Dise No Sistema Electron e Um

8/17/2019 Dise No Sistema Electron e Um

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TUTO POLIT CNICO NACI

UELA SUPERIOR DE INGENIMECÁNICA Y ELÉCTRICA

AD PROFESIONAL ADOLFO L PEZ MA

RTAMENTO DE INGENIER A EN CONTAUTOMATIZACIÓN

SISTEMA ELECTRONEUMÁTICOLVANIZADO DE TUBERÍAS PARA

VESTIGACIÓN: “REGISTRO SIP 20082

CIONAMIENTOS SERVOCONTROLADO

AS DE CONTROL DE MOVIMIENTO

REPORTE TÉCNICO

RA OBTENER EL TÍTULO DE

EN CONTROL Y AUTOMATIZACI

UHPILLI PINALES VENADERO

AVID MÁRQUEZ HERNÁNDEZ

ASESORES:C. PEDRO HUERTA GONZ LEZ

ONE CECILIA TORRES RODRÍGUEZ

MÉXICO D.

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29”

PARA

F., MAYO 2008


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AGRADECIMIENTOS

AL ÚNICO Y SABIO DIOSPor 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 mejorcompañía 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 yconocimientos 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 ESIMEForjadores 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

reflexiones." Max Planck


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RESUMENEl galvanizado es un recubrimiento muy utilizado en la industria, en el siguiente trabajo es explicadoeste 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 realmentefactible, en consecuencia se comienza por explicar cómo se lleva a cabo el proceso en la actualidad encada una de las etapas del proceso. Además se explica de manera concisa el porqué darle tratamientoa estas piezas, así como las diferentes aplicaciones pues como se verá tiene grandes ventajas en relacióncon 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 seavance en el trabajo se reafirman las razones de porque galvanizar. Pero como en toda la industria lasideas nunca cesan y en cualquier campo existe la posibilidad de innovar los sistemas para obtener másbeneficios.

¿Cómo es posible diseñar un sistema neumático para este proceso? Es una pregunta que se vacontestando desde el capitulo 3; pues muestra a base de datos y gráficos, que es un sistema posible deinstalar en el proceso de galvanizado. Y que además se siguen utilizando los mismos elementos que yase tienen en la empresa, pues solamente es sustituido el elemento encargado de la inmersión de laspiezas (polipasto).

Pero como en todo, tiene que existir un motivo por el cual se diseñe este sistema y por ello se planteade manera sencilla la versatilidad y rentabilidad del diseño.


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ÍNDICE

CAPÍTULO I.- INTRODUCCIÓN AL TRABAJO 1

1.1 OBJETIVO GENERAL 21.2 JUSTIFICACIÓN DEL TRABAJO 2

1.3 ANTECEDENTES SOBRE EL SISTEMA A DESARROLLAR 21.4 FUNDAMENTOS DE LA PLANTA DE GALVANIZACIÓN 41.4.1 GALVANIZADO POR INMERSIÓN EN CALIENTE 61.4.2 CARACTERÍSTICAS DEL GANVANIZADO 7

1.4.2.1 ¿CÓMO EL GALVANIZADO PROTEGE AL ACERO? 71.4.2.2 VENTAJAS 10

1.4.3 SEGURIDAD 121.4.4 RECUBRIMIENTOS DE ACERO 131.4.5 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 172.2 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS CAÑOS 172.3 GALVANIZADO Y SUS ETAPAS 222.4 INSPECCIÓN 28

CAPITULO III.-DISEÑO DEL SISTEMA ELECTRONEUMÁTICO EN EL PROCESO DEGALVANIZADO

30

3.1 DESCRIPCIÓN DEL DISEÑO EN EL PROCESO DE GALVANIZADO 313.2 DIAGRAMAS ELECTRONEUMÁTICOS 343.3 DETERMINAR LA CAPACIDAD DE LOS CILINDROS 373.4 DIAGRAMAS DE OPERACIÓN 403.5 MASA DE LA CARGA 443.6 DISPOSITIVOS DE ENTRADA 46

3.7 DIAGRAMAS ELÉCTRICOS 473.8 UTILIZACIÓN DEL PLC 503.9 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 594.2 ANÁLISIS DE LOS COSTOS Y TIEMPO DE INVERSIÓN DEL PROYECTO 594.3 ANÁLISIS COSTO-BENEFICIO Y TIEMPO DE RECUPERACIÓN DE LA INVERSIÓN 634.4 DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE RELACIÓN DE COSTO-BENEFICIO 67

CAPITULO V.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 69

5.1 RECOMENDACIONES DE MANTENIMIENTO 705.2 CONCLUSIONES 71

ANEXOS 72

GLOSARIO 89

SIMBOLOGÍA 91

BIBLIOGRAFÍAS Y REFERENCIAS 94


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ÍNDICE DE FIGURAS

CAPÍTULO I.- INTRODUCCIÓN AL TRABAJO

Figura 1.1 Proceso de galvanizado general en instalación discontinua 5Figura 1.2 Tubos galvanizados 5

Figura 1.3 Esquema de una instalación de galvanización en continuo de chapa. 6Figura 1.4 Metal con parte oxidada y parte galvanizada 7Figura 1.5 Recubrimiento de zinc en acero 7Figura 1.6 Diagrama de dureza de los recubrimientos galvanizados 8Figura 1.7 Galvanizado por inmersión en caliente 13Figura 1.8 Terminados en recubrimientos galvanizado y pintura 13Figura Principales aplicaciones del galvanizado de acero 14

CAPÍTULO II.- PROCESO DE GALVANIZADO PARA LOS CAÑOS

Figura 2.1 Etapas del proceso de galvanizado 17Figura 2.2 Caños de acero galvanizado para la conducción de fluidos 18Figura 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. 21Figura 2.5 Plano del proceso de galvanizado 22Figura 2.6 Tina de limpieza 24Figura 2.7 Enjuague con agua 25Figura 2.8 Decapado por baño ácido 25Figura 2.9 Inmersión del material en las soluciones 26Figura 2.10 Inmersión en sal Flux 36Figura 2.11 Piezas suspendidas y que serán sometidas al galvanizado 28Figura 2.12 Escurrimiento de las piezas 28Figura 2.13 Inspección de las piezas 29

CAPITULO III.- DISEÑO DEL SISTEMA ELECTRONEUMÁTICO EN EL PROCESO DEGALVANIZADO

Figura 3.1Bosquejo de la grúa. 31Figura 3.2Bosquejo del carro de la grúa. 32Figura 3.3 Diagrama del sistema electroneumático en su estado inicial. 35Figura 3.4 Diagrama del sistema electroneumático en posición de inmersión de piezas. 35Figura 3.5 Grafica de relación presión de aire Fuerza para determinar el diámetro del embolo 38Figura 3.6 Nomograma para la determinación de cargas y carreras con vástagos normales (N) yreforzados (S,), válidos para un tipo de cilindro determinado. (Cortesía de FESTO)”

39

Figura 3.7 Simulación del cilindro neumático. 40Figura 3.8 Diagrama de operaciones “Tina de desengrase” 41Figura 3.9 Diagrama de operaciones “Primera tina de enjuague” 41Figura 3.10 Diagrama de operaciones “Tina de decapado” 42

Figura 3.11 Diagrama de operaciones “Segunda tina de enjuague” 42Figura 3.12 Diagrama de operaciones “Tina de inmersion en flux” 43Figura 3.13 Diagrama de operaciones “Tina de flujo de sal de amoniaco” 43Figura 3.14 Diagrama de operaciones “Tina de baño de zinc” 44Figura 3.15 Accesorios de los cilindros neumáticos 47Figura 3.16 Diagrama electroneumático “activación de las electroválvulas EV1 y EV3” 48Figura 3.17 Diagrama electroneumático “Activación de las electroválvulas EV2 y EV4” 49Figura 3.18 Elementos de entrada 51Figura 3.19 Elementos de salida 52Figura 3.20 Diagrama de conexiones 53


7/103

Figura 3.21 Conexión del cable 1761-CBL-PM02 54Figura 3.22 Conexión punto a punto 54Figura 3.23 Diagrama de flujo del sistema electroneumático 55Figura 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 62Figura 4.2 Gráfica de rendimiento en costos y tiempo de sistemas convencional y electroneumático 65Figura 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 73Figura B.II Brida basculante 75Figura B.III Brida basculante 75Figura B.IV Electroválvulas de impulsos JMFH-5-1/2 76Figura B.V Bobinas compuestas con conectores msfg-24 dc/42 ac 77Figura B.VI Acoplamiento para vástago S6-M36X2 78Figura B.VII Racores roscados y accesorios 79Figura B.VIII Regulador de caudal GRLA-1/2-B 79Figura B.IX Racor rápido QS-1/2-16 80Figura B.X Silenciador con rosca U-1/2 82Figura B.XI Tubo flexible azul PUN-16X2,55 BL 83Figura B.XII Unidad de mantenimiento con purga automática FRC-3/4-D-MAXI-A 83Figura B.XIII Válvula de arranque HEE-D-MAXI-24 84

Figura B.XIV Fijación para emisor SMB-2B 85Figura 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) 87Figura C.II PLC micrologix 1100 88


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ÍNDICE DE TABLAS

CAPÍTULO I.- INTRODUCCIÓN AL TRABAJO

Tabla 1.1 Velocidad de corrosión del zinc en diferentes atmosferas 9Tabla 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 18Tabla 2.2 Caracerísticas tecnicas de los caños de acero galvanizado para la conducción de fluidos. 18Tabla 2.3 Dimensiones de los caños para la conducción de agua, gas, vapor, petroleo, aire presurizadoy fluidos no corrosivos

19

Tabla 2.4 Características tecnicas de los caños para la conducción de agua, gas, vapor, petróleo, airepresurizado y fluidos no corrosivos.

20

Tabla 2.5 Dimensiones de los caños para la conduccion de cableado electrico tipo conduit. 21Tabla 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 DEGALVANIZADO

Tabla 3.1 Parámetros de trabajo (características de la grúa viajera). 32Tabla 3.2 Pesos de los elementos neumáticos y electroneumáticos montados en el carro de la grúa. 33Tabla 3.3 Elementos del diagrama electroneumático. 36Tabla 3.4 Parámetros para el diseño del cilindro. 39Tabla 3.5 Masas de los caños galvanizados. 44Tabla 3.6 Tabla de accesorios de los cilindros neumáticos. 47Tabla 3.7 Asignación de entradas y salidas (E/S). 50

CAPÍTULO IV.- ANALISIS DE RESULTADOS Y COSTO –BENEFICIO

Tabla 4.1 Lista de material 59Tabla 4.2 Gastos técnicos y administrativos. Salarios para el personal que intervienen costos delproyecto

60

Tabla 4.3 Costos Totales de proyecto 61Tabla 4.4 Precios de tubos 62Tabla 4.5 Crecimiento porcentual de la producción en base a demanda mundial de acero y productosderivados 1998 -1999

63

Tabla 4.6 Principales empresas productoras de acero y productos derivados, 1999. 64Tabla 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 74Tabla B.II Características y propiedades de las electroválvulas de impulsos JMFH-5-1/2 76Tabla B.III Características y propiedades de las bobinas compuestas con conectores msfg-24 dc/42ac

77

Tabla B.IV Acoplamiento para vástago S6-M36X2 78


9/103

Tabla B.V Características y propiedades de los racores roscados y accesorios 79Tabla B.VI Características y propiedades del regulador de caudal GRLA-1/2-B 80Tabla B.VII Características y propiedades del Racor rápido QS-1/2-16 81Tabla B.VIII Características y propiedades del Silenciador con rosca U-1/2 82Tabla B.IX Características y propiedades del tubo flexible azul PUN-16X2,55 BL 83Tabla B.X Caracteristicas y propiedades de la Unidad de mantenimiento con purga automática 84Tabla B.XI Características y propiedades de la válvula de arranque HEE-D-MAXI-24 85Tabla B.XII Caracteristicas y propiedades sensor magnético SMEO-1-LED-24 B 86


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CAPÍTULO

I

INTRODUCCIÓN ALTRABAJO


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1.1 OBJETIVO GENERAL

Diseñar un sistema neumático para la inmersión de los caños en las diferentes tinas delproceso. Este sistema será adaptado al carro de la grúa ubicado en el área de trabajo elcual 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 unproceso de galvanizado el cual es controlado manualmente por medio de una grúa. Estagrúa a su vez tiene montado un carro en el cual se encuentra un polipasto encargado desostener las piezas así como de someterlas a un proceso de inmersión que se lleva a cabopara el galvanizado.

Se ha podido observar, que cuando se someten las piezas a los diferentes tipos detratamientos, se tienen diferentes tiempos de inmersión, que por ser un manejo manual noson precisos y que repercuten en la calidad de las piezas al galvanizarlos de maneradeficiente. Además de que el polipasto que se usa para cargar el material no soportacargas tan grandes, lo que limita la producción.

Es por ello, que se decidió diseñar un sistema electroneumático que ayude a tener tiemposprecisos para permitir mejorar la calidad del proceso y que a su vez incremente laproducción, pues este sistema podría soportar cargas mucho más grandes que el sistemaempleado hasta ahora.

Cabe aclarar que el sistema neumático es en realidad la base del diseño en este proceso, lacausa 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 queactualmente se cuenta.

1.3 ANTECEDENTES SOBRE EL SISTEMA A DESARROLLAR

En 1742 el químico francés Melouin presentó a la real academia francesa un estudiosobre 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 hierrocubiertas 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 tanbrillantes que no se ve un solo punto negro en ellas, entonces se frotan con una soluciónsal amoniacal, y posteriormente se sumergen en una marmita conteniendo zinc derretido”.También se refiere a una segunda inmersión para obtener una capa más gruesa.

Los clavos cubiertos con zinc se mencionan en 1805 en una patente americana porHobson, Silvestre y Moorhouse, que describía un método para entablar barcos, techarcasa y alinear caños de agua con zinc laminado y recomendaba el uso de “clavos


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cubiertos con zinc” para adherir las hojas de zinc a los costados de los barcos u otrassuperficies.

En el año de 1836, el químico francés Sorel patento un sistema práctico de sumergir elhierro 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 untiempo aproximado de 12 a 14 horas, después de dicho tiempo se introducía en unasolución de acido clorhídrico y luego secado en un horno o lugar caliente. Se usabacloruro de amonio para cubrir el zinc.

Después de la inmersión los artículos eran colocados en agua fría, frotándolos con arenasy secados con aserrín. Los métodos de Sorel abrieron el camino para el desenvolvimientocomercial del galvanizado.

Hay reportes de plantas galvanizadoras instaladas en Solingen, Alemania en 1897 y enAustria, cerca de Viena en 1851, pero el progreso más rápido ocurrió indudablemente enInglaterra.

En 1850 las galvanizadoras británicas utilizaban diez mil toneladas de zinc anualmente, ysus productos ocuparon un lugar prominente en la feria mundial que se llevó a cabo alaño siguiente en el palacio de cristal de Londres, donde se exhibió un gran número deproductos galvanizados para demostrar la innumerable cantidad de artículos a los que sepuede aplicar el proceso de galvanizado.

El hierro corrugado, un nuevo producto que apareció en el año de 1844, pronto empezó agalvanizarse 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 susmayores desventajas, entonces como ahora, era la dificultad para evitar los prejuicioscontra su apariencia.

Sin embargo, se desarrollo un gran comercio de exportación. Los colonizadores enAmérica y Australia apreciaron sus ventajas como material de construcción y su usoaumentó rápidamente en esos países.

La primera compañía telegráfica se registró en Inglaterra en 1850, y usaba alambregalvanizado que había sido sumergido en manojos o rollos. También se utilizaba conalgún éxito la galvanización en el telégrafo submarino y una importante firma británicainstaló en 1856 una planta galvanizadora para manufacturar 10 toneladas de alambre a lasemana para el primer alambre telegráfico del atlántico.

El alambre galvanizado se empezó a usar también para puentes colgantes, que estabansiendo introducidos. Un notable ejemplo es el puente de Broklyn de nueva york.


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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 desus 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 otrascosas más que pueden ser recubiertas con este material que permiten un tiempo de vidaútil bastante largo, nos demuestran la importancia del galvanizado.

“No escatimamos en la importancia del galvanizado y por ello la industria se ha dado a latarea de encontrar más utilidades para este proceso; pero esto quiere decir que tambiénlos 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 hierroy el acero frente a la corrosión que experimentan estos materiales cuando se exponen a laatmósfera, las aguas y los suelos [1].

Consiste en la formación de un recubrimiento de zinc sobre las piezas y productos dehierro 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 procesode preparación superficial.

Durante la inmersión en el zinc fundido, se produce una reacción de difusión entre el zincy 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 quedancubiertas por una capa externa de zinc puro. El resultado es un recubrimiento de zincunido metalúrgicamente al acero base mediante diferentes capas de aleaciones zinc-hierro.

Desde el punto de vista industrial se distinguen tres tipos principales de instalaciones o

procedimientos de galvanización:


14/103

Instalaciones disconti

Son aquellas en las que se gal(desde tornillería hasta elemeautomatización del proceso.

realiza por vía química. Enproceso (figura 1.1)

Figura 1.1 Proc

Instalaciones automáti

Permiten la galvanización detuberías, etc. (figura 1.2) Etambién por vía química (en amateriales a través de lasautomatizado.

Instalaciones continua

La galvanización del alambre

líneas de galvanización que tprevia a la inmersión en el bamás frecuente en el alambre)sistema más ampliamente em

uas o de galvanización general

vanizan piezas y productos de peso y tamañostos estructurales de gran tamaño), por lo quen este tipo de instalaciones la preparación s

l esquema siguiente se ilustran las principale

so de galvanizado general en instalación discontinua

cas y semiautomáticas

productos en serie, tales como tubos, perfiles, aestas instalaciones la preparación superfici

lgunos casos por chorreo abrasivo), y el movidistintas etapas del proceso está total o

Figura 1.2 Tubos galvanizados

s

(en carretes) y de la banda y fleje (en bobinas)

rabajan en continuo y en las que la preparacióo de zinc puede realizarse por vía química (coo por vía termoquímica en hornos de atmósferleado para el fleje y la banda.

uy diversoso es fácil laperficial se

s etapas del

ccesorios del se realizaiento de losarcialmente

e efectúa en

n superficialo es el caso

a apropiada,


15/103

Figura 1.3 Esquema de una instalación de galvanización en continuo de chapa. 1Alimentación en bobina. 2 Cizallado de las colas. 3 Unión de las bobinas porsoldadura. 4 Acumulador de entrada de la banda. 5 Horno de oxidación-reducción yhomogeneización de la estructura. 6 Inmersión en zinc fundido. 7 Escurrido conchorro de aire o vapor. 8 Zona de enfriamiento. 9 Enderezado. 10 Pasivación porcromatado. 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 esencialespara la utilización económica de estos metales como materiales de construcción. Laprescripción en el proyecto de un buen sistema de protección supone una economíaconsiderable, ya que se ahorran gastos de conservación y se evitan las interrupciones enel 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 unbaño 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 corrosiónque soluciona muchos problemas en la mayoría de las aplicaciones industriales. Variasindustrias incluyendo transporte de químicos se han usado extensivamente el proceso degalvanizado por inmersión en caliente para combatir la corrosión [1].

El valor del galvanizado por inmersión en caliente se basa en la resistencia a la corrosióndel zinc que en la mayoría de las condiciones de servicio es considerablemente mayor

que la del acero y el hierro. Además de formar una barrera física contra la corrosión elzinc al ser aplicado por inmersión en caliente protege de forma catódica al aceroexpuesto. Además de esto el proceso se ve favorecido por su bajo costo de mantenimientodebido a que favorece la larga vida del acero galvanizado.


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1.4.2 CARACTERISTICAS

Es un procedimiento químicolas impurezas (corrosión, grasfundido a una temperatura de

1.4).

Figura 1.

El delgado recubrimiento extedel acero (Figura 1.5).

Fig

1.4.2.1 ¿C MO EL GALV

El recubrimiento consiste emetalúrgicamente al acero ba

Como una protección-barrermetalúrgicamente unido que caleación zinc-hierro la cual ti

exterior flexible con una adhe

Una característica adicional dzinc-hierro crece perpendicullas esquinas y aristas de losgrueso que en el recubrimientipos de recubrimientos protelos materiales.

DEL GALVANIZADO

mediante el cual se evita la oxidación del acero,a, polvo, ... etc), y sumergiendo la pieza en un b450ºC con la intención de obtener una aleación

Metal con parte oxidada y parte galvanizada

rno (100% zinc) retarda la corrosión y alarga la

ra 1.5 Recubrimiento de zinc en acero

NIZADO PROTEGE AL ACERO?

una progresión de capas de aleación zinc-fe.

el galvanizado provee un recubrimiento teubre completamente la superficie del acero conene mayor dureza que el acero base. Esto pro

sión más fuerte y una excepcional resistencia a

el galvanizado por inmersión en caliente es qurmente a la superficie del acero. El efecto queateriales es que el recubrimiento ahí es gener

to de alrededor. Esto es un marcado contrasttores que tienden a adelgazarse en las esquinas

eliminandoaño de zinc(Figura

vida útil

ierro unidas

naz de zincuna capa deee una capa

a abrasión.

e la capa desto tiene enlmente máshacia otrosy aristas de


17/103

El recubrimiento de galvanizado es por esta causa más resistente al deterioro físico queuna capa de pintura. Aparte de que la totalidad de la superficie de las piezas quedarecubierta tanto interior como exteriormente. Igualmente ocurre con las rendijasestrechas, los rincones y las partes ocultas de las piezas, que no quedan bien protegidaspor otros tipos de recubrimientos.

Incluso es interesante señalar que si en el recubrimiento hay pequeñas áreas aldescubierto (tales como raspaduras) por mal manejo, estas quedan igualmente protegidascontra la oxidación. Ello se debe a la diferencia de potencial electroquímico entre el zincy el hierro, por lo que el primero se consume con preferencia a este último y leproporciona de esta manera una “protección de sacrificio o catódica”. Este tipo deprotección 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 lostratamientos a base de pinturas o recubrimientos plásticos.

Resistencia a la abrasión

Los recubrimientos galvanizados poseen la característica casi única de estar unidosmetalúrgicamente al acero base, por lo que poseen una excelente adherencia. Por otraparte, al estar constituidos por varias capas de aleaciones zinc-hierro, más duras inclusoque el acero, y por una capa externa de zinc que es más blanda, forman un sistema muyresistente a los golpes y a la abrasión (Figura 1.6) [7].

Figura 1.6 Diagrama de dureza de los recubrimientosgalvanizados

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

pilas de corrosión que puedan formarse y se irá consumiendo lentamente paraproporcionar protección al acero. Mientras exista recubrimiento de zinc sobre lasuperficie del acero, éste no sufrirá ataque corrosivo alguno.


18/103

o Restauración de zonas desnudas. Los productos de corrosión del zinc, que soninsolubles, compactos y adherentes, taponan las pequeñas discontinuidades quepuedan producirse en el recubrimiento por causa de la corrosión o por dañosmecánicos (golpes, arañazos, etc.).

Corrosión atmosférica

La duración de la protección que proporcionan los recubrimientos galvanizados frente ala corrosión atmosférica es extremadamente alta y depende de las condicionesclimatológicas 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 loscloruros (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 deCorrosividad

AmbientePérdida media anual deespesor de zinc (µm)

C1 Muy baja Interior: Seco 0,1

C2 BajaInterior: Condensación

ocasional0,1 a 0,7

C3 Media

Interior: Humedadelevada y alguna

contaminación del aire

Exterior: Urbano nomarítimo y marítimo

de baja salinidad

0,7 a 2,1

C4 Alta

Interior: Piscinas,plantas químicas, etc.Exterior: Industrial no

marítimo, y urbanomarítimo

2,1 a 4,2

C5 Muy alta

Exterior: Industrialmuy húmedo o conelevado grado de

salinidad

4,2 a 8,4

Corrosión en agua dulce

El acero galvanizado resiste generalmente bien la acción corrosiva de las aguas naturales,ya que el anhídrido carbónico y las sales cálcicas y magnésicas que normalmente llevanen disolución estas aguas ayudan a la formación de las capas de pasivación del zinc, que


19/103

son inertes e insolubles y aíslan al recubrimiento de zinc del subsiguiente contacto con elagua.

La dilatada experiencia existente en el empleo de acero galvanizado en utilizacionesrelacionadas 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 deaguas.

Corrosión en agua de mar

Los recubrimientos galvanizados resisten bastante bien el ataque corrosivo del agua demar. Ello se debe a que los iones Mg y Ca presentes en este agua inhiben la accióncorrosiva 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 puedenresumirse 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 laatmósfera y el producto de la oxidación, que es esencialmente un óxido de hierrohidratado, y que no protege al metal base, por cuyo motivo este sigue atacándose y llega adestruirse totalmente.

Una forma de evitar el óxido o corrosión, es cubrir la superficie con una barreraimpermeable para evitar que la humedad o el aire lleguen al metal. Las capas de pinturalo 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. Unavez que esto sucede, el metal empieza a oxidarse y se deteriora rápidamente.

Pinturas vs galvanizado

Las estructuras de hierro o acero tienen una vida más larga si son galvanizadas antes depintarlas, además de esta importante ventaja el galvanizado presenta las siguientes:


20/103

• Las piezas galvanizadas no necesitan empaque ni manejo especial para cuidar elrecubrimiento.

• No necesitan retoques en campo ya que el acabado no se daña con el traslado einstalación.

• 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 delaño porque es independiente de las condiciones del clima.

• El rango de resistencia del acero galvanizado va de -60ºC a 200ºC a diferencia de lamayoría de las pinturas que pueden tener problemas con temperaturas arriba de los93ºC.

• Gracias a la protección catódica y física que brinda al acero galvanizadoproporciona un sistema libre de corrosión en la mayoría de los climas de 75 años omás.

• La reacción metalúrgica a que se produce a 450ºC garantiza un espesor uniformedel recubrimiento a diferencia de la pintura deja las esquinas y bordes con capasmás finas que son más susceptibles al daño pro corrosión.

• La unión del acero y el zinc en el proceso de galvanizado en caliente crea unaaleación que es 10 veces más resistente que cualquier recubrimiento de pintura.

• Con una dureza mayor al del acero al natural el acero galvanizado provee unrecubrimiento durable y resistente a las abrasiones. (Véase Tabla 1.2)

Tabla 1.2 Comparación de galvanizado y recubrimiento con pintura

Acero Galvanizado porInmersión en Caliente

VS Acero con pintura

No Manejo especial Papel protector ames yseparadores de maderaNo Requiere retoque Si

Fábrica Lugar de Aplicación Campo o fábricaNo Depende del clima Si

-60°C a 200°C Rango de temperatura 3.9 mils(Acero de ¼)

Espesor del recubrimiento Variable

3600 psi Adherencia 300-600 psi

179 a 250 DPN ResistenciaDureza/Abrasión

Varía de acuerdo al tipo

75 años Vida útil a la intemperie 12-15 años


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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 sobreprácticamente cualquier artículo o pieza de hierro o acero. Los recubrimientos

galvanizados en caliente son uno de los pocos sistemas de protección del acero que estánperfectamente 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 paralámina de acero galvanizada por el proceso de inmersión en caliente.

o

NOM B-177-1990 Tubos de acero con o sin costura, negros ygalvanizados por inmersión en caliente.

o NOM H-004-1996 Recubrimiento de zinc por el proceso de inmersión encaliente 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 mediantesencillos medidores magnéticos o electromagnéticos son suficientes, en la mayoría de loscasos, para juzgar sobre la calidad de los recubrimientos galvanizados.

La amplia experiencia existente y las numerosas pruebas realizadas demuestran que elgalvanizado no modifica la resistencia a la tracción, el límite elástico y el alargamiento delos aceros comunes.

En el caso de los aceros laminados en frío puede haber alguna pequeña variación depropiedades, debido a que la temperatura de galvanización (450°C) puede producir unefecto de alivio de las tensiones introducidas en el laminado. En algunos casos este efectopuede aumentar ligeramente la resistencia a la tracción y en otros disminuirla. Noobstante, en ningún caso la variación de estas propiedades supera el 10% de sus valoresnormales y, por lo tanto, no tienen significación en el contexto de las características deresistencia de las construcciones metálicas.


22/103

1.4.4 RECUBRIMIENTOS

Hay 3 tipos de recubrimientoplanchas para cubiertas ygalvalume, que es una alea

recubrimiento en base de zin(Figura 1.7). El tercer recubrcolocada sobre un “primer”galvalume (Figura 1.8) [7].

Figura

Figura 1.8 Te

EL ACERO

del acero que se usa especialmente para la con paredes de acero, estos recubrimientos son

ión de aluminio, zinc y silicio. El galvani

c, este puede ser por inmersión en caliente óimiento es el prepintado, que es una pintura ty este a su vez sobre un acero recubierto c

1.7 Galvanizado por inmersión en caliente

rminados en recubrimientos galvanizado y pintura

strucción de: aluzinc óado es una

electrolíticopo poliéstern aluzinc ó


23/103

1.4.5 PRINCIPALES APLICACIONES DEL GALVANIZADO

En la industria de la galvanización las aplicaciones principales más comunes se muestran enla figura 1.9 [7].

EDIFICACIÓNEstructuras, Carpintería,

Escaleras, Barandillas, Vallados,Condiciones, Andamios.

INSTALACIONESINDUSTRIALESNaves, Estructuras, Depósitos yTuberías.

GRANDES ESTRUCTURAS Puentes, Túneles, Torres yMástiles.

AUTOMOCIÓNChasis, Carrocerías y PiezasDiversas de Automóviles yCamiones.

ARMADURASGALVANIZADASPARA HORMIGÓNEstructura, ConstruccionesPortuarias, Tableros de Puentes,Paneles de Fachada,Prefabricados de Hormigón.

AGRICULTURA Y GANADERÍAInvernaderos, Silos, Almacenes,Establos y Corrales, InstalacionesAvícolas, Cercados y Equipos deIrrigación.

EQUIPAMIENTOS DECARRETERAS Pasarelas, Pórticos deSeñalización, Barreras de

Seguridad, Pantallas Acústicas,Parapetos.

ELEMENTOS DE UNIÓNTortillería, Clavos, Fijaciones yAccesorios de Tuberías.

MOBILIARIO URBANOFarolas, Semáforos, Contenedores,Marquesinas, Bancos,Instalaciones para Parques yJardines.

DEPORTE Y TIEMPO LIBREEstadios, Piscinas, Polideportivos,Teleféricos y Telesillas, ParquesInfantiles.

ELECTRICIDAD YTELECOMUNICACIONESTorres y Subestaciones Eléctricas,

Antenas d e Telefonía, Repetidoresde Televisión.

TRANSPORTECatenarias de Ferrocarril,Estaciones, Terminales,

Embarcaderos, Almacenes eInstalaciones Auxiliares,Construcción Naval.

Figura Principales aplicaciones del galvanizado de acero


24/103

1.5 CONTENIDO DEL TRABAJO

En el trabajo describe básicamente la posibilidad de diseñar un sistema electroneumáticoa un carro de una grúa viajera, dicha grúa tiene ayuda en la galvanización de tubos paracaños.

El capitulo uno, contiene el objetivo y la justificación del trabajo, así como losantecedentes del trabajo. Este capítulo da además una visión de lo que es el proceso degalvanizado, desde sus características, ventajas y aplicaciones que se encuentran en lavida cotidiana. No está por demás decir que contiene razones por las cuales este tipo derecubrimiento es uno de los mejores y más usados.

El capitulo dos, se enfoca al proceso de galvanizado en el cual se pretende diseñar elsistema, describiendo cada una de las etapas que intervienen en dicho proceso. Cabeaclarar 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 querepresentan al sistema (diagramas electroneumáticos y diagramas de conexión). En esemismo sentido se selecciona los cilindros con los cuales el sistema puede trabajar basadosen los pesos de la carga impuesta, así como los elementos que intervienen directamenteen el control del sistema. Estos elementos están implantados tanto en el sistema comofuera de él.

El capitulo cuatro no es más que el análisis de costo-beneficio y demuestra que tanrentable es seria la colocación del diseño en el sistema. Este es comparado con el equipoque actualmente se encuentra montado (polipasto) y muestra a base de números lorentable que sería dicho diseño.

El capitulo cinco, hace referencia a el tipo de mantenimiento que se tiene que dar alsistema electroneumático en un determinado tiempo; es decir, que tendrá un tratamientodiferente de acuerdo el número de días en los que se ha trabajado con el sistema. Y seconcluye con una explicación del porque utilizar este sistema en lugar del queactualmente se tiene.


25/103

CAPÍTULO

II

PROCESO DEGALVANIZADO PARA LAS

TUBERÍAS DE ACERO


26/103

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 yrecubrimiento 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 (Véasefigura 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

Los caños de conducción son conformados en frío y soldados mediante el proceso ERW(Soldadura por Resistencia Eléctrica) a partir de flejes de acero laminado en caliente. Loscaños de conducción se clasifican de la siguiente manera:


27/103

Caños de acero galva

Conducción de agua, aire yredes de aire acondicionadoincendio.

Figura 2.2 Caño

Tabla 2.1 Dimensiones de

Diámetro Nomin

Pulgadas½¾1

1 ¼1 ½

22 ½

34

Las caracteristicas tecnicas de

Tabla 2.2 Caracerísticas tecnic

Lar

Recubrimi

Característic

nizado para la conduccion de fluidos (figura

tros fluidos de uso general. Circulación de agó calefacción y redes industriales ó domicil

s de acero galvanizado para la conduccion de fluidos

los caños de acero galvanizado para la conducción de flu

l Espesor Nominal Peso

mm mm21.30 2.35 126.170 2.35 133.40 2.90 242.20 2.90 248.30 2.90 360.30 3.25 476.10 3.25 588.90 3.65 7114.30 4.05 11

estos caños son las mostradas en la tabla 2.2.

as de los caños de acero galvanizado para la conducción

o comercial 6,4 mts

Shedule 40’’ Consultar por otros espes

nto externo

Galvanizado por inmersión en(0,450 Kg/m2)

Extremos Roscados.

s especiales Escarfeado interno.

.2)

ua ó aire enarias contra

idos

Teórico

g/m101126208832255584854693.040

e fluidos.

res

caliente


28/103

Propiedades mecánicas del

TenAlargamiento porcen

Propiedad

Carbono equi

Ensayo

Prueba

Caños para la condfluidos no corrosivos

Figura 2.3 Caños para la con

Tabla 2.3 Dimensiones de los cañ

Diámetro NominPulgadas

½¾1

1 ¼

1 ½2

2 ½34

aterial base:

ión de rotura 320 a 520 N/mm2ual de rotura

minima 15

es químicasAzufre max 0.035ósforo max 0.035alente max 0.45

s mecánicos Aplastamiento y abocardado

idrostática 50 bar en 5 seg - 100 % de los

ccion de agua, gas, vapor, petroleo, aire pr(figura 2.3).

ucción de agua, gas, vapor, petróleo, aire presurizado y fcorrosivos.

s para la conducción de agua, gas, vapor, petróleo, airefluidos no corrosivos.

l Espesor Nominal Pesomm mm

21.30 2.77 126.170 2.87 133.40 3.38 242.20 3.56 3

48.30 3.68 460.30 3.91 576.10 5.16 888.90 5.49 11114.30 6.02 1

años.

esurizado y

uidos no

resurizado y

Teóricog/m270690500390

050440630.290.070


29/103

Las características tecnicas de

Tabla 2.4 Características tecnicasp

Lar

Recubrimi

Característic

Propiedades mecánicas

TensiTensió

Propiedad

Carbono equi

Ensayo

Ensayos no

Prueba

estos caños son mostradas en la siguiente tabla

de los caños para la conducción de agua, gas, vapor, petresurizado y fluidos no corrosivos o comercial 6,4 mts


nto externo

Negros / Negros con pinturaanticorrosiva / Galvanizado poinmersión caliente (0,45 kg/m2Revestido con polietileno extrutricapa Norma CAN/CSA Z 24

Extremos Biselados o Roscados.


el materialbase:

n de rotura 330 Mpade fluencia 205 Mpa


Manganeso 0.95


estructivos Corrientes parásitas.

idrostáticaSegún tabla en 5 seg - 100 % dcaños.

(2.4):

óleo, aire

res

r) /ído5.21

los


30/103

Caños para la condu

Pasaje de conductores eléctriindustrias, estaciones de servi

Figura 2.4 Caños

Tabla 2.5 Dimensiones de l

Diámetro NominPulgadas

½¾1

1 ¼1 ½

22 ½

34

Las caracteristicas tecnicas deTabla 2.6 Características tecnicas

Lar

Recubrimi

Característic

Propiedades mecánicas

TensiTensió

cion de cableado electrico tipo conduit (figu

cos en instalaciones resistentes al fuego y exio y fábricas en general.

para la conducción de cableado eléctrico tipo conduit.

os caños para la conduccion de cableado electrico tipo co

l Espesor Nominal Pesomm mm

21.30 2.77 126.170 2.87 133.40 3.38 242.20 3.56 348.30 3.68 460.30 3.91 576.10 5.16 888.90 5.49 11114.30 6.02 1

estos caños son mostradas en la siguiente tablade los caños para la conducción de cableado eléctrico tip

o comercial 6,4 mts


nto externo

Galvanizado por inmersión en(0,450 Kg/m2)

Extremos Roscados con cupla.


el materialbase:

n de rotura 330 Mpade fluencia 205 Mpa

a 2.4)

losiones en

nduit.

Teóricog/m

270690500390050440630.290.070

(tabla 2.6):o conduit.

res

caliente


31/103

Propiedad

Carbono equi

Ensayo

Ensayos no

Prueba

2.3 GALVANIZADO Y SUS E

PROCESO

El galvanizado por inmersiónpiezas de acero con un bañooxidación y corrosión que lael acero. Este procedimientocontra la corrosión. Su dmantenimiento alguno, esta d

Una parte muy importante deson preparadas las piezas qutratamiento no es aplicado de

producto final con buena cali

El plano (figura 2.5), muestrseñala en orden los tratamient

Figu


Manganeso 0.95


estructivos Corrientes parásitas.

idrostáticaSegún tabla en 5 seg - 100 % dcaños.

TAPAS

en caliente es un tratamiento de protección qude zinc fundido. Tiene como objetivo princi

umedad y contaminación ambiental puedan ocaes el más fiable y económico para la proteccirabilidad es de hasta aproximadamente 5penderá del lugar donde se encuentre expuesta

método de galvanizado por inmersión es la me van a ser sometidas al galvanizado, en realmanera correcta corremos el riesgo de que no

ad.

como esta distribuida la planta de galvanizaos que son aplicados a los caños.

ra 2.5 Plano del proceso de galvanizado

los

se realiza apal evitar lasionar sobren del hierro0 años sinla pieza [9].

nera en queidad, si esteengamos un

o y además


32/103

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 quetienen 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 esténperfectamente limpias, para que puedan ser mojadas por el zinc fundido. Por ello, lasprimeras etapas del proceso de galvanización tienen por finalidad la obtención de unasuperficie del acero químicamente limpia, mediante tratamiento de desengrase y dedecapado.

A la temperatura normal de galvanización (445ºC – 460ºC) el zinc y el acero reaccionanrápidamente. Las piezas se extraen del baño de galvanización cuando se considera que lareacción se ha completado (normalmente después de unos pocos minutos). Aunque elrecubrimiento de zinc queda ya formado en este periodo de tiempo, su estructura internasigue 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 demaquinado, estas piezas deberán ser sumergidas por algunos minutos en la solucióncaustica fuerte y caliente, o emplear cualquiera de los removedores de grasa.

A menudo se utiliza una solución alcalina caliente o ácida para eliminar loscontaminantes orgánicos como la tierra, pinturas, grasa y aceite de la superficie metálicacomo se muestra en la figura 2.6. Epóxicos, vinílicos, asfalto o escoria de soldaduradeben ser eliminados con medios mecánicos antes de galvanizar [9]. El retiro de estosmateriales por lo general es de responsabilidad del fabricante.


33/103

Una solución común muy bue

Esta solución deberá ser traba

Figura 2.6 Tina de limpieza

na para remover grasa es la siguiente:

osa al 58% 57 Kg.

ilicato de sodio 40º Be 4.400 Lt.

gua 950 Lt.

ada en caliente, de 88ºC a 94ºC [1].


34/103

Etapa Nº2 ENJUAG

Después se les da un enjuagu

Etapa Nº3 DECAPADO

Como siguiente paso el maclorhídrico o fluorhídrico), e2.8).

Las incrustaciones y el óxidoen una solución diluida de áambiente [9]. La preparaciónmecánica. La limpieza abrasipropulsados contra el materivelocidad.

E

con agua (Figura 2.7)

Figura 2.7 Enjuague con agua

erial se somete a un tratamiento con ácidosto es, para eliminar escoria de soldadura u ó

igura 2.8 Decapado por baño ácido

normalmente se sacan de la superficie de acercido sulfúrico caliente o ácido hidroclórico ade la superficie, también puede lograrse cona es un proceso por el cual la arena, granallal de acero por chorros de aire o ruedas que

s (sulfúrico,xido (figura

, decapandotemperaturana limpiezagranos son

giran a alta


35/103

Hay que tener cuidado deimportante eliminar toda la es

Tanto la temperatura de la sode Fe2SO4 formado ejercen

temperatura a la que se someya que a mayor temperatura soperación es de 15 a 20 mintiempo de decapado [1].

Figura

La figura 2.9 muestra la elimaterial en soluciones de acid

Etapa Nº4 ENJUAG

Las piezas se someten a otro e

Etapa Nº5 INMERSI

Cuando el material es sacadmayoría de los casos consistclorhídrico el cual remuevedurante su permanencia bajo

ue esta operación sea realizada exitosamentoria para obtener un resultado perfecto del pro

lución del decapado, la concentración de estagran influencia durante el proceso. La infl

ta la solución afecta directamente la rapidez de necesita menos tiempo para llevarlo a cabo.utos, conforme aumente el sulfato de fierro,

.9 Inmersión del material en las soluciones.

inación del óxido superficial a través de la io clorhídrico o sulfúrico.

E

njuague con agua.

N EN UN FLUIDIFICANTE

del agua donde ha estado almacenado, la p en sumergir la pieza a una solución poco fue

cualquier herrumbre ligero que pudiera habel agua (Figura 2.10) [9].

ya que eseso.

la cantidadencia de la

l decapado,l tiempo deumentará el

mersión del

áctica en larte de ácidorse formado


36/103


37/103

Figura 2.11 Piez

La pieza deberá sostenerse s(figura 1.12). Las reacciones

tratamiento de galvanizado cLos artículos son enfriados yasido retirados del baño.

Fi

2.4 INSPECCIÓN

Esta parte del proceso no snecesario realizar la inspecciógalvanizados es el visual (Fsimples, tantos físicos comorecubrimiento, adherencia del

as suspendidas y que serán sometidas al galvanizado.

obre el baño y permitir que escurra por unuímicas que se producen con la formación y e

ontinúan luego que las piezas han sido retiradsea en agua o aires fríos inmediatamente desp

gura 2.12 Escurrimiento de las piezas

considera como una etapa en sí, aunque rn. El método más importante para la inspecciónigura 2.13). Se puede efectuar una variedadde laboratorio para determinar espesor, uniforrecubrimiento, y apariencia [10].

orto tiempostructura del

as del baño.és de haber

ealmente esde artículosde ensayos

midad en el


38/103

Fi

Residuos del proceso

Durante el proceso se crean ase encuentran. Estos residuos

Desengrase partículas en suspEnjuague aguas alcalinas, parDecapado lodos de cloruro yEnjuague aguas asidas, clorurInmersión en el flux vaporesSecado vapores de amoniaco,Inmersión en el zinc vapores

Para realizar este procesocatalogado para actividades ialmacenamiento tanto de maplanta debe tener un sistema a

ura 2.13 Inspección de las piezas

lgunos residuos que varían dependiendo de lason los siguientes:

ensión de aceite.ículas en suspensión.ierro, vapores ácidos.de amonio.

e amoniaco, goteo al piso.zinc.e zinc, salpicaduras, cenizas.

e galvanizado, la planta debe encontrarse endustriales, además debe disponer de áreas aterias primas como de productos terminados,decuado de vertimientos de desechos [10].

tapa en que

n un sectorecuadas detambién la


39/103

CAPÍTULO

III

DISEÑO DEL SISTEMAELECTRONEUMÁTICO EN

EL PROCESO DE

GALVANIZADO


40/103

3.1 DESCRIPCIÓN DEL DISEÑO EN EL PROCESO DE GALVANIZADO

El diseño del sistema electroneumático está basado en el proceso visto en los capítulosanteriores. Básicamente es un sistema que no tiene muchas complicaciones tanto en eldiseño, 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 deinmersión a las piezas en las diferentes tinas (Figura 3.2). Aunque las dimensiones de lagrúa con respecto a la altura sea de 6.96 m y la carrera del cilindro es de 0.70 m, no existeproblema en el alcance de inmersión de los tubos, la razón es porque se utilizan cadenasque extienden el alcance de los cilindros tal como se hace con el polipasto actualmentecolocado.

Figura 3.1 Bosquejo de la grúa


41/103

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 encomparación 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, dandoasí 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

EL CARRO SOPORTA LAS SIGUIENTES CARGAS:CAPACIDAD………………...........................................5000Kg.PESO DEL POLIPASTO.................................................250 Kg.PESO PROPIO DEL CARRO..........................................400 Kg.SUMA.............................................................................5650 Kg.


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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 40.23Brida basculante para caballete 9.67 2 19.34

Racor roscado (Reducción) 0.03 2 0.06Electroválvula 1.21 2 2.42Bobina de electroválvula 0.065 4 0.26Acoplamiento para vástago 4.08 2 8.16Válvula reguladora de caudal 0.204 4 0.816Racor rápido 0.667 12 0.804Silenciador con rosca 0.658 4 0.232Tubo flexible azul 0.1294 10 1.294Fijación para sensor 0.03 4 0.12Sensor magnétco 0.085 4 0.34

Brida basculante 3.306 2 6.612Peso total 80.682

Antes de empezar con el proceso las piezas deben ser enganchadas a las puntas de los doscilindros neumáticos que se encargarán de soportarlas en todo el recorrido que se hacepor etapas (Figura 1.1).

Como el proceso es repetitivo y solo existe una variación tanto al principio como al finaldel proceso (carga y descarga del material); explicaremos detalladamente lo que sucedeen una tina y se debe asumir que esto ocurrirá cada vez que la grúa se detenga en una delas tinas continuas.

En el proceso la grúa se moverá hasta la tina de tratamiento, aquí es donde comienza elfuncionamiento del sistema electroneumático.

Un botón de arranque será el encargado de accionar el sistema. Al ponerse en marcha, loscilindros neumáticos se extenderán provocando la inmersión de las piezas en eltratamiento, después de un tiempo programado previamente en el PLC los cilindros seretraerán y sacaran a las piezas del tratamiento. Así esperaran a que se muevamanualmente por medio de la grúa todo el sistema hasta la siguiente tina. Estandonuevamente en posición se procede a accionar nuevamente el sistema electroneumático.

Este procedimiento se repetirá 6 veces más en las diferentes tinas y con diferentestiempos dependiendo de la sustancia en la cual fue sumergida.

El equipo que contiene este diseño es electroneumático, y su control es por medio de dosbotones uno de paro y otro de arranque, pero tiene una programación que es diseñada enun PLC que se encarga de hacer correctamente la secuencia y de sumergir el tiemponecesario a las piezas.


43/103

3.2 DIAGRAMAS ELECTRONEUMÁTICOS

El sistema cuenta con una válvula de seguridad pues siempre se debe considerar cualquiereventualidad (revisión de los dispositivos del sistema), además es recomendable teneréste 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 sepuede dejar el sistema sin aire al terminar la jornada de trabajo. Adicionalmente secuenta con una unidad de mantenimiento para suministrar aire en condiciones óptimas detrabajo (8 a 10 bar), así como una válvula reguladora de presión para los casos en que seanecesario ajustarla por caídas de presión del sistema, debido a fugas en las tuberías ó enalgún 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 dedoble efecto), que son en realidad la base del sistema pues ellos se encargan de sostenerlas piezas y de sumergirlas en los tratamientos. Es posible que en algún momento seanecesario regular la cantidad de aire que entra en los cilindros (Por caídas de presiónimprevistas y pruebas de mantenimiento), y por ello se tienen válvulas reguladoras decaudal posicionadas antes de una entrada y salida del cilindro. El accionamiento en unsentido u otro será cuando las electroválvulas cambien de estado; pero eso se verá entemas posteriores.

Cabe aclarar que en cada cilindro se tienen dos sensores que nos detectaran si el cilindrose encuentra extendido o retraído. En las figuras 3.3 y 3.4 estos sensores estánrepresentados con la letra “S” seguida del número de sensor.

En las figuras 3.3 y 3.4 se muestran todos los elementos que actúan en el sistema.Además se muestran como están sus posiciones antes de su accionamiento y en elmomento que son sumergidas las piezas. Las líneas de color azul rey indican donde seencuentra el flujo de aire, mientras que las líneas de color azul cielo nos indican que noexiste flujo en ese lugar.


44/103

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 elestado de los dispositivos. En este caso las electroválvulas y la válvula de paso hancambiado de posición y los cilindros se han extendido para llevar a cabo el proceso deinmersión.

Figura 3.4 Diagrama del sistema electroneumático en posición de inmersión de piezas [16].


45/103

Cada uno de los elementos que actúan en el sistema tienen un número, pues con él sepodrá buscar el nombre del elemento en la tabla 3.3 y servirá para reconocer el elementoque se está utilizando.

Tabla 3.3 Elementos del diagrama electroneumático

Marca Denominación del componente3.0 Fuente de aire comprimido

1.0 Cilindro doble efecto

2.0 Ci li nd ro doble efecto

3.1 Vá lvu la antirretorno estranguladora

1 . 2 Válvula antirretorno estranguladora

2.3 Válvula antirretorno estranguladora

2.2 Válvula antirretomo estranguladora

Fuente de tensión (24V)

Fuente de tensión (0 V)

B1 ReléB1 Contacto N.A.

B2 Relé

B3 Relé

B 2 Contacto

E V 1 Solenoide de válvula




B3 Contacto N.A.B3 Contacto N.A.

S4 Contacto N.A.

T1 Temporizador con retardo al energizarse

B2 Contacto

T1 Contacto N.A.

B3 Contacto N.C.

T1 Contacto N.C.

S1 Sensor N.C.

B.1 Contacto N.A.

1.1 Válvula de 5/n vías


0.2 Unidad de mantenimiento. Representación simplificada.



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3.3 DETERMINAR LA CAPACIDAD DE LOS CILINDROS

La utilización de la neumática en accionamientos lineales queda limitada por razoneseconómicas a unos esfuerzos máximos de 30 000 N [2]. En principio en este sistema deacuerdo a las masas de los tubos con las cuales se trabaja (Tabla 3.5), requiere que elsistema soporte un esfuerzo de 15 000 N como máximo, para conseguir un buenfuncionamiento y procurar que en un principio la inversión no sea demasiado alta.

Esto significa que las cargas con las cuales se puede trabajar no deben de producir unesfuerzo mayor a 15 000 N, además se debe de tomar en cuenta que la presión de trabajoa la cual van a ser sometidos los cilindros es de 8 a 10 bar para obtener el buenfuncionamiento de los mismos. Sin embargo, se tiene que saber la cantidad de masa quepuede soportar nuestro cilindro en esas condiciones. Para ello se apoya de la ecuación3.1 y el esfuerzo de 15 000 N.

Esta masa se obtiene mediante la ecuación de la fuerza:

F = m*g ecuación 3.1 Donde: F = Fuerza producida por el material

m = masa del material

g = aceleración de la gravedad (aproximadamente 9.81 m/s2)

De la ecuación 3.1 se despeja la masa

m = F/a ecuación 3.2

De la ecuación 3.2 sustituimos valores y realizamos la operaciónm = 15 000 Kg*m/s2 / 9.81 m/s2

m = 1,529 Kg es la masa obtenida para una fuerza de 15 000 N.

Entonces es necesario saber cuál es el diámetro del émbolo que se necesita para realizareste esfuerzo, con una presión de 8 a 10 bar (esta presión es por causa de la fuerza que semaneja en los cilindros).

Las razones por las que se necesita saber el diámetro del émbolo, son porque la fuerza de

un cilindro neumático depende principalmente del diámetro del émbolo y de la presióndel aire, tal como se muestra en la figura 3.5. Variando ambos productos puedemantenerse constante su producto, o sea la fuerza, dentro de un determinado margen [2].


47/103

Figura 3.5 Grafica de relación presión de aire Fuerza para determinar el diámetro del embolo[4].

Por ello se debe considerar otros factores que influyen en la selección del diámetro delémbolo. Como es el recorrido.

En un movimiento lineal neumático como es este, el recorrido máximo posible quedalimitado por la carrera máxima del cilindro, ya que viene influenciada por el diámetro delémbolo y afectada por el pandeo del vástago [2].

Ahora relacionando todos estos parámetros se obtienen los valores correctos para laselección del cilindro por medio del nomograma (figura 3.6), que determina las cargas y

carreras con vástagos normal (N) y reforzado (S1) [2].


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En la tabla 3.3 se colocan tcontando además con los dato

Tabla

ParámetFuerz

Presión para obtener fuTiempo de posicionamiento (

un impacto tan fuerte que psu

ÁnguloDirección

Se detCarrer

Diámet

Diámet

Figura 3.6. Nomograma para la determinación dtipo de cili

odos los parámetros con los cuales se diseñas obtenidos de la figura 3.4.

3.4 Parámetros para el diseño del cilindro.

ros del sistema V del cilindro 15rza requerida en los cilindros De 8ara evitar que el material entre coneda tirar la sustancia en la cual esergida)

11.

de instalación -9del movimiento Ext

rminado quedel cilindro 70

ro del émbolo200 m

su

ro de vástago4

(media

e cargas y carreras con vástagos normales (N) y reforndro determinado. (Cortesía de FESTO) [5].

el cilindro,

lores000 Na 10 bar

13 seg.

deg.ensión

0 mm(mediato

erior)mm

osuperior)

ados (S,), válidos para un


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De la tabla 3.4 se toman los datos para simular el movimiento del cilindro con ayuda delprograma [8], obteniendo como resultado la gráfica de la figura 3.7. Dicha gráfica explicael comportamiento del cilindro, por un lado la línea roja muestra la velocidad con la cualsaldrá el vástago del cilindro, esto significa que el vástago se empieza a mover despuésde 3 segundos aproximadamente debido a que tarda un cierto tiempo en llegar la presión

necesaria al cilindro, para que pueda romper la inercia del mismo. Por otro lado en lalínea azul, se observa el cambio de posición respecto al tiempo transcurrido, nótese queconforme aumenta la velocidad la posición va en aumento y al terminar el tiempo elvástago ha llegado a su extensión total.

Donde:

Posición (Línea azul)Velocidad (Línea Roja)

Figura 3.7 Simulación del cilindro neumático [8].

3.4 DIAGRAMAS DE OPERACIÓN

Si bien es cierto, en el proceso de galvanizado existen diferentes tiempos de inmersión encada una de las tinas, la causa de ello es por las diferentes dimensiones de las piezas.

Estos tiempos son establecidos experimentalmente, pues se ha visto que no existe unafórmula que pueda calcularlos.

Las siguientes tablas llamadas “diagramas de operaciones neumáticas”, muestran lostiempos que se manejan aquí; no obstante, están basados en una de las diferentes medidasque existen para los caños, solamente se busca ser más ilustrativos con respecto a lostiempos de manejo de los cilindros y el movimiento que realizan.

TIEMPO TOTAL DEPOSICIONAMIENTO 11.13s

VELOCIDAD PROMEDIO 0.06m/s

VELOCIDAD DE IMPACTO 0.04m/s

MÁXIMA VELOCIDAD 0.11 m/s


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Como un punto importante tenemos que decir que la información de los tiempos deinmersión que son designados por medio de la experimentación, son confidenciales; sinembargo, en base a datos aproximados [1] se obtuvo la estimación para su demostraciónen este proceso. A pesar de que se siguen las normas, la empresa AHMSA (México) tienesu forma de experimentar y obtener sus tiempos de inmersión. A continuación se

muestran de forma general en las figuras 3.8 a 3.14 los diagramas de simulación quepermiten ver el comportamiento de los cilindros en cada una de las tinas del proceso.

Tiempo de inmersión 3 minutos. Etapa n°1. Desengrase (figura 3.8)

Figura 3.8 Diagrama de operaciones “Tina de desengrase”.

Tiempo de inmersión 2 minutos. Etapa n°2. Enjuague (Figura 3.9)

Figura 3.9 Diagrama de operaciones “Primera tina de enjuague”


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Tiempo de inmersión 17 minutos. Etapa n°3. Decapado (figura 3.10)

Figura 3.10 Diagrama de operaciones “Tina de decapado”

Tiempo de inmersión 2 minutos. Etapa n°4. Enjuague (Figura 3.11)

Figura 3.11 Diagrama de operaciones “Segunda tina de enjuague”


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Tiempo de inmersión 3 minutos. Etapa n°5. Inmersión en sal flux (Firgura 3.12)

Figura 3.12 Diagrama de operaciones “Tina de inmersion en flux”

Tiempo de inmersión 2 minutos. Etapa n°6 (Figura 3.13)

Figura 3.13 Diagrama de operaciones “Tina de flujo de sal de amoniaco”


53/103

Tiempo de inmersión 3 minutos. Etapa n°7. Baño de zinc (Figura 3.14)

Figura 3.14 Diagrama de operaciones “Tina de baño de zinc”

3.5 MASA DE LA CARGA

Así como existen diferentes tipos de caños para galvanizar de acuerdo a suscaracterísticas técnicas, también existen diferentes diámetros y en consecuenciadiferentes masas. La tabla mostrada a continuación (Tabla 3.5), da los valores para cadauna de las medidas de los tubos galvanizados. Además como dato adjunto, mostramosuna diferencia en la capacidad de carga que puede soportar el polipasto usado

actualmente y el sistema electroneumático que se pretende establecer.Tabla 3.5 Masas de los canos galvanizados

Masas de los caños galvanizados

Tubo enpulgadas

Tramo encm

Masa x tramo en kg Capacidad polipastoen kg

Capacidad neumáticaen kg

1/2" 6.4 7.046 500 1000Total de soporte de

tubos70.962 141.924

Número de tubos 70 141

Tubo enpulgadas

Tramo encm

Masa x tramo en kgCapacidad polipasto

en kgCapacidad neumática

en kg3/4" 6.4 9.126 500 1000

Total de soporte detubos

54.789 109.577


54/103


Tubo enpulgadas

Tramo encm



en kg

1" 6.4 14.131 500 1000Total de soporte detubos

35.383 70.766


Tubo enpulgadas

Tramo encm



en kg1"1/4' 6.4 18.124 500 1000


27.588 55.175


Tubo enpulgadas

Tramo encm

masa x tramo en kgCapacidad polipasto


en kg1"1/2' 6.4 20.832 500 1000


24.002 48.003


Tubo enpulgadas Tramo encm Masa x tramo en kg Capacidad polipastoen kg Capacidad neumáticaen kg2" 6.4 29.337 500 1000


17.043 34.087


Tubo enpulgadas

Tramo encm



en kg2"1/2' 6.4 31.065 500 1000

Total de soporte detubos 16.095 32.191


Tubo enpulgadas

Tramo encm



en kg3" 6.4 49.235 500 1000


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10.155 20.311


Tubo enpulgadas Tramo encm Masa x tramo en kg Capacidad polipastoen kg Capacidad neumáticaen kg4" 6.4 102.848 500 1000


4.862 9.723


3.6 DISPOSITIVOS DE ENTRADA

Sensores y accesorios

En un sistema como el que se pretende diseñar, es de vital importancia que losdispositivos que actúan como elementos integradores del mismo, ofrezcan un nivel deseguridad que permita garantizar el desarrollo completo del proceso en ejecución.

En este sentido, resulta favorable la inclusión de algunos sensores, el sistema mostradoanteriormente ubica sus sensores en los cilindros neumáticos (Figuras 3.3 y 3.4).

Como sabemos un sensor es un dispositivo capaz de detectar diferentes tipos demateriales, con el objetivo de mandar una señal y que de acuerdo a las condiciones deoperación pueda permitir que continúe un proceso, o bien detectar cierta posición ydetener el mismo, dependiendo del caso que éste sea.

Si el objeto puede llevar un imán, es apropiado un sensor magnético.

Los cilindros que usa el sistema electroneumático tienen la característica de tener un imánintegrado en la parte del émbolo, en consecuencia se usan dos sensores magnéticos parala detección de la posición de cada cilindro. Estos sensores son montados cerca de laculata delantera y culata trasera, como se muestra en la figura 3.15.


56/103

Figura 3.15 Accesorios de los cilindros neumáticos

Los cilindros además de tener montados a los sensores deben contar con los accesoriosnecesarios para poder montarse en la grúa y tener un elemento en el vástago que nosayude a soportar el peso de las piezas (Figura 3.15). La tabla 3.6 muestra lascaracterísticas de los elementos de la figura 3.15.

Tabla 3.6 Tabla de los accesorios de los cilindros neumáticos.

ELEMENTOS DE FIJACION YACCESORIOS DESCRIPCION RESUMIDA

1 Cilindro de doble efectoPermite un movimiento lineal y soporte de

las piezas

2Brida basculante

SNGBPara culata posterior

3Brida basculante

SNGBPara culata posterior

4Detectores de posición

SME/SMT-8Detector magnético

5

Piezas de fijación

SMBZ-8- … Para detectores de proximidad SME/SMT-8

6Válvula reguladora de caudal

GRLAPara regular la velocidad

7Racores rápidos roscados

QSPara tubos con tolerancia en diámetro

exterior

8Horquilla

SGPermite giros del cilindro neumático en un

plano


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3.7 DIAGRAMAS ELÉCTRICOS

El sistema eléctrico trabajara con 24 VCD y cuenta con 3 relevadores (B1, B2 y B3) quese encargan de activar las electroválvulas a través de sus contactos. Como se puedeobservar el accionamiento del sistema es manual; es decir, que después de pulsar el botónlo que sigue del proceso será automatizado.

En el diagrama siguiente (Figura 3.16), se observa que una vez presionado el botón iniciala secuencia en la cual son activadas las electroválvulas EV1 y EV3, como también seactiva el temporizador. NOTA: siglas aquí tratadas están especificadas en la tabla 3.1.

Figura 3.16 Diagrama electroneumático “activación de las electroválvulas EV1 y EV3”.


58/103

Terminado el tiempo se realiza el cambio y se energizan las electroválvulas EV2 y EV4.Al final se desactivaran y se tendrá que esperar de nuevo que el botón de arranque seapresionado (Figura 3.17).

Figura 3.17 Diagrama electroneumático “Activación de las electroválvulas EV2 y EV4”.


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60/103

De manera gráfica, a continuación se muestran los elementos de entrada descritos en latabla 3.7 (Figura 3.18).

Figura 3.18 Elementos de entrada.

Estación debotones

Sensor magnéticodel cilindro 1




BLOQUE DE TERMINALES DESALIDA


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En la figura 3.19 se muestran los elementos conectados a la salida del PLC

Figura 3.19 Elementos de salida.

Electroválvulacon sus dossolenoides

(Cilindro 1)

Electroválvulacon sus dossolenoides

(Cilindro 2)

BLOQUE DE TERMINALES DESALIDA


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En conjunto los dispositivos de entrada y de salida conectados en el PLC se conformaríancomo se observa en el siguiente diagrama de conexiones (Figura 3.20).

Figura 3.20 Diagrama de conexiones.

SENSOR 1 SENSOR 2 SENSOR 3 SENSOR 4


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Para configurar el PLC concomunicar con el PLC Microl

Para conectar el PC al PLC ha

Figur

Posteriormente se utilizará else hará punto a punto, pues sel PLC. La comunicación se

la computadora se utiliza el software RSLog ogix 1100 por comunicación RS232.

y que utilizar el cable 1761-CBL-PM02 (Figur

3.21Conexión del cable 1761-CBL-PM02

software comunicar la PC con el PLC. Esta crequerimiento por el momento solo se reduceuestra en el siguiente diagrama (Figura 3.22).

igura 3.22 Conexión punto a punto

ix 500 para

3.21).

municacióna programar


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3.9 DIAGRAMAS DE FLUJO DE LA SECUENCIA DE OPERACIÓN

El diagrama de flujo es realmente grande e iterativo con respecto a la secuencia en cadauna de las tinas de tratamiento, por ello se ha dividido en dos partes el diagrama de flujo.En el primero se muestra un diagrama de flujo que solo abarca el sistemaelectroneumático (Figura 3.23). Posteriormente es mostrado un diagrama de flujo donde

se tiene todo el proceso (Figura 3.24) y en donde además se introduce el diagrama deflujo del sistema electroneumático como un subprograma.

Figura 3.23 Diagrama de flujo del sistema electroneumático

Inicio delsubprograma

Puesta en marchadel sistema

Cilindros de inmersiónretroceden

Inmersión de pieza porun tiempo determinado

Cilindro de inmersiónavanzan

Fin del

subprograma


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Existenciade presión

Ajustar

Alimentaciónde energía

Ajustar Existenciade energía

Inicio del proceso

SI

NO

SI

NO

Sistema de inmersiónneumático

Avance de la

grúa para lasiguiente tina

(enjuague)

Colocar

Avance de lagrúa hasta la

tina detratamiento(desengrase)


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67/103

CAPÍTULO

IV

ANÁLISIS DERESULTADOS

Y

COSTO–BENEFICIO


68/103

4.1 ANÁLISIS COSTO-BENEFICIO DEL PROYECTO

Éste análisis de costo-beneficio tiene como objetivo fundamental proporcionar unamedida de la rentabilidad del proyecto, mediante la comparación de los costos previstoscon los beneficios esperados en la operación del mismo.

El análisis da la oportunidad de observar claramente la necesidad y la viabilidad derealización del proyecto.Se estima adecuadamente los recursos económicos necesarios, en el plazo de realizacióndel proyecto.

4.2 ANÁLISIS DE LOS COSTOS Y TIEMPO DE INVERSIÓN DEL PROYECTO

En esta parte se obtiene la descripción de material empleado y su cotización para el costoen el proyecto (Tabla 4.1)

Tabla 4.1 Lista de material

Lista de material

DESCRIPCIÓNPRECIO

UNITARIO $CANTIDAD

IMPORTE$

CILINDRO DE DOBLE EFECTODNG-200-700-PPV-A-S6

31,914.40 2 PIEZAS 63,828.80

UNIDAD DE MANTENIMIENTO CONPURGA AUTOMATICA FRC-3/4-D-

MAXI-A4,147.00 1 PIEZA 4,147.00

VALVULA DE ARRANQUE HEE-D-MAXI-24

1,808.00 1 PIEZA 1,808.00

FIJACION PARA EMISOR

(P/SENSOR) SMB-2B 147.00 4 PIEZAS 588.00SENSOR MAGNÉTICO SMEO-

1-LED-24 B636.00 4 PIEZAS 2,544.00

ELECTROVALVULAS DE IMPUSOSJMFH-5-1/2

3,582.00 2 PIEZAS 7,164.00

BOBINAS COMPUESTAS CONCONECTORES MSFG-

24 DC/42 AC222.00 4 PIEZAS 888.00

REDUCCIÓN D-1/2-I-3/4 A

56.00 6 PIEZAS 336.00

REGULADOR DE CAUDALGRLA-1/2-B 546.00 4 PIEZAS 2,184.00

RACOR RÁPIDO QS-1/2-16

114.00 12 PIEZAS 1,368.00

SILENCIADOR CON ROSCA U-1/2 233.00 4 PIEZAS 932.00TUBO FLEXIBLE AZUL PUN-

16X2,55 BL83.00 35 METROS 2,905.00

ACOPLAMIENTO PARA VASTAGO 2,749.00 2 PIEZAS 5,498


69/103

S6-M36X2BRIDA BASCULANTE 3,290.00 2 PIEZA 3,290.00BRIDA BASCULANTE 3,290.00 2 PIEZA 3,290.00

PLC MICROLOGIX 1100 1761-L32BWB

3500.00 1 PIEZA 4,000.00

CABLE DE PROGRAMACIÓN DELMICROLOGIX 1100 1761-CBL-PM02

570.00 5 METROS 2,895.00

SOFTWARE DE PROGRAMACIÓNDEL MICROLOGIX 1100

5,000.00 1 PIEZA 5,000.00

MATERIALES VARIOS DEMONTAJE, UNIONES Y ENSAMBLE

1,000.00

TOTAL $ 113,665.80

Una vez obtenida la parte de cotización de material se obtienen los gastos por mano de

obra y tiempos, así como los costos que intervienen para la realización del proyecto(Tabla 4.2)

Tabla 4.2 Gastos técnicos y administrativos. Salarios para el personal que intervienen costos del proyecto

Gastos técnicos y administrativos.Salarios para el personal que intervienen costos del proyecto

CategoríaSalario

base portiempo

Tiempo a cubrir $ Importe $

Ingeniero de diseño y

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