Diseño y Construcción de Cilindro de Gas Propano

8/16/2019 Diseño y Construcción de Cilindro de Gas Propano

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UNIVERSIDAD CENTRAL, FACULTAD DE INGENIERÍA, SOLDADURA AUTOMATIZADA

Requerimientos Especiales para el Diseño yConstrucción de Cilindro de Gas Propano (GLP)

Guillermo GordilloJuan MéndezJose Salinas

Abril 13, 2016

1. I NT RO DU CC IÓ N

El presente escrito tiene como finalidad, dar a conocer la información estandarizada necesaria para el diseño y construcción de cilindros de acero con costura para gases licuados de petróleo(GLP).

El lector obtendrá conocimientos concisos respecto a temas como el listado de equiposnecesarios con su descripción para la construcción del cilindro, el proceso detallado paso a paso que se debe seguir para la construcción del mismo. Adicionalmente, se listarán ydescribirán los equipos y accesorios de soldadura que se deberán utilizar.

Se indicará también los requerimientos especiales respecto al proceso de soldadura como porejemplo materiales base, tipo de material base, la categoría de la soldadura, la calificación delas platinas, posiciones en las que el soldador deberá efectuar la labor, los metales de aporteque se deban requerir, como también lo relacionado con el tema de gases de protección.

Posteriormente, se relacionará la normatividad requerida a la que el lector se pueda dirigir encaso de necesitar mayor profundidad respecto a algún tema en específico.

2. DE SCRI PCI Ó N D E E Q U I PO S U T I L I Z A D O S E N E L PRO CE SO

Para la construcción de un cilindro de acero con costura para gases licuados de petróleo (GLP)se debe contar con una serie de maquinaria especial industrial normalizada. A continuación sedescribe dicha maquinaria:

Bobina de Acero: La lámina de acero como materia prima, se mantiene enrrollada enforma de bobina, lista para ser utilizada. La lámina de acero se va desenrrollando para pasar al siguiente proceso en el cual se sacan los modes.

Prensa de corte: Esta Máquina es un dispositivo que se encarga de cortar la lámina deacero que viene del bobinado.


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Prensa de sujeción: La prensa de sujeción es una máquina que posee en su interior unmecanismo que sujetará la lámina de acero ya cortada para comenzar a realizar eldeformado de la misma.

Matrices de moldeado: La matris de modelado es un cilindro automatizado que permitedar forma a la lámina de acero para crear las secciones huecas que conforma el cilindroa construir. Otra matris de moldeado es una máquina la cual posee unas cavidades que por medio de unos dispositivos, deforman el material para crear los anillos de apoyo para que el cilindro se mantenga en pie.

Dispositivos de succión: Es una máquina que se encarga de transportar las seccioneshuecas a la debastadora para igualar los bordes.

Debastadora: Es una máquina que posee una cuchilla que iguala los bordes de lassecciones huecas. Esta máquina realiza posee un mecanismo que hará girar lassecciones de acero para facilitar su corte.

Equipos y accesorios de soldadura automatizada: Es el conjunto de equipos y

herrramientas dedicados a la soldadura de las diferentes partes del cilindro querequieran de juntas.

Transportadores: Es una máquina que posee unos rodillos que desplazan las piezas deacero ya formadas listas para ensamble.

Torno: Es un dispositivo en el cual se hace girar la pieza de trabajo. En este caso la pieza de trabajo no será cortada como se suele hacer, sino que a medida que gira la pieza esta se va soldando.

Horno: Es un habitáculo dispuesto de tal forma que puedan ingresar los cilindros yasoldados para su temple necesario.

Gato: Es un dispositivo el cual consiste en dos secciones de metal donde descansa lamuestra de cilindro soldado previamente cortado. Una sección más se hace bajar paraque la muestra sea prensada y doblada justo por el cordón de soldadura para comprobarla calidad de la misma.

Tanque de agua: El tanque de agua es un recipiente donde se inserta el cilindro yaconstruido para realizar pruebas de presión y comprobar su manufactura.

Pistolas de pintura: Como su nombre lo dice, son unas pistolas automatizadas querocean pintura en polvo sobre los cilindros para darles un acabado más presentable.

3. PRO CE SO D E CO N ST RU CCI Ó N

Los procesos que se erquieren para la construcción de un cilindro de gas propano son lossiguientes:

Suministro de acero: El acero en lámina se encuentra enrrollada, y a medida que sevaya requiriendo material, la bobina de acero irá girando para suplir a la prensa decorte de material.

Corte de lámina de acero: La lámina de acero proveniente del bobinado, se hace pasar por la prensa de corte, la cual está programada para cortar tres círculos de 50centímetros de diámetro cada uno a la vez .


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Moldeado: Una segunda prensa es la encargada de fijar el círculo previamente cortado para que la matris en forma de cilindro empuje hacia arriba para lograr el molde desección hueca. A medida que la sección hueca se forma, en la parte más alta exsite unmecanismo que perfora esta sección hueca. Este orificio se hace para ubicar la válvulade ingreso y salida del gas. Cada sección es la mitad de un cilindro de gas.

Corte de bordes: El dispositivo de succión ubica las mitades del cilindro para cortar yemparejar los bordes con la debastadora; así, estas secciones huecas estarán listas para pasar por el área de soldadura automatizada.

Soldadura de boquilla: Los operarios insertan unos cuellos los cuales serán soldados demanera automatizada. La soldadura debe ser perfecta para que el cilindro puedasoportar los cambios de presión.

Formado de anillos de sujeción: Son las que por medio de una matris de presión,moldea unas tiras de acero para generar los anillos que irán en los extremos; uno paraque el cilindro se mantenga en pie y otro para que el usuario pueda agarrar el cilindro.

Soldadura de anillos: Los anillos se soldarán a las secciones huecas según corresponda,es decir, si es la parte inferior, o superior del cilindro.

Soldado de secciones: Luego de transportarse y ubicarse las dos secciones del cilindrode manera convergente, se insertan en el torno para soldarse. El torno harña girar las piezas y la antorcha se mantendrá fija por la junta de unión de ambas secciones de loscilindros.

Templado: El templado de los balones se realiza en un horno con la intención de que sealivien tensiones y que por el cambio de presiones, el cilindro pueda dilatarse ycontraerse sin problema alguno.

Prueba de soldadura: Cuando se corta una sección del cilindro ya construido, esta

sección se pasa por el gato para realizar la prueba de soldadura que consiste en doblarlos dos aceros soldados justo por donde se encuentra el cordón de soldadura; si elcordón no se rompe, este pasa la prueba.

Bombeo de agua: Este procedimiento consiste en sumergir el cilindro en un tanque deagua, al cilindro se le bombea agua para comprobar su resistencia a la dilatación porlas altas presiones.

Pintura: Los cilindros son transportados y pasan por encima de unas pistolas querocearán pintura electrotática en polvo.

Inspección: En esta área se pretende corroborar que no exista ningún tipo decontaminantes, para posteriormente, introducir las válvulas en la abertura superior,

apretadas por medio de una máquina especial.

Prueba de aire: Para terminar, los cilindros son llenados con aire y nueavmente sonsumergidos en agua; en caso de no existir burbujas, las válvulas pasan la prueba.

4. EQ U I PO S Y A CCE SO RI O S PA RA SO L D A D U RA

Los equipos y accesorios requeridos para implementar el proceso de soldadura SAW son lossiguientes:


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Fuente de Poder de CC o CA (100% ciclo de trabajo): Las fuentes de poder, son lafuente de corriente eléctrica que mantiene el arco durante la soldadura. Existen envariados tipos y tamaños. Las dos fuentes de poder básica son las fuentes de poder deamperaje constante y las fuentes de poder de voltaje constante. Un ciclo de trabajo deun 100% es cuando la máquina es operada en forma continua.

Sistema de Control: Los sistemas de control que se usan para la soldadura por arcosumergido son sencillos controles de velocidad de alimentacion del alambre. Los quese usan con fuentes de alimentacion de voltaje constante mantienen una velocidad delalambre constante vigilan el voltaje del arco y ajustan la velocidad de alimentacion delalambre a fin de mantener un voltaje constante.

Porta carrete de alambre: También conocido como tambor de freno. Es una especie de polea donde se enrrolla el alambre para soldar. El alambre se debe suministrar al proceso por el lado superior del carrete .

Alambre-electrodo: En la soldadura por arco se emplea un electrodo como polo delcircuito y en su extremo se genera el arco eléctrico.

Tobera para boquilla: Su función es enfocar el flujo de gas para proteger el arco desoldadura. La tobera, ayuda a proteger la soldadura, que a menudo se llena dechisporroteo.

Recipiente porta-fundente: Es un habitáculo en el cual se agrega el fundente para luego paulatinamente y a medida que se suelda, permitir que dicho fundente se aplique sobreel arco de soldadura

Metal base: El metal base es aquel al que se le va a aplicar el proceso de soldadura paraunirlo con la presencia de calor. Para este caso, el metal base será la lámina acero.

Fundente: Es un limpiador químico que se aplica sobre las superficies que están siendo

soldadas para remover todo rastro de óxido de las piezas calientes y del metalderretido de relleno. Forma una atmósfera protectora inerte para evitar la formación decompuestos químicos indeseables en las superficies fundidas de los metales u otrassustancias en el proceso de soldadura.

Alimentador de alambre: El alimentador es el que hala el alambre o electrodo delcarrete en dierección a la tobera o boquilla para que se efectue el proceso de soldadura.

5. NO RM A T I V I D A D Y CÓ D I G O S A PL I CA BL E S A L PRO Y E CT O

Para cilindros metálicos, su diseño, fabricación y pruebas, se realizan de conformidad con loestablecido en la Norma Técnica Colombiana NTC 522-1 Quinta Actualización, Norma ISO

4706:1989, Norma Europea EN 1442:1998 y la Norma del Departamento de Transporte de losEstados Unidos de América DOT 4BW.

Para cilindros metálicos de acero liviano, su diseño, fabricación y pruebas se realizan deconformidad con lo establecido en la Norma Europea EN 14140:2003


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6. ID E N T I FI CA CI Ó N D E M A T E RI A L BA SE

Según la norma NTC 9 (láminas, chapas y bobinas de acero para la fabricación de cilindros degas) dice que el material para la fabricación de estos, es acero laminado en caliente.

7. FO RM A D E L M A T E RI A L BA SE : CA L I FI CA CI Ó N

Costuras longitudinales y circunferencias.

8. CA T E G O RÍ A D E SO L D A D U RA

La junta de las costuras circunferenciales debe ser a tope con traslapo, permitiéndose eldesalineamiento de cualquiera de los elementos que se vayan a soldar, cuerpo, tapa o fondocomo lo muestra la figura 1, en ningún caso puede hacerse a tope sin traslapo, ni reemplazar por soldadura de filete.

Fig.1 Esquema de la junta soldada a tope con traslapo (4)

La junta de las costuras longitudinales debe ser a tope directo con penetración completa comola figura 2 o a tope con traslapo como la figura 1.

Fig.1 Esquema de la junta soldada a tope directo con penetración completa (4)

La unión de la brida al cilindro se debe hacer con una junta a filete con penetración completa,automática o semiautomática.

9. CL A SI FI CA CI Ó N D E PL A T I N A S

Espesor mayor: 8.8 mmEspesor menor: 5 mm


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10. PO SI CI O N E S D E L SO L D A D O R

Las posiciones del soldador que va a trabajar en producción tanto en soldadura de ranura comosoldadura de filete en el proceso de fabricación de los cilindros de gas son la 1G, 2G.

11. ME T A L D E A PO RT E Y SU D I Á M E T RO

La fabricación de estos cilindros en Colombia es bajo la norma técnica colombiana NTC 3853y NTC 3712, se requiere electrodos dependiendo del amperaje usado, que puede variar entre1.6 mm hasta 6.4 mm de diámetro.

12. GA SE S D E PRO T E CCI Ó N

El proceso de soldadura que se utiliza en la fabricación de cilindros de gas es el proceso SAWque no usa gases, el arco eléctrico y el baño de fusión están cubiertos por un polvo granulado.

13. L E CCI O N E S A PRE N D I D A S

Por medio de esta investigación se obtuvieron varios conocimientos respecto a la utilización delos procesos de soldadura y todos los aspectos que los relacionan con sus aplicaciones.Particularmente, en el desarrollo del presente escrito referente a la construcción de un cilindrode gas propano, evidenciamos que existe un proceso de soldadura específico para estaaplicación, como lo es el proceso SAW (Soldadura por arco sumergido). Identificamostambién, los diferentes pasos en la construcción y las pruebas requeridas que deben garantizarla calidad del cilindro construido. Adicionalmente, se obtuvo conocimiento de cada aspectoque encierra el hecho de aplicar la soldadura sobre las partes a unir, como por ejemplo si las juntas deben ser a tope, o traslapadas, gases de protección, etc. Toda la información acá presentada está sustentada por la normatividad correspondiente, referenciada al final de estedocumento.

14. B I BL I O G RA FÍ A

1.

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA. Láminas, chapas y bobinas de acero para lafabricación de cilindros de gas NTC 9. Bogotá D.C.: El instituto, 2003.

2. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA. Equipo, accesorios, manejo y transporte deG.L.P. NTC 3853. Bogotá D.C.: El instituto, 1998.

3.

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA. Recipientes para almacenamiento de gaseslicuados del petróleo entre 46 kg (101 lb) y 191 kg (420 lb) NTC 3712. Bogotá D.C.:El instituto, 2004.

4. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA. Cilindros de acero con costura para gaseslicuados de petróleo (GLP) con capacidad desde 5 kg incluido, hasta 46 kg excluido NTC 522-1. Bogotá D.C.: El instituto, 2003.

5.

ORGANIZACIÓN INTERNACIONAL DE NORMALIZACIÓN. Cilindros de gas -Cilindros de acero soldado rellenables - Prueba de presión de 60 bar y por debajo. ISO4706:2008.

6. UNA NORMA ESPAÑOLA. Botellas de acero soldado transportables y recargables para gases licuados de petróleo (GLP). Diseño y construcción. EN 1442:1998.

7.

DEPARTMENT OF TRANSPORTATION. Welded steel cylinders made of definitely prescribed steels with electric-arc welded longitudinal seam. DOT-4BW., 1995.

8. SERVIGAS GUADALUPE. (2012). Como se hacen los cilindros de Gas propano.mp4.Recuperado el 09 de abril de 2016, dehttps://www.youtube.com/watch?v=RydNh9wsRUI

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