ANEXO DESARROLLO TECNICO DE LA INVESTIGACIÓN VISUALIZACION DE LOS PARAMETROS DE ECONOMIA EN SOLDADURA INDUSTRIAL MEDIANTE LA IMPLEMENTACION DE NUEVOS MATERIALES DIDACTICOS. ING. FCO. JAVIER MENDEZ ESCAMILLA RESUMEN El oxígeno y algunas veces el aire junto con varios gases combustibles de hidrocarburos se combinan para producir calor por medio de combustión química, generalmente con oxígeno, se usan para soldadura blanda, fuerte, ordinaria y para cortes con oxígeno, por flama para aspersión para endurecimiento y enderezados. Los principales gases combustibles son el acetileno, el gas natural, los gases de petróleo líquido (el propano y el propileno) y los gases sintéticos, tales como el propadieno metilacetileno. Los únicos gases combustibles que se usan para la soldadura son los compuestos de carbono y de hidrógeno, los cuales reaccionan con el oxígeno para producir una flama que tiene una temperatura por arriba del punto de fundición de la mayoría de los metales. Los gases combustibles no hidrocarburazos no deben usarse para soldadura, puesto que los productos de su combustión son tóxicos. Estos gases representan en su utilización diferentes niveles de inversión en la capacitación de los estudiantes de soldadura industrial por lo tanto es importante para nuestro plantel, que ocupa ampliamente estos gases, contar con una infraestructura que permita el desarrollo de practicas de soldadura de una manera económica y segura para nuestros alumnos. Mediante el desarrollo de este proyecto se generaron productos que permiten mejorar la formación que ofrecemos a nuestros estudiantes pues con la mesa entrenadora para corte con oxi-butano, así como el software ilustrativo del tema constatamos que se dio una mejor comprensión de las variables de este proceso al mismo tiempo que se desarrollo un mayor interés en el tema tratado por parte de los alumnos de nuestra especialidad de soldadura industrial Así mismo permitió la participación colaborativa de profesores, alumnos y personal administrativo y directivo.

ANTECEDENTES Para trabajar de manera óptima el tema tratado es importante profundizar en las variables del proceso de corte con oxigas así como a los antecedentes que permiten mejorar la economía de los trabajos de capacitación, buscando la optimización de los recursos sin demeritar la calidad de la formación ofrecida a nuestros estudiantes. El corte con gas oxi-combustible incluye todas las operaciones que emplean la combustión con oxigeno como medio de calentamiento. El proceso implica fundir el metal base y por lo regular el metal de aporte, empleando una flama generada en la punta de un soplete de soldadura, el gas combustible y el oxigeno se combinan en las proporciones correctas dentro de una cámara de mezclado que puede formar parte de la unidad de punta de soldadura. El metal fundido, genera un charco de fusion común que secciona al material La reacción gas combustible-oxigeno se lleva a cabo en dos pasos. La primera reacción produce monóxido de carbono e hidrógeno más calor. La reacción secundaria, la cual utiliza oxígeno del aire, oxidara el monóxido de carbono y el hidrógeno dando dióxido de carbono y vapor de agua más calor adicional. Esta reacción de de combustión completa produce una gran cantidad de calor conocida como calor denso de la combustión (el calor de la reacción primaria además del calor de la reacción secundaria). Este se mide en Btu por libra de gas combustible o Btu por pie cúbico de gas combustible o calorías. Una ventaja de este proceso de soldadura y corte es el control que el soldador puede ejercer sobre el aporte de calor y la temperatura, independientemente del gas utilizado. El tamaño y la forma de la franja de corte, y la intensidad del charco también se controlan durante el proceso de seccionado. El equipo que se usa para corte con gas oxicombustible es de bajo costo, casi siempre portátil y bastante versátil como para emplearse en diversas operaciones relacionadas, como flexión y enderezado, precalentamiento, poscalentamiento, recubrimiento, soldadura fuerte y latonado. Los aditamentos para corte, las boquillas de calentamiento de múltiples flamas y diversos accesorios de aplicación especial acrecientan notablemente la versatilidad global del equipo básico. Si se hacen cambios

relativamente simples al equipo, es posible realizar operaciones manuales y mecanizadas de corte con oxigeno. Los metales que normalmente se sueldan son, entre otros, los aceros al carbono y de baja aleación y la mayor parte de los metales ferrosos, mientras que el corte se aplica principalmente a los metales ferrosos, pero en general no los metales refractarios ni los reactivos. Los gases combustibles comerciales tienen una propiedad comun: todos requieren oxigeno para sostener la combustión. Si ha de ser adecuado para operaciones de corte, un gas combustible, al arder con oxigeno, debe poseer las siguientes características: 1.- Alta temperatura de flama 2.- Tasa de propagación de flama elevada. 3.- Suficiente contenido calorífico

4.- Mínimo reactividad química de la flama con los metales base y aporte.

Entre los gases combustibles que se encuentran en el mercado el acetileno es el que mejor satisface estos requisitos. Otros gases combustibles, como los productos de metilacetileno, propadieno, propileno, propano, gas natural y mezclas de gases patentadas basadas en los gases anteriores, ofrecen flamas con temperaturas suficientemente altas, pero tienen tasas de propagación de la flama más bajas. Estas flamas son excesivamente oxidantes en las proporciones oxigeno-gas lo bastante altas como para producir tasas de transferencia de calor útiles, de modo que se requieren dispositivos de contención de la flama como contrabarrenos en las puntas, para lograr una operación estable y una transferencia de calor aceptable, incluso con proporciones altas. Características de los gases combustibles Peso específico relativo El peso específico relativo de un gas combustible con respecto al aire, indica la forma cómo puede acumularse el gas en caso de que hubiera una fuga. Por ejemplo, los gases con peso específico relativo menor que uno tienden a elevarse, y pueden acumularse en las esquinas de las habitaciones, desvanes y techos falsos. Los gases con peso específico relativo mayor que uno tienden a acumularse en las áreas bajas, sin mucho movimiento de aire.

Razón peso-volumen Una cantidad especifica de un gas a temperatura y presión estándar se puede describir por su volumen o por su peso. . Razón de combustión Indica el volumen de oxigeno que en teoría se requiere para quemar por completo cada uno de los gases utilizados. Estas razones oxigeno-combustible (llamadas mezclas estequiometricas) se obtienen de las ecuaciones químicas balanceadas, estas no representan las proporciones oxigeno-combustible que realmente produce un soplete en funcionamiento ya que, en la combustión completa interviene también el oxigeno del aire circulante. Calor de combustión (valor calorífico) de un gas combustible de hidrocarburos es la suma de calor generado en las reacciones primarias y secundarias que tienen lugar en toda la flama. Típicamente, el contenido calorífico de la reacción primaria se genera en una flama interior, o primaria. Este es el sitio donde la combustión se realiza con el oxigeno suministrado por el soplete. La reacción secundaria ocurre en una envoltura de la flama exterior, o secundaria, en la que el oxigeno del aire sustenta la combustión de los productos de la reacción primaria. Temperatura de la flama Varia según la razón oxigeno-combustible, aunque dicha temperatura es una indicación de la capacidad de calentamiento del gas combustible, solo es una de las propiedades físicas que debemos considerar al hacer una evaluación global. Las temperaturas de flama por lo regular se calculan, ya que en la actualidad no se cuenta con un método sencillo para calcular estos valores. Velocidad de combustión (tasa de propagación de la flama) un factor importante en lo que respecta al calor producido por la flama de gas combustible. Se trata de la velocidad con que un frente de flama viaja a través del gas no quemado adyacente, e influye en el tamaño y temperatura de la flama primaria. Afecta también la velocidad con que los gases pueden fluir a través de la punta del soplete. Intensidad de la combustión Se utiliza para evaluar las diferentes combinaciones oxigeno-gas combustible. La intensidad de combustión tiene en cuenta la velocidad de combustión de la flama, el valor calorífico de la mezcla de oxigeno y gas, y el área del cono de flama que sale.

INTRODUCCION En función de las expectativas económicas actuales reviste especial importancia el optimizar los recursos asignados a la formación de nuestros estudiantes., es por esto que el tema de corte de metales en el cual se asigna una cantidad importante de recursos y que complementa de manera importante los conocimientos teórico-prácticos integrales del técnico en soldadura industrial debe ser estudiado retomando alternativas que permitan reducir los gastos de operación e incrementar potencialmente el numero de practicas asociados a este tema. Tradicionalmente este tema se trabaja de manera limitada utilizando acetileno como gas combustible, lo que constituye un factor limitante para el aprendizaje de los alumnos y un impacto económico importante al presupuesto asignado a la capacitación de nuestros estudiantes. Por medio de la visualización de los parámetros de economía, pretendemos sustentar la modificación de la infraestructura existente a efecto de alternar el uso de diferentes gases combustibles, reforzando el aprendizaje significativo, esto fundamentado en las siguientes hipótesis. Mejoraremos la formación que ofrecemos a nuestros estudiantes, a través del uso de un paquete de materiales didácticos que permita la visualización del uso de diferentes gases combustibles, que permita la mejor comprensión de los principios del tema de oxi-corte de metales. Al disminuir los costos de capacitación se permitirá incrementar la cantidad de tiempo real de práctica utilizando un gas más económico. A mayor contacto con las variables del proceso, mejor comprensión del tema. El prototipo mesa entrenadora para corte por oxi-butano acerca a los estudiantes y profesores al proceso, a un menor costo y con un mayor nivel de participación de los estudiantes. Se garantizan mejores condiciones para la apreciación de las variables implícitas en el tema de corte de metales para docentes y alumnos en condiciones de seguridad satisfactorias.

METODOS Y MATERIALES Esta fue una investigación documental, acompañada del desarrollo de un prototipo al que se le denomino mesa entrenadora para capacitación y visualización de parámetros de economía para corte de metales, para lo cual se realizo un análisis de las variables de corte con las alternativas de acetileno contra el gas butano, y el análisis de la información relacionada con el tema. La metodología empleada en este proyecto se desarrollo siguiendo una serie de pasos sistemáticos de acuerdo a las expectativas de los colaboradores del mismo, y consistió en: Adecuación de las instalaciones del taller, recopilación de la información relacionada con el tema, recopilación de datos, normas, consulta en Internet, etc., acopio de materiales para la elaboración de productos didácticos, preparación y adecuación y conformación de materiales, realización de pruebas, análisis del funcionamiento del prototipo, pruebas de trabajo con los alumnos, realización de correcciones y ajustes, captura de la información, síntesis y conclusiones de los resultados y elaboración de reporte de resultados. A la par de la integración de la información teórica se valoraron las características que debiese tener el prototipo para cumplir con las expectativas empleadas y se definió que para este fin se utilizaría un paquete de corte definido en el ámbito comercial como silver star, consistente en los siguientes elementos. Un regulador silver star oxi-cga 540, un regulador silver star buta sh-1322, un soplete para corte smiths sc-230-3, una boquilla para corte oxi-but sc-50-a-4, una boquilla para corte oxi-but sc-50-a-2, un encendedor n-113, un destapador de boquillas n-250 y un juego de empaques de grafito g-931. El cual estaría acoplado sobre una base conformada por solera y material tubular de dos pulgadas por un octavo, el trabajo desarrollado por este material.

MESA ENSAMBLADA

BOQUILLA

MANOMETROS

RESULTADOS Por medio del desarrollo de este proyecto se generaron productos que permiten mejorar la formación que ofrecemos a nuestros estudiantes, pues con la mesa entrenadora para visualizar los parámetros de economía en corte con oxibutano, así como la presentación ilustrativa del tema se constato que se dio una mejor comprensión de las variables en las que se fundamenta este proceso, al mismo tiempo que se desarrollo un mayor interés en el tema tratado por parte de los alumnos y docentes involucrados con las asignaturas de aplicación directa en el taller de soldadura industrial. Se incremento la infraestructura para la enseñanza de las técnicas de aplicación de corte de metales, optimizando los recursos asignados a estos temas haciendo siempre énfasis en la importancia del abatimiento de costos y las practicas apegadas a la seguridad e higiene industrial. Mediante la elaboración de este paquete didáctico para la visualización de parámetros de economía el la utilización del butano como gas combustible en procesos de corte y después de desarrollar las pruebas respectivas de funcionamiento de los mismos se pudieron reafirmar los estándares de consumo del butano contrastándolos con el acetileno. PRESIONES PARA CORTAR CON OXIBUTANO ESPESOR mm

TAMAÑO DE BOQUILLA

PRESION OXIGENO Kg/cm2

PRESION BUTANO Kg/cm2

CONSUMO OXICORTE M3/h

CONSUMO PRECALENTA MIENTO M3/h

CONSUMO BUTANO M3/h

VELO CIDAD Cm/min:

ANCHO mm

6.35 0 2.1 0.35 2.46 1.33 0.36 55.9 1.39 9.5 0 2.46 0.35 2.74 1.33 0.36 50.8 1.39 12.7 1 2.46 0.42 4.10 1.98 0.42 48.2 2.03 15.9 1 2.81 0.42 4.38 1.98 0.42 43.1 2.03 19.0 2 2.53 0.42 4.95 1.98 0.42 40.6 2.41 25.4 2 2.88 0.42 5.23 1.98 0.42 35.5 2.41 31.8 2 3.58 0.42 5.94 1.12 0.45 33.0 2.41 38.1 3 2.95 0.42 6.93 2.12 0.45 30.4 2.54 50.8 3 3.30 0.42 7.21 2.12 0.45 25.4 2.54 63.5 4 2.67 0.42 8.91 2.12 0.45 22.8 3.71 76.2 4 3.09 0.42 9.62 2.12 0.45 20.3 3.17 101.6 4 3.79 0.42 11.18 2.26 0.48 17.7 3.17 127.0 5 3.93 0.42 14.15 2.26 0.48 17.7 3.81 152.5 5 4.71 0.42 15.99 2.26 0.48 15.2 3.81 203.5 5 5.48 0.49 18.11 2.55 0.56 13.9 3.81 254.0 6 5.83 O.56 27.44 6.51 1.41 12.7 5.15 305.0 6 8.78 0.84 35.52 7.93 1.69 11.4 5.84

PRESIONES PARA CORTAR CON OXIACETILENO ESPESOR mm

TAMAÑO DE BOQUILLA

PRESION OXIGENO Kg/cm2

PRESION BUTANO Kg/cm2

CONSUMO OXICORTE M3/h

CONSUMO PRECALENTA MIENTO M3/h

CONSUMO BUTANO M3/h

VELO CIDAD Cm/min:

ANCHO mm

6.35 0 2.1 0.28 1.34 0.21 0.019 55.9 1.39 9.5 0 2.46 0.28 1.62 0.21 0.019 50.8 1.39 12.7 1 2.46 0.28 2.43 0.31 0.026 48.2 2.03 15.9 1 2.81 0.28 2.71 0.31 0.026 43.1 2.03 19.0 2 2.53 0.28 3.31 0.34 0.029 40.6 2.41 25.4 2 2.88 0.28 3.54 0.34 0.029 35.5 2.41 31.8 2 3.58 0.28 4.16 0.34 0.029 33.0 2.41 38.1 3 2.95 0.35 5.20 0.39 0.033 30.4 2.54 50.4 3 3.30 0.35 5.49 0.39 0.033 25.4 2.54 63.5 4 2.67 0.35 7.21 0.42 0.036 22.8 3.71 76.2 4 3.09 0.35 7.92 0.42 0.036 20.3 3.17 101.6 4 3.79 0.35 9.37 0.45 0.039 17.7 3.17 127.0 5 3.93 0.42 12.71 0.85 0.071 17.7 3.81 152.5 5 4.71 0.42 14.55 0.85 0.071 15.2 3.81 203.5 5 5.48 0.42 16.41 0.85 0.073 13.9 3.81 254 6 5.83 0.42 22.13 0.9 0.079 12.7 5.15 305 6 8.78 0.42 28.50 0.9 0.079 11.4 5.84 356 7 7.03 0.49 36.35 0.9 0.084 10.1 6.35 El desarrollo de este trabajo permitió la participación multidisciplinaría de profesores, alumnos y personal administrativo del plantel lo que permite que en base a los resultados obtenidos se realice una propuesta formal a los directivos de la academia de soldadura industrial, de aplicar el corte con oxibutano en una de las líneas de trabajo que actualmente están diseñadas para el uso del oxiacetileno. Se profundizo en la información relacionada a las variables del corte de metales, particularmente en lo relacionado a la utilización del butano como gas combustible alternativo, para de esta manera mejorar la formación que ofrecemos a nuestros estudiantes, al proporcionar un contacto directo con la aplicación de esta técnica de trabajo industrial. Mediante el uso de este prototipo de mesa entrenadora se tendrá un mayor nivel de participación de los estudiantes a un menor costo de operación.

APLICACIÓN

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IMPACTO Tomando como base el hecho de que en la especialidad de soldadura industrial se traja en la actualidad con tres grupos de cuarto semestre por turno, con un promedio de58 alumnos por cada grupo se puede prever que el paquete didáctico permitirá que el total de estos estudiantes tenga un contacto directo con la visualización de las variables de corte con oxibutano, así como los parámetros de economía en el uso didáctico de estos gases, es decir, 348 alumnos de la especialidad de soldadura industrial, así como los docentes implicados, que son en promedio cuatro profesores por grupo, es decir24 docentes como base estarán en posibilidades de acceder a esta técnica de corte de metales ampliamente usada en los trabajos de soldadura en el campo laboral, verificando su uso de manera directa, lo que les permitirá ampliar sus expectativas de desarrollo en el sector productivo, al manejar un proceso mas en su formación como técnicos en soldadura industrial. Para el plantel esta posibilidad permitirá una optimización de los recursos, al poder canalizar el tema de corte de metales hacia la utilización del butano como gas combustible, lo cual redundara en una reducción de costos en la capacitación lo que permitiría de manera indirecta atender otras necesidades apremiantes en la academia como podrían ser el equipamiento, o el mantenimiento de las instalaciones, o la posibilidad de incrementar las horas destinadas ala capacitación de este tema. Por lo tanto se plantea la sugerencia de readaptar una línea de de trabajo ala utilización de butano como gas combustible.