INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD CULHUACAN “CALCULO DE LA RED HIDRAÚLICA PARA EL CIRCUÍTO DE ENFRIAMIENTO DE UN PROCESO DE INYECCIÓN DE PLÁSTICOS” TESINA QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO PRESENTAN: ANDRADE ARIAS MARGARITA ZARZA DE LA CRUZ NANCY DIRIGIDA POR: ING. JESUS DE LOS ANGELES PEREZ ESPIRIDION ING. FERNANDO MORALES GARCIA MÉXICO D.F. JUNIO DE 2010
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD CULHUACAN
“CALCULO DE LA RED HIDRAÚLICA PARA EL CIRCUÍTO DE ENFRIAMIENTO DE UN PROCESO DE INYECCIÓN DE
PLÁSTICOS”
TESINA
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE
INGENIERO MECÁNICO
PRESENTAN:
ANDRADE ARIAS MARGARITA ZARZA DE LA CRUZ NANCY
DIRIGIDA POR: ING. JESUS DE LOS ANGELES PEREZ ESPIRIDION
ING. FERNANDO MORALES GARCIA
MÉXICO D.F. JUNIO DE 2010
IPN ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD CULHUACAN
TESINA QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO MECANICO NOMBRE DEL SEMINARIO: INSTRUMENTACION Y CONTROL DE SISTEMAS HIDRAULICOS Número de registro DES/ESIME-CUL-2009/56/09 DEBERA DESARROLLAR: MARGARITA ANDRADE ARIAS NANCY ZARZA DE LA CRUZ
NOMBRE DEL TEMA
“CALCULO DE LA RED HIDRÁULICA PARA EL CIRCUITO DE ENFRIAMIENTO DE UN PROCESO DE INYECCIÓN DE PLÁSTICOS”
INTRODUCCION
El proceso de inyección de termoplásticos se fundamenta en fundir un material plástico y hacerlo fluir
hacia un molde, a través de una boquilla en la máquina de inyección, en donde llena una cavidad
que le da una forma determinada permitiendo obtener una amplia variedad de productos. El moldeo
por inyección es la técnica de procesamiento de mayor utilización para la transformación de
plásticos. Su popularidad radica en la versatilidad para obtener productos de variadas geometrías y
para diversos usos.
CAPITULADO
CAPÍTULO l GENERALIDADES DEL PROYECTO
CAPÍTULO ll CONCEPTOS DE INGENIERÍA
CAPITULO lll PLANTEAMIENTO DEL PROYECTO
CAPITULO lV DESARROLLO DEL PROYECTO
CAPITULO V COSTO-BENEFICIO
Fecha: México D.F. a 12 de junio de 2010 ING. JESÚS DE LOS ANGELES PÉREZ ESPIRIDION ING. FERNANDO MORALES GARCÍA COORDINADOR DEL SEMINARIO ASESOR
ING. ARACELI LETICIA PERALTA MAGUEY JEFA DE LA CARRERA DE I.M.
I
ÍNDICE GENERAL
Índice General I
Índice de Figuras V
Índice de Tablas VII
Resumen VIII
Abstract VIII
Objetivo General X
Justificación XI
Introducción XII
CAPÍTULO l GENERALIDADES DEL PROYECTO
1.1 Antecedentes Históricos 2
1.2 El Principio del Moldeo de Plástico 3
1.3 Máquina de inyección de Plástico 4
1.3.1 Molde 9
1.3.2 Moldeo por Inyección 10
1.4 Control de Parámetros 11
1.4.1 Ciclo de Moldeo 11
1.4.2 Ciclo de Inyección 12
1.4.3 PVT (Relaciones de Presión-Volumen-Temperatura) 15
1.5 Cristalización y Deformación de la Pieza al Enfriarse (Contracción) 16
1.6 Colada Fría y Caliente 18
1.7 Coloración de la Pieza 18
1.8 Temperatura de Proceso 20
1.9 Flujo y Diseño de Flujo 21
1.9.1 Ventilación y Presión 23
1.9.2 Técnicas Modernas 24
1.9.3 Entradas 25
1.10 Características y Requerimientos de la Máquina de Inyección de
Plástico 27
II
1.10.1 Dimensiones de la Máquina 31
1.11 Defectos, Causas Posibles y Soluciones en Partes Moldeadas 32
1.12 Reciclaje y Reusó del Plástico 37
1.13 Salud y Riesgos para el Entorno 40
1.14 Sumario 41
CAPÍTULO ll CONCEPTOS DE INGENIERÍA
2.1 Ecuación de Bernoulli 44
2.2 Ecuación General de la Energía 48
2.3 Número de Reynolds 49
2.3.1 Flujo Laminar y Turbulento 51
2.3.2 Ecuación de Darcy 55
2.3.3 Diagrama de Moody 56
2.4 Pérdidas Menores 58
2.5 Redes de Tuberías 60
2.5.1 Redes de Tubería en Serie 60
2.5.2 Redes de Tubería en Paralelo 61
2.6 Potencia y Eficiencia 62
2.6.1 Carga Neta Positiva de Succión (C.N.P.S.) 63
2.6.2 Gravedad Específica 64
2.6.3 Presión de Vapor 64
2.7 Selección y Aplicación de Bombas 65
2.7.1 Curvas de Rendimiento de la Bomba Centrífuga 68
2.8 Sumario 70
CAPITULO lll PLANTEAMIENTO DEL PROYECTO
3.1 Necesidades de la Empresa 72
3.2 Objetivo 72
3.3 Requerimientos de Diseño del Cliente 73
3.4 Desarrollo de Propuesta 73
3.4.1 Proceso de Fabricación de las Taparroscas 74
III
3.4.1.1 Requerimientos Cualitativos y Cuantitativos del Agua para el Proceso 75
3.4.1.2 Proceso a Enfriar 75
3.5 Requerimientos del Equipo 75
3.6 Selección de una Unidad Generadora de Agua Helada 76
3.7 Selección del Equipo 80
3.7.1 Instalación del Equipo 82
3.8 Equipo y Componentes 82
3.9 Alimentación Eléctrica 84
3.10 Disposiciones de Espacio 86
3.11 Manejo y Localización del Equipo 87
3.12 Condiciones de Operación 89
3.13 Tubería de Líquido para Enfriar 89
3.14 Verificación del Sub-enfriamiento y del Sobrecalentamiento 90
3.15 Sumario 91
CAPITULO lV DESARROLLO DEL PROYECTO
4.1 Memoria de Cálculo 93
4.2 Normas de Instalación de Sistemas de Rociadores Contra Incendio
NFPA 13 STANDARS FOR THE INSTALLATION OF SPRINKLER
SYSTEMS
93
4.3 Vistas de Diseño 97
4.4 Cálculo de Pérdidas de Fricción a un Sistema de Enfriadores a Moldes
para Maquinas de Inyección de Plástico
100
4.4.1 Cálculos de la Red Hidráulica 103
4.5 Pérdidas en Tramo de Tubería de la Salida de la Bomba a la Entrada
del Ramal hacia las Máquinas
107
4.6 Selección de la Bomba 108
4.6.1 Selección del Motor Eléctrico 113
4.7 Sumario 115
IV
CAPITULO V COSTO-BENEFICIO
5.1 Análisis de Costos 117
5.2 Costos 119
5.3 Ganancias 124
5.4 Punto de Equilibrio 124
CONCLUSIONES 126
BIBLIOGRAFIA 127
GLOSARIO 128
ANEXOS 129
V
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1 La unidad de inyección (Fuente: [IV]) 4
Figura 1.2 a) Sistemas de cierre hidráulico-mecánico con palancas acodabas
b) Sistema de cierre hidráulico (Fuente: [IV]) 5
Figura 1.3 Partes de la unidad de inyección (Fuente: [IV]) 6
Figura 1.4 Fenómeno de plastificación (Fuente: [IV]) 6
Figura 1.5 Esquema de un molde comercial prefabricado, al cual sólo le falta
la cavidad para la pieza deseada (Fuente: [V])
9
Figura 1.6 Cierre del molde e inicio de la inyección (Fuente: [IV]) 12
Figura 1.7 Inyección del material (Fuente: [IV]) 13
Figura 1.8 Aplicación de la presión de sostenimiento (Fuente: [IV]) 13
Figura 1.9 Plastificación del material (Fuente: [IV]) 14
Figura 1.10 Enfriamiento y extracción de la pieza (Fuente: [IV]) 14
Figura 1.11 Etapas del ciclo de inyección (Fuente: [IV]) 15
Figura 1.12 Piezas de LEGO de diferentes colores moldeados por inyección
(Fuente: [II]) 19
Figura 1.13 Flujo de polímero en la cavidad. La viscosidad del polímero
aumenta al enfriarse en contacto con las paredes del molde
(Fuente: [VII]) 21
Figura 1.14 Máquina de inyección de plástico 29
Figura 1.15 Diagrama de bloques del proceso de enfriamiento de plástico 29
Figura 1.16 Molde y taparrosca con cintillo 30
Figura 1.17 Husillo típico de laboratorio para polioleofinas (Fuente: [I]) 32
Figura 2.1 Elemento de fluido en una tubería. (Fuente: Robert L. Mott. Pág.
166)
44
Figura 2.2 Energía de fluido. (Fuente: Robert L. Mott. Pág. 166) 45
Figura 2.3 Elemento de fluido utilizado en la ecuación de Bernoulli. (Fuente:
Robert L. Mott. Pág. 167)
47
Figura 2.4 Diagrama de Moody. (Fuente: Robert L. Mott.) 57
Figura 2.5 Curva H - Q (Fuente: BIMSA S.A. de C.V.) 69
VI
Figura 3.1 Proceso de fabricación de tapas de polipropileno (Fuente [VII]) 75
Figura 3.2 Especificaciones del mini-chiller (Fuente: Manual, Mini-Chiller,
York) 80
Figura 3.3 Diagrama de flujo del refrigerante (Fuente: Manual, Mini-Chiller,
York) 81
Figura 3.4 Dimensiones y conexiones del kit hidráulico (Fuente: Manual, Mini-
Chiller, York) 84
Figura 3.5 Esquema de interconexión del kit hidráulico (Fuente: Manual, Mini-
Chiller, York) 84
Figura 3.6 Diagrama de conexión eléctrica de la unidad generadora de agua
helada (Fuente: Manual, Mini-Chiller, York)
85
Figura 3.7 Dimensiones de la unidad generadora de agua helada (Fuente:
Manual, Mini-Chiller, York)
87
Figura 3.8 Esquema de la correcta disposición de espacio para las unidades
de enfriamiento (Fuente: Manual, Mini-Chiller, York)
88
Figura 4.1 Perspectiva típica de entubado de sistemas de rociadores
automáticos (Fuente: [VIII])
95
Figura 4.2 Cálculo mostrado en los 9 pasos indicándose a partir del primer
rociador de la alimentación del agua (Fuente: [VIII] y anexo 2)
96
Figura 4.3 Vistas de Diseño 97
Figura 4.4 Bomba tipo BB2 del API-610. Mezcla agua-glicol (Fuente: [VIII] y
anexo 2)
108
Figura 4.5 Bomba: 2X3X11J/2 pasos (Fuente: [VIII] y anexo 2) 112
Figura 4.6 Motor Eléctrico de 100HP, a Polos con F.S de 1.15 (Fuente: [VIII] y
anexo 2)
114
VII
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1.1 Valores comunes de contracción en polímeros para inyección
(Fuente: Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Ronald R.
Askeland)
17
Tabla 1.2 Entradas más comunes (Fuente: [VI]) 26
Tabla 1.3 Datos técnicos de la máquina de inyección 28
Tabla 1.4 Ciclo de producción 31
Tabla 1.5 Soluciones a los problemas más comunes (Fuente: [V]) 33
Tabla 1.6 Características, uso y aplicaciones de los plásticos (Fuente:
Informe de Salubridad y Reciclaje)
37
Tabla 2.1 Sistema de unidades estándar para el cálculo de número de
Reynolds (Fuente: Robert L. Mott.)
51
Tabla 2.2 Valores de diseño de la rugosidad de tubos (Fuente: Robert L.
Mott.) 55
Tabla 3.1 Requerimientos técnicos del cliente 73
Tabla 4.1 Accesorios determinados por cada una de las maquinas (Fuente:
ver anexos)
101
Tabla 5.1 Tubería de Cobre (Fuente: ver anexos) 120
Tabla 5.2 Accesorios (Fuente: ver anexos) 121
Tabla 5.3 Accesorios Cédela 40 (Fuente: ver anexos) 121
Tabla 5.4 Equipo de Bombeo (Fuente: ver anexos) 122
Tabla 5.5 Control Eléctrico (Fuente: ver anexos) 122
Tabla 5.6 Materiales (Fuente: ver anexos) 123
Tabla 5.7 Proyecto total. 123
VIII
RESUMEN
El presente proyecto surge de la necesidad de optimizar el aprovechamiento del
agua, mejorando el sistema de distribución de la red hidráulica.
Se controlará el proceso de abastecimiento de agua utilizando un control de
tiempo, que permita reducir costos de mano de obra y tener un consumo eficiente
de agua.
Las perdidas por fricción provocan que la presión disminuya a lo largo de la
tubería e incrementan la potencia que la bomba debe transmitir al fluido, por lo que
la selección del equipo de bombeo corresponde otro de los puntos fundamentales
para hacer llegar el caudal requerido hacia las plantas consumidoras.
El análisis del diseño del tren de succión como el de descarga nos dará, un
panorama amplio sobre las condiciones en las cuales operará nuestra bomba, la
selección de esta corresponderá de acuerdo al caudal y la carga necesaria de
funcionamiento adecuada para la correcta distribución del fluido.
ABSTRACT
This project arises from the need to optimize water use, improving distribution
system water mains.
It controls the water supply process using a time control, which reduces labor costs
and have an efficient water consumption.
The friction losses cause the pressure drop along the pipe and increase the pump
power should be transmitted to the fluid, so that the selection of pumping
equipment is for one of the key points to deliver the required flow to the consuming
plants.
IX
The design review train suction and the discharge will give us a comprehensive
picture about the conditions under which we operate pump, the selection of this
shall be according to the load flow and required adequate for the proper functioning
of the fluid distribution.
X
OBJETIVO GENERAL
Cálculo y selección de una red hidráulica para un equipo de enfriamiento de un
sistema industrial de inyección de plástico, esto con el fin de establecer los
requisitos técnicos y documentales para el diseño y especificación de los
materiales requeridos en dicha red y hacer más eficiente el sistema
implementando el control de tiempos determinados para un óptimo
funcionamiento.
XI
JUSTIFICACIÓN
¿Por qué utilizar un sistema con tantos dispositivos si existen otros más simples?
La respuesta es sencilla, es cierto que este tipo de sistema requiere de mucho
equipo y de una inversión inicial relativamente alta, pero cuando el mismo entre en
operación, el consumo de energía eléctrica será significativamente menor que si
hubiera instalado otro tipo de sistema.
En esta misma línea se recomienda que para sistemas de capacidades mayores
de 150 toneladas de refrigeración, se utilice el sistema de expansión indirecta.
Presentar un procedimiento para modelar un sistema de climatización por agua
helada con vistas a incrementar la eficiencia y el uso racional de la energía en las
instalaciones, aplicando los métodos de inteligencia artificial para el control y el
ajuste de la temperatura de agua helada a partir de los requerimientos de la
empresa.
XII
INTRODUCCIÓN
En el presente trabajo abordaremos los conceptos generales, evolución sobre los
plásticos y la tecnología actual para la inyección de plástico, enunciaremos las
bases del cálculo y desarrollo del proyecto a partir de fundamentos teóricos y
analíticos enfocados en la solución de las diferentes variables.
Se explicará ampliamente el por qué del desarrollo del proyecto, así como las
características de diseño y las soluciones más factibles para el cumplimiento del
mismo.
La unidad generadora de agua helada (chiller o sistema todo agua), es una
máquina que remueve el calor de un fluido por medio de la compresión del vapor o
por el ciclo de absorción de la refrigeración, el líquido utilizado para este proceso
es agua o diferentes sustancias tales como el glicol o los inhibidores de corrosión,
estos permiten mejores condiciones de funcionamiento del fluido del trabajo.
La unidad enfriadora de agua opera mediante el ciclo de refrigeración a base de la
compresión de un vapor, y lo que específicamente realiza es extraer el calor de un
espacio y rechazarlo posteriormente a otro espacio seleccionado. Para ello cuenta
con cuatro 4 componentes básicos y un fluido conocido como refrigerante que
circula entre ellos.
En el Evaporador se absorbe el calor (para nuestro caso se absorbe calor del
agua) y al hacer esto la misma baja su temperatura. Al desarrollar este proceso, el
fluido que circula (el refrigerante) se evapora y lo toma el Compresor donde se le
eleva la presión y la temperatura, para luego rechazar en el Condensador el calor
absorbido a un medio seleccionado, en nuestro caso agua.
XIII
Al rechazar el calor el refrigerante se condensa y pasa al dispositivo de control
donde se le baja la presión y la temperatura y está listo para absorber calor
nuevamente en el evaporador.
En la parte exterior de la casa de máquinas se encuentra un equipo que se le
conoce con el nombre de Torre de Enfriamiento . La misma es necesaria ya que
como hemos indicado anteriormente, el calor que se rechaza en el enfriador lo
rechazamos al agua (Ciclo de Condensación).
Existen diversas configuraciones de unidades enfriadoras de agua y cada opción
será la más adecuada, dependiendo de diversos factores como las características
de la maquinaria en la industria, la disponibilidad y costo del agua, así como las
tarifas de energía eléctrica en el lugar de la aplicación.
Es importante hacer notar que para que existan todos los procesos de intercambio
deben existir los flujos ya sea de agua o de aire según sea el caso.
XIV
Gestión de Procesos
La situación económica actual en nuestro país se relaciona con los cambios
experimentados en la propiedad, así como las relaciones entre plan y mercado. Un
papel importante ha jugado también el perfeccionamiento empresarial, siendo uno
de los factores que más ha de llevar al desarrollo futuro del país. Los adelantos
tecnológicos producidos en los últimos años han motivado el incremento de la
importancia que se le concede al estudio del proceso de fabricación de los
productos, y como elemento indispensable la eficacia y productividad en los
métodos de estudios del trabajo utilizando coordinadamente los hombres, equipos,
materiales, energía e información en conjunto con el medio ambiente.
Debido a la creciente competencia en el mercado mundial las empresas se ven
obligadas a incrementar la calidad y a realizar un amplio estudio en la preparación,
ejecución y venta de la producción, con el objetivo de optimizar y aprovechar al
máximo cada proceso, elaborando productos que sean capaces de competir al
más alto nivel en un mercado cada vez más globalizado.
La planta trabaja para un escenario tendencial en el cual la demanda en el
mercado tendrá una vertiginosa expansión relacionada con el auge económico del
país y el surgimiento y expansión de nuevos usos de los plásticos que desplazan a
otros materiales más costosos y menos confortables y duraderos, conllevando a
un aumento del número de clientes y proveedores, los primeros cada vez más
exigentes y los segundos cada vez más confiables, teniendo lugar un incremento
del número de competidores dado lo atractivo del sector y su fácil acceso de
entrada. Además de taparroscas la planta produce otros envases plásticos, jaulas
de pollos, guacal de cerveza, paneles de luces, celdas de botellas y productos de
alta demanda.
CAPÍTULO l
GENERALIDADES DEL PROYECTO
[Escribir el nombre del autor]
[Escribir el nombre de la compañía]
Generalidades del Proyecto
- 2 -
CÁPITULO l.
GENERALIDADES DEL PROYECTO
1.1 Antecedentes Históricos
El diseño actual de la máquina de moldeo por inyección ha sido influido por la
demanda de productos con diferentes características geométricas, con diferentes
polímeros involucrados y colores. Además, su diseño se ha modificado de manera
que las piezas moldeadas tengan un menor costo de producción, lo cual exige
rapidez de inyección, bajas temperaturas, y un ciclo de moldeo corto y preciso.
John Hyatt registró en 1872 la primera patente de una máquina de inyección, la
cual consistía en un pistón que contenía en la cámara derivados celulósicos
fundidos. Sin embargo, se atribuye a la compañía alemana Cellon-Werkw el haber
sido pionera de la máquina de inyección moderna. Esta firma presentó, en 1928,
una patente incluyendo la descripción de nitrocelulosa (celuloide). Debido al
carácter inflamable de la nitrocelulosa, se utilizaron posteriormente otros derivados
celulósicos como el etanoato de celulosa. Los británicos John Beard y Peter
Delafield, debido a ciertas diferencias en la traducción de la patente alemana,
desarrollaron paralelamente la misma técnica en Inglaterra, con los derechos de
patente inglesa para la compañía F.A. Hughes Ltd.
El primer artículo de producción masiva en Inglaterra fue la pluma fuente,
producida durante los años treinta por la compañía Mentmore Manufacturing. La
misma utilizaba máquinas de moldeo por inyección de Eckert & Ziegler (Alemania).
Estas máquinas funcionaban originalmente con aire comprimido
(aproximadamente a una presión de 31 ��
���); el sistema de apertura de molde y la
extracción de la pieza eran realizados manualmente, y los controles incluían
válvulas manuales, sin control automático ni pantallas digitales; además, carecían
de sistemas de seguridad.
Generalidades del Proyecto
- 3 -
En 1932 apareció la primera máquina para inyección operada con sistemas
eléctricos, desarrollada por la compañía Eckert & Ziegler. Al mismo tiempo, otros
países como Suiza e Italia empezaban a conseguir importantes avances en
maquinaria. Ya a finales de los años treinta, el polietileno y el PVC —ambos, de
alta producción y bajo costo— provocaron una revolución en el desarrollo de la
maquinaría, teniendo el PVC mayor éxito como material para extrusión.
Al finalizar la segunda guerra mundial, la industria de la inyección de plástico
experimentó un crecimiento comercial sostenido. En 1951 se desarrolló en
Estados Unidos la primera máquina de inyección con un tornillo reciprocante (o,
simplemente, husillo), aunque no fue patentada hasta 1956. Este cambio ha sido
la aportación más importante en la historia de las máquinas inyectoras. Sin
embargo, a partir de la década de los ochenta, las mejoras se han enfocado a la
eficiencia del diseño, del flujo del polímero, el uso de sistemas de software CAD,
inclusión de robots más rápidos para extracción de piezas, inyección asistida por
computadora, eficacia en el control de calentamiento y mejoras en el control de la
calidad del producto.
1.2 El Principio del Moldeo en Plástico
El moldeo por inyección es una de las tecnologías de procesamiento de plástico
más famosas, ya que representa un modo relativamente simple de fabricar
componentes con formas geométricas de alta complejidad. Para ello se necesita
una máquina de inyección que incluya un molde. En este último, se fabrica una
cavidad cuya forma y tamaño son idénticos a las de la pieza que se desea
obtener. La cavidad se llena con plástico fundido, el cual se solidifica,
manteniendo la forma moldeada.
Los polímeros conservan su forma tridimensional cuando son enfriados por debajo
de su Tg y, por tanto, también de su temperatura de fusión para polímeros
semicristalinos. Los polímeros amorfos, cuya temperatura útil es inferior a su Tg,
Generalidades del Proyecto
- 4 -
se encuentran en un estado termodinámico de pseudoequilibrio. En ese estado,
los movimientos de rotación y de relajación (desenredo de las cadenas) del
polímero están altamente impedidos. Es por esta causa que, en ausencia de
esfuerzos, se retiene la forma tridimensional. Los polímeros semicristalinos
poseen, además, la característica de formar cristales. Estos cristales proporcionan
estabilidad dimensional a la molécula, la cual también es -en la región cristalina-
termodinámicamente estable. La entropía de las moléculas del plástico disminuye
drásticamente debido al orden de las moléculas en los cristales.
1.3 Máquina de Inyección de Plástico
Una máquina inyectora es un equipo capaz de plastificar el material polimérico y
bombearlo hacia un molde en donde llena una cavidad y adquiere la forma del
producto deseado.
Una inyectora se compone de cuatro unidades principales:
1. La unidad de cierre
2. La unidad de inyección
3. La unidad de potencia
4. La unidad de control
Figura 1.1 La unidad de inyección (Fuente: [IV])
Generalidades del Proyecto
- 5 -
Unidad de Cierre
Consiste de una prensa conformada por dos placas portamoldes, una móvil y otra
fija. El sistema de accionamiento de la placa móvil puede ser un mecanismo de
palancas acodadas, accionado hidráulicamente, un cilindro hidráulico o un sistema
eléctrico de tornillo sin fin accionado por un motor. El parámetro fundamental para
dimensionar una unidad de cierre es su fuerza para mantener el molde cerrado.
Usualmente se da este valor en toneladas (ton). Otros parámetros importantes en
una unidad de cierre son: la distancia mínima entre placas, la distancia máxima de
apertura, las dimensiones de las placas y la distancia entre columnas, la carrera
del sistema de expulsión. Estos datos se utilizan para dimensionar los moldes.
Figura 1.2 a) Sistemas de cierre hidráulico-mecánico con palancas acodabas
b) Sistema de cierre hidráulico (Fuente: [IV])
Unidad de Inyección
La unidad de inyección está conformada por el tornillo y el barril de inyección, la
boquilla y las resistencias alrededor del barril. El material sólido ingresa por la
tolva a la zona de alimentación del tornillo, en esta zona es transportado, por
efecto de la rotación del tornillo dentro del barril, hacia la zona de fusión donde se
plastifica; finalmente el material es bombeado hacia la parte delantera del tornillo
en la zona de dosificación. Durante el proceso de plastificación del material el
tornillo gira constantemente. Cuando se va a realizar la inyección hacia el molde,
Generalidades del Proyecto
- 6 -
el tornillo deja de girar y actúa a manera de pistón, haciendo fluir el plástico
fundido hacia el molde y llenando las cavidades.
Figura 1.3 Partes de la unidad de inyección (Fuente: [IV])
Es bien sabido que la conductividad térmica de los plásticos es muy inferior a la de
los metales, por lo que su procesamiento debe hacerse en capas delgadas para
que la transferencia de calor sea lo más rápida posible y sostenible
económicamente. Esto se logra aprovechando el fenómeno de plastificación, que
consiste en la fusión de la capa de material directamente en contacto con la
superficie del barril, la cual transmite el calor, por convección forzada, al material
sólido en las capas inferiores hasta que se plastifica completamente la masa de
material.
Figura 1.4 Fenómeno de plastificación (Fuente: [IV])
En las inyectoras comerciales aproximadamente un 50% del calor requerido para
fundir el material lo aporta la fricción viscosa, generada por el giro del tornillo con
respecto al barril, y el otro 50% lo aportan las resistencias eléctricas.
Generalidades del Proyecto
- 7 -
La Unidad de Potencia de la Máquina de Inyección
Es el sistema que suministra la potencia necesaria para el funcionamiento de la
unidad de inyección y de la unidad de cierre. Los principales tipos de sistemas de
potencia se pueden clasificar como:
1. Sistema de motor eléctrico con unidad reductora de engranajes.
2. Sistema de motor hidráulico con unidad reductora de engranajes.
3. Sistema hidráulico directo.
Sistema de potencia eléctrico: El sistema eléctrico se utiliza generalmente en
máquinas relativamente pequeñas. Este sistema se emplea tanto para el giro del
tornillo como para la apertura y cierre del molde. La máquina emplea dos sistemas
mecánicos de engranajes y palancas acodadas, uno para el cierre del molde y otro
para el tornillo. Cada uno accionado por un motor eléctrico independiente. El
accionamiento del tornillo cuando realiza la inyección lo ejecuta un cilindro
hidráulico. En los sistemas con motor eléctrico, la velocidad puede ajustarse sólo
en un determinado número de valores, lo cual puede ocasionar problemas en la
reproducción de parámetros de operación y dificultar la obtención de piezas con
una calidad constante. Los motores eléctricos generan grandes torques de
arranque, por lo que debe tenerse precaución al usar tornillos con diámetros
pequeños para evitar que se rompan.
Sistema de potencia hidráulico: Los motores hidráulicos son los más comúnmente
utilizados, su funcionamiento se basa en la transformación de la potencia
hidráulica del fluido en potencia mecánica. A diferencia de los sistemas
electromecánicos, donde la potencia es transmitida a través de engranajes y
palancas, en un sistema con fluidos estos elementos se sustituyen, parcial o
totalmente, por tuberías de conducción que llevan el fluido a presión a los pistones
de inyección y de cierre del molde. El fluido que más se utiliza es el aceite debido,
principalmente, a sus propiedades lubricantes en aplicaciones que involucran
grandes cargas. En los sistemas hidráulicos es común utilizar presiones que
Generalidades del Proyecto
- 8 -
varían entre los 70 y 140 kg/cm2. Las ventajas del motor hidráulico con respecto al
eléctrico pueden resumirse principalmente en:
• Fácil variación de velocidades, regulando el volumen de fluido.
• La relación entre el torque y la velocidad es aproximadamente lineal. El
límite de torque se determina por la presión limitante y el torque de
arranque es aproximadamente igual al de funcionamiento.
• Permite arranques y paradas rápidos debido al pequeño momento de
inercia.
• Permite relaciones bajas de peso potencia, lo que posibilita alcanzar altas
velocidades de inyección del material.
La Unidad de Control
Este sistema básicamente contiene un controlador lógico programable (PLC) y
controladores PID para las resistencias eléctricas del barril y de la boquilla. El PLC
permite programar la secuencia del ciclo de inyección y recibe señales de alarma,
por sobrepresión o finales de carrera, para detener el ciclo. Los controladores PID
son los más adecuados para el control de temperatura debido a su elevada
velocidad de respuesta para mantener la temperatura a los niveles requeridos.
1.3.1 Molde
Figura 1.5 Esquema de un molde comercial prefabri
El molde (también llamado herramienta) es la parte más importante de la máquina
de inyección, ya que es el espacio donde se genera la pieza; para producir un
producto diferente, simplemente se cambia el molde,
intercambiable que se atornilla en la unidad de cierre. Existen dos tipos
importantes de molde, uno en la que inyecta plástico y otra en la que inyecta
metal.
Las partes del molde son:
• Cavidad: es el volumen en el cual la pieza será molde
• Canales o ductos:
fundido fluye debido a la presión de inyección. El canal de alimentación se
llena a través de la
bebederos y finalmente se encuentra la
• Canales de enfriamiento:
(el más común agua) para regular la temperatura del molde. Su diseño es
complejo y específico para cada pieza y molde, esto en vista de que la
refrigeración debe ser lo más homogénea posible en toda la cavidad y en la
Generalidades del Proyecto
Esquema de un molde comercial prefabricado, al cual sólo le falta la
pieza deseada (Fuente: [V])
El molde (también llamado herramienta) es la parte más importante de la máquina
de inyección, ya que es el espacio donde se genera la pieza; para producir un
producto diferente, simplemente se cambia el molde, al ser una pieza
intercambiable que se atornilla en la unidad de cierre. Existen dos tipos
importantes de molde, uno en la que inyecta plástico y otra en la que inyecta
Las partes del molde son:
es el volumen en el cual la pieza será moldeada.
Canales o ductos: son conductos a través de los cuales el polímero
fundido fluye debido a la presión de inyección. El canal de alimentación se
llena a través de la boquilla, los siguientes canales son los denominados
y finalmente se encuentra la compuerta.
Canales de enfriamiento: Son canales por los cuales circula refrigerante
(el más común agua) para regular la temperatura del molde. Su diseño es
complejo y específico para cada pieza y molde, esto en vista de que la
refrigeración debe ser lo más homogénea posible en toda la cavidad y en la
Generalidades del Proyecto
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cado, al cual sólo le falta la cavidad para la
El molde (también llamado herramienta) es la parte más importante de la máquina
de inyección, ya que es el espacio donde se genera la pieza; para producir un
al ser una pieza
intercambiable que se atornilla en la unidad de cierre. Existen dos tipos
importantes de molde, uno en la que inyecta plástico y otra en la que inyecta
ada.
son conductos a través de los cuales el polímero
fundido fluye debido a la presión de inyección. El canal de alimentación se
, los siguientes canales son los denominados
Son canales por los cuales circula refrigerante
(el más común agua) para regular la temperatura del molde. Su diseño es
complejo y específico para cada pieza y molde, esto en vista de que la
refrigeración debe ser lo más homogénea posible en toda la cavidad y en la
Generalidades del Proyecto
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parte fija como en la parte móvil, esto con el fin de evitar los efectos de
contracción. Cabe destacar que al momento de realizar el diseño de un
molde, el sistema de refrigeración es lo último que se debe diseñar.
• Barras expulsoras: al abrir el molde, estas barras expulsan la pieza
moldeada fuera de la cavidad, pudiendo a veces contar con la ayuda de un
robot para realizar esta operación.
1.3.2 Moldeo por Inyección
En ingeniería, el moldeo por inyección es un proceso semicontinuo que consiste
en inyectar un polímero o cerámico en estado fundido (o ahulado) en un molde
cerrado a presión y frío, a través de un orificio pequeño llamado compuerta. En
ese molde el material se solidifica, comenzando a cristalizar en polímeros
semicristalinos. La pieza o parte final se obtiene al abrir el molde y sacar de la
cavidad la pieza moldeada.
El moldeo por inyección es una técnica muy popular para la fabricación de
artículos muy diferentes. Sólo en los Estados Unidos, la industria del plástico ha
crecido a una tasa de 12% anual durante los últimos 25 años, y el principal
proceso de transformación de plástico es el moldeo por inyección, seguido del de
extrusión. Un ejemplo de productos fabricados por esta técnica son los famosos
bloques interconectables LEGO y juguetes Playmobil, así como una gran cantidad
de componentes de automóviles, componentes para aviones y naves espaciales.
Los polímeros han logrado sustituir otros materiales como son madera, metales,
fibras naturales, cerámicas y hasta piedras preciosas; el moldeo por inyección es
un proceso ambientalmente más favorable comparado con la fabricación de papel,
la tala de árboles o cromados. Ya que no contamina el ambiente de forma directa,
no emite gases ni desechos acuosos, con bajos niveles de ruido. Sin embargo, no
todos los plásticos pueden ser reciclados y algunos susceptibles de ser reciclados
son depositados en el ambiente, causando daños al medio ambiente.
Generalidades del Proyecto
- 11 -
La popularidad de este método se explica con la versatilidad de piezas que
pueden fabricarse, la rapidez de fabricación, el diseño escalable desde procesos
de prototipos rápidos, altos niveles de producción y bajos costos, alta o baja
automatización según el costo de la pieza, geometrías muy complicadas que
serían imposibles por otras técnicas, las piezas moldeadas requieren muy poco o
nulo acabado pues son terminadas con la rugosidad de superficie deseada, color y
transparencia u opacidad, buena tolerancia dimensional de piezas moldeadas con
o sin insertos y con diferentes colores.
1.4 Control de Parámetros
Las principales características utilizadas para dimensionar y comparar máquinas
inyectoras son:
• Capacidad o fuerza de cierre: usualmente se da en toneladas (ton)
• Capacidad de inyección: es el volumen de material que es capaz de
suministrar la máquina en una inyección (cm3/inyección). Es común dar
este valor en gramos, tomando como referencia la densidad del
poliestireno.
• Presión de inyección: es la presión máxima a la que puede bombear la
unidad de inyección el material hacia el molde. Usualmente se trabaja a un
60% de esta presión o menos.
• Capacidad de plastificación: es la cantidad máxima de material que es
capaz de suministrar el tornillo, por hora, cuando plastifica el material; se da
en kg/h.
• Velocidad de inyección: es la velocidad máxima a la cual puede suministrar
la unidad de inyección el material hacia el molde; se da en cm3/s.
1.4.1 Ciclo de Moldeo
En el ciclo de moldeo se distinguen 6 pasos principales (aunque algunos autores
llegan a distinguir hasta 9 pasos):
Generalidades del Proyecto
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1. Molde cerrado y vacío. La unidad de inyección carga material y se llena de
polímero fundido.
2. Se inyecta el polímero abriéndose la válvula y, con el husillo que actúa
como un pistón, se hace pasar el material a través de la boquilla hacia las
cavidades del molde.
3. La presión se mantiene constante para lograr que la pieza tenga las
dimensiones adecuadas, pues al enfriarse tiende a contraerse.
4. La presión se elimina. La válvula se cierra y el husillo gira para cargar
material; al girar también retrocede.
5. La pieza en el molde termina de enfriarse (este tiempo es el más caro pues
es largo e interrumpe el proceso continuo), la prensa libera la presión y el
molde se abre; las barras expulsan la parte moldeada fuera de la cavidad.
6. La unidad de cierre vuelve a cerrar el molde y el ciclo puede reiniciarse.
1.4.2 Ciclo de Inyección
El ciclo de inyección se puede dividir en las seis siguientes etapas:
1. Se cierra el molde vacío, mientras se tiene lista la cantidad de material
fundido para inyectar dentro del barril. El molde se cierra en tres pasos:
primero con alta velocidad y baja presión, luego se disminuye la velocidad y
se mantiene la baja presión hasta que las dos partes del molde hacen
contacto, finalmente se aplica la presión necesaria para alcanzar la fuerza
de cierre requerida.
Figura 1.6 Cierre del molde e inicio de la inyección (Fuente: [IV])
Generalidades del Proyecto
- 13 -
2. El tornillo inyecta el material, actuando como pistón, sin girar, forzando el
material a pasar a través de la boquilla hacia las cavidades del molde con
una determinada presión de inyección.
Figura 1.7 Inyección del material (Fuente: [IV])
3. Al terminar de inyectar el material, se mantiene el tornillo adelante
aplicando una presión de sostenimiento antes de que se solidifique, con el
fin de contrarrestar la contracción de la pieza durante el enfriamiento. La
presión de sostenimiento, usualmente, es menor que la de inyección y se
mantiene hasta que la pieza comienza a solidificarse.
Figura 1.8 Aplicación de la presión de sostenimiento (Fuente: [IV])
4. El tornillo gira haciendo circular los gránulos de plástico desde la tolva y
plastificándolos. El material fundido es suministrado hacia la parte delantera
del tornillo, donde se desarrolla una presión contra la boquilla cerrada,
obligando al tornillo a retroceder hasta que se acumula el material requerido
para la inyección.
Generalidades del Proyecto
- 14 -
Figura 1.9 Plastificación del material (Fuente: [IV])
5. El material dentro del molde se continúa enfriando en donde el calor es
disipado por el fluido refrigerante. Una vez terminado el tiempo de
enfriamiento, la parte móvil del molde se abre y la pieza es extraída.
Figura 1.10 Enfriamiento y extracción de la pieza (Fuente: [IV])
6. El molde cierra y se reinicia el ciclo.
En cuanto al consumo de potencia en cada una de las etapas del ciclo, se observa
que en el cierre del molde apenas se requiere la potencia necesaria para vencer la
fricción generada al desplazar la placa móvil. La etapa de inyección necesita la
potencia máxima durante un período muy corto. El desplazamiento de la unidad de
inyección y la apertura del molde requieren muy poca potencia. En el siguiente
diagrama se esquematiza el consumo de potencia durante el ciclo de inyección.
Generalidades del Proyecto
- 15 -
Figura 1.11 Etapas del ciclo de inyección (Fuente: [IV])
1.4.3 PVT (Relaciones de presión-volumen-temperatur a)
En cualquier polímero, las relaciones entre presión, volumen y temperatura son
muy importantes para obtener un proceso de inyección eficiente, ya que el
volumen específico de un polímero aumenta al ascender la temperatura del
mismo. Entre estas dos dimensiones se presentan curvas isobáricas por las
cuales se guía el polímero. El comportamiento de los polímeros amorfos y
semicristalinos en el paso de enfriamiento es muy diferente, lo que debe ser tenido
en cuenta si se quiere obtener una pieza de alta calidad.
Para diseño de equipo de proceso es necesario conocer las relaciones de PVT de
los polímeros que se utilizarán, en su forma final, es decir aditivados. A
continuación se mencionan los parámetros más comunes para el inicio de las
relaciones de PVT, basados en la ecuación de Flory:
BOHN se reserva el derecho de hacer cambios en sus especificaciones, en cualquier momento, sin previo aviso y sin ninguna responsabilidad con los compradores propietarios del equipo que
G R UPO FR IG US THE R MER E G IS TR O IS O 9001:2000No. DE AR C H VO: A5405I
6
BOHN DE MEXICO S.A. DE C.V.
5,8 y 10 Tons.Mini Chillers
15 y 20 Tons.
2
Lista de Precios Indice
Mini Chillers
CaracterísticasCapacidades
EspecificacionesDimensiones
Chillers Modulares
Características y CapacidadesEspecificaciones
Dimensiones
3
4567
8
91011
Mini Chillers
4
Lista de Precios Características Mini Chillers
Los mini Chillers de aire acondicionado MBMAC cuentan con la más alta calidad, de alta eficiencia, la última tecnología y operación silenciosa. Nuestras unidades modelo MBMAC utilizan un diseño avanzado del compresor que utiliza el refrigerante R-22. Estos modelos se ofrecen en 5, 8 y 10 Toneladas.
Simple de operar.
Posee un controlador microprocesador inteligente y un sensor de temperatura que controlan automáticamente la operación en su condición óptima haciendo muy simple su operación.Todos los ajustes de temperatura son hechos en fábrica antes del embarque. El usuario únicamente debe arrancar la unidad presionado el botón ON/OFF después de asegura la función propia de la unidad, posteriormente cada operación de la unidad puede ser automáticamente alcanzada por la unidad misma.Un control remoto inalámbrico o alambrico puede ser usado para una operación de control de la unidad siempre y cuando éstos controles sean compatibles con el controlador interno de la unidad.
Instalación amigable.
El chiller ha sido diseñado para una instalación amigable teniendo en mente que no se requiere ninguna soldadura de tubería o carga alguna de refrigerante en el lugar de instalación del equipo.Una conexión roscada es proporcionada para facilitar la instalación de la tubería de agua en el lugar de operación.La conexión de entrada y salida de agua son provistas en ambos lados de la unidad teniendo la flexibilidad de conectar la tubería de agua en cualquier lado del chiller.Los componentes y conexiones para la tubería de agua en el chiller tienen materiales de alta durabilidad con buen aislamiento y alta resistencia al moho y oxidación.La rosca de las conexiones está diseñada para permitir una alta carga de ensamble y desensamble de las conexiones de tubería de agua.Para asegurar una alta eficiencia y seguridad en la operación del interruptor de flujo de agua, la
bomba de agua y la cámara de expansión están equipados con una descarga de aire ubicada en la parte superior. Adicionalmente BOHN proporciona un kit hidráulico con el tanque de almacenamiento de agua, válvula de autollenado de agua, válvula para purga de aire, válvula de alivio de presión y un filtro, como accesorios integrados al chiller.
Control seguro.
Dispositivos de protección tales como protección de sobrecarga, interruptor de presión dual, etc. Son proporcionados para asegurar una operación en los rangos de condición de seguridad del chiller.El controlador microprocesador automáticamente dirige el sistema encendiendo o apagando por el monitoreo de la retroalimentación de la temperatura del agua. Si la temperatura del agua cae a un punto bajo inaceptable, el controlador automáticamente para el sistema para prevenir el congelamiento interno en el sistema hidráulico, mientras tanto el controlador microprocesador automáticamente monitorea el estado de operación o malfuncionamiento de cada componente y retroalimenta al controlador interior para facilitar el trabajo de localizar la falla o el problema.
5
Notas:1. Grados de acuerdo con el estándar 550/590-98 de ARI. 2. Grados basados en HCFC-22, factor de suciedad del evaporador 0.0001, flujo del agua del evaporador de 2.4 gpm/ton al nivel del mar3. Se permite la interpolación; la extrapolación no se permite. Consulte el representante de BOHN para el funcionamiento fuera de las temperaturas demostradas.
Especificaciones Generales.
Compresor.Estos Mini Chillers están equipados con dos compresores scroll altamente confiables, eficientes y silenciosos. El modelo MBMAC070C sólo tiene un compresor scroll.
Condensador enfriado por aire.Este condensador está fabricado con tubos de cobre sin costura de 3/8” , escalonados y unidos mecánicamente con aletas de aluminio de alta eficiencia asegurando una óptima transferencia de calor.
Motor- ventilador de condensador.La unidad está equipada con un ventilador (de plástico de alta resistencia) con acoplamiento directo a un motor monofásico, los cuales proporcionan un alto flujo de aire que asegura el alto requerimiento de cambios de aire para asegurar la operación confiable y continua del intercambio de calor.
Evaporador.Este intercambiador está fabricado con placas de acero inoxidable muy compactas y soldadas todas juntas, lo cual garantiza una alta eficiencia en intercambio de calor Todo el intercambiador está forrado de una capa térmica, la cual permite un óptimo aislamiento térmico.
Circuito refrigerante.Para asegurar una óptima operación el circuito de refrigerante es cargado con refrigerante R22 de
fábrica, previa elaboración de la soldadura, prueba de fugas y vacío correspondienteCada circuito refrigerante es equipado con un tubo capilar cuidadosamente seleccionado para asegurar una operación continua y un flujo adecuado de refrigerante.
Protecciones de seguridad adicionales.Las unidades están equipadas con controles de seguridad inteligentes que garantizan una operación segura.Un interruptor de alta y baja presión es provisto para prevenir daños en el compresor, resultándo de ambas anormalidades alta presión en la descarga o baja presión debido a insuficiencia de gas.Todos los compresores poseen calefactor de carter para prevenir la migración de líquido refrigerante durante el paro del equipo y para facilitar el arranque de la unidad.
El controlador electrónico proporciona un control preciso en la temperatura del agua, monitoreando muy de cerca todo el circuito y reaccionado a las señales de la temperatura de entrada del agua, temperatura de salida del agua y la temperatura ambiente del aire.Un interruptor de flujo es provisto en la unidad para proteger a la unidad de algún daño en la bomba de agua.
Durante alguna condición anormal el controlador electrónico apagará la unidad y en la pantalla aparecerá la falla posible (ver hoja de problemas).
Capacidades Mini Chillers
MBMAC070C
MBMAC100C
MBMAC120C
5 16110 5492 4716 5108
6 16639 5195 5477 5926
7 17168 5767 6209 7245
8 18281 6658 7006 7759
9 18391 7636 7977 8455
10 19052 8107 8824 9237
5 22655 6625 6956 7533
6 23399 7661 8078 8740
7 24142 8505 9157 10685
8 25709 9820 10332 11444
9 25862 11262 11764 12469
10 26791 11957 13014 13623
5 29368 7955 8352 9045
6 30332 9199 9699 10495
7 31296 10213 10995 12830
8 33327 11791 12407 13741
9 33525 13523 14126 14973
10 34729 14357 15627 16358
Modelo
oC
28oC 32oC 35oC 40oC 42oC
Temperatura Ambiental (oC)
Capacidadde Enfriado
Kcal/h
Entrada deEnergía
W
Capacidadde Enfriado
Kcal/h
Entrada deEnergía
W
Capacidadde Enfriado
Kcal/h
Temperaturade salidade agua Entrada de
EnergíaW
Capacidadde Enfriado
Kcal/h
Entrada deEnergía
W
Capacidadde Enfriado
Kcal/h
Entrada deEnergía
W
15234 14921 13995 13467
15995 15862 15268 14887
16755 16520 15962 15615
17400 17102 16308 15995
17994 17713 16804 16491
18738 18258 17118 16804
21423 20982 19681 18937
22493 22307 21470 20936
23562 23292 22446 21958
24468 24049 22934 22492
25304 24909 23631 23190
26350 25676 24072 23631
27772 27199 25512 24549
29157 28916 27831 27139
30543 30267 29097 28404
31717 31175 29729 29157
32802 32290 30633 30061
34157 33283 31205 30633
7
Lista de Precios
2
UNIT: mm
4-10X20
2-Rc1
Modelos MBMAC0100C y MBMAC0120C y
HP Gauge (SYS2) LP Gauge (SYS2)
Puerto de cableado (OUT) Puerto de cableado (IN)
Salida de agua (Rc 1 1/4)Entrada de agua (Rc 1 1/4)
Modelos MBMAC070
27
E
253
,512
8
FB
100
ModeloDimensión MBMAC100C( R) MBMAC120C( R)
A 1500 1800B 900 1150C
C
1260 1260D
D
1190 1190E 297.5 347.5
F(Mounting hole) 307.5 307.5G(Mou
G
nting hole ) 1446 1546
ModeloDimensión MBMAC070C
MBMAC120C(R)
A
A
A
B
B
CCD
D
E
E
F
F
G
G
HIJ
1212502
170011351162
132
254
23580
604.5
Dimensiones MBMAC100C y MBMAC120C
Chillers Modulares
9
Lista de Precios
Los equipos modulares de aire acondicionado MAC cuentan con la más alta calidad, de alta eficiencia, la última tecnología y operación silenciosa. Nuestras unidades modelo del MAC utilizan un diseño avanzado del compresor que utiliza refrigerante R-22. Estos modelos se ofrecen en 15 y 20 toneladas, que se pueden combinar (unidades de 15 con 15 toneladas, unidades de 20 con 20 toneladas, no sepueden combinar unidades de 15 toneladas con 20 toneladas) para conseguir la capacidad deseada, dando una increíble flexibilidad al buscar la combinación perfecta para sus necesidades presentes y futuras. Su operación silenciosa, los hace más amigables, convirtiéndose en su mejor opción en Chillers.
CONFIABILIDAD EXCEPCIONAL
Dos compresores scroll con circuitos de refrigeración independientes por modulo. Hasta 6 módulos disponibles para instalar Cada modulo tienen un sistema de control
independiente. Basado en control de microprocesadores Probado de fábrica.
OPERACIÓN SILENCIOSA
Diseño hermético del compresor. Bajo nivel de sonido. Operación sin vibraciones.
EFICIENCIA
Compresores Scroll de Copeland de alta eficiencia. Coils de condensador en forma de V con optima
capacidad de intercambio de calor. Aletas de acero inoxidable en el evaporador. Alto volumen de aire en los ventiladores.
CONTROL LÓGICO
Display LCD de fácil lectura Confiabilidad superior bajo condiciones extremas
de operación. Flexibilidad individual y/o total del control.
Notas:1. Grados de acuerdo con el estándar 550/590-98 de ARI. 2. Grados basados en HCFC-22, factor de suciedad del evaporador 0.0001, flujo del agua del evaporador de 2.4 gpm/ton al nivel del mar3. Se permite la interpolación; la extrapolación no se permite. Consulte el representante de BOHN para el funcionamiento fuera de las tempreaturas mostradas.
Temperatura Ambiental del Aire (oC)
Características y especificaciones Chillers Modulares
10
Lista de Precios Especificaciones técnicas MBMAC160A y MBMAC210A
MODELO MBMAC160A MBMAC210A DATOS BASICOS Capacidad Nominal de enfriamiento,Ton. (kW) 15.9 (56.0) 20.0 (70.0) ,
No. CircuitosTipo de refrigeranteCarga de R22por circuito,Dimensiones (pulg.)
Diámetro pulg. (mm.)
Area de la caraAletas por pulgada por hilerasEspesor de la aleta, pulg. (mm.)Material de la aleta
Dimensiones (gabinete.)
Peso Neto, lbs (kg)Peso de embarque, lbs (kg)
Tipo
Tipo
NúmeroNúmero Circuitos (refrigerante) por cond.
Interruptor de alta y baja presión, interruptor de flujo y protección contra sobrecarga eléctrica
Gasto de Agua, GPM (l/seg)Caído de presión de agua, pie de agua (kPa)Máxima caída de presión de agua,psi (kPa)Máxima caída de presión derefrigerante, psi (kPa)Material del evaporador
Notas:1. Para acoplamiento de unidades modulares, multiplique los datos físicos de un solo módulo por el número de módulos que desee acoplar.2. MBMAC160A y MBMAC210 no se pueden combinar, sólo se permite el acoplamiento modular en modelos del mismo tamaño, ya sea sólo MBMAC160 o sólo MBMAC210.3. Rangos en acuerdo con estándares ARI no. 550/590-98.4. Todas las especificaciones sujetas cambio sin previo aviso.
11
Lista de Precios
2
Modelos MBMAC210A
Modelos MBMAC160A
3"
3"
343
ENTRADA DE AGUA
SALIDA DE AGUA
1000
1030110
5"
5"
335
456.5
303
2056
2089 2193
1820335
1724 1785
91232.5
ENTRADA DE AGUA
SALIDA DE AGUA
Dimensiones Chillers Modulares
Oficinas Corporativas
Bosques de Alisos No. 47-A, Piso 5Col. Bosques de las LomasMéxico, DF. C.P. 05120Tel: (01 55) 5000 5100Fax: (01 55) 5259 5521Tel. sin costo 01 800 228 20 46
BOHN se reserva el derecho de hacer cambios ensus especificaciones, en cualquier momento, sinprevio aviso y sin ninguna responsabilidad conlos compradores propietarios del equipo que
El descubrimiento del cobreDesde que nuestros antepasados descubrieron el co-
bre, el metal rojo ha servido constantemente para el avancede la civilización. Al explorar antiguas ruinas, losarqueólogos descubrieron que este resistente metal re-sultó de gran beneficio para la humanidad. Herramien-tas para la artesanía y la agricultura, armas para la caza yartículos para uso doméstico y decorativo, se forjaron apartir del cobre en las primeras civilizaciones.
Los artesanos que construyeron la gran pirámidedel faraón egipcio Keops, moldearon tubo de cobre paratransportar agua hasta el baño real. Un residuo de estetubo se desenterró hace algunos años en estado aún uti-lizable, lo que constituye un testimonio de la durabilidady resistencia a la corrosión.
El cobre perduraEn la tecnología moderna, al aceptar que ningún ma-
terial es superior al cobre para conducir agua, se hareconfirmado a éste como el material principal para talesfines. La tubería de cobre ha confirmado su reputacióncomo material ligero, fuerte y resistente a la corrosión,con años de servicio dentro y fuera del país. Sirve paratodo tipo de construcciones: residenciales, grandes edi-ficios de departamentos, construcciones industriales, co-merciales y de oficinas.
INTRODUCCION
El cobre hoy en díaEn la actualidad, el tubo de cobre para instalacio-
nes hidráulicas, calefacción y acondicionamiento delaire, se consigue en temples estirado y recocido (cono-cidos en el mercado como «rígido» y «flexible»), enuna amplia gama de diámetros y espesores de pared.Así también accesorios prefabricados para cualquieraplicación de diseño. Las uniones son sencillas,confiables y económicas, lo que se traduce en grandesventajas para la elección de tubería de cobre.
2
Cinco mil años después de Keops,se sigue desarrollando el uso del cobre,
hoy en día, la industria del cobrebusca ampliar la aplicación de tubería
de cobre en sistemas hidráulicospara nuevas instalaciones o para
remodelaciones residenciales, edificiosindustriales y comerciales.
1
TRAB
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CO
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Tipos de tubos de cobreEl tubo de cobre, por su durabilidad, es la mejor
elección para sistemas hidráulicos, calefacción, refri-geración, etc. En México la fabricación de tubos se rigepor especificaciones establecidas por la NMX Serie W,NOM y por la American Society for Testing andMaterials (ASTM), las cuales constituyen la base de lainformación que se presenta en este manual.
El tubo que se suministra de acuerdo con las nor-mas de la ASTM está hecho con cobre de una purezamínima de 99.90% y desoxidado con fósforo, conocidocomo C12200 (cobre Núm. 122) o cobre DHP*; tam-bién se usan otros tipos de cobre.
La tabla 1 (pag. 32) identifica los tres tipos estándarde tubos de cobre y sus aplicaciones más comunes; in-dica también la norma ASTM correspondiente para cadatipo, uso, longitudes, diámetros y temples disponiblesen el mercado.
Los tubos tipo K, L, M y el tubo de gas medicinalse especifican por medio de diámetros estándar ASTM,con un diámetro exterior real siempre 1/8" mayor quela indicada en el tamaño estándar. Cada tipo representauna serie de diámetros con diferentes espesores de pa-red. El tubo tipo K tiene paredes más gruesas que eltipo L, y las paredes del tipo L también son más grue-sas que las tipo M, para cualquier diámetro dado. Losdiámetros interiores dependen del tamaño del tubo ydel espesor de pared.
El tubo de cobre para aplicaciones en instalacio-nes de aire acondicionado, refrigeración (ACR) y gasnatural (tipo G), se especifica mediante el diámetro ex-terior real.
El «temple» describe la resistencia y dureza deltubo. En el mercado, el tubo estirado en frío se refierea menudo como tubo «rígido» y el recocido como tubo«flexible». Aunque el tubo estirado también se proveeen un «temple flexible», no lo cubre la norma B88 dela ASTM. Este temple especial de dureza y resistenciaintermedias puede especificarse para aplicaciones querequieren flexionarse. El tubo rígido puede unirse me-diante soldadura común o soldadura fuerte (con pla-ta), utilizando conexiones capilares.
El tubo flexible puede unirse mediante las mismastécnicas o también por medio de conexiones tipo flare45° y de compresión. Asimismo, es factible expandir
el extremo de un tubo de modo que pueda unirse aotro mediante soldadura común o soldadura con platasin una conexión capilar, el cual es un procedimientoque puede resultar eficiente y económico en muchasinstalaciones.
PropiedadesEn la tabla 2 (pag. 33), se presentan las dimensio-
nes y otras características físicas de los tubos tipo K, L,y M. Los tres tipos se usan en aplicaciones con o sinpresión dentro del rango de sus respectivas presionesde trabajo, de acuerdo con la descripción de la tabla yamencionada. Las dimensiones y las características físi-cas del tubo ACR se indican en la tabla 2a (pag. 33).
Identificación del tubo de cobreEl tubo de cobre tipo K, L, M y para gas medici-
nal, debe marcarse de manera permanente (grabarse)de acuerdo con las especificaciones que lo rigen paraindicar:• Tipo de tubo• Nombre o marca comercial del fabricante• País de origen
El tubo rígido, además de las marcas de grabado,lleva impresa esta información sobre un color que dis-tingue su tipo (tabla 1, pag. 32). Los tubos ACR flexi-bles solo llevan marca grabada y el tubo ACR rígidoademás de la marca de color, tiene la marca grabada.
I. TUBOS ESTANDAR
*Cobre desoxidado con alto contenido residual de fósforo
4
Ventajas del tubo de cobreEl tubo de cobre, por fuerte y resistente a la corro-
sión es, sin duda, la mejor elección de los contratistasmodernos para instalaciones hidráulicas, de calefacción
II. SELECCION DEL TUBO CORRECTO
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y de refrigeración en edificios residenciales y comer-ciales. Son siete las razones principales para tal prefe-rencia:
1. El cobre es económico. La combinación del manejo, maleabilidad y fácil unión permitenahorrar tiempo, material y costos a largo plazo. Su desempeño y confiabilidad a largo plazo repre-sentan menos reclamaciones y convierte al cobre en el material ideal y económico para tuberías.
2. El cobre es ligero. En instalaciones, la tubería de cobre que se requiere es de un espesormucho menor que los tubos de hierro o roscados del mismo diámetro interior, por lo que cuestamenos transportarlo, es más fácil de manejar y ocupa menos espacio.
3. El cobre es maleable. Ya que el tubo de cobre se puede doblar y formar a la medida, se puedenevitar, muchas veces los codos y uniones y se puede ajustar a cualquier contorno o ángulo. Con tubosflexibles se requiere mucho menos espacio en pared y techo, esto es muy importante en proyectos derenovación o modernización.
4. El cobre es fácil de unir. Los tubos de cobre se pueden unir con conexiones capilares, lascuales permiten ahorrar material y producir uniones lisas, limpias, fuertes y libres de fugas.
5. El cobre es seguro. El tubo de cobre no se quema ni mantiene la combustión, además de queno produce gases tóxicos. Por lo tanto, no propaga el fuego a través de pisos, muros y techos. Noproducen compuestos orgánicos volátiles en la instalación.
6. El cobre es confiable. El tubo de cobre se fabrica con una composición bien definida deacuerdo a las normas y se marca con una identificación indeleble para que el usuario sepa el tipode tubo y quién lo fabricó. El tubo de cobre es aceptado prácticamente por cualquier reglamentopara sistemas hidráulicos.Nota: No acepte tubos de cobre que no tengan identificado al fabricante en la superficie deltubo.
7. El cobre es resistente a la corrosión. Su excelente resistencia a la corrosión y a la formaciónde depósitos, asegura que el tubo de cobre ofrezca un servicio sin problemas, que se refleja en lapreferencia de los clientes.
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Recomendaciones para las aplicacionesEs responsabilidad del diseñador elegir el tipo de
tubo de cobre que se usará en una aplicación en particu-lar. Con frecuencia, la resistencia, maleabilidad y otrosfactores comunes determinan la elección. Los reglamen-tos para instalaciones hidráulicas determinan qué tipode tubería es posible usar. Una vez tomada la decisión,es útil conocer qué tipo de tubo ha funcionado y cuálpuede servir con buenos resultados de manera econó-mica en las siguientes aplicaciones:
Servicios de agua subterráneos. Utilice el tipo Mrígido para tubos rectos con conexiones y el tipo L flexi-ble en donde sea más conveniente librar un obstáculo.
Sistemas de distribución de agua. Utilice el tipoM para instalaciones subterráneas, ocultas o visibles.
Conductos principales de agua refrigerada.Utilice el tipo M en todos los diámetros. El tipo L,donde se permite, puede utilizarse en diámetros de 11/4"y más grandes; sin embargo, las uniones deben efec-tuarse con conexiones a presión unidas mediante sol-dadura.
Sistemas de drenaje y ventilación. Utilice el tipoM para líneas de agua residual, de suelo y de ventila-ción subterráneo o visible, así como para drenajes y lasbajadas pluviales de techos en los edificios.
Calefacción. Para paneles radiantes y calefac-ción por medio de agua, así como para sistemas defusión de nieve, recurra al tipo L flexible, en el quelos serpentines se forman en el sitio o se prefabrican,y tipo M, donde se utilicen tramos rectos. Para el ca-lentamiento de agua y vapor de baja presión, utiliceel tipo M para todos los diámetros. En líneas de re-torno de condensado, el tipo L se utiliza con buenosresultados.
Calefacción solar. Vea la sección de Calefacción.En cuanto a información sobre instalaciones y colecto-res solares, consulte a Procobre México.
Servicios de petróleo, gas LP y gas natural.Utilice tubos de cobre de acuerdo a los reglamentoslocales.
Sistemas medicinales no inflamables. Utilice tu-bos para gas medicinal del tipo K o L, para el uso degas medicinal deberá cumplir con las pruebas de lim-pieza según las normas: CGA-G-41 (Asociación de GasComprimido), CSA-Z 3051 (Canadian StandarsAssociation) y NFPA-99C (National Fire ProtectionAssociation).
II. SELECCION DEL TUBO CORRECTO
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Sistemas de aire acondicionado y refrigeración.El cobre es el material indicado para el uso derefrigerantes. Utilice el tipo ACR o los que se especi-fiquen.
Sistemas de bombas térmicas de fuente terres-tre. Utilice el tipo L o ACR cuando los serpentines delsuelo se prefabrican o se ajustan en la obra, o el que seespecifique.
Sistemas de aspersión contra incendio. Utiliceel tipo M rígido. Donde se requiere doblar el tubo, serecomienda el tipo K o L. Los tipos K, L y M son to-dos aceptados por la NFPA.
Dimensionamiento de sistemas de presiónEl diseño de un sistema de suministro de agua con
tubería de cobre implica determinar el tamaño mínimodel tubo para cada parte del sistema total, equilibrando lasinterrelaciones de seis parámetros principales de diseño:• Presión principal disponible.• Presión requerida en los diferentes accesorios.• Pérdidas de presión estática debido a la altura.• Consumo de agua (litros por minuto o galones por
minuto) en el sistema total y en cada una de sus partes.• Pérdidas de presión debido a la fricción del flujo de
agua en el sistema.• Limitaciones de la velocidad basadas en el ruido y en
la erosión.
El diseño y el dimensionamiento siempre debenapegarse a los reglamentos vigentes. Sin embargo, en elanálisis final, el diseño también debe reflejar el juicio ylos resultados de los cálculos de ingeniería; muchos re-glamentos, especialmente los de diseño, incluyen datosy guías de diseño para dimensionar los sistemas de dis-tribución de agua, así como ejemplos que muestrancomo se aplican.
Sistemas pequeños. Los sistemas de distribuciónresidenciales se pueden dimensionar por lo general sindificultad con base en la experiencia y en los requeri-mientos de los reglamentos aplicables, como en los ca-sos de otras instalaciones pequeñas similares. En talessituaciones, no es necesario el estudio detallado de losseis parámetros de diseño anteriores. En general, las tu-berías principales que alimentan las líneas de distribu-ción pueden dimensionarse de la manera siguiente:• Una tubería principal de 1/2" puede alimentar hasta
tres líneas de 3/8",• Una tubería principal de 3/4" puede alimentar hasta 3
líneas de 1/2" y• Una tubería principal de 1" puede alimentar hasta 3
líneas de 3/4".
El dimensionamiento de sistemas de distribuciónmás complejos requiere un análisis detallado de cadauno de los parámetros que se enlistaron anteriormente.
Presión. En cada elemento del sistema de distribu-ción debe haber una presión mínima de 8 psi (0.56 kg/cm2) para que éste funcione de manera adecuada, salvoen los casos de que algunos requieran una presión míni-ma mayor para su correcta operación, por ejemplo:
III. DATOS DE DISEÑO E INSTALACION
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Es posible que los reglamentos y las prácticas lo-cales difieran de lo anterior, por lo que debe consultarsesiempre, todo lo relativo a los requerimientos de pre-sión mínima. La presión de agua máxima disponible paraalimentar a cada elemento depende de la presión de ser-vicio hidráulica en el punto donde empieza el sistemade distribución del edificio (un segmento o zona de éste).Esta presión depende de la presión principal local, delos límites impuestos por los códigos locales, de la pre-sión que desea el diseñador del sistema o de una combi-nación de las anteriores.
En cualquier caso, la presión no debe ser mayor a80 psi (5.62 kg/cm2). Sin embargo, la presión total delagua no siempre está disponible en cada elemento debi-do a las pérdidas de presión inherentes en el sistema,las cuales incluyen: las correspondientes al flujo quepasa por el medidor de agua, las pérdidas estáticas alsubir el agua a grandes alturas en el sistema, así comolas pérdidas por fricción que se producen en el flujo através de las tuberías, conexiones, válvulas y equipo.
Parte de la presión de servicio se pierde de inme-diato en el flujo a través del medidor de agua, si existealguno. La presión que se pierde depende de la relaciónentre el flujo y el tamaño del tubo. Las curvas y lastablas de diseño que muestran estas relaciones apare-cen en la mayoría de los reglamentos de modelos y pue-den conseguirse con los fabricantes de medidores.
Parte de la presión principal se pierde también alelevar el agua hasta el elemento más alto del sistema.La diferencia de altura se mide desde el medidor, o cual-quier otro punto que represente el inicio del sistema (elsegmento o zona) que se está considerando.
Las perdidas por fricción en el sistema, al igual quelas pérdidas a través del medidor del agua, dependenfundamentalmente del flujo del agua que circula por elsistema y del tamaño de la tubería. Para determinarlas,es necesario calcular primero la demanda de agua y, con-secuentemente, el flujo del sistema.
Válvula de limpieza automática para inodoros de cortey de chorro de sifón .............. 25 psi (1.75 kg/cm2)Válvulas de limpieza automática para inodorosy mingitorios .......................... 15 psi (1.05 kg/cm2)Grifo de manguera, llave de manguera e hidrante depared ...................................... 10 psi (0.70 kg/cm2)
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Demanda de agua. Cada elemento en el sistemarepresenta cierta demanda de agua. A continuación semuestran unos ejemplos de la demanda de agua aproxi-mada en litros por minuto (lpm):
WC con fluxómetro ................. 30.00Mingitorio con fluxómetro ...... 30.00WC Tanque bajo ...................... 15.00Mingitorio Llave...................... 9.00Regadera ................................ 12.00Fregadero ................................. 12.00Lavadero .................................. 12.00Bidet ....................................... 9.00Lavabo ..................................... 6.00
Al agregar números como los anteriores para cu-brir todos los elementos en un sistema de distribucióndel edificio completo, se obtendría la demanda total deconsumo de agua en lpm, si todos los elementos opera-ran al mismo tiempo, lo cual, desde luego, no ocurre.Una estimación razonable de la demanda se basa en elgrado en el que varios muebles del edificio podrían real-mente utilizarse en forma simultánea. Los investigado-res en el Instituto Nacional de Normas y Tecnología delos Estados Unidos estudiaron este asunto hace algunosaños; aplicaron la teoría de probabilidad y observacio-nes de campo al problema de la vida real del uso simul-táneo de elementos de instalaciones hidráulicas.
El resultado fue un sistema para estimar la deman-da total de agua que se basa en suposiciones razonablesacerca de la probabilidad del uso simultáneo de mue-bles. De este estudio proviene el concepto de unidadesmueble. A cada tipo de mueble se le asigna un valor deunidad de mueble que refleja:1. Su demanda de agua, esto es, el flujo en el mueble
cuando éste se utiliza.2. La duración de tiempo promedio del flujo cuando se
emplea el mueble.3. La frecuencia con la que probablemente se use el mueble.
Los valores de unidad mueble asignados varían encada región. Consulte los valores que se utilizan en losreglamentos hidráulicos locales.
El total de los valores de unidad de elemento paratodos los elementos en el sistema, o para cualquier par-te del sistema de distribución, representa una medida
de la carga que la combinación de elementos produceen el sistema hidráulico y en el sistema de alimenta-ción. Este total de unidades de elemento puede traducirseen una demanda de agua máxima esperada que sigue elprocedimiento preestablecido por su reglamento local.
Tenga presente que los cálculos de demanda queacaban de describirse, se aplican a elementos que seusan de manera intermitente. A esto debe añadirse lademanda real en lpm para cualesquiera de los elemen-tos que se diseñan para operar de manera continua cuan-do se están utilizando; por ejemplo, los sistemas de aireacondicionado, los sistemas de riego en jardines y lasconexiones de manguera.
Pérdidas de presión debido a la fricción. La pre-sión disponible para llevar el agua a través del sistemade distribución (o una parte de éste) es la presión prin-cipal menos:1. La pérdida de presión en el medidor.2. La presión necesaria para elevar el agua hasta el
elemento más alto (pérdida de presión estática).3. La pérdida de presión en las conexiones.
La presión disponible que queda debe adecuarse parasuperar las pérdidas de presión debido a la fricción queencuentra el flujo de la demanda total (elementos de usointermitente más continuo) a través del sistema de distri-bución y sus diversas partes. La operación final consisteentonces en elegir los diámetros de los tubos de acuerdocon las pérdidas de presión debidas a la fricción.
En la práctica real, la operación de diseño quizásrequiera repetir los pasos para reajustar la presión, ve-locidad y tamaño, con el fin de alcanzar el mejor balan-ce de la presión principal, el tamaño del tubo, lavelocidad y la presión disponible en los elementos, deacuerdo con el flujo de diseño que se requiere en lasdiferentes partes del sistema.
La tabla 5 (pag. 36-37) muestra la relación entre elflujo, la caída de presión debido a la fricción, la veloci-dad y el tamaño del tubo de cobre para agua, tipo K, L yM. Estos son los datos que se requieren para completarel cálculo del dimensionamiento. Para diámetros de tubopor arriba de 1/4", casi no hay diferencia entre los trestipos de tubo en términos de las pérdidas de presión, locual se debe a que la diferencia en el área la seccióntransversal de estos tipos se vuelve insignificante a me-dida que aumenta el tamaño del tubo.
III. DATOS DE DISEÑO E INSTALACION
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Los valores de pérdida de presión en la tabla 5 (pag.36-37) se dan en kg/cm2 por metro de tubería, de acuer-do al tipo de tubo y diámetro nominal. Al medir la longi-tud de un sistema o de cualquiera de sus partes, debemedirse la longitud total de tubo, y para estimacionescercanas, debe considerarse un valor adicional como to-lerancia relativa a las pérdidas de fricción que ocurrencomo consecuencia de las válvulas y las conexiones enla línea. La tabla 6 (pag. 38) muestra estas toleranciaspara diversos diámetros, tipos de válvulas y conexiones.
Use velocidades inferiores a 2.5 mts por segundocuando las temperaturas excedan los 60°C y en los casosen que se recurra a tubos con diámetros de 1/2" y valoresmenores para protegerlo contra la turbulencia local dealta velocidad debida a errores humanos (por ejemplo,protuberancias en los extremos de los tubos que no seescarearon de manera adecuada o un número inusual decambios abruptos en la dirección de flujo). Las condicio-nes localmente agresivas del agua pueden combinarse conestas dos consideraciones y producir problemas de ero-sión, si las velocidades son demasiado elevadas.
La tabla 5 (pag. 36-37) aplica sólo para tubos decobre y no debe utilizarse con otros materiales hidráuli-cos. Otros materiales requieren tolerancias adicionalespara la corrosión, incrustaciones y picaduras que no sonnecesarias en el caso del cobre. Lo anterior se debe aque el cobre mantiene por lo general una superficie in-terna lisa a lo largo de su vida de servicio.
Valores nominales de presión/resistencia alreventamiento
Como en el caso de todos los materiales, la presióninterna permisible para cualquier tubo de cobre en servi-cio se basa en la fórmula utilizada en el código de laAmerican Society of Mechanical Engineers para tuberíaa presión (ASME B31):donde:
P = presión permisible (psi)S = máximo esfuerzo permisible por tensión (psi)tmin = espesor mínimo de la pared (pulgadas)Dmáx = diámetro exterior (pulgadas)C = una constante
Para el tubo de cobre, debido a la resistencia supe-rior a la corrosión de este material, el código V31 permi-te que el factor C sea 0, así la fórmula se vuelve:
El valor de S en la fórmula es la resistencia de di-seño permisible (ASME B31) para servicio continuo alargo plazo del material del tubo. Ésta es sólo una pe-queña fracción de la resistencia a la tensión final delcobre o de la resistencia al reventamiento del tubo decobre. Muchos años de experiencia, de servicio y prue-bas han confirmado su seguridad. El valor del esfuerzopermisible depende de la temperatura de servicio y deltemple del tubo, estirado o recocido.
En la tabla 2b (pag. 34-35), las presiones de traba-jo internas nominales se muestran para el tubo de cobreflexible y rígido, tipo K, L y M, en el caso de tempera-turas de servicio de 10° a 205°C. Los valores nomina-les para el tubo estirado pueden utilizarse en sistemassoldados y en sistemas que utilizan uniones mecánicasdiseñadas de manera correcta. Algunos fabricantes deconexiones proporcionan información acerca de la re-sistencia de estos últimos.
Cuando se usa soldadura común o soldadura con plo-mo para unir tubos, deben considerarse los valores nomi-nales de recocido; el calor utilizado en estos procesos deunión podría recocer (ablandar) el tubo rígido. Por estarazón, los valores nominales recocidos se presentan en latabla 2b (pag. 34-35) para el tipo M y para tubos ACR.
Al diseñar un sistema hidráulico, también es nece-sario considerar los valores nominales de las uniones,debido a que el menor de los dos valores nominales (tuboo conexión) definirá la instalación. La mayor parte delos sistemas de tubería se unen mediante soldadura co-mún o soldadura con plata. En la tabla 3 (pag. 35) sepresentan las presiones de trabajo interno nominales paratales uniones. Estos valores nominales son para tubostipo K, L y M con conexiones a presión unidas por sol-dadura estándar. En sistemas de tubos soldados, la re-sistencia nominal de la unión muchas veces la define eldiseño de la instalación.
En el caso de la soldadura con plata recurra a losvalores del tubo recocido que se encuentran en la tabla2b (pag. 34-35), ya que al soldar con plata se ablanda
III. DATOS DE DISEÑO E INSTALACION
P= 2Stmin
Dmax–0.8tmin
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P= 2S (tmin–C)Dmax–0.8(tmin–C)
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(recuece) el tubo cerca de las uniones (la zona afectadapor el calor).
Los valores nominales de las uniones a temperatu-ras de vapor saturado se muestran en la tabla 3 (pag. 35).
La presión a la cual el tubo de cobre estallaría, es 5veces más que la presión de trabajo nominal. Comparelos valores reales de la tabla 2b (pag. 34-35) con laspresiones de trabajo nominales que se encuentran en latabla 2 (pag. 33). Los valores nominales de presión detrabajo muy conservadores proporcionan una seguridadadicional en cuanto a que los sistemas presurizados ope-rarán exitosamente durante largos periodos. Las presio-nes de reventamiento mucho mayores que se miden enlas pruebas, indican que los tubos son capaces de so-portar variaciones de presión impredecibles que ocu-rren durante la larga vida del sistema en servicio. Seaplicaron principios conservadores similares al llegar alas presiones de trabajo de uniones soldadas con plata ycon soldadura común. Los esfuerzos permisibles paralas uniones con soldadura común aseguran la integri-dad de la unión bajo carga nominal máxima en perio-dos extendidos de tiempo. La resistencia a corto plazoy las presiones de reventamiento para uniones soldadasde manera común son muchas veces superiores. Ade-más, los márgenes de seguridad se multiplicaron al cal-cular las intensidades de la unión.
Sistemas de calefacciónEl tubo de cobre es popular en los sistemas de ca-
lefacción tanto en edif icios nuevos como en losremodelados. Los contratistas han aprendido a travésde la experiencia que, considerando todos los factores,el tubo de cobre sigue siendo superior a cualquier otromaterial sustituto. Las ventajas del tubo de cobre: pesoligero, selección de temple, confiabilidad a largo plazo,facilidad de unión, flexión y manejo son de importan-cia fundamental.
Por ejemplo, para el caso en que son importantesla rigidez y la apariencia, se recomienda el tubo rígido.El tubo flexible resulta particularmente adecuado parapaneles de calefacción, fusión de nieve e interconexionescortas entre radiadores, con líneas y dispositivos simi-lares. Con tubos ya sea recocidos o flexibles (vea tubosnormalizados), la necesidad de conexiones se reduce aun mínimo, ahorrando de manera considerable el traba-jo y el material de instalación.
Los sistemas de calefacción de agua caliente y cir-culación a presión proporcionan un calentamiento uni-forme y una respuesta rápida a cambios en la carga decalefacción, requieren poco mantenimiento y es posi-ble dividirlos fácilmente por zonas para ofrecer dife-rentes niveles de temperatura en los edificios. Estossistemas utilizan diámetros de tubo más pequeños y eco-nómicos con uniones soldadas y requieren poco espa-cio de instalación. Además, en combinación con elsistema de calefacción, donde lo permiten los reglamen-tos, el agua caliente habitacional puede calentarse demanera directa, lo que elimina la necesidad de un ca-lentador de agua independiente.
Líneas de retorno de calentamiento por vapor.En sistemas de calefacción por vapor, en especial laslíneas de retorno, las características sobresalientes deresistencia a la corrosión y de antioxidación del tubo decobre aseguran el servicio y mantenimiento sin proble-mas de trampas, válvulas y otros dispositivos. En líneasde retorno de condensado y de agua caliente, se reco-mienda que los últimos 60 cms sea el doble del tamañoque el resto de la línea, por ejemplo, si la línea de retor-no es de 1", hay que aumentarla a 2".
Calefacción por medio de paneles radiantes. Unaaplicación moderna de un principio antiguo, es la cale-facción por medio de paneles radiantes y que, puedeutilizarse con buenos resultados en los diferentes tiposde estructura. En los sistemas de paneles, el agua ca-liente, a baja temperatura, circula a través de serpentineso mallas de tubo de cobre, que ahogadas en un piso deconcreto o en un techo de yeso, calientan las superfi-cies y el aire. Los sistemas de paneles ofrecen una cale-facción uniforme, una fuente térmica invisible para eluso completo del área del piso, son de fácil limpieza yeliminan las corrientes de aire que conducen polvo.
El tubo de cobre es el material ideal para paneles depiso y techo, debido a su bajo peso, longitudes, resisten-cia a la corrosión, y facilidad de flexión, unión y manejo.El tubo flexible en serpentines se usa en recorridos decalefacción sinuosos, puesto que se dobla fácilmente ylas uniones se reducen a un mínimo. El tubo rígido seutiliza para tuberías principales, tubos ascendentes,calefactores y serpentines de calefacción tipo rejilla.
La ubicación del panel de calefacción no es relevan-te para la comodidad de los ocupantes de la habitación,aunque depende de la arquitectura y las características
III. DATOS DE DISEÑO E INSTALACION
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térmicas de la misma. Las instalaciones de piso tienenla ventaja de un costo inicial bajo y resultan particular-mente adecuadas para garajes, escuelas e iglesias; porlo general, se diseñan para operar a una temperaturamáxima de 32°C en la superficie. Con una temperaturamayor, los ocupantes pudieran sentirse incómodos. Lospaneles de techo pueden operarse a temperaturas de su-perficie y niveles de salida térmica más altos que lospaneles de piso. Los paneles de calefacción respondencon rapidez a los cambios en la carga térmica, tienen unalmacenamiento térmico bajo y sólo requieren un siste-ma de control simple.
Los diámetros de los tubos de los serpentines térmi-cos afectan de manera significativa la hidráulica del sis-tema de calefacción, y no son relevantes, desde el puntode vista de la emisión térmica del panel. En serpentinesde piso sinuoso de 3/8", 1/2" y 3/4", se usa por lo generaltubo flexible con un espaciamiento @ de 9" o 12". Eninstalaciones de panel de techo, los serpentines sinuososse forman con tubos flexibles de 3/8", @ de 4" o 6". Porlo general, se usan uniones soldadas.
Sistemas de descongelamiento de nieveLos sistemas para derretir nieve, instalados en pa-
seos, calzadas, plataformas de carga y otras áreas pavi-mentadas, son medios eficientes y económicos para elretiro de la nieve, aguanieve e hielo. Para calentar lasuperficie, se hace circular una solución de 50% agua y50% de anticongelante (del tipo glicol de etileno), a tra-vés del tubo de cobre empotrado en la capa de concretoo de asfalto. Se pueden lograr ahorros considerables eninstalaciones de plantas industriales que disponen defuentes de calor residual.
En general, la instalación de anillos para derretirnieve es similar a la de los anillos de calefacción depaneles de piso. La selección de un patrón sinuoso o derejilla para cualquier sistema depende en gran parte delas condiciones de forma, tamaño e instalación. Las re-jillas son ideales para áreas cuadradas y rectangulares;los serpentines se prefieren por lo general para las áreasirregulares. La pérdida menor de presión con una con-figuración de rejilla permite el uso de tubos de diáme-tros más pequeños ahorrando costos en el material. Unmayor ahorro se logra a menudo con una combinaciónde anillos de serpentín y de rejilla.
El tubo de cobre flexible es conveniente para los
anillos de serpentín y para los de rejilla; el temple rígi-do es mejor para los anillos de rejilla grandes y para losconductos principales. El tubo flexible facilita la insta-lación de anillos serpentines debido a la mayor longi-tud por sección y a su flexibilidad, las cuales reducen elnúmero de juntas al mínimo. La temperatura de la solu-ción que pasa por los anillos para derretir la nieve, debeser de 49°C a 55°C. Para obtener un efecto térmico de100 BTU/hr ft2 para derretir la nieve con un tubo decobre espaciado a 30 cm en concreto (o 25 cm en lacapa de asfalto) se necesitará un máximo de 42.5 mtsde tubo de 1/2" u 85 mts de tubo 3/4". Para lograr unatransferencia de calor de 200 BTU/hr ft2 de área de nie-ve, se necesitará un máximo de 18 mts de tubo de 1/2" o45 mts de tubo de 3/4".
En el concreto se debe colocar el tubo cerca de 11/4"a 11/2" debajo de la superficie y se debe reforzar con unamalla de alambre. En asfalto, el tubo se debe cubrir conuna capa de asfalto de un espesor mínimo de 11/2". Eltubo se debe poner con cuidado en grava compactada,piedra triturada o base de concreto. Se debe dejar un es-pacio libre para el movimiento lateral donde el tubo en-tra y sale del concreto o asfalto.
Los mismos tipos de calefactores y bombas derecirculación disponibles para instalaciones de calefac-ción radiante pueden usarse para los paneles dedescongelamiento de nieve. Los paneles también sepueden conectar a un sistema de calefacción de espaciode un edificio, si el sistema tiene suficiente capacidadpara la carga adicional, se deben tomar las medidas ade-cuadas contra el congelamiento.
Sistemas de tubería de gas medicinal no com-bustible
Las normas de seguridad para el oxígeno y otrosgases medicinales requieren el uso de tubos de cobretipo K o L. Se tienen que cumplir unos requisitos espe-ciales de limpieza, ya que el oxígeno bajo presión pue-de causar la combustión espontánea de algunos aceitesorgánicos (el residuo de aceite de lubricación usado du-rante la fabricación del tubo), y para la seguridad de lospacientes que reciben gases medicinales.
Los fabricantes deben suministrar los tubos de co-bre para las líneas de gas medicinal en excelentes con-diciones, limpios, tapados o encapsulados. Se debe tenercuidado cuando se quitan los casquillos y se instala el
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tubo para prevenir la contaminación del sistema. Elinstalador debe cerciorarse, al igual que el departamen-to de inspección, que se hayan cumplido los requisitosde limpieza del reglamento.Instalación y prueba de los sistemas de tubería degas medicinal1. Antes de la instalación, toda la tubería, las válvulas,
las conexiones y los otros componentes para lossistemas de gas medicinal no combustible, se debenlimpiar por completo, de aceite, grasa y otros materialesfácilmente oxidables, como si se preparara para unservicio de oxígeno. Se tendrá especial cuidado en elalmacenamiento y manejo. Dichos materiales se debenencapsular o tapar para prevenir que se contaminen denuevo antes del ensamble final. Y justo antes delensamble final, se debe examinar el interior del materialpara asegurarse que no esté contaminado.
• Los materiales se pueden preparar en una instalaciónequipada para limpiarlos, lavarlos y purgarlos, o sepueden preparar en sitio. No se debe utilizar eltricloroetileno en ninguna operación de limpieza ensitio, y el tetracloruro de carbono en ninguna limpiezaen general.
• Los materiales preparados en el sitio del trabajo sedeben limpiar en una solución de un limpiadoralcalino, como carbonato de sodio o fosfato trisódico,y agua caliente (proporción de 1/2 kg por 12 litros deagua). Tal vez sea necesario limpiar el material conun cepillo para asegurar una limpieza completa.Después de lavarse, los materiales se deben enjuagarpor completo en agua caliente y limpia.
2. Todas las juntas de tubería soldadas con plata se debenefectuar usando materiales de relleno.
• Para las juntas de cobre con cobre se debe usar unmetal de relleno, cobre fosforado (serie BCuP) sinfundente.
• La soldadura entre metales diferentes, como cobre yplata, se debe efectuar usando un fundente apropiadocon un metal de relleno de cobre fosforado (serieBCuP) o uno de plata (serie BAg). Aplique el fundentecon moderación sólo al tubo limpio, de manera queevite dejar cualquier exceso dentro de las conexionesterminadas. Es aceptable el uso de barras que ya llevanun fundente para la soldadura con plata.(NOTA: Asegure una ventilación adecuada. Algu-nos metales de relleno de la serie BAg contienen
cadmio, que cuando se calienta durante la aplica-ción puede producir humos tóxicos).
• Durante el proceso de soldar, se debe purgar el sistemade manera continua con nitrógeno seco y libre deaceite para prevenir la formación de escamas dentrode la tubería. La purga se debe mantener hasta que lajunta esté fría al tacto.
• Se debe limpiar el exterior de todos los tubos, juntas yconexiones con agua caliente después del ensamblepara quitar cualquier exceso de fundente y permitir unainspección visual clara de las conexiones soldadas.
• Se debe efectuar una inspección visual de cada juntasoldada para asegurar que la aleación ha fluidototalmente alrededor de la junta en la unión del tubocon la conexión. Donde se haya usado fundente,asegúrese de que el residuo de fundente solidificadono haya formado un sello temporal que podría retenerla presión de prueba.
3. Las juntas roscadas en sistemas de tubería debenestañarse o sellarse con cinta de politetrafluoroetileno(cinta teflón) u otro sellador apropiado para serviciosde oxígeno. Los selladores se deben aplicar sólo a lasroscas macho.
Sistemas de riego y aspersión agrícolaLos sistemas de riego son una necesidad en áreas
agrícolas áridas y los de aspersión se están usando cadavez más para mantenimiento de áreas verdes. Sin im-portar el tipo o tamaño del sistema, muchas instalacio-nes exitosas certifican que el cobre es el material idealpara la tubería de estos sistemas.
Con ayuda de las gráficas de caída de presión enfunción de la velocidad, que se muestran en la tabla 5(pag. 36-37), y de las instrucciones contenidas en elmanual de los fabricantes de bombas y aspersores, losinstaladores pueden diseñar un sistema de riego con tu-bos de cobre para césped, sembradíos o campos de golf.
Las líneas del sistema se deben colocar a una pro-fundidad considerable para evitar algún daño mecánicoa causa de las herramientas y deben de perforarse paradrenar libremente. Donde existe el peligro de uncongelamiento, el sistema debe instalarse con una pro-fundidad necesaria que no le afecte el frío extremo.
La expansión y contracción no deben ser un pro-blema mientras las líneas no estén ancladas de manerarígida.
III. DATOS DE DISEÑO E INSTALACION
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III. DATOS DE DISEÑO E INSTALACION
Sistemas de energía solarLos sistemas de energía solar para calentar el agua
doméstica y para la calefacción de espacios se basanen agregar un colector al sistema de calefacción paracapturar la energía solar. Por lo general, esto implicasimplemente extender el sistema de calefacción hastael techo de la casa, en donde se le incorpora un colec-tor solar.
El cobre es el material ideal para sistemas de ener-gía solar porque:• Tiene la mejor conductividad térmica de todos los
metales de ingeniería.• Es altamente resistente a la corrosión atmosférica y
acuosa.• Es fácil de fabricar y de ensamblar al soldarlo.• Es utilizado para los sistemas hidráulicos y para los
techos desde que se empezaron a usar metales paraese tipo de aplicaciones.
Las ventajas térmicas del cobre se reflejan en queunas láminas más delgadas de cobre pueden acumularla misma cantidad de calor que la mayoría de las lámi-nas de aluminio o acero de un calibre mucho mayor,por lo que, los tubos de cobre de un colector puedenespaciarse más.
La resistencia del cobre a la corrosión atmosféricaestá demostrada por su aplicación en techos y botaguas,a menos que sea atacado por los gases de escape de óxi-do del sulfuro o de nitrógeno de instalaciones o indus-trias de proceso. El cobre ha soportado décadas -inclusosiglos- de exposición a la intemperie.
De igual manera, el cobre resiste la corrosión poragua caliente. Si los tubos están dimensionados e insta-lados correctamente para mantener el flujo por debajode 2.5 mts por segundo, los sistemas de tubería de co-bre para agua caliente son prácticos y cien por cientoresistentes a la corrosión.
La facilidad con que se ensamblan los sistemas hi-dráulicos de cobre con soldadura, está más que recono-cida, al igual que los fabricados de lámina de cobre porsu facilidad y simplicidad.
Consideraciones generalesEn un manual de este tipo no es posible cubrir to-
das las variables que un diseñador de sistemas hidráuli-cos deberá considerar. Sin embargo, los siguientes temaspueden ser de gran ayuda para elaborar especificacio-
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nes de trabajo:Liras de dilatación. El tubo de cobre, como to-
dos los materiales de tubería, se dilata y contrae conlos cambios de temperatura. Por lo tanto, en un siste-ma de tubería de cobre sujeto a excesivos cambios detemperatura, una línea larga tiende a colapsarse o do-blarse cuando se dilata a menos que, se haya construi-do con una compensación dentro del sistema. Tambiénpueden ocurrir severos esfuerzos en las conexiones.Tales esfuerzos, colapsos o dobleces se previenen usan-do juntas de expansión o instalando compensaciones,doblados en «U», serpentines o arreglos similares enel ensamble de tuberías. Estos segmentos de tubo deforma especial pueden asimilar las dilataciones y con-tracciones sin esfuerzo excesivo.
Cuando las tuberías de cobre conducen fluidos atemperaturas diferentes a las del medio ambiente su-fren este fenómeno, por lo que se debe considerar yprevenir durante su colocación y fijación (ya sean em-potradas o visibles). Primeramente se observa cuántose dilata o contrae la tubería; si este movimiento no esexcesivo se preverá su fijación y aislamiento, y cuan-do éste sea mayor, se diseñará la curva de dilataciónque contrarreste el movimiento.
El coeficiente de dilatación térmica del cobre esdel 16.5 x 10-6 m/ºC de 20ºC a 100ºC, lo que significaque un metro de tubo se alarga 1.650 mm, cuando sutemperatura aumenta 100ºC, por lo tanto, es necesariotomar en cuenta este factor en el montaje de tuberíasde cobre.
Las variaciones de longitud se obtienen de la si-guiente fórmula:
donde:DL = variación de longitud (mm)L = longitud inicial del tubo (mm)t = diferencia de temperatura (ºC)
Se considera como diferencia de temperatura, laque existe entre la temperatura ambiente en el momentodel montaje y la temperatura máxima de servicio.
Dado que en una instalación de agua caliente o decalefacción es improbable que el agua circule a más de80ºC y que la temperatura de la tubería fuera de servi-
DL = 0.0017 x L x tTU
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III. DATOS DE DISEÑO E INSTALACION
Para tubo de cobre recocido:E = 17.000.000 psiP = 6.000 psi
Así, la longitud desarrollada por L es:L = 7,68 (doe)1/2
Soportes de tubos. Debido a su rigidez se prefiereel tubo rígido para tubería expuesta. A menos que seindique de otra manera, el tubo rígido requiere un so-porte para líneas horizontales con intervalos aproxima-damente de 2.4 mts para diámetros de 1" y menores, eintervalos de 3 mts para diámetros más grandes.
Las líneas verticales se soportan, por lo general, encada piso o en intervalos aproximadamente de 3 mts,pero para las líneas largas que tienen considerados losmantenimientos usuales para la dilatación y la contrac-ción, los anclajes pueden estar separados por varios pi-sos, siempre que haya forros o dispositivos similares entodos los pisos intermedios para restringir el movimientolateral; ver figura 2.
El tubo de temple recocido en serpentines permitecorridas largas sin juntas intermedias. Las líneas verti-cales de tubo de temple recocido se deben apoyar por lomenos cada 3 mts y las horizontales, por lo menos cada2.4 mts.
Resistencia a la compresión. Las pruebas reali-zadas colocando una barra de acero redonda de «3/4"en ángulo recto a través de un tubo de cobre recocido
cio (temperatura ambiente en el interior) sea inferior a20ºC, se puede aplicar para este intervalo de temperatu-ras la siguiente regla: la dilatación de un metro de cobreserá, aproximadamente de un milímetro.
Como las tuberías están expuestas a variaciones detemperatura, deben estar sujetas adecuadamente, de ma-nera que se puedan dilatar y contraer con los cambiosde temperatura. Esto se logra fijando las tuberías me-diante abrazaderas, evitando empotramientos rígidos.
La tabla 7 (pag. 38) indica los radios necesariospara las liras de dilatación, descritos con la figura 1.Las longitudes compensadas de dilatación se pueden es-timar con la tabla 7. Alternativamente, la longitud ne-cesaria de tubo en un codo de dilatación o decompensación se puede calcular con la fórmula:
donde:L = longitud desarrollada en el codo de dilatación o
compensación (pies), ver tabla de conversiones(pag. 32), como se muestra en la tabla 7 (pag. 38)
E = módulo de elasticidad del cobre (psi)P = esfuerzo permisible del material flexionado (psi)do= diámetro exterior del tubo (pulgadas)e = cantidad de dilatación a ser absorbida (pulga-
Dilatación lineal del tubo de cobre 16.5 x 10-6/ºC. La dilata-ción térmica del cobre es de aproximadamente vez y media
LR
(b) Rizo oserpentín
2πR=L
L (c) Codos decompensación
de 1"», y después ejerciendo presión hacia abajo, reve-laron que, incluso con esta carga severa en un punto decontacto, se requirieron 318 kg para comprimir el tuboa un 75 por ciento de su diámetro original. Las tuberíasde 2", debido a su mayor espesor de pared, resistieronmás peso antes de comprimirse.
El reglamento de instalaciones hidráulicas señalaque para su correcta instalación, deberán rellenarse porcompleto todas las excavaciones lo más pronto posible,después de la inspección. Las zanjas se deben rellenarprimero con 30 cm de tierra limpia apisonada, la cualno debe contener piedras, cenizas u otros materiales quepuedan dañar el tubo o causar corrosión. Se puede usarequipo como niveladoras y graduadores para terminarde rellenar. Se deben tomar las precauciones convenien-tes para asegurar la estabilidad permanente del tubopuesto en un relleno de tierra húmeda.
Golpe de ariete. Es el término que se usa para des-cribir las fuerzas destructivas, ruidos de martilleo y vi-braciones que se desarrollan en cualquier sistemahidráulico cuando el líquido que fluye es detenido de
III. DATOS DE DISEÑO E INSTALACION
manera abrupta por una válvula de cierre. Cuando ocu-rre un golpe de ariete, una onda expansiva de alta pre-sión reverbera dentro del sistema de tubería hasta quetoda la energía se haya convertido en pérdidas de fric-ción. El ruido y los picos de presión excesivos, se pue-den evitar al agregar una cámara de aire o un dispositivode supresión de picos al sistema.
En ramales con un solo elemento de consumo, elsupresor se debe colocar inmediatamente arriba de laválvula del elemento. En ramales de múltiples elemen-tos, la ubicación indicada para los supresores será en elramal que alimenta al grupo de elementos, entre los dosúltimos tubos de alimentación.
Presión de colapso del tubo de cobre. El aumen-to creciente del uso de tubos de cobre y sus aleacionesen condensadores, calentadores de agua y otros dispo-sitivos de transferencia de calor para líneas de agua, gas,fluidos, y muchas otras aplicaciones de ingeniería don-de exista una presión diferencial entre los lados opues-tos de la pared del tubo, crea la necesidad de obtenerdatos precisos en relación con las presiones de colapso;ver tabla 4 (pag. 35).
Congelación. El tubo flexible puede resistir la di-latación del agua helada varias veces antes de reventar-se. Bajo prueba, se ha congelado el agua dentro de untubo flexible de «1/2 "seis veces y dentro de uno de 2"once veces». Este es un factor de seguridad vital quefavorece el tubo suave para los servicios subterráneosde agua. Sin embargo, no significa que las líneas deagua de tubo de cobre se deban sujetar a congelamientos.
Corrosión. El tubo de cobre para agua es resisten-te a la corrosión. Es poco usual que las aguas o las con-diciones especiales sean corrosivas para el tubo de cobre;cuando así sea, se deben identificar y tratar.
Desde los años cincuentas, se han producido milesde toneladas de tubo de cobre para sistemas hidráuli-cos, de las cuales el 80% se han instalado en sistemasde distribución de agua. Los escasos problemas de co-
Figura 2.
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Figura 1. Liras de dilatación
(a) OmegaL
2πR=LR
R
Apiladode tubos
Brida de latónen piso
Unión soldada
Aislante
Unión soldada
Brida de latónen techo
Losa deentrepiso
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rrosión por causa de agua agresiva, agravados posible-mente por malos diseños o mano de obra deficiente, sedeben analizar en el contexto de estos registros.
Cuando ocurren problemas de corrosión, se deben,por lo general, a algunas de las siguientes causas:1. Agua de pozo dura y agresiva, que causa picaduras.2. Agua ácida o suave, que no permite que se forme una
película protectora dentro del tubo de cobre.3. Diseño o instalación del sistema que provoca una
velocidad excesiva del flujo de agua o turbulenciasen el tubo.
4. Mano de obra ineficiente.5. Fundente excesivo o agresivo.6. Condiciones agresivas del suelo.
Las aguas agresivas que causan picaduras se pue-den identificar por medio de un análisis químico y sepueden tratar para que su composición quede dentro delos límites aceptables. Como característica tienen unagran cantidad total de sólidos disueltos (t.d.s.) inclu-yendo sulfatos y cloruros, un pH en el rango de 7.2 a7.8, alto contenido de bióxido de carbono (CO2) (sobre10 partes por millón, ppm) y la presencia de oxígenodisuelto (D.O.)
Una persona calificada en el tratamiento de aguaspuede establecer un método para revertir el agua agre-siva, con el objetivo de no dañar los materiales del sis-tema hidráulico. En general, esto implica elevar el pH ycombinar o eliminar el gas CO2. Algunas veces la sim-ple aeración del agua, por ejemplo, rociarla en cieloabierto, es un tratamiento suficiente.
La corrosión también puede causarse o intensifi-carse, por un trabajo de mala calidad que deja cantida-des excesivas de fundente residual agresivo dentro deltubo después de la instalación. Si se han sobrecalentadolas juntas durante la instalación y el exceso de fundenteresidual se ha polimerizado, el problema de la corro-sión puede empeorar.
Las aguas ácidas suaves pueden causar el proble-ma molesto de manchar los accesorios de color verde ode «agua verde». Elevar el pH de esas aguas a un valorde cerca de 7.2 o más, por lo general soluciona el pro-blema, pero se debe consultar a una persona calificadaen el tratamiento de aguas. Un tratamiento típico paraun pozo de abastecimiento de agua individual es pasarel flujo de agua a través de una cama de gravillas de
mármol o de piedra caliza.La velocidad excesiva del agua causa corrosión por
erosión o ataca el material por el golpeteo del agua enlos sistemas hidráulicos. Como se explicó en el temasobre el dimensionamiento del sistema a presión paraevitar problemas de corrosión por erosión (y ruido), lavelocidad del agua en un sistema hidráulico no debeexceder de 1.5 a 2.5 mts por segundo (el limite inferioraplica para diámetros más pequeños de tubo).
Los efectos de la velocidad se pueden agravar si elagua es químicamente agresiva debido al pH o al conte-nido de gas como se ha mencionado anteriormente; o siel flujo arrastra sólidos (sedimentos). La combinaciónde una velocidad que por sí sola es aceptable, y de unaquímica del agua que es algo agresiva, causa a vecesproblemas que no existirían si estuviera presente nadamás una de las dos características.
La corrosión por erosión también se puede agravarpor un trabajo mal hecho. Por ejemplo, las rebabas de-jadas en los extremos cortados del tubo pueden alterarel flujo del agua, y causar turbulencias locales y unavelocidad alta del flujo, provocando una corrosión porerosión.
Cuando los compuestos del azufre de la escoria decualquier tubo de metal entra en contacto con el agua,está sujeto a un ataque por el ácido que se produce. Bajotales circunstancias, el tubo debe aislarse de la escoriacon una barrera inerte contra la humedad, una envolturade cinta aislante, un recubrimiento de una pintura deasfalto, o con cualquier otro material aprobado. A ex-cepción de algunos casos, los suelos naturales no ata-can el cobre.
Vibración. El tubo de cobre puede aguantar losefectos de la vibración cuando se diseña el sistema cui-dadosamente.
Al instalar sistemas que son sujetos a vibraciones,se verificará que queden libres de esfuerzos residualesproducidos por un doblado o una alineación defectuosa.Los esfuerzos residuales junto con vibraciones puedenocasionar rupturas por fatiga, en dobleces y conexiones,donde dichos esfuerzos se introdujeron al sistema.
Durabilidad. Bajo condiciones normales, una tu-bería de cobre para agua, diseñada e instalada de mane-ra correcta, perdura fácilmente toda la vida útil de unedificio y durante toda su existencia, funcionará igualque cuando fue instalada.
III. DATOS DE DISEÑO E INSTALACION
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Consideraciones generalesDebido a su maleabilidad excepcional, el cobre
puede adaptarse sin problemas en la obra. El tubo decobre, doblado correctamente, no se colapsará en ellado exterior del codo y no se pandeará en su lado in-terior. Las pruebas demuestran que un tubo de cobredoblado tiene mayor resistencia al reventamiento, queantes de doblarlo.
Por la maleabilidad del cobre, los codos de dilata-ción y otras conexiones necesarias en un sistema de tu-bería, se arman de manera rápida y sencilla, si se utilizanel método y el equipo apropiados. Se pueden usar he-rramientas manuales sencillas, como prensas, matrices,formas y rellenos o máquinas eléctricas de doblado. Am-bos tipos de tubo, rígido y flexible, pueden doblarse conuna herramienta manual, usando el tamaño correcto dela herramienta según el diámetro del tubo, para conocerlos radios mínimos de doblado, ver tabla 11 (pag. 40).
El procedimiento para doblar un tubo de cobre conuna herramienta de doblado manual de tipo palanca, esel siguiente:
1. Con las manijas a 180° y el sujetador del tubo apartado,inserte el tubo en la ranura de la rueda de doblado.
2. Coloque el sujetador del tubo encima del mismo yponga la manija en una posición más o menosrectangular, asegurando la zapata de doblado encimadel tubo. La marca cero en la rueda de doblado deberáquedar a la misma altura del borde delantero de lazapata de doblado.
3. Doble el tubo al jalar las manijas en un movimientocontinuo y suave. El ángulo deseado de doblez sepuede averiguar por medio de las calibraciones quese encuentran en la rueda de doblado.
4. Remueva el tubo doblado al mover la manija hastaque forme un ángulo recto con el tubo, y quite lazapata de doblado.
La herramienta ilustrada es una de las muchas dis-ponibles en la industria. Unicamente siga las instruccio-nes indicadas por el fabricante del equipo a utilizar.
IV. DOBLADO
Foto 2
Foto 3
Foto 4
Foto 1
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V. ENSAMBLADO
IntroducciónLas juntas soldadas con sistema capilar, se utilizan
en plomería para las líneas de agua. Las juntas soldadascon bronce mediante el proceso capilar, se utilizan endonde se requiere de mayor fuerza o donde la tempera-turas del servicio es más alta de los 163°C. Para soldarlas juntas en tuberías de refrigeración a menudo se re-quiere soldadura con plata.
Las juntas mecánicas se utilizan con frecuencia parala tubería subterránea, donde no es recomendable el usodel calor y para juntas que tengan que desconectarse devez en cuando. El tubo de cobre se puede también en-samblar con soldadura a tope sin el uso de conexiones.Debe tenerse cuidado al seguir los procedimientos apro-piados para soldar.
ConexionesLas conexiones para tubos de cobre que se usan en
instalaciones hidráulicas y de calefacción se fabricansegún las normas siguientes, para:• Conexiones de latón a 45°, la NMX-X-002/1 y
ASTM-B-16• Conexiones de cobre soldadas, la NMX-W-101/1• Conexiones soldables de latón, la NMX-W-101/2• Válvulas de paso, la NOM-X-031 y ANSI-Z21• Pig Tail, la NOM-X-018/3 y ANSI-CGA V-1
Las conexiones a presión de aleación de cobre fun-dido están disponibles en todos los diámetrosestandarizados de tubos y en una amplia gama de ti-pos para cubrir las necesidades de instalaciones hidráu-licos. Pueden ser estañados o soldados con plata y/obronce; aunque, soldar con plata conexiones de cobrefundido, requiere de especial atención. También existeuna amplia gama de conexiones a presión de cobreforjado en todos los diámetros y tipos. Éstos, al igualque los de cobre fundido, pueden juntarse medianteestañado o soldadura con plata; sin embargo, se pre-fieren las conexiones forjadas donde el método deunión es la soldadura con plata. La opción entre lasconexiones de cobre fundido o de cobre forjado de-pende a gran medida de la preferencia del usuario.
Las conexiones de tubo ensanchado proporcionanun contacto de metal con metal similar a las unionessubterráneas; ambas pueden desarmarse fácilmente yensamblarse de nuevo. Son muy útiles en donde el aguaresidual no se puede quitar del tubo y es difícil de sol-
dar. Pueden requerirse donde existe un riesgo de incen-dio y no se puede usar un soplete para estañar o soldarcon plata. También, soldar en un ambiente húmedo pue-de ser muy difícil; en estos casos se prefieren las unio-nes ensanchadas.
SoldadurasLas juntas soldadas dependen de la acción capilar
que lleva el estaño líquido al espacio libre entre la co-nexión y el tubo. El fundente actúa como un agente delimpieza y de adherencia y, cuando está aplicado de ma-nera correcta, permite una distribución uniforme del es-taño fundido sobre la superficie de la unión.
La selección de una soldadura depende sobre todode la presión y temperatura de operación del sistema.También se debe tomar en cuenta las tensiones en lasjuntas causadas por la expansión y la contracción tér-mica. Sin embargo, las tensiones causadas por los cam-bios de temperatura no deben ser significativas en loscasos más frecuentes: cuando las secciones de tubo soncortas y cuando se usan codos de dilatación en tuboslargos.
La tabla 3 (pag. 35) muestra las presiones nomi-nales de operación para las juntas soldadas entre tubosde cobre que usan una mezcla de soldadura de estaño yplomo de 50-50 y de estaño y antimonio de 95-5. Lasoldadura de estaño y plomo de 50-50 es convenientepara presiones y temperaturas moderadas. Para presio-nes más altas, o donde se requiere una junta de una re-sistencia mayor, es preferible usar la soldadura de estañoy antimonio. Para tubos sujetos a una operación conti-nua a temperaturas que exceden los 120°C, o donde serequiere de juntas de una resistencia máxima, se debenusar soldaduras de relleno con plata.
Se puede utilizar la mayoría de las soldaduras in-dicadas en ASTM-B-32, Especificación Estándar paraMetales de Soldadura, para ensamblar tubos y conexio-nes de cobre en sistemas de agua potable.
La soldadura se usa por lo general en forma dealambre, pero también existe soldadura con fundentegranulado fino integrado. Cuando se usa una pasta desoldadura con fundente es recomendable agregar mássoldadura de alambre a la junta, utilizando el mismotipo de soldadura (por ejemplo, 50-50 o 95-5) que llevala pasta.
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FundentesLa función del fundente para soldaduras es la de
remover rastros residuales de óxidos, facilitar el flujo yproteger las superficies que se soldan de la oxidacióndurante el calentamiento. El fundente se debe aplicar, alas superficies limpias, en una pequeña cantidad solopara recubrir las áreas que se unen.
Se puede formar muy rápido una nueva películade óxido en superficies de cobre después de su lim-pieza. Por lo tanto, se debe aplicar el fundente lo antesposible.
Se pueden conseguir soldaduras que contienen pe-queñas cantidades de plata u otros aditivos para lograruna mayor resistencia o características especiales de flu-jo. Tales soldaduras pueden requerir fundentes especia-les. Se deberá consultar las recomendaciones delfabricante referente a los procedimientos y fundentesindicados para estas soldaduras.
Algunos fundentes llamados por sus fabricantes «deauto limpieza» presentan un riesgo en su uso. No hayduda que un fundente fuerte y corrosivo puede quitaralgunos óxidos y películas de suciedad; sin embargo,cuando se usan fundentes altamente corrosivos de estamanera, existe siempre la incertidumbre si se haya lo-grado una limpieza uniforme o si continúe la accióncorrosiva de los residuos del fundente, una vez termi-nada la soldadura.
V. ENSAMBLADO
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IntroducciónSoldar es un conjunto de procesos de unión, que
al calentarse a una temperatura específica, producenuna fusión de materiales, usando un metal de relleno(material de soldadura), cuya temperatura de fundi-ción no exceda los 450°C y se encuentre debajo de latemperatura de solidificación de los metales base. Enla práctica actual, la mayoría de las soldaduras se rea-lizan a una temperatura entre 180°C y 290°C.
Para lograr juntas satisfactorias de manera consis-tente se debe preparar y soldar tomando en cuenta lasiguiente secuencia:• Medición y corte de los tubos• Escariado• Limpieza• Aplicación del fundente• Ensamble y soporte• Calentamiento• Aplicación de la soldadura• Enfriamiento y limpieza• Pruebas
Las técnicas descritas producen juntas soldadas li-bre de fugas, entre el tubo de cobre o de alguna de susaleaciones y las conexiones, ya sea en el taller o en elcampo. Se requiere de habilidad y conocimiento paraproducir de manera satisfactoria una junta soldada.
Medición y corteMida con exactitud la longitud de cada segmento
de tubo. La imprecisión puede perjudicar la calidad dela junta. Si el tubo es demasiado corto, no entrará hastael fondo de la conexión, lo que impide efectuar una jun-ta adecuada. Si el segmento de tubo es demasiado lar-go, puede producirse una tensión en el sistema, queafectaría la vida de servicio.
Corte el tubo a las longitudes medidas. El cortepuede llevarse a cabo de diversas maneras para pro-ducir un extremo con un escuadrado satisfactorio. Eltubo puede cortarse con un cortador de tubos de tipodisco (foto 5 y 6), con una sierra para metales, conuna rueda abrasiva o con una sierra de banda portátilo estacionaria. Debe tenerse cuidado de que el tubono se deforme al cortarlo. Sin importar el método, elcorte debe ser en ángulo recto de tal forma que elextremo del tubo asiente correctamente en el casqui-llo de unión.
EscariadoEscarie todos los diámetros interiores de los ex-
tremos del tubo cortado para quitar las rebabas peque-ñas creadas por la operación del corte. Si este bordeinterior, áspero, no se quita, puede producirse corro-sión por erosión, debido a una turbulencia local y auna mayor velocidad de flujo local en el tubo.
Una pieza de tubo correctamente escariada pro-porciona una superficie lisa para un mejor flujo. Quitelas rebabas que se encuentren en el exterior de los ex-tremos del tubo, creadas por la operación del corte,para asegurar la entrada apropiada del tubo en el cas-quillo de unión. (fotos 7a, 7b y 7c)
Las herramientas utilizadas para escariar los ex-tremos del tubo incluyen la cuchilla para escariar en elcortador de tubos, filos redondos o medio redondos,una navaja de bolsillo y una herramienta apropiada paraquitar las rebabas. Con tubos flexibles, debe tenersecuidado para no deformar el extremo del tubo aplican-do demasiada presión.
VI. JUNTAS SOLDADAS
Foto 5. Medición
Foto 6. Corte
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Fotos 8a, 8b y 8c. Limpieza
En caso de deformarse el tubo flexible se puederedondear de nuevo, con una herramienta de ajuste queconsiste en un conector y un anillo de ajuste.
LimpiezaEs importante la remoción de todos los óxidos y
manchas de superficie en los extremos de los tubos yde los casquillos de unión para el flujo adecuado de lasoldadura hacia la junta. Si no se remueven, pueden in-terferir con la acción capilar y disminuir la resistenciade la junta provocando una falla.
Lije (limpie) levemente los extremos del tubo conpapel abrasivo o cojines abrasivos de nylon a una dis-tancia un poco mayor a la profundidad del casquillo deunión.
Limpie los casquillos de unión con lija, fibra o uncepillo del tamaño adecuado. El espacio capilar entre eltubo y el casquillo es de aproximadamente 0.004", y se
VI. JUNTAS SOLDADAS
llena con la soldadura por medio de la acción capilar.Este espacio es esencial para que la soldadura lo llene yforme una junta fuerte.
El cobre es un metal relativamente suave. Si se re-mueve demasiado material del extremo del tubo o delcasquillo, puede producirse una junta de mala calidadpor el exceso de juego.
También se puede limpiar el tubo con químicos, sidespués los extremos del tubo y las conexiones se enjua-gan por completo, siguiendo el procedimiento indicadopor el fabricante del limpiador. No toque la superficielimpia con las manos o con guantes llenos de aceite. Losaceites para la piel, aceites lubricantes y grasa perjudi-can la operación de soldado. (fotos 8a, 8b y 8c)
Aplicación del fundenteUtilice un fundente que disuelva y quite rastros
de óxido de las superficies limpias que se ensamblan,
Fotos 7a, 7b y 7c. Escariado
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que proteja las superficies limpias de la reoxidacióndurante el calentamiento, y que facilite el contacto dela soldadura con las superficies a soldar, según la reco-mendación indicada en los requerimientos generales deASTM-B-813. Inmediatamente después de la limpieza,aplique con una brocha, una capa delgada y uniformedel fundente al tubo y al casquillo.ADVERTENCIA: No aplique el fundente con los de-dos. Los productos químicos del fundente puedenser dañinos si se llevan a los ojos, boca o heridasabiertas.
Tenga especial cuidado en la aplicación del fun-dente. Un trabajo mal realizado puede causar proble-mas después de que se haya instalado el sistema. Si seutilizan cantidades excesivas de fundente, el residuo deéste puede causar corrosión. En casos extremos, tal co-rrosión del fundente podría perforar la pared del tubo,del casquillo o de ambos. (fotos 9a y 9b)
VI. JUNTAS SOLDADAS
Ensamble y soporteInserte el extremo del tubo en el casquillo de
unión, cerciorándose de que el tubo esté asentado enla base del mismo. Un ligero movimiento giratorioasegura un recubrimiento uniforme del fundente. Qui-te el exceso de fundente del exterior de la junta con untrapo de algodón.
Sujete el ensamble del tubo y del casquillo paraasegurar un espacio capilar uniforme alrededor de todala circunferencia de la junta. La uniformidad del espa-cio capilar asegurará el buen flujo de la soldadura fun-dida. Un espacio capilar excesivo puede producir grietasen el metal de soldadura bajo el efecto de esfuerzos ovibraciones. (Fotos 10a y 10b)
CalentamientoComience a calentar el tubo moviendo la flama en
dirección perpendicular al mismo (foto 11a). El tubode cobre conduce el calor inicial al casquillo para unadistribución uniforme del calor en el área de la unión.
Foto 9b.Aplicación de
fundente enconexión
Foto 9a.Aplicación de
fundente en tubo
Foto 10b.Limpieza del
exceso defundente
Foto 10a.Ensamble
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El grado de este precalentamiento depende del ta-maño de la junta. La experiencia indicará la cantidad detiempo necesario.
Enseguida, mueva la flama sobre el casquillo (foto11b). Después, mueva la flama entre el casquillo y eltubo a una distancia igual a la profundidad del casqui-llo. Con el soplete en la base del casquillo, toque la jun-ta con la soldadura. Si la soldadura no se derrite, quítelay continúe calentando.
ADVERTENCIA: No sobrecaliente la junta nidirija la flama hacia el frente del casquillo. Elsobrecalentamiento puede quemar el fundente qui-tándole su eficacia, impidiendo así que la soldadu-ra penetre en la junta de manera correcta.
Cuando la soldadura se derrita, aplique calor a labase del casquillo para facilitar la acción capilar de lle-var la soldadura fundida al casquillo hacia la fuente decalor.
VI. JUNTAS SOLDADAS
El calor se aplica por lo general por medio de unsoplete de gas combustible y aire. Dichos sopletes uti-lizan acetileno o un gas LP. También se pueden usarherramientas para soldar basadas en resistencias eléc-tricas (foto 11c), éstas emplean electrodos para el ca-lentamiento y deben usarse cuando una flama abiertaimplica un riesgo.
Aplicación de soldaduraPara las juntas en posición horizontal, comience a
aplicar el metal de soldadura levemente fuera del cen-tro en el fondo de la junta (foto 12). Proceda a travésdel fondo del casquillo hasta la posición central supe-rior. Vuelva al punto de inicio, traslápelo y enseguida,proceda encima del lado incompleto hacia la parte su-perior, traslapando otra vez la soldadura.
Para las juntas en posición vertical, haga una se-cuencia similar de los pasos de traslape comenzandodonde sea conveniente. Las juntas de soldadura depen-
Fotos 11a.Pre-calentado
de tubo
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Foto 12.Soldadura
Fotos 11b.Pre-calentado
de conexión
Fotos 11c. Resistencia eléctrica
Foto 13.Limpieza
den de la acción capilar para llevar el flujo de soldadurafundida hacia el espacio estrecho entre el casquillo y eltubo. El metal de soldadura fundido fluye hacia la juntapor la acción capilar sin importar si el flujo es haciaarriba, hacia abajo u horizontal.
El fundente que se aplicó primero, actúa como unagente de limpieza y de adherencia de la soldadura, siestá aplicado de manera correcta, permite una distribu-ción uniforme de la soldadura fundida sobre las super-ficies que se quieren conectar. La acción capilar es lamás eficaz cuando el espacio entre las superficies quese van a conectar va de 0.002 a 0.005 pulgadas. Se pue-de tolerar un cierto juego, pero si el espacio es dema-siado grande puede causar dificultades con conexionesde gran tamaño.
Para unir el tubo de cobre con el casquillo de unaválvula, siga las instrucciones del fabricante. La válvu-la debe estar en posición abierta antes de aplicar calor,recuerde que, este calor se debe aplicar más que nada altubo.
La cantidad de soldadura consumida cuando sellena de manera adecuada el espacio capilar entre eltubo y los casquillos forjados o fundidos, se puedeestimar en la tabla 8 (pag. 39). El requerimiento defundente es, por lo general, de 50 gramos por kilo desoldadura.
Enfriar y limpiarDespués de haber terminado la aplicación de sol-
dadura en la junta, limpie el excedente del fundente conun paño de algodón limpio y termine de enfriar con unpaño semi húmedo. (foto 13)
VI. JUNTAS SOLDADAS
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PruebasPruebe la efectividad de las juntas de todos los
ensambles terminados. Siga el método de prueba pres-crito en el reglamento que se aplica para el serviciopropuesto.
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IntroducciónLas conexiones fuertes y herméticas soldadas con
plata se pueden efectuar al soldar con metales de relle-no que se funden a temperaturas entre 600°C y 815°C,como se lista en la tabla 10 (pag. 40). Los metales derelleno para soldaduras con plata se conocen como «sol-daduras fuertes» o «soldaduras de plata».
La temperatura en la cual un metal de rellenocomienza a fundirse durante el calentamiento es latemperatura de solidificación; la temperatura de li-cuefacción es la temperatura superior en la cual elmetal de relleno se derrite totalmente. La temperatu-ra de licuefacción será mínima para llevar a cabo lasoldadura.
La diferencia entre estas dos temperaturas es el ran-go de fundición que, puede ser de gran importancia alseleccionar un metal de relleno, ya que indica el rangode trabajo para la aleación y la velocidad a la que la
aleación se vuelve completamente sólida después desoldarse. Los metales de relleno con rangos estrechos,con o sin plata, solidifican más rápido y, por lo tanto,requieren una aplicación de calor más cuidadosa. Losrangos de fundición de metales de soldadura más co-munes se muestran en la figura 4a.
Metales de rellenoLos metales de relleno adecuados para soldar tu-
bos de cobre son de dos clases:1. Aleaciones que contienen fósforo (la series BCuP)2. Aleaciones que contienen un alto contenido de plata
(las series BAg).
Las dos clases difieren en sus características defusión, fundente y flujo, características que deben con-siderarse al seleccionar un metal de relleno (tabla 10,
VII. JUNTAS SOLDADAS CON PLATA
Figura 4a. Temperatura de fusión de soldadura y Figura 4b. Ciclo de fundición de soldadura
RANGO DE FUSION DE SOLDADURA452-464 95-5 Estaño-Antimonio361-421 50-50 Estaño-Plomo
1,100°C 2000°F
815°C 1500°F
540°C 1000°F
260°C 500°F
Flujo de soldadura especial
Flujo de soldadura especial
Temperatura de fusión(varia para cada material)
Flujo claro y estable
Empieza a fundirse
Burbujea
Grado de ebullición del agua
Inicio de calentamiento
4a 4b
26
pag. 40). Para unir tubos de cobre, cualquiera de estosmetales de relleno proporcionará la resistencia nece-saria cuando se utilicen con conexiones estándar parasoldar o conexiones de casquillo corto para soldadu-ras con plata, disponibles en el mercado.
La resistencia de una junta de tubo de cobre solda-da con plata no varía mucho en función de los diversosmetales de relleno, más bien depende principalmentedel espacio adecuado entre el exterior del tubo y el cas-quillo de unión. El tubo de cobre y las uniones de sol-dadura con plata se fabrican exactamente uno para elotro, y las tolerancias permitidas para cada uno asegu-ran que el espacio capilar esté dentro de los límites ne-cesarios para una junta de una resistencia satisfactoria.
Las presiones nominales de trabajo de las líneas deagua soldadas con plata, que llevan temperaturas de ser-vicio de hasta 121°C (la temperatura de vapor saturadoa 1.05 kg/cm2) se muestran en la tabla 3 (pag. 35). Es-tas presiones deben utilizarse sólo cuando se ha mante-nido el espacio capilar correcto.
Las composiciones de los metales de relleno parasoldar se muestran en la tabla 10 (pag. 40). Se puedenutilizar cualquiera de los metales de relleno disponibles,los que se usan comúnmente en instalaciones hidráuli-cas, conexiones de tubería, sistemas de refrigeración yde aire acondicionado son BCuP-2 (para tolerancias muypequeñas), BCuP-5 (donde no se pueden lograr tole-rancias tan pequeñas), BAg-1, BAg-5 y BAg-7.
FundentesLos fundentes usados para soldar con plata las jun-
tas de cobre son diferentes en su composición de losfundentes para soldar con estaño. Los dos tipos no sepueden intercambiar.
Los fundentes para soldaduras con plata se basanen agua, mientras que la mayoría de los fundentes parasoldaduras con estaño se basan en derivados de petró-leo. Similar a éstos últimos, los fundentes para solda-duras con plata disuelven y quitan los óxidos residualesde la superficie del metal, protegen el mismo contra lareoxidación durante el calentamiento y facilitan la ad-herencia del material de soldadura a las superficies quese juntan.
Los fundentes también sirven al instalador para es-timar la temperatura (figura 4b). Si el exterior del cas-quillo y el área del tubo afectada por el calor se cubren
VII. JUNTAS SOLDADAS CON PLATA
con fundente (además del extremo del tubo y del cas-quillo), se evita la oxidación y el aspecto de la juntamejora de manera considerable.
La figura 5 ilustra el material de relleno recomen-dada para los diferentes tipos de tubos de cobre y susaleaciones.
EnsambleEnsamble la junta insertando el tubo en el casqui-
llo hasta el tope y gírelo si es posible. El ensamble debeapoyarse firmemente de modo que siga alineado duran-te la operación de soldadura con plata.
Aplicación de calor y soldaduraPaso uno: Aplique calor a las piezas que se ensam-
blan, de preferencia con una flama neutral de gas y oxí-geno; flamas de gas y aire se utilizan a veces para losdiámetros más pequeños. Caliente primero el tubo, co-menzando cerca de una pulgada del borde de la conexión,moviendo la flama alrededor del tubo con movimientoscortos en ángulo recto al eje del tubo.
Es muy importante que la flama esté en constantemovimiento y que no permanezca mucho tiempo en unsolo punto, para evitar que se dañe el tubo. El fundentese puede utilizar como guía en cuanto al tiempo paracalentar el tubo; continúe calentando el tubo hasta queel fundente esté estable y transparente. El comporta-
Figura 5. Recomendaciones de material de relleno deacuerdo al tipo de conexión
Cobre
Forjado BCuP
Latón
Fundido BCuP
Cobre
Fundido BAg
Latón
Forjado BCuP
Cobre
Fundido BCuP
Latón
Fundido BAg
Latón
Forjado BAg
Cobre
Foriado BAg
FUNDENTEREQUERIDO
Tubo
Metal de rellenoConexión
No require fundente
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miento del fundente durante el ciclo para soldar conplata se describe en la figura 4b.
Paso dos: Dirija la flama hacia la conexión en labase del casquillo. Caliente de manera uniforme, mo-viendo la flama entre la conexión y el tubo hasta que elfundente en la conexión esté estable. Evite el calenta-miento excesivo de las conexiones de cobre fundido.
Paso tres: Cuando el fundente este líquido y trans-parente en el tubo y en la conexión, comience a moverla flama hacia adelante y hacia atrás a lo largo del ejede la junta para mantener el calor en las piezas que sevan a soldar, especialmente hacia la base del casquillode conexión. La flama debe mantenerse en movimientopara evitar que se funda el tubo o la conexión.
Paso cuatro: Aplique el metal de relleno para sol-dar en un punto entre el tubo y el casquillo de la co-nexión. Cuando se alcanza la temperatura apropiada, elmetal de relleno fluirá directamente al espacio entre eltubo y el casquillo, llevado por la fuerza natural de laacción capilar.
Mantenga la flama alejada del metal de relleno con-forme penetre la junta. La temperatura del tubo y de laconexión en la junta debe ser lo suficientemente altapara fundir el metal de relleno.
Mantenga la conexión y el tubo calientes movien-do la flama hacia atrás y hacia adelante mientras se ali-menta el metal de relleno a la junta.
Cuando la unión está hecha de manera correcta,debe aparecer un cordón continuo de metal de rellenoalrededor de la junta. Pare la alimentación tan prontovea dicho cordón. La tabla 9 (pag. 39) es una guía paraestimar cuánto metal de relleno se va a requerir.
Para tubos de 1" y mayores puede ser difícil calen-tar toda la junta al mismo tiempo. Muchas veces es ne-cesario utilizar un soplete adicional para mantener unatemperatura adecuada sobre grandes áreas. Se recomien-da un precalentamiento suave de toda la conexión paradiámetros más grandes. El calentamiento puede enton-ces proceder conforme a los pasos antes mencionados.
Juntas horizontales y verticalesCuando se soldan juntas horizontales, es preferi-
ble aplicar primero el metal de relleno en el fondo,luego a los dos lados y finalmente arriba, cerciorán-dose que las operaciones se traslapen. En las juntasverticales no importa donde se empieza. Si la abertura
del casquillo señala hacia abajo, se debe tener cuidadopara evitar que se sobrecaliente el tubo, pues esto pue-de causar que el metal de relleno corra hacia el exte-rior del tubo. Si esto sucede, retire el calor y permitaque el metal de relleno se asiente. Enseguida, vuelva acalentar el casquillo de la conexión para alimentar elmetal de relleno.
Remoción de residuosDespués de que se haya enfriado la junta soldada
con plata, deben quitarse los residuos del fundente conun paño limpio o cepillo y limpiar con agua caliente.Quite todos los residuos del fundente para evitar queel fundente endurecido retenga la presión de maneratemporal y cubra una junta mal soldada. Las conexio-nes forjadas se enfrían con mayor rapidez que las co-nexiones de cobre fundido, pero a todas las conexionesse les debe permitir enfriarse de manera natural antesde mojarse.
Sugerencias generales• Si el metal de relleno no fluye o tiende a formar
protuberancias, indica la presencia de oxidación en lassuperficies del metal o que el calor en las piezas quese ensamblan es insuficiente.
• Si el tubo o la conexión comienzan a oxidarse duranteel calentamiento, se debe a que no hay suficientefundente.
• Si el metal de relleno no entra a la junta y tiende a fluirhacia el exterior de cualquier miembro de la junta,indica que alguno está sobrecalentado o que al otro lefalta calor.
PruebasPruebe la efectividad de las juntas de todos los
ensambles terminados. Siga el método de prueba pres-crito en el reglamento que se aplica para el serviciopropuesto.
VII. JUNTAS SOLDADAS CON PLATA
28
ANEXO. SOLDADURAS CON ESTAÑO Y CON PLATA
IntroducciónLa teoría y la técnica básicas para soldar con esta-
ño y con plata son iguales para todos los diámetros detubos de cobre. Las únicas variables son el metal derelleno, el tiempo y el calor requeridos para terminaruna junta dada. Soldar con estaño es el proceso de uniónque ocurre debajo de los 450°C, y soldar con plata es elproceso que ocurre arriba de 450°C pero debajo delpunto de fusión de los metales base. En la práctica, lamayoría de las soldaduras de estaño para los sistemasde cobre se hacen a temperaturas alrededor de los 175°Ca 315°C, mientras que la mayoría de las soldaduras conplata se hacen a temperaturas que se extienden de 595°Ca 815°C.
La opción entre soldar con estaño o con plata de-pende por lo general de las condiciones de servicio delsistema y de los requerimientos de los reglamentos deconstrucción que aplican. Las juntas soldadas con esta-ño se utilizan por lo general donde la temperatura deservicio no excede los 120°C, mientras que las juntas
29
• Preparación incorrecta de la junta antes de soldar
• Falta de soporte adecuado y/o inclinación durante la soldadura con estaño o con plata
• Control y distribución de calor incorrectos en todo el proceso de unión
• Aplicación incorrecta del metal de relleno de soldadura con estaño o con plata
• Cantidad inadecuada de metal de relleno aplicado a la junta
• Enfriamiento de choque y/o limpieza repentina del metal de relleno fundido después de soldarcon estaño o plata
• Pre-estañado de las juntas antes de ensamblar y de soldar
soldadas con plata pueden utilizarse donde se requiereuna junta de mayor resistencia o donde las temperatu-ras del sistema llegan hasta 175°C.
Las juntas soldadas con plata ofrecen en generaluna mayor resistencia, sin embargo, el recocimientodel tubo y de la conexión que resulta del calor másalto usado en el proceso de soldar con plata, puedeocasionar que la presión nominal del sistema sea me-nor que la de una junta soldada con estaño, por lo quedebe considerarse al elegir el proceso de ensamble quese va a utilizar.
Aunque soldar con estaño y con plata son los mé-todos más comunes para ensamblar tubos y conexionesde cobre, éstos a menudo, son los métodos menos com-prendidos. Es esta falta de conocimiento lo que resultaen instalaciones defectuosas, en juntas de mala calidado con fallas. Las investigaciones sobre las causas máscomunes que provocan fallas en las uniones revelaronvarios factores que contribuyen a éstas:
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ANEXO. SOLDADURAS CON ESTAÑO Y CON PLATA
Foto 14. Herramienta de resistencia eléctrica
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Las operaciones de soldadura con estaño o platason intrínsecamente sencillas, la omisión o la mala apli-cación de una sola parte en el proceso puede signifi-car la diferencia entre una buena junta y una con fallas.
PurgadoAlgunas instalaciones, tales como los sistemas de
gas medicinal y de ACR, requieren la adición de ungas inerte durante el proceso de soldadura con plata.El gas de purga desplaza el oxígeno del interior delsistema mientras está sujeto a las altas temperaturasde soldadura con plata, y por lo tanto, elimina la posi-bilidad de una formación de óxido en la superficie in-terior del tubo.
Los flujos del gas de purga y los métodos de apli-cación se deben incluir en las especificaciones del pro-cedimiento para soldar con plata.
Información generalSoldar con estaño o con plata son métodos rápi-
dos y eficaces para efectuar una unión con sopletesestándar y con diversos gases, permitiendo alcanzaruna alta productividad en la obra.
Existen también herramientas manuales para sol-dar con resistencias eléctricas, las cuales emplean elec-trodos de calentamiento para unir tubos y conexiones.Estas herramientas (foto 14) son de peso ligero y de-ben considerarse cuando la flama abierta representaun riesgo.
3
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TUB
ERIA
DE
CO
BR
ED
ATO
S T
ECN
ICO
S
Tabla de conversiones
DATOS TECNICOS
Para el uso de gas medicinaldeberá cumplir con pruebas de
limpieza según las NormasCGA-G-41
(Asociación de Gas Comprimido)CSA-Z 3051
(Canadian Standars Association)NFPA-99C
(National Fire Protection Association)
TABLA 1. Tipos y aplicaciones de tubería de cobre (NORMA ASTM-B-88)Código internacional de identificación Diámetros nominales Usos y aplicaciones
Tipo Color milímetros (pulg)
M
L
K
Rojo
Azul
Verde
6 (1/4”)
13 (1/2”)
25 (1”)
38 (11/2”)
64 (21/2”)
100 (4”)
6 (1/4”)
13 (1/2”)
25 (1”)
38 (11/2”)
64 (21/2”)
100 (4”)
6 (1/4”)
13 (1/2”)
25 (1”)
38 (11/2”)
Casas de interés socialCasas de interés medioEdificios habitacionalesEdificios comerciales
Los mismos que el tipo “M”,además de: Instalaciones degas combustible y medicinal,
tomas domiciliariasde agua potable
Los mismos que el tipo “L”,además de: Uso industrial donde
las presiones y temperaturasde trabajo son severas
10 (3/8”)
19 (3/4”)
32 (11/4”)
51 (2”)
75 (3”)
10 (3/8”)
19 (3/4”)
32 (11/4”)
51 (2”)
75 (3”)
10 (3/8”)
19 (3/4”)
32 (11/4”)
51 (2”)
Presión
Peso
Fluido
Distancia
psi
kg/cm2
1 psi
1 libra
1 libra
1 onza
1 onza
1 galón/min
1 pulgada
1 pie
6.89 kPa
10 m.c.a.
0.070 kg/cm2
453.59 gr
0.453 kg
28.38 gr
0.283 kg
4.546 lt/min
2.54 cm
30.48 cm
Temperatura°C
°C = (T°F - 32)59
Por ejemplo:
°C = (86 - 32)59
°C = (54)59
°C = = 30°C2709
Temperatura°F
°F = (1.8) (T°C) + 32
Por ejemplo:
°F = (1.8) (30) + 32
°F = 54 + 32
°F = 86°F
32
DATOS TECNICOS
Medida Diámetro Diámetro interno Espesor de pared Peso por tramo de 6.10 mts Presión máxima
nominal exterior M L K M L K M L K M L K1/4” 0.375” 0.324” 0.314” 0.276” 0.025” 0.030” 0.049” 2.132 lb 2.524 lb 5.385 lb 6,133 lb/pulg2 7,200 lb/pulg2 8,820 lb/pulg2
6.35 mm 9.525 mm 8.255 mm 8.001 mm 7.035 mm 0.635 mm 0.762 mm 1.245 mm 0.968 kg 1.146 kg 2.445 kg 431.15 kg/cm2 506.16 kg/cm2 620.04 kg/cm2
102 mm 104.775 mm 99.949 mm 99.187 mm 2.413 mm 2.794 mm 42.363 kg 48.909 kg 145.65 kg/cm2 168.72 kg/cm2
TABLA 2. Dimensiones y características de tubería rígida de cobre
TABLA 2a. Dimensiones y características de tubería de cobre tipo ACRDiámetro Diámetro Espesor Presión máxima Pesoexterior exterior de pared permitida aproximado
pulg mm pulg mm Refrig. U. Gen Refrig. U. Gen Refrig. U. Gen Refrig. U. Gen Refrig. U. Gen Refrig. U. Gen1/8 3.175 1/8 3.175 356.37 356.37 220.43 220.43 187.37 187.37 176.35 176.35 172.67 172.67 110.22 110.22
Porcentaje del principal elemento Temperatura°CClasificación1
Diámetro Radio mínimonominal Tipo de tubo Temple de curvatura
(pulgadas) (pulgadas)1/4 K - L Flexible 3/43/8 K - L Flexible 11/23/8 K - L Rígido 13/41/2 K - L Flexible 21/41/2 K - L Rígido 21/23/4 K - L Flexible 33/4 K - L Rígido 3
1 K - L Flexible 4
11/4 K - L Flexible 9
CUPO
N D
E IN
SCR
IPCI
ON
#
CUPON DE INFORMACION
PROCOBRE
Nombre Ocupación
Dirección
CP Municipio o Delegación Teléfono
Pertenece a alguno de nuestros clubes, cuál No. de socio
Si tiene personal a su cargo, indique cuántos
Observaciones o sugerencias al manual
Envíe este cupón con sus datos al Fax 5286-7723 o sus comentarios al correo electrónico [email protected] reciba un obsequio a cambio, el cual podrá recoger en nuestras oficinas.