depende de si el proceso de onio y cloruro c fundido. En ue flotan en la
ño de zinc.
tina de Zinc.
a que se moje esta a escurrir
ndo las piezas ucidas dentro zca secándose iempo.
especial o un un gancho. El se galvanizará
n baño de zinc
a temperatura
Figura 2.11 Pieza
La pieza deberá sostenerse s (figura 1.12).Las reacciones q tratamiento de galvanizado co Los artículos son enfriados ya sido retirados del baño.
Figura
2.4 INSPECCIÓN
Esta parte del proceso no se necesario realizar la inspección galvanizados es el visual (Fi simples, tantos físicos como recubrimiento, adherencia del
ezas suspendidas y que serán sometidas al galvanizado.
sobre el baño y permitir que escurra por un c s químicas que se producen con la formación y es
continúan luego que las piezas han sido retirada ya sea en agua o aires fríos inmediatamente despu
Figura 2.12 Escurrimiento de las piezas
se considera como una etapa en sí, aunque re ión. El método más importante para la inspección (Figura 2.13). Se puede efectuar una variedad o de laboratorio para determinar espesor, uniform el recubrimiento, y apariencia [10].
28
corto tiempo estructura del das del baño. pués de haber
Figura 2.13
Residuos del proceso
Durante el proceso se crean al se encuentran. Estos residuos s
Desengrase partículas en suspe Enjuague aguas alcalinas, part Decapado lodos de cloruro y h Enjuague aguas asidas, cloruro Inmersión en el flux vapores d Secado vapores de amoniaco, Inmersión en el zinc vapores d
Para realizar este proceso d catalogado para actividades i almacenamiento tanto de ma planta debe tener un sistema ad
Figura 2.13 Inspección de las piezas
algunos residuos que varían dependiendo de la e s son los siguientes:
pensión de aceite. rtículas en suspensión. hierro, vapores ácidos.
ro de amonio.
de amoniaco, goteo al piso. , zinc.
s de zinc, salpicaduras, cenizas.
de galvanizado, la planta debe encontrarse en industriales, además debe disponer de áreas ad aterias primas como de productos terminados, adecuado de vertimientos de desechos [10].
29
etapa en que
30
CAPÍTULO
III
DISEÑO DEL SISTEMA
ELECTRONEUMÁTICO EN
EL PROCESO DE
31
3.1 DESCRIPCIÓN DEL DISEÑO EN EL PROCESO DE GALVANIZADO
El diseño del sistema electroneumático está basado en el proceso visto en los capítulos anteriores. Básicamente es un sistema que no tiene muchas complicaciones tanto en el diseño, como en el manejo. Este ocupará el lugar de un polipasto que se ubicaba en el carro de la grúa (Figura 3.1). El polipasto es el encargado de someter al proceso de inmersión a las piezas en las diferentes tinas (Figura 3.2). Aunque las dimensiones de la grúa con respecto a la altura sea de 6.96 m y la carrera del cilindro es de 0.70 m, no existe problema en el alcance de inmersión de los tubos, la razón es porque se utilizan cadenas que extienden el alcance de los cilindros tal como se hace con el polipasto actualmente colocado.
32
Figura 3.2 Bosquejo del carro de la grúa.
No hay problema de que surjan daños en la estructura del carro o la grúa por el peso del sistema, ya que está diseñado en base a los parámetros de trabajo (Tabla 3.1), y en comparación con el peso del sistema electroneumático que se colocaría es de 80.688 kg (Tabla 3.2), siendo aproximadamente tres veces menor que el peso del polipasto, dando así todavía más oportunidad de aprovechar las capacidades de carga de la grúa.
Tabla 3.1 Parámetros de trabajo (características de la grúa viajera).
GRUA VIAJERA BIPUENTE
CARACTERÍSTICAS GENERALES
CAPACIDAD...5000 Kg. CLARO...1862 cm. VELOCIDAD DEL PUENTE...12 Y 24 m / min. VELOCIDAD DEL CARRO...12..5 m / min.
DATOS DEL POLIPASTO
CAPACIDAD...500 Kg. PESO ESTIMADO...250 Kg. VOLTAJE DE TRABAJO...220 / 240 V.
DATOS DEL CARRO
33
Tabla 3.2 Pesos de los elementos neumáticos y electroneumáticos montados en el carro de la grúa..
Elemento Peso por unidad (kg) Cantidad Pesos totales (kg)
Cilindro doble efecto 20.115 2 40.23 Brida basculante para caballete 9.67 2 19.34 Racor roscado (Reducción) 0.03 2 0.06 Electroválvula 1.21 2 2.42 Bobina de electroválvula 0.065 4 0.26 Acoplamiento para vástago 4.08 2 8.16 Válvula reguladora de caudal 0.204 4 0.816 Racor rápido 0.667 12 0.804 Silenciador con rosca 0.658 4 0.232 Tubo flexible azul 0.1294 10 1.294 Fijación para sensor 0.03 4 0.12 Sensor magnétco 0.085 4 0.34 Brida basculante 3.306 2 6.612
Peso total 80.682
Antes de empezar con el proceso las piezas deben ser enganchadas a las puntas de los dos cilindros neumáticos que se encargarán de soportarlas en todo el recorrido que se hace por etapas (Figura 1.1).
Como el proceso es repetitivo y solo existe una variación tanto al principio como al final del proceso (carga y descarga del material); explicaremos detalladamente lo que sucede en una tina y se debe asumir que esto ocurrirá cada vez que la grúa se detenga en una de las tinas continuas.
En el proceso la grúa se moverá hasta la tina de tratamiento, aquí es donde comienza el funcionamiento del sistema electroneumático.
Un botón de arranque será el encargado de accionar el sistema. Al ponerse en marcha, los cilindros neumáticos se extenderán provocando la inmersión de las piezas en el tratamiento, después de un tiempo programado previamente en el PLC los cilindros se retraerán y sacaran a las piezas del tratamiento. Así esperaran a que se mueva manualmente por medio de la grúa todo el sistema hasta la siguiente tina. Estando nuevamente en posición se procede a accionar nuevamente el sistema electroneumático.
Este procedimiento se repetirá 6 veces más en las diferentes tinas y con diferentes tiempos dependiendo de la sustancia en la cual fue sumergida.
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3.2 DIAGRAMAS ELECTRONEUMÁTICOS
El sistema cuenta con una válvula de seguridad pues siempre se debe considerar cualquier eventualidad (revisión de los dispositivos del sistema), además es recomendable tener éste dispositivo de seguridad para una mayor protección de los trabajadores en el caso de que necesiten arreglar el sistema o simplemente para darle mantenimiento, al igual que se puede dejar el sistema sin aire al terminar la jornada de trabajo. Adicionalmente se cuenta con una unidad de mantenimiento para suministrar aire en condiciones óptimas de trabajo (8 a 10 bar), así como una válvula reguladora de presión para los casos en que sea necesario ajustarla por caídas de presión del sistema, debido a fugas en las tuberías ó en algún dispositivo neumático en momentos en los cuales no se pueda detener el sistema (Al estar a la mitad de alguno de los procesos de inmersión).
Básicamente el sistema cuenta con 2 actuadores neumáticos (cilindros neumáticos de doble efecto), que son en realidad la base del sistema pues ellos se encargan de sostener las piezas y de sumergirlas en los tratamientos. Es posible que en algún momento sea necesario regular la cantidad de aire que entra en los cilindros (Por caídas de presión imprevistas y pruebas de mantenimiento), y por ello se tienen válvulas reguladoras de caudal posicionadas antes de una entrada y salida del cilindro. El accionamiento en un sentido u otro será cuando las electroválvulas cambien de estado; pero eso se verá en temas posteriores.
Cabe aclarar que en cada cilindro se tienen dos sensores que nos detectaran si el cilindro se encuentra extendido o retraído. En las figuras 3.3 y 3.4 estos sensores están representados con la letra “S” seguida del número de sensor.
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Figura 3.3 Diagrama del sistema electroneumático en su estado inicial [16].
La figura 3.4 muestra el sistema después de ser accionado y como es que cambia el estado de los dispositivos. En este caso las electroválvulas y la válvula de paso han cambiado de posición y los cilindros se han extendido para llevar a cabo el proceso de inmersión.
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![Figura 3.4 Diagrama del sistema electroneumático en posición de inmersión de piezas [16]](https://thumb-us.123doks.com/thumbv2/123dok_es/4937312.74040/44.612.81.535.34.333/figura-diagrama-del-sistema-electroneumatico-posicion-inmersion-piezas.webp)
![Figura 3.5 Grafica de relación presión de aire Fuerza para determinar el diámetro del embolo [4]](https://thumb-us.123doks.com/thumbv2/123dok_es/4937312.74040/47.612.155.460.67.274/figura-grafica-relacion-presion-fuerza-determinar-diametro-embolo.webp)
