Comportamiento estructural y criterios de diseño de los puentes extradosados

Durante los últimos 10 años, los puentes extradosados se han convertido en una solución estructural atractiva alrededor del mundo, gracias a los buenos resultados obtenidos con las primeras realizaciones en Japón. Esta nueva tipología, reconocida generalmente como una solución intermedia entre los puentes atirantados y los de pretensado de viga cajón construidos por voladizos sucesivos, se ha convertido en una opción interesante. Por consiguiente, dado el interés que hoy en día existe alrededor de este tipo de puente, en este trabajo se presenta el contexto histórico que describe su origen, y se exponen la influencia de los principales elementos estructurales en el comportamiento del puente, y los criterios de diseño que han sido propuestos por investigadores en el tema. De esta manera, se espera ofrecer una visión general de la concepción y el comportamiento estructural de los puentes extradosados para que sea considerada una alternativa más de tipología estructural de puentes en nuestro medio.
1. Introducción
Uno de los aportes más significativos a la ingeniería de puentes, en el siglo XIX, ha sido la introducción del pretensado como solución a la necesidad de controlar los esfuerzos en los elementos de un puente. Inicialmente, esta técnica se utilizó por medio de tendones de pretensado interno y externo, hasta la aparición en 1925 de los puentes atirantados modernos con el Acueducto de Tempul, desarrollado y construido por Eduardo Torroja (Torroja, 1927). En 1988, Jacques Mathivat propone el concepto de cables extradosados, que son tendones de pretensado externo situados por fuera y por encima del tablero, desviados en torres de poca altura (Mathivat, 1988).
Seis años más tarde se construye en Japón el primer puente con pre tensado extradosado: el Odawara Blue way (Ogawa et al., 1998a). A partir de ese momento, el uso de esta tipología ha ido en incremento, siendo especialmente notorio en los países asiáticos, en los cuales la actividad sísmica alta no ha sido impedimento para optar por estos puentes. Sin embargo, en algunos países la tipología parece ser desconocida, desaprovechando las bondades que este tipo estructural ofrece. En este trabajo se presenta una introducción a la tipología, resaltando los rasgos básicos que permiten definir su conducta estructural, y los criterios de proyecto establecidos en la literatura.
2. Contexto histórico
En la actualidad se distinguen dos corrientes que otorgan a distintos ingenieros el origen de los puentes con pretensado extradosado. La primera atribuye el honor de la creación del concepto a Cristhian Menn, pues en 1980, propone para el Puente de Canter en Suiza (Figura 1) salvar un valle de hasta 140 metros de altura con una superestructura conformada por una viga cajón atirantada por cables embebidos en muros de concreto y pilares suficientemente rígidos para resitir los fuertes vientos de la zona (Virlogeux, 2002 y Mermigas, 2008). La configuración adaptada para los cables acarreaba innovación técnica para la fecha, sin embargo, la estructura ha sido más admirada en la comunidad ingenieril por su apariencia y encaje en el paisaje (Virlogeux, 1999).
En la segunda corriente, otros autores (Ogawa et al., 1998a; Chio, 2000; Hiño, 2005; Kasuga, 2006; Ishii, 2006) atribuyen el concepto y la denominación de esta tipología a Mathivat, quien propone como solución de concurso del viaducto Arrét Darré en Francia, un puente en donde se sustituían los tendones internos en el ala superior de la viga, por cables externos dispuestos en una torre de poca altura sobre las secciones de apoyo en pila y por la parte superior del tablero (Figura 2). La solución presentada por Mathivat, que fue rechazada, suponía un ahorro de 30% en materiales respecto de una solución de viga cajón y además permitía el uso efectivo de los cables, al ser tesados al mismo nivel que los tendones de preesforzado convencional (Mermigas, 2008).
De acuerdo a Virlogeux (1999) una parte del concepto propuesto por Mathivat, estaba basada en la "distorsión de las especificaciones de los códigos" en pro de un uso más eficiente de los tendones, puesto que las restricciones para la variación de los esfuerzos producidos por la carga de tráfico son mucho más rigurosas para los cables de los puentes atirantados que para los tendones de preesforzado.
Sin embargo, la controversia relativa al origen de los puentes extradosados ha sido resuelta, pues de acuerdo a Mermigas (2008), poco influyó que Menn conociera las ideas de Mathivat para los puentes extradosados, ya que cada ingeniero reflejó en sus propuestas, las tendencias y visiones de sus respectivos países de orígenes.

Figura 1. Puente de Canter en Suiza, 1980 (Janberg, 2009)


Figura 2. Propuesta para el viaducto Arrét Darré (Virlogeux, 1999)
El Puente de Canter, sirvió de inspiración para la realización de otros puentes similares, como el de Barton Creek (Estados Unidos, 1987 (Gee, 1991)) y el de Papagayo (México, 1991 (Fernandez, 1999)) considerados una tipología de puente con aleta trasera (Fin Back Bridge), y el de Socorridos (Portugal, 1993 (Reis & Pereira, 1994)) identificado como puente con panel de cables (Cable Panel Bridge). Algunas desventajas como el impedimento de reemplazar los tirantes, y los costos adicionales de erección de los muros de concreto, no han permitido que estas tipologías sean ampliamente utilizadas. Por otra parte, la propuesta de Mathivat inspiró a los japoneses, quienes en 1994 construyen el Puente Odawara Blueway (Figura 4), considerado por algunos como (Chio, 2000; Kasuga, 2002; Ishii, 2006; Dos Santos, 2006) el primer puente extradosado en el mundo. Se recomienda al lector interesado en este puente, revisar las referencias Ogawa et al., 1998a, Kasuga, 2002 y Kasuga, 2006.

Figura 3. Puente de Socorridos en Portugal, 1993 (GRID Ltda, n.d.)


Figura 4. Puente Odawara Blueway en Japón, 1994 (Kasuga, 2006)
3. Concepto del puente extradosado
Los puentes de hormigón con pretensado extradosado han surgido como una nueva tipología de puentes para luces medias. Mediante la utilización del hormigón y la tecnología del pretensado, se busca, en unión con los tendones de acero como tirantes, plantear una solución marcadamente favorable hacia estas estructuras. En los puentes extradosados, los tendones de pretensado se disponen exteriormente al canto de la sección y por la parte superior del tablero, siendo anclados en torres de poca altura, o desviados en estas por medio de sillas de anclaje ubicadas en la cima de los pilónos (Chio y Aparicio, 2002). A partir de su configuración morfológica, los puentes extradosados son reconocidos como puentes intermedios entre los puentes atirantados y los de pretensado de viga cajón, ver Figura 5. Esta aseveración se afirma también desde el punto de vista de la cantidad de materiales requeridos, tal como se observa en la Figura 6, donde Mermigas (2008) comparó el espesor promedio de concreto (volumen de concreto de la viga/área del tablero), y por otra parte Kasuga (2002) comparó la cuantía de tendones requeridos, para puentes atirantados, extradosados y puentes de viga cajón pretensados construidos por voladizos sucesivos, encontrando en ambos gráficos que el consumo de los materiales principales de los puentes extradosados, recae en una zona intermedia entre las otras dos tipologías.

Figura 5. Comparación entre puentes pretensados, extradosados y atirantados


Figura 6. Comparación del consumo de materiales para puentes pretensados construidos por voladizos sucesivos, extradosados y atirantados: Izquierda) Espesor promedio de concreto (Modificado de Mermigas, 2008) . Derecha) Cuantía volumétrica de acero (Modificado de Kasuga, 2002)

Desarrollo de una bomba reciprocante de doble efecto para desalinización de agua por medio de ósmosis inversa

INTRODUCCIÓN

El proceso de ósmosis inversa (OI) se usa para desalinizar agua salobre. Éste se destaca por su bajo consumo energético, comparado con otros procesos de desalinización que se realizan en regiones costeras, la cuales carecen de agua potable adecuada para el consumo humano.

Pinilla y Moreno [1] ilustran el desarrollo de una pequeña planta para desalinización de agua por OI diseñada para operar en la región de la alta Guajira Colombiana, donde no existe conexión con las redes nacionales de acueducto y electricidad. La pequeña planta es energizada con el recurso eólico y fue desarrollada para el abastecimiento de pequeñas comunidades indígenas (rancherías).

Una planta desalinizadora la conforman, primordialmente, el equipo de bombeo y la membrana de OI. El primero representa cerca del 40% del costo total de la planta, lo que hace más difícil su promoción como solución tecnológica. Una bomba para tal aplicación alcanza un valor de US$ 2 500. Una alternativa es el desarrollo de un sistema de bombeo tecnológicamente más simple y cuya manufactura sea viable por entidades capacitadas de la zona. Sistemas con tales características son inexistentes en la industria colombiana y su único acceso es por importación directa [2].

Las bombas usadas en plantas de OI son de desplazamiento positivo reciprocante de alta velocidad, acción múltiple, efecto múltiple y recorridos cortos [1]. Estas condiciones de operación requieren diseños complejos y procesos de manufactura complicados. El manejo de altas cargas dinámicas a menores velocidades permite tamaños mayores y máquinas más simples, lo cual posibilita tanto un diseño más accesible como manejar alta eficiencia de manera global en el sistema [3]. Bombas con estas características no existen en el comercio ya sea por su baja presión de trabajo, su excesivo caudal o su imposibilidad de manejo de agua con alta concentración de sales disueltas [2].

BOMBA DE ACCIÓN SIMPLE CON DOBLE EFECTO

Los requerimientos hidráulicos de la membrana de OI inversa para desalinización de agua de mar y operación en el mínimo rango de consumo energético son: presión máxima de 5.5 MPa (800 psi) y caudal de entrada a la membrana de 3.78 L/min (1 gpm). Se necesita entregar un pequeño caudal a una alta presión; para esto se desarrolla un sistema de bombeo de desplazamiento positivo reciprocante de baja velocidad, largo recorrido, de acción simple y doble efecto.

La bomba desarrollada es impulsada con un motor eléctrico de potencia nominal igual a 745 W (1 hp) a velocidad nominal de 1 750 rpm. El motor tiene acoplado un ciclo reductor con relación de 87:1, por lo que se obtiene una velocidad de excitación de la bomba de 0.33 rps (20 rpm) y un momento-par máximo de 335 Nm. Un mecanismo biela manivela se encarga de convertir el movimiento rotacional en movimiento lineal reciprocante en el vástago. La bomba de acción simple con doble efecto aprovecha todo el recorrido del pistón en la cámara de bombeo, lo cual permite entregar el mismo caudal con menores tamaños del equipo teniendo menores fuerzas presentes en él para trabajar a la misma presión.

Todo el sistema de bombeo se construyó en acero inoxidable AISI 304, esencial para la operación con agua salobre (35 000 mg/L de sales disueltas). Un esquema del sistema desarrollado se ilustra en la Figura 1.

Figura 1. Equipo desarrollado.

El equipo está diseñado para trabajar a una presión máxima de 6.9 MPa. (1 000 psi). Las válvulas de cheque en la succión y descarga controlan el funcionamiento del sistema de acción simple y doble efecto. Por consideraciones en el diseño de bombas de doble efecto, el diámetro del pistón es de 44.45 mm (1.75 in) y el diámetro del vástago es de 19 mm (0.75 in) con una carrera del pistón de 80 mm. Al operar la bomba a velocidad de 20 rps se logra entregar un caudal cercano a 3.78 L/min. El equipo, operando con una presión de 4.8 MPa (700 psi), ejerce fuerzas en el vástago de 8.6 kN, por lo cual demanda gran robustez en su montaje.

MODELAJE TEÓRICO

Wilson [4] describe el comportamiento de un sistema de bombeo de desplazamiento positivo de manera teórica mediante dos ecuaciones, (1) y (2), que modelan la entrega y momento-par del sistema, respectivamente.

El primer término en el lado derecho de cada ecuación describe el comportamiento ideal. Estas ecuaciones son complementadas con términos adicionales que identifican pérdidas de entrega y aumento del momento par requerido para el bombeo, por la geometría y configuración interna del equipo. Es preciso aclarar que la ecuación (1) no tiene en cuenta la pérdida de caudal entregado debido al retraso en la apertura y cierre de las válvulas, causantes de la disminución en el caudal entregado por la bomba. La ecuación (2) hace referencia al momento-par promedio en un ciclo de bombeo, el cual (se asume) se comporta de manera sinusoidal.

El coeficiente C_s en la ecuación (1) proporciona valor al caudal de fugas en los sellos, dada la presión de trabajo del equipo. En la ecuación (2), el coeficiente C_f cuantifica la fricción seca presente en el interior del sistema. C_d evalúa la oposición del fluido de trabajo al movimiento del pistón por efectos viscosos y T_c representa el momento-par inicial, que es independiente de la presión de trabajo y la velocidad de excitación de la bomba. El valor numérico de cada uno de estos coeficientes se determina experimentalmente con la medición de las variables representativas del equipo durante su funcionamiento a diferentes presiones y velocidades. La imposibilidad de operar la bomba desarrollada a diferentes velocidades hace que los dos últimos términos de la ecuación (2) se asuman constantes para este diseño. Para tal efecto, la suma de estos dos últimos términos es un momento-par que tiene en cuenta la pérdida de energía y se representa como T_p en la ecuación (3) [2].

Se define, además, la eficiencia volumétrica como la relación entre el caudal real y el caudal ideal, expresada en la ecuación (4); y la eficiencia mecánica como la relación entre el momento-par ideal y el momentopar actual para la velocidad de excitación de la bomba, como se expresa en la ecuación (5).

En la ecuación (4), se encuentra entonces el Número adimensional de Sommerfeld, el cual se define como:

La presencia del número de Sommerfeld en cada una de las expresiones anteriores permite entender el comportamiento de la bomba de manera adimensional y así predecir el comportamiento del equipo para diversas condiciones de operación, distintas a las logradas en la experimentación (Figura 6). Así, se puede pronosticar el desempeño de la bomba si se desea cambiar el fluido de trabajo, la velocidad o la presión [4].

EVALUACIÓN HIDRÁULICA Y MECÁNICA DE LA BOMBA DE DOBLE EFECTO

La evaluación de la bomba se realizó al medir las variables representativas del sistema a lo largo de un ciclo de bombeo, validando así la teoría explicada anteriormente. Se midió la presión con un transductor de presión de máxima capacidad 6.9 MPa (1 000 psi) colocado a la salida de las válvulas de descarga. El desplazamiento del pistón se midió con un transductor de desplazamiento LVDT (Linear Voltaje Displacement Transducer) con un rango máximo de 10 mm ubicado en el vástago; y la fuerza trasmitida por vástago se midió con una celda de carga diseñada y fabricada en el conector del sistema posterior al buje exterior (Figura 1). Todos los transductores alimentan una tarjeta de adquisición de datos LABJACK que permite adquirir la información en tiempo real directamente en el computador, a una tasa de muestreo de 50 datos por segundo. La presión de trabajo se varia con una válvula de relajación ubicada en la descarga del equipo, para trabajar en un rango de presiones de 1.3 MPa (200 psi) hasta 6.9 MPa (1 000 psi). El caudal entregado es medido en cada ciclo para las distintas condiciones de operación con el uso de una pipeta graduada. La Figura 2 muestra el banco de pruebas construido para el equipo. La experimentación se realizó luego de que el equipo completo alcanzó 7 000 ciclos de operación continua bajo carga. Cada uno de los puntos mostrados en las Figuras 4 a 6 es el resultado de 6 pruebas realizadas en el equipo. El error mostrado en los puntos experimentales es el resultado del error promedio de las seis mediciones realizadas.

Figura 2. Banco de pruebas construido.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Se puede observar en la Figura 3 cómo la distribución de fuerza experimental tiene un comportamiento semejante al comportamiento teórico, pero su magnitud es un poco mayor debido a la fricción de partes móviles y el arrastre producido por el fluido con el movimiento del pistón. También se puede ver cómo el retraso en la apertura de las válvulas y la compresión de aire presente en el agua afecta la fuerza.

Con la medición de la fuerza se puede conocer el momento-par en el ciclo reductor para cada presión de trabajo. Del diagrama de Momento-par promedio (rms) vs. Presión de trabajo (Figura 4), se puede conocer la pendiente y el término constante de la ecuación lineal que plantea Wilson [4]. Experimentalmente la relación entre el momento-par y la presión de trabajo se describe por la ecuación (6). La tendencia lineal es típica y corrobora el comportamiento pronosticado por la teoría. De esta manera se conoce el valor del coeficiente de fricción seca y el valor de T_p.

La Figura 5 muestra la diferencia entre el caudal obtenido y el caudal teórico para cada presión de trabajo. Así, se tiene el valor numérico del coeficiente de fugas implícito en la pendiente e indicado en la ecuación (1) y se deduce la ecuación experimental (7). Tanto en la Figura 5 como en la ecuación (7) se puede observar un caudal de fugado constante (S) en el equipo, no previsto por la ecuación (1). Este término corrobora el funcionamiento real de las válvulas presentes en el equipo y un retraso en su apertura. De la misma forma, la tendencia es consecuente con la teoría planteada.

De este resultado se deducen los valores de los coeficientes que predicen teóricamente la eficiencia del equipo.

La eficiencia volumétrica se cuantifica como la relación entre el caudal real en un ciclo de operación y el caudal teórico según las dimensiones y velocidad del equipo. La eficiencia mecánica se define como la relación de potencia entregada al agua y la potencia transmitida por el vástago en un ciclo de bombeo. La Figura 6 muestra el comportamiento experimental del equipo y evidencia alta eficiencia mecánica dentro del sistema, semejante a lo reportado por Wilson [4]. Este resultado muestra conservación de energía a lo largo del proceso de bombeo, característica importante para la futura aplicación del equipo. El bajo valor de la eficiencia volumétrica se debe al retraso en el ángulo de apertura de las válvulas de cheque, ya sea para succión o descarga. Este fenómeno se demuestra a través del diagrama indicador de presión para cada condición de trabajo. El diagrama para una presión de trabajo de 4.8 MPa (700 psi) es ilustrado en la Figura 7, donde los ángulos de apertura son mayores a 50° y los ángulos de cierre mayores a 35°. Teóricamente, cada uno de estos ángulos deben ser cero, lo cual garantiza el uso de todo el recorrido del pistón para el bombeo. También tiene influencia el no llenado de la cámara de la bomba al momento de realizar la succión, por el mismo retardo en las válvulas de admisión; así, parte del recorrido expande y comprime aire, disminuyendo el volumen desplazado.

Figura 3. Comportamiento experimental y teórico de la fuerza en el Vástago a 4.8 MPa (700 psi).

Figura 4. Momento par vs. Presión.

Figura 5. Caudal de Fugado vs. Presión.

Figura 6. Comportamiento del equipo desarrollado.

Figura 7. Diagrama Indicador 4.8 MPa (700 psi).

PRUEBAS CON LA MEMBRANA DE OI

Se validó el comportamiento de la bomba como parte del sistema, acoplándola a la membrana de desalinización. Se preparó agua salada con una concentración de 28 000 mg/L de sal disuelta. La determinación de la salinidad del agua se realizó midiendo la conductividad de la misma. Un esquema de la alimentación a la membrana se muestra en la Figura 8, donde se puede ver cómo la membrana recibe un caudal de alimentación (agua salada) y entrega caudales de concentrado y permeado. El caudal de concentrado es mayor que el permeado y contiene las sales removidas por la membrana. Por su parte, el permeado contiene menor cantidad de sales disueltas que el caudal de alimentación y es el caudal objetivo de estudio, ya que esto representa la solución al problema de agua potable.

Figura 8. Esquema de sistema desalinizador.

El comportamiento de la membrana de OI con el sistema de bombeo desarrollado se muestra en la Figura 9. Un caudal permeado de 0.22 L/min con concentraciones inferiores a 1 500 mg/L de sales disueltas hacen del sistema desalinizador (membrana de OI & equipo de bombeo desarrollado) una solución a la necesidad de agua potable para pequeñas comunidades. Es importante que el caudal de recuperación no supere el 13% para asegurar el uso seguro de la membrana de OI según el fabricante. Este porcentaje se define como la razón entre el caudal permeado y la suma de caudal permeado y concentrado. De manera simultánea, se expone los resultados experimentales reportados con el uso de un sistema de bombeo convencional de alto costo [1]. Se observaron comportamientos similares y valores numéricos cercanos entre los resultados de las dos experimentaciones. Lo anterior valida la bomba desarrollada como solución al problema de costo y complejidad tecnológica en la pequeña planta de OI. El resultado del trabajo realizado evidemcia un sistema innovador como solución de bombeo de agua salobre para desalinización con OI en aplicaciones de baja potencia. Los resultados de la experimentación con la membrana sitúan a la bomba desarrollada en condición de sustituir los sistemas de bombeo usados en [1] y poder tener comportamientos aceptables de la pequeña planta de OI.

Figura 9. Pruebas con la membrana de OI.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El trabajo realizado exploró la posibilidad de reemplazar los equipos de bombeo importados, usados actualmente para desalinización de agua por OI, por un diseño tecnológicamente más sencillo, fabricable en Colombia y de menor costo, con el propósito de operar en una pequeña planta de desalinización de bajo consumo de potencia. Se desarrolló un equipo de bombeo de baja velocidad capaz de suplir los requerimientos hidráulicos de la membrana de OI; el diseño presenta adecuadas eficiencias mecánica, volumétrica y general a lo largo de su operación, condiciones necesarias para su operación en una planta energizada con el recurso eólico de zonas costeras en la alta Guajira colombiana. El desempeño de la membrana de OI alimentada con el equipo probado es comparable con el obtenido usando sistemas de bombeo comerciales de más alto costo y tecnología más compleja [5]. De la misma manera, muestra un adecuado desempeño siendo tecnológicamente más simplelo cual evidencia un avance en el diseño respecto a desarrollos previos y base del presente trabajo [6]. Este equipo es un desarrollo preindustrial y probado bajo condiciones de laboratorio, por lo que, al momento de pretender ser industrializado, requiere ajustes tecnológicos con partes y elementos comerciales. Al mismo tiempo y para tal efecto, se recomienda el robustecimiento del sistema de prefiltrado en la planta de desalinización. Las válvulas de succión y descarga presentan alta sensibilidad a la presencia de partículas sólidas dentro del fluido, desmejorando el desempeño del equipo de bombeo. Trabajos futuros deben enfocarse en el robustecimiento de las válvulas del equipo así como a la búsqueda de mejores alternativas en los materiales de los sellos en el pistón, dada la alta salinidad del fluido de trabajo. Es necesario realizar experimentación con la membrana de OI en estado transiente para observar el comportamiento del equipo de bombeo a fluctuaciones de potencia.

Soldadura oxi-acetilénica

RESUMEN

La soldadura fuerte también conocida en la terminología inglesa como brazing, es un proceso de unión térmica en el que el metal de aporte, se calienta hasta su fusión fluyendo por capilaridad entre la holgura que existe entre los materiales a soldar y uniendo sus superficies por atracción atómica y mediante difusión.

El material de aporte tiene un punto de fusión por encima de los 450ºC, pero siempre por debajo del punto de fusión de los componentes que va a unir. En el caso de que el punto de fusión esté por debajo de los 450ºC se conoce como soldadura blanda (soldering).

Las características físicas y químicas del material de aporte son completamente diferentes de las piezas que va a soldar.

Una característica notable de esta técnica es su capacidad para unir materiales disimilares y componentes con masas y tamaños distintos. Es capaz, por ejemplo de unir carburos de tungsteno con aceros.

­1.- Introducción­

Los gases en estado comprimido son en la actualidad prácticamente indispensables para llevar a cabo la mayoría de los procesos de soldadura. Por su gran capacidad inflamable, el gas más utilizado es el acetileno que, combinado con el oxígeno, es la base de la soldadura oxiacetilénica y oxicorte, el tipo de soldadura por gas más utilizado.

Por otro lado y a pesar de que los recipientes que contienen gases comprimidos se construyen de forma suficientemente segura, todavía se producen muchos accidentes por no seguir las normas de seguridad relacionadas con las operaciones complementarias de manutención, transporte, almacenamiento y las distintas formas de utilización.

Vale señalar que la soldadura oxiacetilénica por alta presión donde tanto el oxígeno como el gas combustible (acetileno, hidrógeno, etc.) que alimentan el soplete proceden de las botellas que los contienen a alta presión. Es conveniente resaltar que la llama de un soplete de acetileno/oxígeno puede llegar a alcanzar una temperatura por encima de los 3100 ^oC aumentando de esta forma la peligrosidad de este tipo de soldadura.

2.- Marco Teórico

• Descripción de la soldadora

CARACTERÍSTICAS DE LOS ELEMENTOS DE LA SOLDADURA OXIACETILÉNICA

Además de las dos botellas móviles que contienen el combustible y el comburente, los elementos principales que intervienen en el proceso de soldadura oxiacetilénica son los mano reductores, el soplete, las válvulas antirretroceso y las mangueras. (Ver fig. 1)

Fig. 1: Elementos principales de una instalación móvil de soldadura por gas

Temperatura de la llama (descripción)

REGULACIÓN DE LA LLAMA OXIACETILÉNICA

La llama se caracteriza por tener dos zonas bien delimitadas, el cono o dardo, de color blanco deslumbrante y es donde se produce la combustión del oxígeno y acetileno y el penacho que es donde se produce la combustión con el oxígeno del aire de los productos no quemados.

La zona de mayor temperatura es aquella que esta inmediatamente delante del dardo y en el soldeo oxiacetilénico es la que se usa ya que es la de mayor temperatura hasta 3200ºC, no en el caso del brazing.

La llama es fácilmente regulable ya que pueden obtenerse llamas estables con diferentes proporciones de oxígeno y acetileno. En función de la proporción de acetileno y oxígeno se disponen de los siguientes tipos de llama:

§ Llama de acetileno puro: Se produce cuando se quema este en el aire. Presenta una llama que va del amarillo al rojo naranja en su parte final y que produce partículas de hollín en el aire. No tiene utilidad en soldadura.

§ Llama reductora: Se genera cuando hay un exceso de acetileno. Partiendo de la llama de acetileno puro, al aumentarse el porcentaje de oxígeno se hace visible una zona brillante, dardo, seguida de un penacho acetilénico de color verde pálido, que desaparece al igualarse las proporciones.

Una forma de comparar la proporción de acetileno con respecto al oxígeno, es comparando la longitud del dardo con el penacho acetilénico medido desde la boquilla. Si este es el doble de grande, habrá por tanto el doble de acetileno.

• Llama neutra: Misma proporción de acetileno que de oxígeno. No hay penacho acetilénico.
• Llama oxidante: Hay un exceso de oxígeno que tiende a estrechar la llama a la salida de la boquilla. No debe utilizarse en el soldeo de aceros.

Tanto en este caso como en el anterior el penacho que se forma, produce la combustión del oxígeno con el aire de todos los productos que no se quemaron anteriormente.

• PARTES DE LA SOLDADORA OXIACETILÉNICA

Sistema operativo soldadura oxiacetilénica

Sistema de acetileno

Trabajos en la soldadora oxiacetilenica

Técnica operativa

La soldadura fuerte de los aceros inoxidables, requiere de una llama ligeramente reductora o casi neutra con el fin de reducir la oxidación en las superficies de los materiales base durante el calentamiento. Para evitar el sobrecalentamiento o inclusive la fusión del metal base, se utilizará la zona exterior de la llama y no las zonas cercanas al cono interno o dardo, manteniendo el soplete en continuo movimiento para evitar puntos calientes.

Las piezas que forman la unión deben ser calentadas uniformemente para que alcancen la temperatura de soldeo al mismo tiempo, la antorcha debe estar en continuo movimiento para evitar sobrecalentamiento.

Al tratar de soldar dos piezas con diferentes secciones o distintas conductividad, siempre recibirá mayor aporte energético, la de mayor espesor o la de mayor conductividad, simplemente debido a que esta última disipará el calor más rápidamente. En cualquier caso, la mejor manera de comprobar la homogeneidad del calentamiento, radica en observar que los cambios que sufre el fundente se realizan de manera uniforme independientes de las secciones o conductividad de las superficies a soldar.

El fundente también actúa como un indicador de temperatura. Cuando el fundente alcanza la temperatura adecuada para realizar el brazing, se muestra claro, transparente y fluye sobre la unión como agua líquida. Es en este momento, cuando se debería aplicar el material de aporte tocando con la varilla en la boca de la unión y continuando con el suministro de calor de manera indirecta.

En algunas situaciones sucede que el fundente esta líquido pero el material base no esta listo para fundir la aleación, las temperaturas de fundente y material de aporte no están acordes, necesitando el conjunto mayor calor, en estos casos existe riesgo de que el fundente se sature antes y deje de actuar.

Debido a que el material fundido tiende a fluir hacia las zonas más calientes, la superficie exterior estará algo más caliente que la interior, por lo que el material tiene que ser aplicado exactamente en la unión. De lo contrario no fluirá por la unión, tendiendo a formar un recubrimiento en la pieza. Es una buena práctica calentar el lado opuesto del suministro de material de aporte.

Por otro lado, si se trata de conseguir la temperatura de brazing fundiendo el  metal de aporte directamente bajo la llama, la acción capilar no va a acontecer, en su lugar el material de aporte se  acumulará de nuevo en la superficie. El calentamiento continuado en un intento de hacerlo fluir, va originar la alteración de la composición del material de aporte con el riesgo de liberar humos que pueden llegar a ser tóxicos.

Fuerza F: fuerza en direccion aplicada a la pieza

Fuerza Q: fuerza donde contrarresta la fuerza F (Normal)

Por tanto es importante resaltar:

El calor aplicado en la pieza es el que hará fundir al material de aporte y no el del soplete directamente sobre él.

En función de las características de fluidez del material de aporte, la aplicación puede ser mediante toques en un punto de la unión como en el caso del Silver-flo 55, donde este fluirá fácilmente por la unión o mediante una aplicación más extensa o inclusive alrededor de la unión para la formación de una banda de material de aporte para materiales de fluidez lenta, como es en el caso del Silver-flo 302.

Una vez que la soldadura se ha completado, el calor debe ser retirado para evitar daños metalúrgicos en el material y porosidad en el material de aporte.

• Problemas de soldadura

Al trabajar con soplete o soldadura oxiacetilénica se originan una serie de riesgos que pueden ser evitados si se conocen y se trabaja cumpliendo las normas básicas de seguridad.

A continuación enumeramos algunas de ellas.

DISPOSICIONES PARA LA CORRECTA UTILIZACIÓN DE LOS CILINDROS

- Las válvulas deben ser purgadas para arrastrar toda materia extraña que pueda dañar el reductor. Si se presentan dificultades con la válvula se debe devolver el cilindro antes de ponerlo en servicio. No se debe intentar reparar las mismas.

- Los reductores para oxígeno deben ser conectados con tuercas y las de acetileno por medio de la grampa.

- Se debe usar la llave exacta para ajustar la tuerca que fija el reductor a la válvula del cilindro, una llave inadecuada, puede redondear la tuerca, la que en esa forma puede no quedar lo suficientemente apretada.

- Un excesivo ajuste puede por el contrario dañar los filetes de la tuerca debilitando la conexión.

- La válvula del reductor debe estar cerrada antes de abrir la del cilindro.

- Con la llave especial se debe abrir la válvula del cilindro de acetileno una vuelta completa.

- Antes de hacerlo se debe verificar que la válvula del reductor esté cerrada.

- Se recomienda ajustar moderadamente las conexiones de las mangueras al soplete con llave exacta.

- Se debe armar el pico apropiado al trabajo que debe ejecutar cuando se trate del soplete soldador y el pico e inyector que corresponda, cuando se trate del soplete cortador. Se debe ser cuidadoso en el montaje de la cabeza y picos adecuados, los malos asientos de estas piezas provocan graves retrocesos de llama.

- Se debe probar o controlar las conexiones (reductor al cilindro, mangueras con los reductores y con el soplete) en busca de pérdidas.

- Para esta maniobra se debe utilizar agua jabonosa preparada con jabón libre de grasas. Aplicarla con un pequeño pincel.

- Se deben buscar pérdidas cuando hay problemas en las conexiones y cada vez que se cambie de cilindro.

- Si la pérdida de alguna unión subsiste después de un fuerte apriete, se debe desconectar y reparar con un trapo limpio. De continuar se debe revisar la unión.

- Cuando se crea que la manguera está dañada, se debe verificar su estanqueidad sumergiéndola en un balde con agua. Si aparece la pérdida, se debe cortar la parte dañada y empalmarla adecuadamente (los parches no son indicados para evitarlas; deben ser prohibidos).

- Las pérdidas pueden provocar retrocesos y explosiones prematuras y es por ello que deben ser eliminadas.

- Nunca se debe aceitar, ni engrasar el equipo oxiacetilénico de soldadura: el oxígeno tiene afinidad por los hidrocarburos. Se evita con ello la posible combustión espontánea causada por exposición al mismo y las consecuencias de su explosión.

- Por la misma razón nunca se debe intercambiar la manguera de aire comprimido con la de oxígeno porque las primeras pueden contener aceite.

- Se debe evitar que las mangueras sean pisadas, aplastadas por objetos pesados o quemadas por escorias calientes.

- El juego de mangueras individuales oxígeno y acetileno deben ser unidas cada 60 cm. aproximadamente para hacerlas mas manuales.

- El soplete se debe colocar en un lugar seguro. No colgarlo nunca del reductor o válvula de los cilindros y menos cuando está encendido.

- Jamás se debe introducir los cilindros en espacios cerrados tales como tanques calderas. Deben quedar siempre afuera de ellos.

- Al terminar el trabajo, se debe cerrar la válvula del cilindro del oxígeno y la del cilindro o generador de acetileno. Purgar las cañerías y sopletes. Aflojar los tornillos de regulación de los reductores de presión, así no quedan mangueras y equipos con presión.

- El manipuleo de los cilindros debe ser hecho siempre con cuidado especialmente con bajas temperaturas. No golpearlos ni exponerlos al calor.

DISPOSICIONES PARA LA SEGURIDAD DEL OPERADOR

q No se debe engrasar los guantes, cuando se endurezcan, deben ser reemplazados.

q El operador debe vestir ropas exentas de grasitud. La ropa engrasada expuesta al oxígeno arde rápidamente. Si están rasgadas o deshilachadas facilitan aún más esta posibilidad.

q Nunca se debe encender el soplete con fósforos. Con la llave de acetileno del soplete abierta el gas que sale de su pico puede formar mezcla explosiva en torno de la mano que tiene el fósforo.

q Debe encenderse el soplete, abriendo primero el robinete de oxígeno y luego el de acetileno.

q Tampoco debe reencender el soplete apagado valiéndose del metal caliente, pues no siempre enciende instantáneamente; dando lugar a la acumulación de gas que inflama violentamente.

q Para encender el soplete lo mejor es utilizar una llama piloto. Esta forma de encendido puede prevenir terribles quemaduras.

q El área donde se emplee el soplete debe ser bien ventilada para evitar la acumulación de las emanaciones.

q Mientras se suelde no tener fósforos ni encendedor en los bolsillos.

q Antes de cortar una pieza de hierro o acero se debe asegurar que no vayan a caer escorias en algún lugar poco accesible donde puedan causar un principio de incendio.

q El corte de recipientes cerrados lleva provocados muchos accidentes. En la mayoría de los casos pueden ser llenados con agua para desalojar los posibles gases que puedan contener y ventilar el lugar de corte para contrarrestar el calentamiento del aire interior.

q Durante el funcionamiento de un soplete cortador, una parte del oxígeno con el que se lo alimenta es consumida por oxidación del metal, el excedente retorna a la atmósfera. Un trabajo de oxicorte realizado en un local de dimensiones pequeñas puede enriquecer peligrosamente la atmósfera, lo que podría ocasionar accidentes muy graves por asfixia.

q Las explosiones prematuras o retrocesos pueden ser causados por recalentamiento del pico, por tocar el trabajo con el pico, por trabajar con presiones incorrectas; por suciedad u obstrucción. La llama se produce en el interior originando un ruido semejante a un silbido. Esta recalentará la boquilla o quemará la manguera.

Cuando esto ocurra, cierre las llaves del soplete empezando por la de acetileno. Si el retroceso destroza las mangueras y origina incendio cierre con cuidado la válvula del cilindro de acetileno primero y la del de oxígeno después.

q El retroceso no hace más que poner de manifiesto un mal procedimiento o el mal funcionamiento del equipo.

q Nunca se debe dejar en el suelo el soplete encendido. En pocos segundos se apaga y para reencenderlo se debe prevenir contra una explosión, pues existe el riesgo de formar mezcla explosiva.

q Los trabajos de soldadura y de corte se hacen a temperaturas que sobrepasen en muchos grados a la de inflamación de los metales. De aquí que es importante tener cerca un extintor portátil para enfriar.

q Acostumbrar al personal a dar parte de los peligros tan pronto como lo vea. No interesa si estaba antes de venir a trabajar. Es importante poner en conocimiento del superior, deficiencias en el equipo, elementos mal guardados, pasillos bloqueados, etc.

q Se debe mantener el lugar de trabajo tan limpio como sea posible. De esa forma se puede eliminar muchos riesgos guardando los distintos elementos, incluidos los desperdicios, en recipientes adecuados.

Utilice los siguientes equipos e instalaciones de seguridad:

q Ropa de trabajo.

q Delantal de cuero de descarne.

q Guantes, mangas o sacos de cuero de descarne.

q Polainas de cuero.

q Botines de seguridad.

q Máscara o pantalla facial con mirillas volcables, o pantallas de mano para soldadura.

q Protección respiratoria (barbijo para humos de soldadura).

q Biombo metálico.

q Matafuego.

LO QUE NUNCA SE DEBE HACER

q No usar jamás oxígeno en lugar de aire comprimido en las aplicaciones específicas de este gas (sopletes de pintar, alimentación de herramientas neumáticas, etc.) Las consecuencias serán siempre gravísimas.

q Nunca usar oxígeno o cualquier otro gas comprimido para enfriar su cuerpo o soplar en polvo de su ropa.

q Nunca usar el contenido de un cilindro sin colocar el correspondiente reductor de presión.

q Nunca lubricar las válvulas, reductor, manómetros y demás implementos utilizados con oxígeno, ni tampoco manipulearlos con guantes o manos sucias de aceite.

q Nunca permitir que materiales combustibles sean puestos en contacto con el oxígeno.. Este es un gas no inflamable que desarrolla la combustión intensamente. Reacciona con grasas y lubricantes con gran desprendimiento de calor que puede llegar a la auto-inflamación. En otros casos basta una pequeña llama para provocarla.

q Nunca utilice un cilindro de gas comprimido sin identificar bien su contenido. De existir cualquier duda sobre su verdadero contenido devuélvalo inmediatamente a su proveedor.

q Nunca permita que los gases comprimidos y el acetileno sean empleados, por personas inexpertas. Su uso requiere personal instruido y experimentado.

q Nunca conecte un regulador sin asegurarse previamente que las roscas son iguales.

q Nunca fuerce conexiones que no sean iguales.

q Nunca emplee, reguladores, mangueras y manómetros destinados al uso de un gas o grupo de gases en particular en cilindros que contengan otros gases.

q Nunca trasvase gas de un cilindro a otro, por cuanto dicho procedimiento requiere instrucción y conocimiento especializados.

q Nunca utilice gases inflamables directamente del cilindro sin reducir previamente la presión con un reductor adecuado.

q Nunca devuelva el cilindro con su válvula abierta. Esta debe ser cerrada cuidadosamente cualquiera sea el gas que contenga. Coloque también la tapa de protección.

Elección del material de aporte

La mayoría de los materiales de aporte son aleaciones que funden a través de un rango de temperaturas, a excepción de las eutécticas que lo hacen a una temperatura específica.

La aleación por tanto, adquiere inicialmente un estado pastoso cuando se encuentra entre el solidus y el liquidus, debido a que una porción permanece sólida hasta que la temperatura alcanza el liquidus. Teóricamente mantener la pieza en el liquidus originaría la fusión del metal de aporte, sin embargo las variables de producción pueden no garantizar la completa fusión del material en la unión, por lo que se suele aumentar esta temperatura entre 10º y 40º C para obtener siempre la completa fusión del material de aporte. Se recomienda la temperatura de fusión en 830ºC, cuando el liquidus del material de aporte es aproximadamente de 800ºC.

En la selección del material de aporte se considerará:

• Los materiales base

Donde se contempla, sus temperaturas de fusión, el correcto mojado de los mismos y la posibilidad de que se produzca corrosión o compuestos ínter-metálicos que reduzcan las propiedades mecánicas de la unión.

• Tipo de soldadura

Que afectará principalmente a la forma del material de aporte, lamina, pasta etc.

• La composición, propiedades del material de aporte y su comportamiento durante la fusión
• Los materiales más sencillos de usar, son aquellos con un alto contenido en plata, y de fácil fluidez, debido a que combinan una baja temperatura de soldeo junto con un estrecho rango de temperaturas de fusión. Si la aleación tiene un rango más amplio, del orden de 65º, fluyen con más dificultad pero permite rellenar holguras más amplias y son buenos formadores de filetes.  Los siguientes materiales de aporte son utilizados en la soldadura fuerte de  aceros inoxidables austéniticos estabilizados:

	Rango de fusión	Ag	Cu	Zn	Sn	Tensile shear/Strength
Silver-flo 55	(630-660ºC)	55	21	22	2	390/145 Mpa
Silver-flo 24	(740-800ºC)	24	43	33		470/155 MPa

La soldadura con Silverflo 55 es más sencilla que con Silverflo 24 ya que fluirá más fácilmente, sin embargo el segundo permite holguras mayores y su coste será inferior al tener menor contenido en plata. La relación actual es de:

Coste del Silver-flo 55 = 1.5 veces Coste del Silver-flo 24

El Silver-flo 55 pertenece al grupo de aleaciones con temperaturas de brazing más bajas y  rangos de fusión más estrechos, produce filetes limpios y pequeños. Posee buenas propiedades mecánicas y se puede utilizar en aplicaciones marinas siendo resistente a la descincificación.

Su contenido en estaño le hace ser susceptible a agrietarse si se enfría bruscamente desde altas temperaturas (por encima de los 300ºC) y este efecto se hace aún mayor si los componentes a soldar tiene diferentes coeficientes de expansión.

Se presenta en todas las formas, varilla, hilo, pasta, varilla recubierta con fundente, laminas, tiras, anillos y arandelas.

El Silver-flo 24 es ampliamente usado en el mundo aerospacial, se presenta en varilla, hilo, pasta y en forma de lámina, con un espesor de 0.127 mm. Tiene propiedades mecánicas mayores, (resistencia al cizallamiento y la rotura) algo mayores que el Silver-flo 55, pero menor resistencia a la corrosión.

• Temperatura de trabajo. Los dos materiales de aporte citados no están recomendados cuando la unión va a trabajar por encima de los 250ºC, debido a que por encima de esas temperaturas, sus propiedades mecánicas van deteriorándose.

Descripción de algunas partes de la soldadora

Manorreductores

Los mano reductores pueden ser de uno o dos grados de reducción en función del tipo de palanca o membrana. La función que desarrollan es la transformación de la presión de la botella de gas (150 atm) a la presión de trabajo (de 0,1 a 10 atm) de una forma constante. Están situados entre las botellas y los sopletes.

Soplete

Es el elemento de la instalación que efectúa la mezcla de gases. Pueden ser de alta presión en el que la presión de ambos gases es la misma, o de baja presión en el que el oxígeno (comburente) tiene una presión mayor que el acetileno (combustible). Las partes principales del soplete son las dos conexiones con las mangueras, dos llaves de regulación, el inyector, la cámara de mezcla y la boquilla.

Soplete para soldadora oxiacetilénica

Válvulas antirretroceso

Son dispositivos de seguridad instalados en las conducciones y que sólo permiten el paso de gas en un sentido impidiendo, por tanto, que la llama pueda retroceder. Están formadas por una envolvente, un cuerpo metálico, una válvula de retención y una válvula de seguridad contra sobre-presiones. Puede haber más de una por conducción en función de su longitud y geometría.

Conducciones

Las conducciones sirven para conducir los gases desde las botellas hasta el soplete. Pueden ser rígidas o flexibles.

Seguridad

Riesgos y factores de riesgo

Soldadura

· Incendio y/o explosión durante los procesos de encendido y apagado, por utilización incorrecta del soplete, montaje incorrecto o estar en mal estado También se pueden producir por retorno de la llama o por falta de orden o limpieza.

· Exposiciones a radiaciones en las bandas de UV visible e IR del espectro en dosis importantes y con distintas intensidades energéticas, nocivas para los ojos, procedentes del soplete y del metal incandescente del arco de soldadura.

· Quemaduras por salpicaduras de metal incandescente y contactos con los objetos calientes que se están soldando.

· Proyecciones de partículas de piezas trabajadas en diversas partes del cuerpo.

· Exposición a humos y gases de soldadura, por factores de riesgo diversos, generalmente por sistemas de extracción localizada inexistentes o ineficientes.

Almacenamiento y manipulación de botellas

· Incendio y/o explosión por fugas o sobrecalentamientos incontrolados.

· Atrapamientos diversos en manipulación de botellas.

Normas de seguridad frente a incendios/explosiones en trabajos de soldadura

Los riesgos de incendio y/o explosión se pueden prevenir aplicando una serie de normas de seguridad de tipo general y otras específicas que hacen referencia a la utilización de las botellas, las mangueras y el soplete. Por otra parte se exponen normas a seguir en caso de retorno de la llama.

Normas de seguridad generales

· Se prohíben los trabajos de soldadura y corte, en locales donde se almacenen materiales inflamables, combustibles, donde exista riesgo de explosión o en el interior de recipientes que hayan contenido sustancias inflamables.

· Para trabajar en recipientes que hayan contenido sustancias explosivas o inflamables, se debe limpiar con agua caliente y desgasificar con vapor de agua, por ejemplo. Además se comprobará con la ayuda de un medidor de atmósferas peligrosas (explosímetro), la ausencia total de gases.

· Se debe evitar que las chispas producidas por el soplete alcancen o caigan sobre las botellas, mangueras o líquidos inflamables.

· No utilizar el oxígeno para limpiar o soplar piezas o tuberías, etc., o para ventilar una estancia, pues el exceso de oxígeno incrementa el riesgo de incendio.

· Los grifos y los mano reductores de las botellas de oxígeno deben estar siempre limpios de grasas, aceites o combustible de cualquier tipo. Las grasas pueden inflamarse espontáneamente por acción del oxígeno.

· Si una botella de acetileno se calienta por cualquier motivo, puede explosionar; cuando se detecte esta circunstancia se debe cerrar el grifo y enfriarla con agua, si es preciso durante horas.

· Si se incendia el grifo de una botella de acetileno, se tratará de cerrarlo, y si no se consigue, se apagará con un extintor de nieve carbónica o de polvo.

· Después de un retroceso de llama o de un incendio del grifo de una botella de acetileno, debe comprobarse que la botella no se calienta sola.

Normas de seguridad específicas

Utilización de botellas

· Las botellas deben estar perfectamente identificadas en todo momento, en caso contrario deben inutilizarse y devolverse al proveedor.

· Todos los equipos, canalizaciones y accesorios deben ser los adecuados a la presión y gas a utilizar.

· Las botellas de acetileno llenas se deben mantener en posición vertical, al menos 12 horas antes de ser utilizadas. En caso de tener que tumbarlas, se debe mantener el grifo con el orificio de salida hacia arriba, pero en ningún caso a menos de 50 cm del suelo.

· Los grifos de las botellas de oxígeno y acetileno deben situarse de forma que sus bocas de salida apunten en direcciones opuestas.

· Las botellas en servicio deben estar libres de objetos que las cubran total o parcialmente.

· Las botellas deben estar a una distancia entre 5 y 10 m de la zona de trabajo.

· Antes de empezar una botella comprobar que el manómetro marca “cero” con el grifo cerrado.

· Si el grifo de una botella se atasca, no se debe forzar la botella, se debe devolver al suministrador marcando convenientemente la deficiencia detectada.

· Antes de colocar el mano reductor, debe purgarse el grifo de la botella de oxígeno, abriendo un cuarto de vuelta y cerrando a la mayor brevedad.

· Colocar el mano reductor con el grifo de expansión totalmente abierto; después de colocarlo se debe comprobar que no existen fugas utilizando agua jabonosa, pero nunca con llama. Si se detectan fugas se debe proceder a su reparación inmediatamente.

· Abrir el grifo de la botella lentamente; en caso contrario el reductor de presión podría quemarse.

· Las botellas no deben consumirse completamente pues podría entrar aire. Se debe conservar siempre una ligera sobre-presión en su interior.

· Cerrar los grifos de las botellas después de cada sesión de trabajo. Después de cerrar el grifo de la botella se debe descargar siempre el mano reductor, las mangueras y el soplete.

· La llave de cierre debe estar sujeta a cada botella en servicio, para cerrarla en caso de incendio. Un buen sistema es atarla al mano reductor.

· Las averías en los grifos de las botellas debe ser solucionadas por el suministrador, evitando en todo caso el desmontarlos.

· No sustituir las juntas de fibra por otras de goma o cuero.

· Si como consecuencia de estar sometidas a bajas temperaturas se hiela el mano reductor de alguna botella utilizar paños de agua caliente para deshelarlas.

Mangueras

· Las mangueras deben estar siempre en perfectas condiciones de uso y sólidamente fijadas a las tuercas de empalme.

· Las mangueras deben conectarse a las botellas correctamente sabiendo que las de oxígeno son rojas y las de acetileno negras, teniendo estas últimas un diámetro mayor que las primeras.

· Se debe evitar que las mangueras entren en contacto con superficies calientes, bordes afilados, ángulos vivos o caigan sobre ellas chispas procurando que no formen bucles.

· Las mangueras no deben atravesar vías de circulación de vehículos o personas sin estar protegidas con apoyos de paso de suficiente resistencia a la compresión.

· Antes de iniciar el proceso de soldadura se debe comprobar que no existen pérdidas en las conexiones de las mangueras utilizando agua jabonosa, por ejemplo. Nunca utilizar una llama para efectuar la comprobación.

· No se debe trabajar con las mangueras situadas sobre los hombros o entre las piernas.

· Las mangueras no deben dejarse enrolladas sobre las ojivas de las botellas.

· Después de un retorno accidental de llama, se deben desmontar las mangueras y comprobar que no han sufrido daños. En caso afirmativo se deben sustituir por unas nuevas desechando las deterioradas.

Soplete

· El soplete debe manejarse con cuidado y en ningún caso se golpeará con él.

· En la operación de encendido debería seguirse la siguiente secuencia de actuación:

a. Abrir lentamente y ligeramente la válvula del soplete correspondiente al oxígeno.

b. Abrir la válvula del soplete correspondiente al acetileno alrededor de 3/4 de vuelta.

c. Encender la mezcla con un encendedor o llama piloto.

d. Aumentar la entrada del combustible hasta que la llama no despida humo.

e. Acabar de abrir el oxígeno según necesidades.

f. Verificar el mano reductor.

· En la operación de apagado debería cerrarse primero la válvula del acetileno y después la del oxígeno.

· No colgar nunca el soplete en las botellas, ni siquiera apagado.

· No depositar los sopletes conectados a las botellas en recipientes cerrados.

· La reparación de los sopletes la deben hacer técnicos especializados.

· Limpiar periódicamente las toberas del soplete pues la suciedad acumulada facilita el retorno de la llama. Para limpiar las toberas se puede utilizar una aguja de latón.

· Si el soplete tiene fugas se debe dejar de utilizar inmediatamente y proceder a su reparación. Hay que tener en cuenta que fugas de oxígeno en locales cerrados pueden ser muy peligrosas.

Retorno de llama

En caso de retorno de la llama se deben seguir los siguientes pasos:

a. Cerrar la llave de paso del oxígeno interrumpiendo la alimentación a la llama interna.

b. Cerrar la llave de paso del acetileno y después las llaves de alimentación de ambas botellas.

· En ningún caso se deben doblar las mangueras para interrumpir el paso del gas.

· Efectuar las comprobaciones pertinentes para averiguar las causas y proceder a solucionarlas.

Exposición a humos y gases

Siempre que sea posible se trabajará en zonas o recintos especialmente preparados para ello y dotados de sistemas de ventilación general y extracción localizada suficientes para eliminar el riesgo.

Es recomendable que los trabajos de soldadura se realicen en lugares fijos. Si el tamaño de las piezas a soldar lo permite es conveniente disponer de mesas especiales dotadas de extracción localizada lateral. En estos casos se puede conseguir una captación eficaz mediante una mesa con extracción a través de rendijas en la parte posterior (fig. 2).

	m.m. A 600 máx B 120 C 50 D - E 120 F 120 G 200 H 3.000 máx
Fig. 2: Mesa fija de soldadura con extracción posterior. Cotas recomendadas

El caudal de aspiración recomendado es de 2000 m³/h por metro de longitud de la mesa. La velocidad del aire en las rendijas debe ser como mínimo de 5 m/s. La eficacia disminuye mucho si la anchura de la mesa rebasa los 60 o 70 cm. La colocación de pantallas en los extremos de la mesa, según se puede ver en la Fig. 2 mejora la eficacia de la extracción.

Cuando es preciso desplazarse debido al gran tamaño de la pieza a soldar se deben utilizar sistemas de aspiración desplazables. (fig. 3). El caudal de aspiración está relacionado con la distancia entre el punto de soldadura y la boca de aspiración. Ver Tabla 3.

Fig. 3: Sistema móvil de extracción localizada

Tabla 3. Relación entre el caudal de aspiración y la distancia al punto de soldadura de la boca de aspiración

Caudal en m3/h	Distancia en m
200	0,1
750	0,2
1.650	0,3
3.000	0,4
4.500	0,5

Nota: La distancia entre la boca de aspiración y el punto de soldadura debe respetarse al máximo pues la velocidad de la corriente de aire creada por la campana disminuye rápidamente con la distancia perdiendo eficacia el sistema.

Si bien no es objeto de esta NTP, cabe reseñar la importancia de adoptar medidas especiales de prevención frente a la exposición a contaminantes químicos, cuando se trate de aleaciones o revestimientos que puedan contener metales como el Cr, Ni, Cd, Zn, Pb, etc., todos ellos de alta toxicidad.

Normas de seguridad en el almacenamiento y la manipulación de botellas

Normas reglamentarias de manipulación y almacenamiento

En general se aplicará dentro del Reglamento de almacenamiento de productos químicos la ITC-MIE-APQ-005 sobre Almacenamiento de botellas y botellones de gases comprimidos, licuados y disueltos a presión (O.21.07.1992, B.O.E. de 14.08.1992). De esta ITC entresacamos los aspectos más relevantes.

Emplazamiento

· No deben ubicarse en locales subterráneos o en lugares con comunicación directa con sótanos, huecos de escaleras, pasillos, etc.

· Los suelos deben ser planos, de material difícilmente combustible y con características tales que mantengan el recipiente en perfecta estabilidad.

Ventilación

· En las áreas de almacenamiento cerradas la ventilación será suficiente y permanente, para lo que deberán disponer de aberturas y huecos en comunicación directa con el exterior y distribuidas convenientemente en zonas altas y bajas. La superficie total de las aberturas será como mínimo 1/18 de la superficie total del área de almacenamiento.

Instalación eléctrica

· Estará de acuerdo con los vigentes Reglamentos Electrotécnicos

Protección contra incendios

· Indicar mediante señalización la prohibición de fumar.

· Las botellas deben estar alejadas de llamas desnudas, arcos eléctricos, chispas, radiadores u otros focos de calor.

· Proteger las botellas contra cualquier tipo de proyecciones incandescentes.

· Si se produce un incendio se deben desalojar las botellas del lugar de incendio y se hubieran sobrecalentado se debe proceder a enfriarse con abundante agua.

Medidas complementarias

· Utilizar códigos de colores normalizados para identificar y diferenciar el contenido de las botellas.

· Proteger las botellas contra las temperaturas extremas, el hielo, la nieve y los rayos solares.

· Se debe evitar cualquier tipo de agresión mecánica que pueda dañar las botellas como pueden ser choques entre sí o contra superficies duras.

· Las botellas con caperuza no fija no deben asirse por ésta. En el desplazamiento, las botellas, deben tener la válvula cerrada y la caperuza debidamente fijada.

· Las botellas no deben arrastrarse, deslizarse o hacerlas rodar en posición horizontal. Lo más seguro en moverlas con la ayuda de una carretilla diseñada para ello y debidamente atadas a la estructura de la misma. En caso de no disponer de carretilla, el traslado debe hacerse rodando las botellas, en posición vertical sobre su base o peana.

· No manejar las botellas con las manos o guantes grasientos.

· Las válvulas de las botellas llenas o vacías deben cerrarse colocándoles los capuchones de seguridad.

· Las botellas se deben almacenar siempre en posición vertical.

· No se deben almacenar botellas que presenten cualquier tipo de fuga. Para detectar fugas no se utilizarán llamas, sino productos adecuados para cada gas.

· Para la carga/descarga de botellas está prohibido utilizar cualquier elemento de elevación tipo magnético o el uso de cadenas, cuerdas o eslingas que no estén equipadas con elementos que permitan su izado con su ayuda.

· Las botellas llenas y vacías se almacenarán en grupos separados.

Otras normas no reglamentarias

· Almacenar las botellas al sol de forma prolongada no es recomendable, pues puede aumentar peligrosamente la presión en el interior de las botellas que no están diseñadas para soportar temperaturas superiores a los 54^oC.

· Guardar las botellas en un sitio donde no se puedan manchar de aceite o grasa.

· Si una botella de acetileno permanece accidentalmente en posición horizontal, se debe poner vertical, al menos doce horas antes de ser utilizada. Si se cubrieran de hielo se debe utilizar agua caliente para su eliminación antes de manipularla.

· Manipular todas las botellas como si estuvieran llenas.

· En caso de utilizar un equipo de manutención mecánica para su desplazamiento, las botellas deben depositarse sobre una cesta, plataforma o carro apropiado con las válvulas cerradas y tapadas con el capuchón de seguridad (fig. 4).

Fig. 4: Tipo de plataforma de transporte de botellas

· Las cadenas o cables metálicos o incluso los cables recubiertos de caucho no deben utilizarse para elevar y transportar las botellas pues pueden deslizarse (fig. 5).

Fig. 5: Indicador de prohibición de utilización de cadenas o cables para transportar botellas de gas

· Cuando existan materias inflamables como la pintura, aceite o disolventes aunque estén en el interior de armarios espaciales, se debe respetar una distancia mínima de 6 m (fig. 6).

Fig. 6: Distancia de seguridad entre botellas almacenadas y un armario con pinturas, aceites o disolventes.

Normas reglamentarias sobre clases de almacenes

· En función de la cantidad de kg almacenados, los almacenes se clasifican en cinco clases que van desde menos de 150 Kg de amoniaco hasta más de 8000 Kg de productos oxidantes o inertes.

Normas reglamentarias sobre separación entre botellas de gases inflamables y otros gases

Las botellas de oxígeno y de acetileno deben almacenarse por separado dejando una distancia mínima de 6 m siempre que no haya un muro de separación (fig. 7 ).

Fig. 7: Almacenamiento de botellas sin muro de separación

En el caso de que exista un muro de separación se pueden distinguir dos casos:

a. Muro aislado: la altura del muro debe ser de 2 m como mínimo y 0,5 m por encima de la parte superior de las botellas (fig. 8). Además la distancia desde el extremo de la zona de almacenamiento en sentido horizontal y la resistencia al fuego del muro es función de la clase de almacén según se puede ver en la Tabla 4.

Fig. 8: Almacenamiento de botellas separadas por un muro aislado

Tabla 4. Relación entre la clase de almacén, la distancia y la resistencia al fuego

CLASE	DISTANCIA d (m)	RF (Resistencia al fuego en min)
1	0,5	30
2	0,5	30
3	1	60
4	1,5	60
5	2	60

b. Muro adosado a la pared: se debe cumplir lo mismo que lo indicado para el caso de muro aislado con la excepción que las botellas se pueden almacenar junto a la pared y la distancia en sentido horizontal sólo se debe respetar entre el final de la zona de almacenamiento de botellas y el muro de separación (fig. 9).

Fig. 9: Almacenamiento de botellas separadas por un muro adosado a la pared

Equipos de protección individual

El equipo obligatorio de protección individual, se compone de:

· Polainas de cuero

· Calzado de seguridad

· Yelmo de soldador (Casco y careta de protección)

· Pantalla de protección de sustentación manual

· Guantes de cuero de manga larga

· Manguitos de cuero

· Mandil de cuero

· Casco de seguridad, cuando el trabajo así lo requiera

Además el operario no debe trabajar con la ropa manchada de grasa, disolventes o cualquier otra sustancia inflamable. Cuando se trabaje en altura y sea necesario utilizar cinturón de seguridad, éste se deberá proteger para evitar que las chipas lo puedan quemar.

Normas de seguridad frente a otros riesgos en trabajos de soldadura

Exposición a radiaciones

Las radiaciones que produce la soldadura oxiacetilénica son muy importantes por lo que los ojos y la cara del operador deberán protegerse adecuadamente contra sus efectos utilizando gafas de montura integral combinados con protectores de casco y sujeción manual adecuadas al tipo de radiaciones emitidas. El material puede ser el plástico o nylon reforzados, con el inconveniente de que son muy caros, o las fibras vulcanizadas.

Para proteger adecuadamente los ojos se utilizan filtros y placas filtrantes que deben reunir una serie de características que se recogen en tres tablas; en una primera tabla se indican los valores y tolerancias de transmisión de los distintos tipos de filtros y placas filtrantes de protección ocular frente a la luz de intensidad elevada. Las definiciones de los factores de transmisión vienen dados en la ISO 4007 y su determinación está descrita en el Cáp. 5 de la ISO 4854. Los factores de transmisión de los filtros utilizados para la soldadura y las técnicas relacionadas vienen en la tabla 1

Tabla 1. Especificaciones de transmisión (ISO 48501979)

NOTA 1. Valor inferior o igual al factor de transmisión admitido para 365 nm
Especificaciones complementarias

1. Entre 210 y 313 nm, la transmisión no debe sobrepasar el valor admisible para 313 nm
2. Entre 313 y 365 nm, la transmisión no debe sobrepasar el valor admisible para 365 nm
3. Entre 365 y 400 nm, la transmisión espectral media no debe sobrepasar la transmisión media en la banda visible τ_v

Por otro lado, para elegir el filtro adecuado (nº de escala) en función del grado de protección se utilizan otras dos tablas que relacionan el tipo de trabajo de soldadura realizado con los caudales de oxígeno (operaciones de corte) o los caudales de acetileno ( soldaduras y soldadura fuerte con gas). Se puede observar que el número de escala exigido aumenta según aumenta el caudal por hora. Ver tablas 1 y 2.

Tabla 1. Escalonado de protección que debe utilizarse en operaciones de soldadura y soldadura fuerte con gas

TIPO DE TRABAJO I = Caudal de acetileno en litros por hora I = 70 70 < I ≤200 200 < I ≤ 800 I > 800 Soldadura y soldadura fuerte de metales pesados 4 5 6 7 Soldadura con flux  (aleaciones ligeras, principalmente) 4a 5a 6a 7a

Notas:

1. Cuando en la soldadura con gas se emplea un flux la luz emitida por la fuente es muy rica en luz monocromática correspondiente al tipo de flux empleado. Para suprimir la molestia debida a esta emisión monocromática, se recomienda utilizar filtros o combinaciones de filtros que tengan una absorción selectiva según el tipo de flux empleado. Los filtros indicados con letra “a” cumplen estas condiciones.
2. Según las condiciones de uso, puede emplearse la escala inmediatamente superior o inferior

Tabla 2. Escalonado de protección que deben utilizar se en operaciones de oxicorte

TIPO DE TRABAJO Caudal de oxígeno en litros por hora 900 a 2000 2000 a 4000 4000 a 8000 Oxicorte 5 6 7

Notas:

1. Según las condiciones de uso, puede emplearse la escala inmediatamente superior o inferior
2. Los valores de 900 a 2000 y de 2000 a 8000 litros por hora de oxígeno corresponden muy aproximadamente al uso de orificios de corte de 1,5 y 2 mm de diámetro, respectiva mente.

Será muy conveniente el uso de placas filtrantes fabricadas de cristal soldadas que se oscurecen y aumentan la capacidad de protección en cuanto se enciende el arco de soldadura; tienen la ventaja que el oscurecimiento se produce casi instantáneamente, y en algunos tipos en tan sólo 0,1 ms. Las pantallas o gafas deben ser reemplazadas cuando se rayen o deterioren.

Para prevenir las quemaduras por salpicaduras, contactos con objetos calientes o proyecciones, deben utilizarse los equipos de protección individual reseñados en el apartado correspondiente de ésta NTP.

Conclusiones

• El proceso de soldadura fuerte es un medio efectivo de crear uniones resistentes, dúctiles, conductoras tantas térmicas como eléctricamente, además de ofrecer gran resistencia a las fugas siempre y cuando se conozcan y se aplique adecuadamente los fundamentos del proceso.
• Los expertos de soldadura fuerte consideran que para las aleaciones de base plata de baja temperatura, si no se alcanza un 70 % de recubrimiento en la unión, la técnica necesitaría ser mejorada, por otro lado no debería esperarse tener más de un 85 % de solidez en la junta.
• Algunas compañías que utilizan este procedimiento son más generosas y permiten tener hasta un 60 % de material de aporte en la unión para que se considere aceptable

VENTAJAS Y LIMITACIONES

El proceso de soldadura fuerte es uno de los procesos de unión más versátil utilizados hoy en día. Las principales ventajas se detallan a continuación.

• Cost-effective, con muy poca cantidad de aleación se puede conseguir la unión de dos piezas, que realizada correctamente es comparable a cualquier otro método de soldeo a menor precio.
• La soldadura fuerte produce uniones resistentes. Al contrario de lo que se puede pensar, la resistencia de la unión no tiene nada que ver con las características del material de aporte. Sorprendentemente y dependiendo del material base, la unión de un brazing realizado adecuadamente proporciona una resistencia mucho mayor que el material de aporte.
• Produce uniones dúctiles capaces de soportar considerables choques y vibraciones.
• Capaz de unir metales cuyas secciones transversales difieren notablemente.
• Las uniones tienen una excelente distribución de esfuerzos, siendo el filete formado ideal para resistir fatiga.
• Esta técnica es ampliamente utilizada en instalaciones de tuberías de líquidos y gases debido al impedimento que ofrece a la presencia de fugas.
• Es idóneo en procesos donde no está permitida la fusión. Por ejemplo, la soldadura de pequeños soportes (lugs) y casquillos (halfsleeve) a tuberías de motores, o en la unión de piezas de pequeño espesor y tamaño, donde las técnicas de fusión podrían destruir el material base.
• También este proceso ofrece una buena conductividad eléctrica, siendo usado en aplicaciones donde esta propiedad es importante.
• Es esencialmente una operación de un único proceso, si este se realiza adecuadamente. No requiere de rectificado o de acabados mecánicos después de que la unión se ha completado.
• Debido a que el soldeo utiliza el efecto capilar, uniones complejas son tan fáciles de unir como las simples.
• Permite la soldadura de los materiales base con recubrimientos y plaqueados, en el caso de brazing por horno de materiales base níquel que contengan titanio y aluminio, se requiere de un plaqueado de níquel en la zona de unión para mejorar el proceso.
• Las uniones soldadas presentan una buena apariencia con bordes lisos y limpios.

El método de soldadura fuerte también ofrece ciertas limitaciones que se exponen a continuación:

• La preparación de las piezas puede resultar más costosa que en un proceso por fusión.
• El brazing proporciona para algunos casos menos resistencia mecánica y continuidad en la unión que un proceso de fusión, aunque una soldadura correctamente diseñada y ejecutada puede ser tan resistente como los materiales base.
• Las uniones óptimas están generalmente solapadas por lo que incrementa el peso del conjunto.
• Siempre va ser necesario una limpieza posterior al soldeo para eliminar los residuos del fundente.

Terminologia

Material de aporte (brazing alloy): Material que funde por encima de los 450ºC pero por debajo de los metales que van a ser unidos. Debe poseer una buena fluidez que permita su distribución a lo largo de la unión y sea capaz de mojar el material base.

• Fundente (flux) : Componente químico aplicado a los metales base para protegerles de la formación de óxido durante el calentamiento, y para favorecer el mojado del metal de aporte.
• Mojado (wetting) : Se produce cuando el metal de aporte fluye y empapa las paredes del metal base.
• Holgura de la unión (joint gap): distancia existente entre los metales que van a ser unidos.
• Atracción capilar (capillary attraction): La fuerza que empuja a un líquido a través de dos superficies paralelas.
• Solidus : La temperatura más alta en la que el material de aporte esta completamente sólido.
• Liquidus: Temperatura más baja en la que el material de aporte está completamente líquido.
• Rango de fusión (melting range): Rango de temperaturas por encima del cual el metal de aporte funde. Rango formado entre el solidus y el liquidus de la aleación.
• Eutéctica (eutectic) : Aleación que solo tiene un punto de fusión, como los metales puros.
• Licuación (liquation) : Cuando un material de aporte que posee un amplio rango de fusión es calentando muy lentamente, la fase con el punto de fusión más baja es la primera que comienza a fluir. El material que queda atrás cambia de composición presentando un punto de fusión más alto, y no fluirá fácilmente. El resultado de este fenómeno se manifiesta en una unión de baja calidad y exteriormente deslucida.
• Corrosión entre caras (crevice corrosion): Cuando se realiza uniones de acero inoxidable martensíticos, utilizando materiales de aporte base plata, y el acero esta sometido a condiciones de servicio de humedad o en contacto con agua, la unión puede fallar como resultado de la corrosión producida entre el acero inoxidable y la intercara del material de aporte.
• Penetración intergranular : las aleaciones base níquel son propensas a la formación de grietas cuando el material de aporte utilizado es base plata y los componentes están sometidos a elevados niveles de fatiga.
• Descincificación : Es una forma de corrosión galvánica, generalmente asociada con dos fases de aleaciones de latón, en la que la fase rica en Zn es selectivamente arrojada del latón, dejando una matriz de una fase rica en cobre. Esto puede ocurrir cuando las uniones son expuestas a una atmósfera salina.

Recomendaciones

Aplicación del fundente

• El fundente suele presentarse en polvo, se mezcla con agua y unas gotas de detergente, para mejorar el mojado sobre el metal base, hasta formar una pasta relativamente consistente. También se presenta en forma de pasta lo que reduce los tiempos de preparación.
• El mejor modo de aplicar el fundente, es cubriendo con una pasta las piezas individuales antes de ser unidas. La aplicación en los alrededores de la unión reduce también la oxidación de esas áreas.
• Es importante aplicarlo después de su preparación ya que se deteriora rápidamente, así como mantener cerrada la tapa del contenedor cuando no se utilice.
• Es muy corriente ver a los operarios calentando el final de la varilla y/o sumergirla dentro del fundente y luego aplicar ambos a la unión. Esta técnica por si sola, tiene la desventaja de que el fundente no protege la unión durante el ciclo de calentamiento y además la cantidad limitada de fundente aplicada, no evita la oxidación de los metales bases en las proximidades de la unión. A su vez se restringe la penetración capilar del material de aporte fundido.
• El uso de demasiado fundente rara vez resulta en una mala unión, sin embargo poco fundente genera uniones de baja calidad ya que este queda exhausto rápidamente.

¡Siempre se puede usar muy poco fundente pero nunca puede usarse demasiado!

Anexos

AUTOR:

Muñoz Muñoz, Rodrigo José