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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.


- 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,


- 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])


- 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,


- 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.


- 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


- 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


Esquema de un molde comercial prefabricado, al cual sólo le falta la

pieza deseada (Fuente: [V])



producto diferente, simplemente se cambia el molde, al ser una pieza



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


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





- 9 -

cado, al cual sólo le falta la cavidad para la



al ser una pieza



ada.

son conductos a través de los cuales el polímero


, los siguientes canales son los denominados

Son canales por los cuales circula refrigerante





- 10 -

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.


- 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):


- 12 -

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])


- 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.


- 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.


- 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:

��

�� , � � � � �

��

Donde:

� � �� ó� �é !�� !� ��"�#�� é !��

Y una ecuación empírica es:


- 16 -

�$%, '( � )*$% + ,( - 10.0894 � #� 41 + %

,567�8*

Cuando: % � 0, �$0, '( � 9.9:;<=$�(

Las relaciones de PVT se utilizan en ingeniería de polímeros para lograr un

sistema técnico que, basado en la teoría molecular, proporcione datos aplicados a

los polímeros en estado fundido en un amplio rango de presión y temperatura.

Esto se logra con datos empíricos concretos y limitados. Para determinar estas

relaciones existen otras ecuaciones como la de Simha-Somcynsky, el modelo para

fluidos de Sánchez y Lacombe y por supuesto, la ecuación de mayor éxito, la

ecuación de Flory (Flory-Orwoll-Vrij).

1.5 Cristalización y Deformación de la Pieza al Enf riarse (Contracción)

Debe tenerse en cuenta que la razón de este fenómeno se debe al cambio de

densidad del material, que sigue un propio comportamiento fisicoquímico,

particular para cada polímero, y que puede ser isótropo o anisótropo. De acuerdo

con las relaciones de PVT anteriores, se infiere que la parte moldeada sufrirá una

contracción, presentando cada polímero diferentes tipos de contracción; sin

embargo, puede decirse que, en general, siguen las mismas ecuaciones para

contracción isótropa:

>? � @� � @!�@� � 1 � @!�

@�

>A � A� � A!�A� � 1 � A!�

A�

�B C 3��E

Donde:

A� � A��F��G� �� #� ��B��

A!� � A��F��G� �� #� �� !�#�� B � �� ó� B�#G!é� ��


- 17 -

�E � �� ó� #��# @� � @�#G!�� #� ��B�� @!� � @�#G!�� #� �� !�#��

Los polímeros semicristalinos modificarán más su tamaño dependiendo de la

temperatura en la cual se les permita cristalizar. Las cadenas que forman

esferulitas y lamelas ocupan menos espacio (mayor densidad) que las cadenas en

estado amorfo. Por ello, el grado de cristalinidad afecta directamente a la densidad

final de la pieza. La temperatura del molde y el enfriamiento deben ser los

adecuados para obtener partes de calidad.

A continuación se enumeran algunos valores comunes de contracción en

polímeros para inyección (para diseño de moldes es conveniente solicitar una hoja

de parámetros técnicos del proveedor de polímeros para obtener un rango

específico).

Tabla 1.1 Valores comunes de contracción en polímeros para inyección (Fuente: Ciencia e

Ingeniería de los Materiales, Ronald R. Askeland)

TERMOPLÁSTICO CONTRACCIÓN (%)

Acrilonitrilo butadieno estireno 0,4 – 0,8

Poliacetal 0,1 – 2,3

Polimetilmetacrilato (PMMA) 0,2 – 0,7

Acetato de celulosa 0,5

Nylon 6,6 1,4 – 1,6

Policarbonato 0,6


- 18 -

Polietileno de baja densidad 4,0 – 4,5

Polipropileno 1,3 – 1,6

Poliestireno 0,4 – 0,7

PVC rígido 0,6 – 1,2

PVC plastificado 1,0 – 4,5

1.6 Colada fría y Caliente

Existen dos tipos de colada. La colada fría es el remanente de polímero

solidificado que queda en los canales, y que es necesario cortar de la pieza final.

La colada caliente mantiene al polímero en estado fundido para continuar con la

inyección. Con esta técnica se ahorra una considerable cantidad de plástico. Pero

algunas de las desventajas la convierten en una técnica poco popular: los

pigmentos deben tener mayor resistencia a la temperatura, el polímero aumenta

su historia térmica, el molde debe ser diseñado especialmente para esto, pueden

haber fluctuaciones en el ciclo de moldeo, etc.

1.7 Coloración de la Pieza

La coloración de las partes a moldear es un paso crítico, puesto que la belleza de

la parte, la identificación y las funciones ópticas dependen de este proceso.

Básicamente existen tres formas de colorear una parte en los procesos de

inyección:

1. Utilizar plástico del color que se necesita (precoloreados).

2. Utilizar un plástico de color natural y mezclarlo con pigmento en polvo o

colorante líquido.

3. Utilizar un plástico de color natural y mezclarlo con concentrado de color.


- 19 -

Figura 1.12 Piezas de LEGO de diferentes colores moldeados por inyección (Fuente: [II])

La elección más barata y eficiente es el uso del concentrado de color (en inglés

Masterbatch), el cual se diseña con características de índice de fluidez y

viscosidad acordes al polímero que se desea procesar. Con los concentrados de

color se puede cambiar de un color a otro de manera rápida, sencilla y limpia. Los

pigmentos en polvo presentan mayores problemas de coloración que los

concentrados de color y estos más que los precoloreados; sin embargo, los

precoloreados son los más caros y presentan una historia térmica mayor. Los

problemas de procesamiento más comunes con relación al color de una pieza son:

líneas de color más o menos intenso, puntos negros, ráfagas, y piel de naranja.

Los colores pueden ser cualquiera opaco, si el polímero es transparente, se

permiten colores translúcidos. Es importante que el proveedor de los concentrados

de color sea consciente de la aplicación final de la parte, para utilizar pigmentos o

colorantes que no migren a la superficie. En polioleofinas no debe utilizarse

colorantes porque migran, un error muy común en la industria ya que son baratos,

si bien este ahorro merma la calidad de la parte y puede resultar en una

reclamación por parte del cliente.


- 20 -

Los colores finales en la parte pueden ser translúcidos, sólidos, pasteles,

metálicos, perlados, fosforescentes, fluorescentes, etc. Sin embargo, polímeros

como el ABS son más difíciles de colorear que el polietileno, por su alta

temperatura de proceso y su color amarillento.

Un experto en diseño de un color ha de poseer una habilidad visual impresionante,

puesto que sus ojos están entrenados para reconocer colores con diferencias

mínimas, lo cual requiere una habilidad natural y amplia experiencia. Debe

tomarse en cuenta también la teoría del color, ya que los pigmentos son

substractivos y la luz es aditiva; además, si como color objetivo se tiene una pieza

de metal, vidrio, líquido, papel o polímero diferente al polímero final, es posible que

bajo diferente luz sea igual o distinto el color final del objetivo. Por ello debe

decidirse cuál será la luz bajo la cual los colores deben ser observados. Para

personas que no son expertas en identificación de color, son muy útiles los

colorímetros, aunque su grado de confianza no llega al 100%. Una persona no

entrenada puede ver dos colores diferentes como iguales y dos iguales como

diferentes, debido a errores en el ángulo con respecto a la incidencia de la luz,

distancia entre uno y otro objetivo, luz ambiental, etc.

1.8 Temperatura de Proceso

Para inyectar un polímero, específicamente un termoplástico, es necesario

conocer su temperatura de transición vítrea (Tg) y su temperatura de fusión de la

región cristalina (Tm), si es un polímero semicristalino.

La temperatura de operación de cada termoplástico no es estándar, y varía según

el proveedor. Es por tanto necesario solicitarle una Hoja de Especificaciones

donde se encuentre tanto el índice de fluidez como la temperatura de trabajo, que

además es un rango de temperaturas, y la temperatura de degradación, con lo

cual se obtiene un intervalo dentro del cual se puede trabajar el material

eficientemente.

1.9 Flujo y diseño de flujo

Figura 1.13 Flujo de polímero en la cavidad. La viscosidad del polímero aumenta al enfriarse en

contacto con la

Los polímeros son materiales cuyas viscosidades son muy altas, por lo que su

flujo es lento y complicado. La razón de esto es que son cadenas muy largas de

unidades más simples, a causa de lo cual los polímeros presentan una

con respecto al esfuerzo cortante

conveniente eliminar lo más posible la orientación de las moléculas, propiedad que

se contrapone a la rapidez

estrés debido a una orientación extremadamente alta no se libera, la pieza se

deformará al enfriarse o al calentar el material en su aplicación.

El polímero entra en el molde y se va acumulando desde el punto de entrada,

arrastrándose por las paredes y empujando el polímero en el centro. Cuando este

toca las paredes del molde, comienza a enfriarse y solidificarse. Esto ocurre con

cierta baja orientación, pero cuan

posteriores lejanas a la pared del molde, la orientación se incrementa y un

inadecuado enfriamiento congela los estreses generados, siguiendo un perfil de

velocidades semejante al del flujo parabólico en un tubo.

El flujo de un polímero a través de una cavidad rectangular se puede estudiar

utilizando condiciones isotérmicas, o con el molde a temperaturas menores que la

Tg del polímero a estudiar. Para los experimentos en condiciones isotérmicas, se

observa que el tipo de polímero no modifica el flujo, que mantiene un perfil de


Flujo y diseño de flujo

Flujo de polímero en la cavidad. La viscosidad del polímero aumenta al enfriarse en

contacto con las paredes del molde (Fuente: [VII])



, a causa de lo cual los polímeros presentan una

esfuerzo cortante al que han sido sometidos. En general, es


rapidez de moldeo (y por tanto al costo). Sin embargo, si el


deformará al enfriarse o al calentar el material en su aplicación.

a en el molde y se va acumulando desde el punto de entrada,



cierta baja orientación, pero cuando se va llenando la cavidad en capas



velocidades semejante al del flujo parabólico en un tubo.

lujo de un polímero a través de una cavidad rectangular se puede estudiar



de polímero no modifica el flujo, que mantiene un perfil de


- 21 -

Flujo de polímero en la cavidad. La viscosidad del polímero aumenta al enfriarse en



, a causa de lo cual los polímeros presentan una orientación

al que han sido sometidos. En general, es


). Sin embargo, si el


a en el molde y se va acumulando desde el punto de entrada,



do se va llenando la cavidad en capas



lujo de un polímero a través de una cavidad rectangular se puede estudiar



de polímero no modifica el flujo, que mantiene un perfil de


- 22 -

velocidades constante, con un flujo radial después de la compuerta hasta llenar las

esquinas. Después, el flujo se aproxima a un flujo tapón, perdiendo movilidad en

las zonas de contacto con la pared fría. El flujo de cada polímero es estudiado por

la reología.

Una aproximación al estudio del flujo de polímeros en el llenado de un molde es la

ecuación de Hagen y Poiseuille, la cual considera parámetros en el régimen

laminar. Esta ecuación, despejada para la viscosidad del material es:

H � IJ∆%8AK �

∆%2A4KJ M� N

OP

Donde: H � @�� K � Q#GR� @�#G!é� ��

� S�� # 'G"� � ��# N � T��G� U� ��

∆% � ��í�� % ��ó� OP � @�#��

A � A��F��G�

Para el diseño de los canales en el molde, se observa de la ecuación anterior que

la velocidad de corte y la viscosidad se ven afectadas por el diseño del radio del

canal. Si el flujo volumétrico y la caída de presión se mantienen constantes, en

condiciones isotérmicas entre los ciclos de moldeo, la viscosidad permanece

constante y por lo tanto se espera que la calidad de la pieza moldeada sea

constante.

En la práctica, los ingenieros toman en cuenta que los polímeros son fluidos no

newtonianos (particularmente son materiales viscoelásticos). Por lo tanto, se

deberán hacer correcciones a la fórmula anterior dependiendo de para qué

plástico se realizará el molde. También se utilizan "curvas de viscosidad", que

grafican H frente a OP .


- 23 -

Un parámetro importante en el flujo incluye la temperatura; otra buena

aproximación a polímeros obedece a la ecuación de Arrhenius:

H � V�7WX�

Donde:

V � �� # %�#í!� � �� G��ó�

S � �� Y��B� ��# �� #�� Z�� 8.314 [ \7� !�#7�

' � '�!�� G �

T � T�� Fí� �� ]��B��ó� �� # Q#GR� @��

1.9.1 Ventilación y Presión

Conforme el polímero avanza desde la entrada o tolva, va reduciendo el tamaño

de sus gránulos por medios tanto mecánicos (fricción, compresión y arrastres)

como térmicos (aumento en su temperatura interna), llegando al estado gomoso o

fusión, dependiendo de si el material es amorfo o semicristalino. Conforme este

material avanza, el aire presente experimenta un aumento de presión y

generalmente escapa en dirección opuesta al avance del polímero. Si esto no

ocurre, entonces es necesario abrir una compuerta de ventilación, igualándose de

esta manera la presión generada a la presión atmosférica. Debido a las

propiedades de viscosidad y de arrastre del polímero, sólo escapa mediante la

ventilación una parte mínima de plástico.

El error más común con la ventilación es el añadir aditivos espumantes desde la

tolva. Los espumantes generan gas, aire o agua que queda atrapado en células

abiertas o cerradas del polímero. No obstante, si la presión disminuye a presión

atmosférica, este gas generado escapa, resultando así un polímero sin espumar.

Para una eficiente alimentación del espumante, éste debe ser añadido después de

la ventilación o eliminar el mismo.


- 24 -

1.9.2 Técnicas Modernas

Algunas de las técnicas modernas incluyen la inyección de multicomponentes, es

decir, una pieza que contiene dos polímeros unidos entre sí o un polímero con

diferentes colores y aditivos separados en capas. En esta técnica es posible

inyectar dos polímeros en la misma pieza. Existen dos métodos para lograr esto:

uno es con dos unidades de inyección, y otro con una unidad de inyección

compuesta. Un polímero queda inmerso en el otro, o un color queda inmerso en el

otro, ahorrando así costos: esta técnica es llamada inyección emparedado o

sándwich. Otra posibilidad es inyectar con agentes formadores de celdas o

espumantes que reducen la densidad de la pieza moldeada.

La inyección puede contener injertos metálicos, cerámicos o plásticos. Estos son

colocados manual o automáticamente en el molde, sobre el cual es inyectado el

polímero que, por medios geométricos, evita su separación al enfriarse.

En el moldeo con reacción química no se usa el extrusor, sino más bien

componentes líquidos que se van administrando. Estas resinas pueden estar

activadas o activarse al unir los diferentes fluidos. Un ejemplo típico de polímero

inyectado por este proceso es el poliuretano y la poliurea. Generalmente, las

temperaturas en este proceso son mucho más bajas que las temperaturas de la

inyección con husillo.

La inyección de hule y de termoestables consiste en un proceso que incluye la

inyección con todos los ingredientes necesarios para el curado o vulcanizado, pero

a temperaturas bajas en el cañón. Éste debe provocar poca fricción en el material

para evitar el sobrecalentamiento y reacción prematura, cambiando así la cinética

de reacción deseada. La reacción termina precisamente en el molde, el cual no es

necesario enfriar.


- 25 -

La inyección con equipo moderno de polímeros semiconductores y de polímeros

conductores requiere mucho menos cuidado que en el proceso de

semiconductores tradicionales de silicio y germanio. El cuarto limpio no es

necesario y el proceso se puede llevar a cabo con un cuidado semejante al de

inyección de equipo médico.

La inyección de materiales compuestos como madera, plástico o fibras naturales

con polímero, fibra de carbón y nano partículas tienen una problemática particular,

debido a que el husillo tiende a romper, cortar o aglomerar las partículas, por lo

que presentan un doble reto: por una parte deben ser dispersadas y distribuidas

(como cualquier pigmento), a la vez que deben permanecer lo más estables

posible. Las nanopartículas generalmente forman aglomerados, que reflejan una

pérdida de propiedades mecánicas y no un aumento, ya que el estrés es función

directa del área de la unión partícula-polímero.

1.9.3 Entradas

Las funciones concretas de una entrada son simples: sirven para ayudar a que el

polímero solidifique pronto cuando la inyección concluye, y para separar

fácilmente los remanentes de inyección de la pieza final. Muchas veces elimina la

necesidad de cortar o desbastar este sobrante y acelerar el flujo de material

fundido, que se refleja en una menor viscosidad y mayor rapidez de inyección.

Para garantizar el buen funcionamiento de un polímero inyectado, es

imprescindible tener en cuenta los fenómenos de transporte y particularmente el

flujo del polímero. No se habla de moléculas o iones como los metales fundidos,

sino de largas cadenas de macromoléculas en estado gomoso. Las entradas son

así diseñadas para mejorar el flujo y para permitir un orden distributivo del mismo.

Tabla 1.

TIPO DE ENTRADA

Entrada de canal

Entrada cónica

Entrada puntiforme

Entrada lateral

Entrada anular

Entrada de diafragma

Entrada de abanico

Entrada de lengüeta


Tabla 1.2 Entradas más comunes (Fuente: [VI])

ESQUEMA CARACTERÍSTICA

(sin

esquema)

Alimentan de manera directa desde la

cavidad.

Alimentan el polímero permitiendo una

ligera relajación de esfuerzos.

Se llenan desde los bebederos;

comúnmente usadas en moldes de tres

placas, permiten altas

llenan con facilidad; pueden eliminarse

sin dificultad de la pieza moldeada.

Alimentan desde un lado del molde;

comúnmente utilizadas para impresión

múltiple.

Se usan para moldear partes huecas

ya que su flujo es previamente

modificado a la forma final.

Similares a las compuertas anular,

pero distribuyen el material fundido

desde el canal de alimentación.

Sirven para cubrir áreas grandes o

largas de manera homogénea y

distributivamente correcta.

Estas compuertas minimizan el efecto


- 26 -

CARACTERÍSTICA

Alimentan de manera directa desde la

Alimentan el polímero permitiendo una

ligera relajación de esfuerzos.

Se llenan desde los bebederos;

comúnmente usadas en moldes de tres

placas, permiten altas velocidades y se

llenan con facilidad; pueden eliminarse

sin dificultad de la pieza moldeada.

Alimentan desde un lado del molde;

comúnmente utilizadas para impresión

Se usan para moldear partes huecas

su flujo es previamente

modificado a la forma final.

Similares a las compuertas anular,

pero distribuyen el material fundido

desde el canal de alimentación.

Sirven para cubrir áreas grandes o

largas de manera homogénea y

distributivamente correcta.

Estas compuertas minimizan el efecto

Entrada de cinta o

laminar

Estas entradas se utilizan en el diseño de molde preferentemente bajo la

experiencia y el diseño por computadora, con programas como

simulan el flujo de polímeros en el molde.

1.10 Características y

Plástico

En el mercado industrial existen diversas marcas de máqui

plástico, entre las cuales están:

• CINCINNATI

• CHEN-HSONG

• DEMAG

• NEGRI BOSSI

• SUMITOMO

• TOYO


de jet y ayudan a lograr un flujo de

régimen laminar cuyo

Reynolds es adecuado para la

inyección.

Sirven para moldear homogéneamente

áreas planas y delgadas, sobre todo en

productos translúcidos y transparentes

como objetivos de

láminas de PMMA

ópticos de medición, ya que minimiza

las aberraciones cromáticas y ópticas

debidas a ondas formadas por flujo en

régimen turbulento.


experiencia y el diseño por computadora, con programas como

simulan el flujo de polímeros en el molde.

1.10 Características y Requerimientos de la M áquina de

En el mercado industrial existen diversas marcas de máquinas de inyección

, entre las cuales están:


- 27 -

de jet y ayudan a lograr un flujo de

cuyo número de

adecuado para la

Sirven para moldear homogéneamente

áreas planas y delgadas, sobre todo en

productos translúcidos y transparentes

como objetivos de policarbonato,

y dispositivos

ópticos de medición, ya que minimiza

las aberraciones cromáticas y ópticas

debidas a ondas formadas por flujo en


experiencia y el diseño por computadora, con programas como Moldflow que

áquina de Inyección de

nas de inyección de


- 28 -

• VAN DORN

La selección de la maquina se baso en 3 puntos importantes:

• Los requerimientos del cliente

• El precio

• La confiabilidad que ofrece la marca de la máquina

Chen De se fundó en 1987. Actualmente pertenece al grupo Chen Hsong, uno de

los grandes fabricantes de máquinas de inyección de plástico en todo el mundo.

Sus magnitudes, desde la perspectiva europea, son sorprendentes. Localizada en

Shunde, provincia de Guandong y con una fabricación de aproximadamente

12.000 máquinas al año, Chen De ofrece una completa línea de máquinas

precisas y automáticas con un volumen de inyección desde 113gr. hasta 20000gr.

En España trabaja de la mano de Fultech, una empresa que combina la venta de

inyectoras con el desarrollo de tecnología propia y la integración entre ambas.

La supervisión y asesoramiento técnico que la ingeniería Fultech realiza desde su

sede en China sobre el diseño y fabricación de las máquinas de inyección Chen

De es fundamental para asentar las bases de una máquina competitiva que

incorpora como equipamiento estándar elementos de tanta importancia como la

bomba de caudal variable (ahorro energético y menor degradación del aceite),

filtros 3R o el control electrónico UT NC-4000. Este último ha sido diseñado y

fabricado por nosotros mismos e incorpora tecnología inalámbrica “bluetooth”,

sistema de visión artificial para seguro de molde, etc.

Tabla 1.3 Datos técnicos de la máquina de inyección

MÁQUINA DE INYECCIÓN DE PLÁ STICO

Marca CHEN-HSONG

Modelo JM168 MK lll

Toneladas 168


- 29 -

Distancia entre Barras 45.5cm X 40.5cm

Inyecta hasta 220grs

Año 1993

HP 20

Disponibilidad 10 máquinas

Requeridos para el Enfriamiento 3gpm

Figura 1.14 Máquina de inyeccion de plastico

Figura 1.15 Diagrama de bloques del proceso de enfriamiento de plástico


- 30 -

El proceso de elaboración de una tapa es complejo y altamente tecnificado. Del

mismo modo, es una norma de la esta Empresa utilizar siempre materia prima

rigurosamente seleccionada para atender las especificaciones de cada producto.

El asesoramiento técnico al cliente, es parte integral. Este servicio va dirigido tanto

a Embotelladoras como a Envasadoras, promoviendo así un programa de

adiestramiento destinado a obtener el máximo rendimiento de sus líneas de

envasado. Calidad, tecnología y asesoramiento han hecho merecedores de la

confianza de la Industria de Bebidas y Alimentos en los mercados industriales.

Tapa Plástica

La tapa plástica roscada para acabado PCO 28"; ha sido diseñada para envasar

tanto bebidas carbonatadas como productos no carbonatadados como agua,

aceite y productos farmacéuticos y el costo de la tapa con cinturón va desde los

$0.40 centavos hasta los $0.75 centavos.

Figura 1.16 Molde y taparrosca con cintillo


- 31 -

Tabla 1.4 Ciclo de producción

UNIDAD DE

INYECCIÓN UNIDAD DE CIERRE MOLDE

Cierre del molde.

Mantenimiento de la

fuerza de cierre.

Ajuste de la piquera a la

boquilla.

Desplazamiento del

pistón. Inyección.

Mantenimiento de la

presión.

Consolidación bajo

presión.

Se cierra la válvula. Enfriamiento en el

molde.

Giro y retroceso del

husillo para plastificación

y acumulación del

material.

Separación de la

boquilla.

Apertura del molde.

Expulsión de la pieza

moldeada, de mazarota

y material de conductos.

Calentamiento del molde

si necesario.

1.10.1 Dimensiones de la Máquina

La efectividad de una máquina de inyección se basa en la cantidad de presión que

esta pueda generar, por dos razones principales:

1. Incrementando la presión se puede inyectar más

2. Incrementando la presión se puede disminuir la temperatura, que se

traduce en menor costo de operación.

Las máquinas se venden dependiendo de su fuerza de cierre expresada en

toneladas, y van desde 1

capacidad.

Es aconsejable utilizar el cañón más largo posible si se necesita mezclar

compuestos, y también hacer énfasis en el husillo adecuado.

Figura 1.17 Husillo típico de

Aunque las dimensiones

de polímero que se necesita para llenar la pieza deseada, es común que los

proveedores de máquinas vendan equipos más o menos estándares. Las

principales características para determinar las dimensiones d

la capacidad de cierre, dimensiones del molde, carrera o recorrido del molde,

presión de inyección, capacidad volumétrica de inyección, características de

plastificado y velocidad de inyección.

1.11 Defectos, Causas

Los defectos en partes moldeadas requieren experiencia tanto para ser

identificados como para ser resueltos. Los operarios con años de experiencia en

inyección son los mejores maestros de identificación y solución de problemas, ya


Incrementando la presión se puede inyectar más material.

Incrementando la presión se puede disminuir la temperatura, que se

traduce en menor costo de operación.


toneladas, y van desde 10 Ton las más pequeñas, hasta 3,000 Ton las de


compuestos, y también hacer énfasis en el husillo adecuado.

Husillo típico de laboratorio para polioleofinas (Fuente: [I])

Aunque las dimensiones de la máquina dependen principalmente de la cantidad



principales características para determinar las dimensiones de una máquina son:



plastificado y velocidad de inyección.

Posibles y Soluciones en Partes M oldeadas





- 32 -

Incrementando la presión se puede disminuir la temperatura, que se


000 Ton las de mayor


laboratorio para polioleofinas (Fuente: [I])

de la máquina dependen principalmente de la cantidad



e una máquina son:



oldeadas





- 33 -

que su experiencia les da las ideas y recursos necesarios para solucionar

problemas rápidamente.

Tabla 1.5 Soluciones a los problemas más comunes (Fuente: [V])

DEFECTO CAUSAS POSIBLES PROBABLES

SOLUCIONES

Enchuecamiento

Enfriamiento demasiado

intensivo. Diseño inadecuado

de la pieza. Tiempo de

enfriamiento muy cortó.

Sistema de extracción

inapropiado. Esfuerzos en el

material.

Incremente el tiempo de

enfriamiento dentro del

molde. Utilizar un polímero

reforzado.

Flash Presión de cierre demasiado

baja.

Incrementar la presión de

la unidad de cierre.

Líneas de flujo

Mala dispersión del

concentrado de color o del

pigmento. Temperatura

demasiado baja.

Cargar el material más

lentamente. Incrementar la

temperatura del barril.

Modificar el perfil de

temperaturas.

Puntos negros Hay carbonizaciones.

Purgar el husillo. Reducir la

temperatura de proceso.

Limpiar el husillo

manualmente.

Piel de naranja Incompatibilidad del material. Disminuir la temperatura de

proceso. Incrementar la


- 34 -

temperatura del molde.

Cambiar el concentrado de

color.

Parte incompleta

Insuficiente material en la

cavidad. Falta de material en

la tolva. Cañón demasiado

pequeño. Temperatura

demasiado baja. Obstrucción

de la tolva o de la boquilla.

Válvula tapada. Tiempo de

sostenimiento demasiado

cortó. Velocidad de inyección

demasiado baja. Canales

demasiado pequeños.

Respiración insuficiente.

Inyectar más material.

Cambiar el molde a una

máquina de mayor

capacidad. Incrementar la

temperatura del barril.

Incrementar la velocidad de

inyección. Modificar el

tamaño de los canales del

molde.

Parte con

rebabas

Dosificación excesiva.

Temperatura de inyección

muy alta. Presión de inyección

muy alta. Tiempo de inyección

muy largo. Temperatura de

molde muy alta.

Dosificar menos material.

Disminuir la temperatura de

inyección. Disminuir la

presión. Disminuir el

tiempo de inyección.

Disminuir la temperatura

del molde.

Rechupados y

huecos

Presión de inyección

demasiado baja. Tiempo de

sostenimiento de presión muy

cortó. Velocidad de inyección

baja. Material sobrecalentado.

Humedad. Enfriamiento del

Incrementar la presión.

Incrementar el tiempo de

sostenimiento de presión.

Disminuir la temperatura

del barril. Incrementar la

velocidad de inyección.


- 35 -

molde no uniforme. Canales o

compuerta muy pequeños.

Mal diseño de la pieza.

Abrir el venteo o pre seque

el material. Modificar los

canales de enfriamiento del

molde o el flujo del agua.

Modificar el molde.

Líneas de unión

Temperatura general muy

baja en el molde.

Temperatura del fundido no

uniforme. Presión de

inyección muy baja. Velocidad

de inyección muy baja.

Insuficiente respiración en la

zona de unión de los flujos

encontrados. Velocidad de

llenado no uniforme. Flujo no

adecuado del material por los

canales o la cavidad.

Incrementar la

temperatura. Incrementar

la presión. Incrementar la

velocidad de inyección.

Modificar la respiración del

material en el molde.

Modificar la compuerta

para uniformar el flujo.

Degradación por

aire atrapado

Humedad. Degradación de

aditivos. Temperatura

demasiado alta. Respiración

del molde insuficiente.

Secar el material. Disminuir

la temperatura. Modificar la

respiración del molde.

Delaminación de

capas

Temperatura demasiado baja.

Velocidad de inyección

demasiado baja. Baja

contrapresión de la máquina.

Temperatura del molde muy

baja.

Incrementar la

temperatura. Incrementar

la velocidad de inyección.

Incrementar la

contrapresión de la

máquina.


- 36 -

Fracturas o

grietas en la

superficie

Temperatura del molde

demasiado baja. Sistema de

eyección demasiado agresivo

o inadecuado. Empacado

excesivo.

Incrementar la

temperatura. Modificar las

barras eyectoras. Utilice un

robot para extraer la pieza.

Disminuir la presión de

sostenimiento.

Marcas de las

barras eyectoras

Tiempo de enfriamiento muy

cortó. Temperatura del molde

alta. Temperatura del

polímero demasiado alta.

Rapidez de eyección

demasiado alta. Localización

inadecuada de las barras

eyectoras.

Incrementar el tiempo de

enfriamiento. Disminuir la

temperatura del fundido.

Disminuir la rapidez de

eyección. Modificar la

ubicación de las barra

eyectoras.

Quemado de la

pieza Quemado por efecto de jet.

Disminuya la velocidad de

inyección.

El concentrado

de color no se

mezcla

Perfil incorrecto de

temperaturas.

Probar un perfil inverso de

temperaturas. Bajar la

temperatura de las

primeras dos zonas de la

unidad de inyección. Usar

un perfil de temperaturas

más agresivo.

El color es más

obscuro

La temperatura es demasiado

alta. La compuerta es

demasiado pequeña y se

quema el polímero por

Disminuir la temperatura.

Modificar la compuerta del

molde.


- 37 -

presión.

1.12 Reciclaje y Reusó del Plástico

Si bien existen más de cien tipos de plásticos, los más comunes son sólo seis, y

se los identifica con un número dentro de un triángulo a los efectos de facilitar su

clasificación para el reciclado, ya que las características diferentes de los plásticos

exigen generalmente un reciclaje por separado.

Tabla 1.6 Características, uso y aplicaciones de los plásticos (Fuente: Informe de Salubridad y

Reciclaje)

TIPO / NOMBRE CARACTERISTICAS USOS / APLICACIONES

PET

Polietileno

Tereftalato

Se produce a partir del

Ácido Tereftálico y

Etilenglicol, por poli

condensación; existiendo

dos tipos: grado textil y

grado botella. Para el grado

botella se lo debe post

condensar, existiendo

diversos colores para estos

usos.

Envases para gaseosas,

aceites, agua mineral,

cosmética, frascos varios

(mayonesa, salsas, etc.).

Películas transparentes,

fibras textiles, laminados de

barrera (productos

alimenticios), envases al

vacío, bolsas para horno,

bandejas para microondas,

cintas de video y audio,

geotextiles (pavimentación

/caminos); películas

radiográficas.

El polietileno de alta

densidad es un

termoplástico fabricado a

Envases para: detergentes,

lavandina, aceites automotor,

shampoo, lácteos, bolsas


- 38 -

PEAD

Polietileno de Alta

Densidad

partir del etileno (elaborado

a partir del etano, uno de los

componentes del gas

natural). Es muy versátil y

se lo puede transformar de

diversas formas: Inyección,

Soplado, Extrusión, o

Rotomoldeo.

para supermercados, bazar y

menaje, cajones para

pescados, gaseosas y

cervezas, baldes para

pintura, helados, aceites,

tambores, caños para gas,

telefonía, agua potable,

minería, drenaje y uso

sanitario, macetas, bolsas

tejidas.

PVC

Cloruro de

Polivinilo

Se produce a partir de dos

materias primas naturales:

gas 43% y sal común (*)

57%.

Para su procesado es

necesario fabricar

compuestos con aditivos

especiales, que permiten

obtener productos de

variadas propiedades para

un gran número de

aplicaciones. Se obtienen

productos rígidos o

totalmente flexibles

(Inyección - Extrusión -

Soplado).

(*) Cloruro de Sodio (2

NaCl)

Envases para agua mineral,

aceites, jugos, mayonesa.

Perfiles para marcos de

ventanas, puertas, caños

para desagües domiciliarios

y de redes, mangueras,

blister para medicamentos,

pilas, juguetes, envolturas

para golosinas, películas

flexibles para envasado

(carnes, fiambres, verduras),

film cobertura, cables,

cuerina, papel vinílico

(decoración), catéteres,

bolsas para sangre.


- 39 -

PEBD

Polietileno de Baja

Densidad

Se produce a partir del gas

natural. Al igual que el

PEAD es de gran

versatilidad y se procesa de

diversas formas: Inyección,

Soplado, Extrusión y

Rotomoldeo.

Su transparencia,

flexibilidad, tenacidad y

economía hacen que esté

presente en una diversidad

de envases, sólo o en

conjunto con otros

materiales y en variadas

aplicaciones.

Bolsas de todo tipo :

supermercados, boutiques,

panificación, congelados,

industriales, etc. Películas

para : Agro (recubrimiento de

Acequias), envasamiento

automático de alimentos y

productos industriales (leche,

agua, plásticos, etc.).

Streech film, base para

pañales descartables. Bolsas

para suero, contenedores

herméticos domésticos.

Tubos y pomos (cosméticos,

medicamentos y alimentos),

tuberías para riego.

PP

Polipropileno

El PP es un termoplástico

que se obtiene por

polimerización del propileno.

Los copolímeros se forman

agregando etileno durante

el proceso. El PP es un

plástico rígido de alta

cristalinidad y elevado punto

de fusión, excelente

resistencia química y de

más baja densidad. Al

adicionarle distintas cargas

(talco, caucho, fibra de

vidrio, etc.), se potencian

Película/Film (para

alimentos, snacks, cigarrillos,

chicles, golosinas,

indumentaria). Bolsas tejidas

(para papas, cereales).

Envases industriales (Big

Bag). Hilos cabos,

cordelería. Caños para agua

caliente. Jeringas

descartables. Tapas en

general, envases. Bazar y

menaje. Cajones para

bebidas. Baldes para pintura,

helados. Potes para


- 40 -

sus propiedades hasta

transformarlo en un

polímero de ingeniería. (El

PP es transformado en la

industria por los procesos

de inyección, soplado y

extrusión/termoformado)

margarina. Fibras para

tapicería, cubrecamas, etc.

Telas no tejidas (pañales

descartables). Alfombras.

Cajas de batería, paragolpes

y autopartes.

PS

Poliestireno

PS Cristal: Es un polímero

de estireno monómero

(derivado del petróleo),

cristalino y de alto brillo.

PS Alto Impacto: Es un

polímero de estireno

monómero con oclusiones

de Polibutadieno que le

confiere alta resistencia al

impacto.

Ambos PS son fácilmente

moldeables a través de

procesos de: Inyección,

Extrusión/Termoformado,

Soplado.

Potes para lácteos (yoghurt,

postres, etc.), helados,

dulces, etc. Envases varios,

vasos, bandejas de

supermercados y rotiserías.

Heladeras:

contrapuertas, anaqueles.

Cosmética: envases,

máquinas de afeitar

descartables. Bazar: platos,

cubiertos, bandejas, etc.

Juguetes, cassetes, blisters,

etc. Aislantes: planchas de

PS espumado.

1.13 Salud y Riesgos para el Entorno

Dado que los plásticos son relativamente inertes, los productos terminados no

representan ningún peligro para el fabricante o el usuario. Sin embargo, se ha

demostrado que algunos monómeros utilizados en la fabricación de plásticos

producen cáncer. De igual forma, el benceno, una materia prima en la fabricación

del nylon, es un carcinógeno. Los problemas de la industria del plástico son

similares a los de la industria química en general.


- 41 -

La mayoría de los plásticos sintéticos no pueden ser degradados por el entorno. Al

contrario que la madera, el papel, las fibras naturales o incluso el metal y el vidrio,

no se oxidan ni se descomponen con el tiempo. Se han desarrollado algunos

plásticos degradables, pero ninguno ha demostrado ser válido para las

condiciones requeridas en la mayoría de los vertederos de basuras. En definitiva,

la eliminación de los plásticos representa un problema medioambiental. El método

más práctico para solucionar este problema es el reciclaje, que se utiliza, por

ejemplo, con las botellas de bebidas gaseosas fabricadas con tereftalato de

polietileno. En este caso, el reciclaje es un proceso bastante sencillo. Se están

desarrollando soluciones más complejas para el tratamiento de los plásticos

mezclados de la basura, que constituyen una parte muy visible, si bien

relativamente pequeña, de los residuos sólidos.

1.14 Sumario

Conocer el proceso de inyección, así como los métodos de moldeo nos da una

idea clara de lo que se pretende realizar en el proyecto.

A continuación se presenta los temas relevantes que dan paso a la realización del

análisis de la red hidráulica, para lograr implementar la red hidráulica más

adecuada.

CAPÍTULO ll

CONCEPTOS DE INGENIERÍA

MARGARITA ANDRADE ARIAS

Hewlett-Packard

Conceptos de Ingeniería

- 43 -

CÁPITULO ll

CONCEPTOS DE INGENIERÍA

Los fluidos desempeñan un interés excepcional en la técnica y en primer lugar el

agua y el aire: sin el estudio del primero no se puede dar un paso en la

oceanografía, ingeniería naval, canalizaciones y conducciones hidráulicas,

estructuras hidráulicas, aprovechamiento de la energía hidráulica, estaciones de

bombeo, etc.; sin el estudio del segundo es imposible la aeronáutica,

meteorología, refrigeración y aire acondicionado, control y transmisión neumática,

aire comprimido, etc.

Ecuaciones fundamentales para la total comprensión de los temas del capítulo en

cuestión.

Presión: magnitud física que mide la fuerza por la unidad de superficie.

� � ��

Velocidad: variación de la posición de un objeto en función de la distancia

recorrida en unidad de tiempo.

v � ��

Densidad: magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado

volumen.

� �

Viscosidad dinámica: magnitud física que mide la resistencia interna al flujo de

un fluido.

� � ��

Viscosidad cinemática: cociente entre la viscosidad dinámica y la densidad del

fluido en cuestión.


- 44 -

� � ��

Caudal: cantidad de fluido que pasa por determinado elemento por cantidad de

tiempo.

� ��

Donde:

� � ��ó� � � �� v � ��

� � ��

� � Á��

� � �� é��

2.1 Ecuación de Bernoulli

Hay tres formas de energía que se toman en cuenta siempre en consideración

cuando se analiza un problema de flujo. Considere un elemento de fluido como la

figura que a continuación se muestra, dentro de una tubería en un sistema de flujo,

se localiza a cierta elevación “�”, tiene velocidad “” y presión “�”.

Figura 2.1 Elemento de fluido en una tubería. (Fuente: Robert L. Mott. Pág. 166)

El elemento de fluido posee las formas de energía siguientes:

Energía potencial: Debido a su elevación, la energía potencial del elemento en

relación con algún nivel de referencia es:

�� … … … "2.1&


- 45 -

Donde:

�� í� �� '��ó�

Energía cinética: Debido a su velocidad, la energía cinética del elemento es:

�( � ')2� … … … "2.2&

Donde:

�( � ��í� (��é�� ' � ��

� �� *��'��

Energía de flujo: A veces llamada energía de presión o trabajo de flujo, y

representa la cantidad de trabajo necesario para mover el elemento de fluido a

través de cierta sección contra la presión “P”.

�� + … … … "2.3&

Donde:

�� í� �� ó� � �� + � �� -��í.��

La ecuación se obtiene como sigue. La figura siguiente muestra al elemento de

fluido en la tubería mientras se mueve a través de una sección. La fuerza sobre el

elemento es “PA”, donde “P” es la presión en la sección y “A” es el área de esta. Al

mover el elemento a través de la sección, la fuerza recorre una distancia L igual a

la longitud del elemento.

Figura 2.2 Energía de fluido. (Fuente: Robert L. Mott. Pág. 166)


- 46 -

Por lo tanto, el trabajo que se realiza es:

/��0�� … … … "2.4&

2 � /' … … … "2.5&

Donde + es el peso especifico del fluido. Entonces, el volumen del elemento es:

� + … … … "2.6&

Y obtenemos:

/��0�� - + … … … "2.7&

Donde:

2 � /��0�� + � �� -��í.�� ó� � � Á��

Denominada energía de flujo

Entonces, la cantidad total de energía de estas tres formas que posee el elemento

de fluido es la suma “E”.

� � �� 6 �� 6 �( … … … "2.8&

� � �+ 6 � 6 '2

2� … … … "2.9&

Cada uno de estos términos se expresa en unidades de energía como el Newton-

metro "9& es el SI, y el pie-libra ".� : �0& en el sistema tradicional de Estados

Unidos. Ahora, considere el elemento de fluido en la figura siguiente, que se

mueve de la sección 1 a la 2. Los valores de “P”, “Z” y “v” son diferentes en las dos

secciones.


- 47 -

Figura 2.3 Elemento de fluido utilizado en la ecuación de Bernoulli. (Fuente: Robert L. Mott. Pág.

167)

En la sección 1, la energía es:

�; � �;+ 6 �; 6 ';)2� … … … "2.10&

En la sección 2, la energía total es:

�) � �)+ 6 �) 6 '))2� … … … "2.11&

Si no hay energía que se agregue o pierda en el fluido entre las secciones 1 y 2,

entonces el principio de conservación de la energía requiere que:

�; � �) … … … "2.12&

�;+ 6 �; 6 ';)2� � �)+ 6 �) 6 '))

2� … … … "2.13&

Donde:

� � ��í� ' � ��

� �� 1

� � ��ó� + � �� 2

� � *��'��

El peso del elemento “w” es común a todos los términos y se elimina al dividir

entre el. Así, la ecuación se convierte en:

�;+ 6 �; 6 ;)2� � �)+ 6 �) 6 ))2�

Conocida como ecuación de Bernoulli.


- 48 -

Donde:

+ � �� -��í.�� ' � ��

� � ��ó� � � (�� '��ó�

� � *��'��

Los subíndices 1 y 2 indican si los valores están dados para el comienzo o el final

del volumen de control respectivamente.

La ecuación de Bernoulli y la ecuación de continuidad también nos dicen que si

reducimos el área transversal de una tubería para que aumente la velocidad del

fluido que pasa por ella, se reducirá la presión.

2.2 Ecuación General de la Energía

Conceptos introductorios.

La siguiente ecuación involucra el flujo volumétrico cuando hay líquidos que

circulan en el sistema:

; � ) … … … "2.15&

Como � �', esta se escribe como:

�;; � �)) … … … "2.16&

Donde:

� (�� Á�� ' � ��

Estas relaciones permiten determinar la velocidad de flujo en cualquier punto del

sistema si se conoce el flujo volumétrico y las áreas de las tuberías en las

secciones de interés. Además, deberán estar familiarizados con los términos que

expresan la energía que posee un fluido por unidad de peso de fluido que circula

por el sistema:


- 49 -

�;+ 6 �; 6 ;)2� 6 => : =? : =@ � �)+ 6 �) 6 ))2� … … . . "2.17&

Donde:

+ � �� -��.�� =@ � �� 0�� .��ó�

- � ��ó� =? � �� -�� í� �� *��'�� => � ��í� A�� 0�0� ��

' � �� (�� '��ó�

� � (�� '��ó� BC)D � (��

EF � (�� ó�

A la suma de estos tres términos se le denominan carga total. Todo esto compone

la ecuación de Bernoulli. Sin embargo hay varias restricciones para utilizar la

ecuación de Bernoulli:

1. Solo es válida para fluidos incompresibles.

2. Entre las 2 secciones de interés no puede haber dispositivos mecánicos

como bombas, motores de fluido o turbinas.

3. No puede haber pérdida de energía por fricción, por la fricción o turbulencia

que generen válvulas y accesorios en el sistema de flujo.

4. No puede existir transferencia de calor hacia el sistema o fuera de éste.

2.3 Número de Reynolds

El comportamiento de un fluido, en particular en lo que se refiere a las pérdidas de

energía, depende de que el flujo sea laminar o turbulento. Por esta razón, se

necesita un medio para predecir el tipo de flujo sin tener que observarlo en

realidad. Más aún, la observación directa es imposible para fluidos que van por

tubos opacos. Se demuestra en forma experimental y se verifica de modo


- 50 -

analítico, que el carácter del flujo en un tubo redondo depende de cuatro variables:

la del fluido “ρ”, su viscosidad “η”, el diámetro del tubo “D” y la velocidad promedio

del fluido “v”. Osborne Reynolds fue el primero en demostrar que es posible

pronosticar el flujo laminar o turbulento si se conoce la magnitud de un número

adimensional, al que hoy se le denomina numero de Reynolds (“9?”). La ecuación

siguiente muestra la definición básica del número de Reynolds.

9? � GHIJ � GH

K … … …(2.18)

Estas dos formas de la ecuación son equivalentes debido a que la viscosidad

cinemática es:

� � �� … … … "2.19&

Es posible demostrar que el número de Reynolds es adimensional, con la

selección de las unidades estándar del S.I.

9? � �� "&"�&"�& L1

�M … … … "2.20&

9? � N� O "& LP�

QM L�P�M … … … "2.21&

Donde:

9? � 9ú�� R�S��

� � �� á��

� � ��á�� (��á��

Debido a que todas las unidades se cancelan, “9?” es adimensional.

El número de Reynolds es uno de varios números adimensionales, útiles en el

estudio de la mecánica de fluidos y la transferencia de calor.


- 51 -

Tabla 2.1 Sistema de unidades estándar para el cálculo de número de Reynolds (Fuente: Robert

L. Mott.)

CANTIDAD UNIDADES DEL S.I.

UNIDADES TRADICIONALES

DE E.U.

Velocidad TU VWX

U

Diámetro T VWX

Densidad YZT[ \ ]Û_

T` UabZUVWX[ \ acÛ_

VWX`

Viscosidad dinámica

]ÛT_ \ de ^ U \ YZ

TÛ acÛVWX_ \ UabZU

VWXÛ

Viscosidad cinemática T_

U VWX_U

El número de Reynolds es la relación de la fuerza de inercia sobre un elemento de

fluido a la fuerza viscosa.

Los flujos tienen números de Reynolds grandes debido a una velocidad elevada

y/o una viscosidad baja, y tienden a ser turbulentos. Aquellos fluidos con

viscosidad alta y/o que se mueven a velocidades bajas, tendrán número de

Reynolds bajos y tenderán a comportarse en forma laminar.

2.3.1 Flujo Laminar y Turbulento

Para aplicaciones prácticas del flujo en tuberías, encontramos que si el número de

Reynolds para el flujo es menor que 2000, éste será laminar. Si el número de

Reynolds es mayor que 4000, el flujo será turbulento. En el rango de números de

Reynolds entre 2000 y 4000 es imposible predecir que el flujo existe; por tanto, se

le denomina “región crítica”.

Si 9? f 2000, el flujo es laminar

Si 9? g 4000, el flujo es turbulento


- 52 -

Los primeros experimentos cuidadosamente documentados del rozamiento en

flujos de baja velocidad a través de tuberías fueron realizados independientemente

en 1839 por el fisiólogo francés Jean Louis Marie Poiseville, que estaba interesado

por las características del flujo de la sangre, y en 1840 por el ingeniero hidráulico

alemán Gotthilf Heinrich Ludwig Hagen.

El primer intento de incluir los efectos de la viscosidad en las ecuaciones

matemáticas se debió al ingeniero francés Claude Louis Marie Navier en 1827 e,

independientemente, al matemático británico George Gabriel Stokes, quien en

1845 perfeccionó las ecuaciones básicas para los fluidos viscosos incompresibles.

Actualmente se las conoce como ecuaciones de Navier-Stokes, y son tan

complejas que sólo se pueden aplicar a flujos sencillos. Uno de ellos es el de un

fluido real que circula a través de una tubería recta. El teorema de Bernoulli no se

puede aplicar aquí, porque parte de la energía mecánica total se disipa como

consecuencia del rozamiento viscoso, lo que provoca una caída de presión a lo

largo de la tubería. Las ecuaciones sugieren que, dados una tubería y un fluido

determinados, esta caída de presión debería ser proporcional a la velocidad de

flujo. Los experimentos realizados por primera vez a mediados del siglo XIX

demostraron que esto sólo era cierto para velocidades bajas; para velocidades

mayores, la caída de presión era más bien proporcional al cuadrado de la

velocidad.

En un flujo laminar no existe un estado macroscópico de las capas de fluido

adyacentes entre sí. Un filamento delgado de tinta que se inyecte en un flujo

laminar aparece como una sola línea; no se presenta dispersión de la tinta a

través del flujo, excepto una difusión muy lenta debido al movimiento molecular.

Por otra parte, un filamento de tinta inyectado en un flujo turbulento rápidamente

se dispersa en todo el campo de flujo; la línea del colorante se descompone en

una enredada maraña de hilos de tinta.


- 53 -

Este comportamiento del flujo turbulento se debe a las pequeñas fluctuaciones de

velocidad superpuestas al flujo medio de un flujo turbulento; el mezclado

macroscópico de partículas pertenecientes a capas adyacentes de fluido da como

resultado una rápida dispersión del colorante.

El filamento rectilíneo de humo que sale de un cigarrillo expuesto a un ambiente

tranquilo, ofrece una imagen clara del flujo laminar. Conforme el humo continúa

subiendo, se transforma en un movimiento aleatorio, irregular; es un ejemplo de

flujo turbulento. El que un flujo sea laminar o turbulento depende de las

propiedades del caso.

El flujo dentro de una capa límite puede ser también laminar o turbulento; las

definiciones de flujo laminar y flujo turbulento dadas anteriormente se aplican

también en este caso.

Debido a que el flujo laminar es tan regular y ordenado, es posible obtener una

relación entre la perdida de energía y parámetros mensurables dentro del sistema

de flujo. Dicha relación se conoce como ecuación de Hagen – Poiseville:

=@ � Q)J@BFHC … … …(22)

Donde:

+ � �� -��í.�� á��

� � ��á��

� ��

La ecuación de Hagen – Poiseville es válida solo para flujo laminar (9? f 2000).

Sin embargo, se dijo con anterioridad que también podía usarse la ecuación de

Darcy para calcular la perdida por fricción para el flujo laminar. Si igualamos las 2

relaciones para “=@”, podemos despejar el factor fricción:

. @H

GC)D � Q)J@G

FHC … … …(23)


- 54 -

. � Q)J@GFHC

H)D@GC � hiJD

GHj … … …(24)

Como � � FD, obtenemos:

. � 64�'�� … … … "25&

Al número de Reynolds se le define como 9? � GHIJ por lo tanto, tenemos:

. � 649? … … … "26&

En resumen, la pérdida de energía debida a la fricción en el flujo laminar puede

calcularse con la ecuación de Hagen – Poiseville:

=@ � Q)J@GFHC … … …(27)

O con la ecuación de Darcy.

=@ � . ��

')2� … … … "28&

Donde:

+ � �� -��í.�� á��

� � ��á�� . � �� ó�

' � ��

En la que . � hikl

Cuando hay flujo turbulento en tuberías es más conveniente usar la ecuación de

Darcy para calcular la pérdida de energía debido a la fricción. El flujo turbulento es

caótico y varia en forma constante.

Por estas razones, para determinar el valor de “f” debemos recurrir a los datos

experimentales. Las pruebas han demostrado que el número adimensional “f”

depende de otras dos cantidades adimensionales, el número de Reynolds y la

rugosidad relativa de la tubería. La rugosidad relativa es la relación del diámetro

de la tubería “D” a la rugosidad promedio de su pared “ε” (letra griega épsilon). La

condición de la superficie de la tubería depende sobre todo del material de que

está hecha el tubo y el método de fabricación.


- 55 -

Tabla 2.2 Valores de diseño de la rugosidad de tubos (Fuente: Robert L. Mott.)

MATERIAL RUGOSIDAD ε RUGOSIDAD ε

Vidrio Liso Liso

Plástico 3.0m10no 1.0m10nh

Tubo extruido; cobre, latón y

acero 1.5m10nh 5.0m10nh

Acero comercial o soldado 4.6m10np 1.5m10ni

Hierro galvanizado 1.5m10ni 5.0m10ni

Hierro dúctil recubierto 1.2m10ni 4.0m10ni

Hierro dúctil no recubierto 2.4m10ni 8.0m10ni

Concreto bien fabricado 1.2m10ni 4.0m10ni

Acero remachado

1.8m10nQ 6.0m10nQ

Éstos son solo valores promedio para tuberías nuevas y limpias. Es de esperarse

cierta variación.

Una vez que una tubería ha estado en servicio durante algún tiempo, la rugosidad

cambia debido a la corrosión y a la formación de depósitos en la pared.

2.3.2 Ecuación de Darcy

En la ecuación general de la energía:

�;+ 6 �; 6 ';)2� 6 => : =? : =@ � �)+ 6 �) 6 '))2� … … … "29&


- 56 -

Al término “=@” se le definió como la pérdida de energía en el sistema. Una

componente de la pérdida de energía es la fricción en el fluido que circula. Para el

caso del flujo en tuberías y tubos, la fricción es proporcional a la carga de

velocidad del flujo y a la relación de la longitud al diámetro de la corriente. Esto se

expresa en forma matemática como la ecuación de Darcy:

=@ � . ��

')2� … … … "30&

Donde:

=@ � �é�� í� � � �� á��

� � ��á�� /�0��í� . � �� ó�

' � ��

La ecuación de Darcy se utiliza para calcular la pérdida de energía debido a la

fricción en secciones rectilíneas y largas de tubos redondos, tanto para flujo

laminar como turbulento. La diferencia entre los dos flujos está en la evaluación

del factor de fricción adimensional “ f ”.

2.3.3 Diagrama de Moody

El diagrama de Moody es la representación gráfica en escala doblemente

logarítmica del factor de fricción en función del número de Reynolds y la rugosidad

relativa de una tubería.

En la ecuación de Darcy-Weisbach aparece el término “ f ” que representa el factor

de fricción de Darcy, conocido también como coeficiente de fricción. El cálculo de

este coeficiente no es inmediato y no existe una única fórmula para calcularlo en

todas las situaciones posibles.

Se pueden distinguir dos situaciones diferentes, el caso en que el flujo sea laminar

y el caso en que el flujo sea turbulento. En el caso de flujo laminar se usa una de


- 57 -

las expresiones de la ecuación de Poiseville; en el caso de flujo turbulento se usa

la ecuación de Colebrook-White.

En el caso de flujo laminar el factor de fricción depende únicamente del número de

Reynolds. Para flujo turbulento, el factor de fricción depende tanto del número de

Reynolds como de la rugosidad relativa de la tubería, por eso en este caso se

representa mediante una familia de curvas, una para cada valor del parámetro “qH”,

donde “K” es el valor de la rugosidad absoluta, es decir la longitud (habitualmente

en milímetros) de la rugosidad directamente medible en la tubería.

En la siguiente figura se muestra el diagrama de Moody.

Figura 2.4 Diagrama de Moody. (Fuente: Robert L. Mott.)


- 58 -

2.4 Pérdidas Menores

El fluido en un sistema de tubería típico pasa a través de varias uniones, válvulas,

flexiones, codos, ramificaciones en forma de letra “T” (conexiones en T), entradas,

salidas, ensanchamientos y contracciones además de los tubos. Dichos

componentes (accesorios) interrumpen el suave flujo del fluido y provocan

perdidas adicionales debido al fenómeno de separación y mezcla del flujo que

producen. En un sistema típico, con tubos largos, estas pérdidas son menores en

comparación con la perdida de carga por fricción en los tubos (las perdidas

mayores) y se llaman perdidas menores.

En consecuencia usualmente los fabricantes de los accesorios determinan las

perdidas menores de manera experimental.

Las pérdidas menores se expresan en términos del coeficiente de pérdida “P@”

(también llamado coeficiente de resistencia), que se define como:

P@ � =@')2�

… … … "31&

Donde:

P � (��.�� é�� ' � ��

=@ � �é�� (�� *��'��

Donde “=@” es la perdida de carga irreversible adicional en el sistema de tuberías

provocado por la inserción del accesorio, y se define como =@ � ∆ErID .

Cuando el diámetro de entrada sea igual al diámetro de salida, el coeficiente de

pérdida de un accesorio también se puede determinar cuándo se mide la pérdida

de presión a través del accesorio y se divide entre la presión dinámica: P@ � ∆Ers

C"IttGC& .


- 59 -

Cuando está disponible el coeficiente de pérdida para un accesorio, la pérdida de

carga para este accesorio se determina a partir de:

=@ � P@V)2� … … … "32&

Donde:

P � (��.�� é�� ' � ��

=@ � �é�� *��'��

En general, el coeficiente de pérdida depende de la geometría del accesorio y del

número de Reynolds, tal como el factor de fricción. Sin embargo, usualmente se

supone que es independiente del número de Reynolds. Esa es una solución

razonable porque, en la práctica, la mayoría de los flujos tienen número de

Reynolds grandes y los coeficientes de pérdida (que incluyen el factor de fricción)

tienden a ser independientes del número de Reynolds a números de Reynolds

grandes.

Las pérdidas menores también se expresan en términos de la longitud equivalente

“�v”, que se define como:

=@ � P@V)2� � . �v�

')2� w �v � �

. P@ … … … "33&

Donde:

=@ � �é�� P � (��.�� é��

� � *��'�� . � �� ó�

� � ��á�� L � ��

' � ��

Donde “f” es el factor de fricción y “D” es el diámetro de la tubería que contiene el

accesorio. La perdida de carga que provoca el accesorio equivale a la perdida de

carga causada por un tramo de tubería cuya longitud es “�v”. Por lo tanto, la

aportación de un accesorio a la perdida de carga se puede explicar simplemente

con añadir “�v” a la longitud de la tubería total.


- 60 -

En la práctica se usan ambos procedimientos, pero el uso del coeficiente de

pérdida es más común.

Por lo tanto, cuando ya estén disponibles todos los coeficientes de pérdidas, la

pérdida de carga total en un sistema de tubería se determina de:

=@ yzy{| � =@ }{~z� 6 =@ }v�z� … … … "34&

Donde:

=@ yzy{| � �é�� (�� /��

2.5 Redes de Tuberías

• Los trazados de los circuitos de tuberías de los fluidos portadores se diseñarán,

en el número y forma que resulte necesario, teniendo en cuenta el horario de

funcionamiento de cada subsistema, la longitud hidráulica del circuito y el tipo de

unidades terminales servidas.

• Se conseguirá el equilibrado hidráulico de los circuitos de tuberías durante la

fase de diseño empleando válvulas de equilibrado, si fuera necesario.

2.5.1 Redes de Tubería en Serie

Para dicho sistema la ecuación de la energía, con el empleo de la superficie de

cada depósito como punto de referencia es la siguiente:

�;+ 6 �; 6 ';)2� 6 => : =@ � �)+ 6 �) 6 '))2� … … … "35&

Donde:

+ � �� -��í.�� (�� '��ó�

� � ��ó� =@ � �é�� (�� 0�� ó�

� � *��'�� => � ��í� A�� 0� ��

' � ��


- 61 -

Los primeros tres términos del lado izquierdo de esta ecuación representan la

energía que tiene el fluido en el punto 1, en forma de carga de presión, carga de

elevación y carga de velocidad. Los términos del lado derecho representan la

energía del fluido en el punto 2. Es común que haya varios factores que

contribuyen a la pérdida total de energía como por ejemplo:

=@ � =; 6 =) 6 =Q 6 =� … … .. En un sistema de tuberías en serie, la pérdida total de energía es la suma de las

perdidas individuales menores mas todas las pérdidas provocadas por la fricción.

Este enunciado coincide con el principio de la ecuación de la energía, es el

recuento de toda la energía entre dos puntos de referencia del sistema.

2.5.2 Redes de Tubería en Paralelo

Los sistemas de tuberías en paralelo son aquellos en los que hay más de una

trayectoria que el fluido puede recorrer para llegar de un punto de origen a uno de

destino. Como ejemplo podemos tomar una red de tubería que se divide en cierto

punto en tres tuberías en paralelo, por supuesto algo del flujo se distribuye en

cada una de las tres ramas que salen de la intersección, que denotaremos como

“a, b, c”, estos flujos volumétricos son “ {, �, �” respectivamente. En este caso

las tres trayectorias se reúnen en el punto de destino.

Al ampliar el principio de flujo estable a un sistema en paralelo se llega a la

conclusión siguiente:

; � ) � { 6 � 6 � … … … "36&

Donde:

� �� '��é��

Ahora se considerara la caída de presión a través del sistema, en el punto 1 hay

una presión 1, en el punto 2 hay otra presión distinta 2, entonces la caída de

presión es �; : �). Para el análisis de las presiones se utiliza la ecuación de la

energía entre los puntos 1 y 2.


- 62 -

�;+ 6 �; 6 ';)2� : =@ � �)+ 6 �) 6 '))2� … … … "37&

Al despejar la caída de presión �; : �) queda:

�; : �) � + �"�) : �;& 6 "')) : ';)&2� 6 =@� … … … "38&

Donde:

+ � �� -��í.�� ' � ��

� � ��ó� � � (�� '��ó�

� � *��'�� =@ � �é�� (�� 0�� ó�

Esta forma de la ecuación de la energía dice que la diferencia de presión entre los

puntos 1 y 2 depende de la diferencia de elevación, la diferencia de las cargas de

velocidad y la pérdida de energía por unidad de peso del fluido que circula en el

sistema. Cuando cualquiera de los elementos del fluido alcanza el punto 2 del

sistema cada uno habrá experimentado el mismo cambio de elevación, velocidad y

la pérdida de energía por unidad de peso, sin importar la trayectoria que haya

seguido. Es decir todos tienen la misma carga total. Por tanto, cada unidad de

peso del fluido debe tener la misma cantidad de energía. Esto se enuncia en forma

matemática como:

=@ ;n) � ={ � =� � =� … … … "39&

Donde:

= � �é�� (��

2.6 Potencia y Eficiencia

La potencia en HP (Horse power), requerida para manejar una bomba puede ser

figurada por la siguiente igualdad:

2=- � �� 0�� íA�� '�� -�� m �"-��&33,000

2=- � �� -�� m �"-��& m ��3960


- 63 -

Donde:

�� íA�� ó ��0�� ú�� =��=� -�� 0�0�

�� -�� m �"-��& m ��3960 m �.�� 0�0�

Donde:

�� 3960 �0 : .��

�.�� 0�0� � 2=-�=-

�� é�� =-�.�� - m � m ��

3960 m �.. 0�0� m �.. ��

P �� =- m 0.746�.. �� - m � m �� m 0.746

3960 m �.. 0�0� m �.. ��

�.�� .. �� 0�0� m �.. �� m �.. �� 0�0�

2.6.1 Carga Neta Positiva de Succión (C.N.P.S.)

La carga neta positiva de succión se puede definir como la energía mínima que

requiere el ojo del impulsor para que el líquido llegue a este mismo; en otras

palabras, es la energía mínima requerida para establecer un flujo a través del

elemento de succión al ojo del impulsor de una bomba y cuyo valor no deberá

reducirse al correspondiente a la presión de vapor del líquido manejado. Se

expresa en �D

�}C o |�

�|DC.

Las siglas que se emplean para éste concepto es C.N.P.S; pero es más usual el

nombre en inglés ósea N.P.S.H. (Net Positive Succión Head).

Existen dos tipos de N.P.S.H. a considerar:


- 64 -

a) El N.P.S.H. requerido, es la diferencia mínima de presión entre la carga de

succión y la presión de vapor del líquido manejado que necesita una bomba

para operar a determinada capacidad.

b) El N.P.S.H. disponible, depende fundamentalmente del lugar en el que se

lleve a cabo el bombeo y de la presión de vapor del líquido a la temperatura

dominante en ese lugar, así como de las condiciones físicas de la

instalación.

9. �. �. �. � � 6 =� : =.� : �'

Donde:

� � -��ó� ".� ó &

=� � �� á�� 0�� ó� ".� ó &

=.� � -�� -�� .��ó� ".� ó &

�' � -��ó� �� '�-�� íA�� ".� ó &

2.6.2 Gravedad Específica

La gravedad específica es una medida relativa de la densidad del fluido, en

comparación con el agua.

La gravedad específica del agua a 60°F es de 1.0. S i la densidad del fluido es

mayor que la del agua, su gravedad específica será mayor que 1. Por ejemplo, la

salmuera concentrada puede tener una gravedad específica de 1.2, lo que

significa que su densidad es de 20% mayor que la del agua. Otro ejemplo es el

ácido sulfúrico, que puede tener una gravedad específica menor de 1. La gasolina

tiene una gravedad específica de 0.72, el queroseno de 0.80 y el aceite lubricante

de 0.90.

2.6.3 Presión de Vapor

La mejor manera de entender la presión de vapor es examinar un contenedor que

está completamente cerrado y medio lleno de líquido. Si la otra mitad del


- 65 -

recipiente está completamente vacío de aire, una parte del líquido se evaporará y

llenará la mitad superior del recipiente con vapor. La presión del vapor en la mitad

superior del contenedor, por definición, e igual a la presión de vapor del líquido a

esa temperatura del líquido.

La presión de vapor se mide en libras por pulgada cuadrada absoluta (psia) y es

generalmente una función de la temperatura del líquido. La presión de vapor del

agua es de 0.3 psia.

2.7 Selección y Aplicación de Bombas

Las bombas se utilizan para impulsar líquidos a través de un sistema de tuberías.

“=>” Se determina como la energía que una bomba agrega al fluido.

A este valor de “=> ” se le llama carga total sobre la bomba. Algunos fabricantes de

bombas se refieren a él cómo carga dinámica total (TDH).

La potencia que transmite la bomba al fluido se denomina “�>” que es igual a:

�> � =>+ … … … "40&

Donde:

�> � �� A�� /�� 0� �� + � �� -��í.��

=> � ��í� A�� 0� �� *�� '��é��

Se usan algunos parámetros fundamentales para analizar el rendimiento de una

bomba. La razón del flujo de masa del fluido a través de la bomba, “� ”, es un

parámetro obvio fundamental en el funcionamiento de las bombas. En el caso del

fluido incompresible es más común utilizar el gasto volumétrico en vez del gasto

másico. En la industria de la turbo maquinaria, el flujo volumétrico se denomina

capacidad, y es, simplemente, el gasto másico divido entre la densidad del fluido:


- 66 -

� �� … … … "2.41&

Donde:

� *�� é�� "��-��& � � *�� á��

Además, el rendimiento de una bomba se caracteriza por su carga hidrostática

neta “�”, que se define como el cambio en la carga hidrostática de Bernoulli entre

la entrada y la descarga de la bomba:

� � � �� 6 ')

2� 6 �� : � �� 6 ')

2� 6 �� … … … "2.42&

Donde:

� � (�� á�� 9�� *��'��

� � ��

� � ��ó� � � (�� '��ó�

La dimensión de la carga hidrostática neta es longitud, y con frecuencia se

menciona como altura de una columna equivalente de agua, hasta en el caso de

una bomba que no bombea agua.

Por lo que se refiere al líquido que se bombea, la carga hidrostática de Bernoulli

en la entrada equivale a la altura total o altura de línea de energía (LE, EGL por

sus siglas en ingles) en la entrada “��v�y” que se obtiene cuando se alinea un tubo

de Pitot en el centro del flujo. En el caso general, la salida de la bomba podría

estar a una altura distinta que la entrada y su diámetro y velocidad promedio

podría no ser los mismos que la entrada. Independientemente de estas

diferencias, la carga hidrostática “�” es igual a la diferencia entre ��{| – ��v�y.

Carga hidrostática neta para una bomba de líquidos: � � ��{| : ��v�y


- 67 -

La carga hidrostática neta es simplemente el aumento de la presión en la bomba

que se expresa como carga (altura de la columna de fluido).

La carga hidrostática neta es proporcional a la potencia útil entregada al fluido. Se

acostumbra llamar a esta potencia hidráulica potencia útil, inclusive si el liquido

que se bombea no es agua y hasta si la potencia no se mide en unidad de

caballos de fuerza. En el aspecto de las dimensiones, se debe multiplicar la carga

hidrostática neta por la cantidad de masa y la aceleración de la gravedad para

obtener las dimensiones de potencia. Por tanto:

2�zyv��{ úy�| � �� … … … "2.43&

Donde:

2�zyv�� úy�| � �� Ú�� *��'��

� � �� (�� =��á�� *�� '��é�� *�� á��

Todas las materias sufren pérdidas irreversibles a causa de la fricción, fugas

internas, separación del flujo en la superficie de los alabes, disipación turbulenta,

entre otras. En consecuencia, la energía mecánica que se suministra a la bomba

debe ser mayor que “2�zyv�� úy�|”. En la terminología de las bombas, la potencia

externa que se proporciona a la bomba se denomina potencia al freno o potencia

de accionamiento o potencia absorbida, la cual se abrevia como “0=-” (por sus

siglas en ingles: (brake horse power).

En el caso representativo de una flecha rotatoria que suministra la potencia al

freno:

0=- � 2�|v��{ � �/�|v��{ … … … "2.44&

Donde:

��z}�{ � e�iciencia de la bomba � � '�� .��=� / � -�� ó� A�� .��=�


- 68 -

Donde “�” es una velocidad rotacional de la flecha “(�{¢

� )” y “/�|v��{” es el momento

de torsión o par de torsión que se suministra a la flecha. Se define eficiencia de la

bomba “��z}�{” como la relación de la potencia útil y la potencia suministrada:

��z}�{ � 2�zyv��{ úy�|2�|v��{ � 2�zyv��{ úy�|0=- � ��/�|v��{ … … … "2.45&

Donde:

��z}�{ � �.�� 0�0� � �� '��é�� '�� .��=� � � ��'�� / � -�� ó� �� .��=� � � �� =��á�� á��

Una parte se suma importancia en la selección de la bomba es que todos los

datos técnicos son determinados por el fabricante y pueden variar con respecto a

los cálculos matemáticos basados en la ecuaciones anteriores, y en este caso

solamente la selección de bomba se basara en el cálculo de su potencia y al carga

del sistema, basados en las curvas de rendimiento del fabricante.

2.7.1 Curvas de Rendimiento de la Bomba Centrífuga

El máximo flujo volumétrico en una bomba centrífuga positiva ocurre cuando la

carga hidrostática neta es cero, este flujo se llama descarga libre de la bomba. La

condición de descarga libre se logra cuando es inexistente la restricción de flujo en

la entrada o la salida de la bomba, en otras palabras, cuando no hay carga en la

bomba.

La eficiencia de la bomba alcanza su valor máximo en algún punto entre la

condición de cierra y la condición de descarga libre; este punto de operación de

eficiencia máxima se denomina punto de la mejor de eficiencia (PME, BEP por sus

siglas en ingles) o punto nominal o punto de diseño, y se denota con un asterisco

(� ^ ^ 0=- ^&. Las curvas de “�”, “��z}�{” y “0=-” como funciones de “” se

denominan curvas de rendimiento de la bomba (o bien, curvas características), las

curvas de rendimiento de la bomba cambian con la velocidad rotacional.


- 69 -

Figura 2.5 Curva H – Q (Fuente: BIMSA S.A. de C.V.)


- 70 -

2.8 Sumario

Los fundamentos teóricos son base importante en el desarrollo y solución de los

fenómenos físicos que se presentan en las diversas etapas del proyecto, he aquí

la relevancia por la cual se ha de hacer referencia a ellos para una comprensión

total y un entendimiento adecuado en el procedimiento lógico.

Se han elegido temas de suma importancia, así como principios básicos de

ingeniería, los cuales justifican el por qué de la problemática y satisfacen las

soluciones de manera adecuada.

CAPÍTULO lll

PLANTEAMIENTO DEL

PROYECTO


Hewlett-Packard

Planteamiento del Proyecto

- 72 -

CAPITULO lll

PLANTEAMIENTO DEL PROYECTO

Teniendo en cuenta la gran demanda de taparroscas en la empresa y el excesivo

consumo de agua que esta práctica requiere en las maquinas de inyección de

plástico para el enfriamiento de los moldes, se aborda en la satisfacción del cliente

para dicha demanda. Este proyecto se enfoca en el ahorro de agua y la eficiencia

de un sistema de enfriamiento que cumpla con los requerimientos propuestos por

el cliente que ha solicitado nuestros servicios para llevar a cabo este proyecto.

3.1 Necesidades de la Empresa

Optimizar técnicas para el mejoramiento de prácticas tan fundamentales e

importantes como el enfriamiento de los moldes en las máquinas de inyección de

plástico.

Ahorro y distribución de agua en una red hidráulica de 36 maquinas de inyección

de plástico.

Reducir costos de mantenimiento y aumentar la producción.

3.2 Objetivo

Cálculo y selección de la red hidráulica de un sistema de enfriamiento para

maquinas de inyección de plástico, con el fin de reducir el consumo de agua y

hacer más eficiente el sistema implementando el control de las bombas por

tiempos determinados, para hacer más eficiente el enfriado de los moldes.


- 73 -

3.3 Requerimientos de Diseño del Cliente

Tabla 3.1 Requerimientos técnicos del cliente

REQUERIMIENTOS

Abastecimiento de agua para el enfriamiento de las máquinas

Aumentar la producción de taparroscas

Bajar costo de mantenimiento

Bajar costo de instalación

Durabilidad del sistema

Evitar la cavitación en las bombas

Controlar el abastecimiento del agua por tiempos determinados

3.4 Desarrollo de Propuesta

Primero, se determina la carga de diseño, esto es, el gasto que conducirá cada

tubería y para el cual debe ser diseñado. Con el gasto de diseño establecido, se

determina cuál es el diámetro de las tuberías que deben utilizarse, esto en el tren

de succión, la bomba en succión, bomba en descarga así como el tren de

descarga. Las características que deben tener estas redes son las siguientes:

• Deben de conducir el agua a presión con un mínimo de pérdidas de carga, con el

objeto de que las fuentes de presión disminuyan al máximo posible su capacidad,

provocando ahorro en su inversión, mantenimiento y consumo de energía, así

también garantizando el suministro total y continuo.

• Deben de instalarse con facilidad, con el menor herramental posible permitiendo

al operario disminuir el tiempo de montaje y evitar fatigas exageradas en su

jornada de trabajo.


- 74 -

• Deben de durar bastante tiempo; el mismo que la construcción, esto se logra con

una buena instalación, con una adecuada velocidad de flujo y con una excelente

resistencia a cualquier tipo de corrosión.

La selección de los materiales debe de realizarse en base a estos puntos, la

importancia de esto se refleja directamente en la calidad de la instalación y por lo

tanto de la obra, es conveniente aclarar que la calidad de la obra no debe estar en

función del tipo, ya sea éste residencial, interés social, etc. sino de quien lo

ejecuta. Las tuberías de cobre en las instalaciones hidráulicas tradicionalmente se

utilizan, debido a que los usuarios se han percatado de sus ventajas, permitiendo

ahorros importantes en cuanto a mantenimiento, duración y conducción del flujo.

No obstante existen otros tipos de materiales para tubería dentro del mercado, las

cuales para considerar en algún posible trabajo con ellas habrá que tomar en

cuenta las condiciones de trabajo así como el costo y beneficio obtenido.

3.4.1 Proceso de Fabricación de las Taparroscas

Se debe tomar en cuenta el proceso industrial de la inyección de plástico y la

manera en la que esta se lleva a cabo. El modelo por inyección consiste en un

sistema de mezclado y fusión de una resina plástica, diseñado para expulsarla a

alta presión una vez que se encuentre fundida, hacia un molde metálico en cuya

cavidad o cavidades se encuentra la forma de la pieza deseada. Este molde

permanece cerrado por el sistema de alta presión de la máquina que evita que se

abra al recibir el plástico fundido. Una vez lleno el molde, trascurre un lapso de

tiempo en el que interviene el proceso de la unidad generadora de agua helada y

llevar dicha agua helada para enfriar la pieza. Cuando la pieza está lista es

expulsada del molde.

Figura 3.1 Proceso de fabricación de tapas de polipropileno (Fuente

3.4.1.1 Requerimientos

Se requerirá agua en un rango de: 44°F

agua helada y una temperatura de entrada al condensador de 85

carga y 60°F al 0% de la carga, además de una temperatura de retorno del

proceso de 54°F según las normas ARI (Air

Institute).

3.4.1.2 Proceso a E nfriar

Se tratará la aplicación industrial del agua a bajas temperaturas previamente

procesada en una unidad generadora de agua helada, que es bombeada a un

proceso industrial, que en este caso será para el

previamente inyectados con plástico caliente, bajando su temperatura

drásticamente, y con ello la optimización del proceso de formado de plástico.

3.5 Requerimientos del

Producto a Enfriar

Tapas de polipropileno (PP) para bo


Proceso de fabricación de tapas de polipropileno (Fuente

Requerimientos Cualitativos y Cuantitativos del A gua para el

a en un rango de: 44°F a la salida de la unidad generadora de

agua helada y una temperatura de entrada al condensador de 85

F al 0% de la carga, además de una temperatura de retorno del

F según las normas ARI (Air-Conditioning and Refrig

nfriar



proceso industrial, que en este caso será para el enfriamiento de moldes



Requerimientos del Equipo

Tapas de polipropileno (PP) para botellas de Polietileno Tereflalato (PET)


- 75 -

Proceso de fabricación de tapas de polipropileno (Fuente [VII])

gua para el Proceso

a la salida de la unidad generadora de

agua helada y una temperatura de entrada al condensador de 85°F al 100% de la

F al 0% de la carga, además de una temperatura de retorno del

and Refrigeration



enfriamiento de moldes



tellas de Polietileno Tereflalato (PET)


- 76 -

Rango de temperaturas:

La temperatura de enfriamiento hacia el proceso es de 44°F y de 54°F de

temperatura a la salida del proceso, según normas ARI.

El bajo punto de fusión (<269°F) del Polipropileno, copolímero randómico, permite

incrementar la velocidad en las líneas de envasado, debido a las menores

temperaturas de sellado. Por otro lado, puede ser reciclado con pérdidas poco

significativas en resistencia y claridad. Es estimada una producción de 100 tapas

por minuto.

3.6 Selección de una Unidad Generadora de Agua Hela da

El proceso de selección de una generadora de agua helada es muy importante, ya

que se deben tomar en consideración muchas variables a las que se somete el

proceso, desde la temperatura de trabajo, hasta que pasaría si aumenta la carga

dentro de la línea de producción.

La mayoría de las unidades generadoras de agua helada cuentan con una banda

estrecha de temperatura de enfriamiento que va de los 59°F a los 104°F,

dependiendo de las características del material a enfriar. Dichas unidades cuentan

con una estabilidad limitada de � 0,5°C, es decir, se tiene un rango de

temperatura en el cual pueden existir variaciones de la temperatura del agua.

Hablando de manera más específica tienen una capacidad importante de

disipación de calor de 2850 Watts a 1HP.

La selección de una unidad generadora de agua helada se debe basar

principalmente en el tipo de proceso que se quiere enfriar, las temperaturas de

trabajo del material a enfriar, la capacidad de producción de las máquinas

inyectoras de plástico y las características de agua que se requieren.


- 77 -

¿Cuál es la aplicación?

Conocer la aplicación permite evitar varios pasos, en este caso enfriaremos

matrices inyectadas previamente con plástico.

¿Cuál es el rango de temperatura?

El rango de temperatura puede ser de entre 44°F y 5 4°F para este tipo de plástico.

¿Qué estabilidad de temperatura se necesita?

Es necesario contar con una estabilidad moderada de �0.001°C, �0.5°C para que

el proceso de enfriamiento de plástico se mantenga dentro de las condiciones de

diseño y de operación lo que repercute en la eficiencia del mismo.

¿Aplicación de circuito cerrado o abierto?

Se deben especificar las características tanto del circuito hidráulico como las del

proceso del plástico para saber si el circuito es cerrado o abierto. En este caso el

circuito es cerrado, puesto que el agua lleva un proceso de ciclado.

¿Cuánta energía de refrigeración es necesaria?

Como energía de refrigeración se entiende que es la energía necesaria en el

sistema para poder producir cierto rango de agua helada que llegará

posteriormente al proceso de enfriamiento de plástico. Así se tienen dos rangos de

temperatura en los que generalmente se trabajan:

Baja (100 – 700 Watts)

Alta (750 – Watts o más)

Para este caso es necesaria una energía de refrigeración relativamente baja,

puesto que el requerimiento de energía del sistema no es tan demandante.


- 78 -

¿Cuáles son los requisitos para el bombeo?

También existen requerimientos de bombeo de agua en el proceso, que no se

refiere a otra cosa más que la de bombear agua a través de las tuberías del

sistema, tanto de las ramificaciones para el proceso de inyección como para el de

las ramificaciones de retorno del proceso. Además es necesario tener en cuenta

que el bombeo tiene otros pasos antes de llegar al proceso de inyección. Uno de

ellos es el de llevar el agua a través del intercambiador de calor dentro de la

unidad generadora de agua helada, para que una vez que el fluido se encuentre

ahí, se le retire todo el calor. Otro proceso es el de llevar el agua helada a una

cisterna térmica donde será almacenada para su destino en el proceso. Para los

requerimientos del proceso son propuestas las bombas centrifugas debido a que

sus características mostradas de flujo y caudal son constantes. Además de no ser

necesaria una presión específica ni muy elevada.

¿Cómo elegir una unidad generadora de agua helada p ara un proceso

industrial?

Elegir una unidad generadora de agua helada de tamaño adecuado suma una

ventaja para su utilización. El tamaño ideal se basa en la cantidad de calor que

genere su aplicación, además de la energía adicional para mantener la

temperatura bajo cargas variables.

El fabricante de la aplicación que se quiere refrigerar normalmente facilita

información sobre como disipar el calor, incluyendo cuantos ��

�� o watts hay que

disminuir junto con el caudal y la temperatura deseada de entrada y de salida del

equipo.

En caso de que no se facilite ninguna información, aquí se indica como calcular la

carga térmica del sistema:

�� ∆� … … … �1�

�� … … … �2�


- 79 -

Análisis Dimensional

��

��

��

��°� !�"

60 "%&

��

8.33 ��

!*� °�

�� +"�+�*,-�* .+� �+/�%!+�*&,+ �-+ 0*�+ .+� +�-%�1 +& °�

�� +"�+�*,-�* .+� �+/�%!+�*&,+ �-+ +&,�* +& +� +�-%�1 +& °�

� 2*0,1 .+ *!-* �-+ 3%�3-�* �1� +� 0%0,+"* +& !�"

�� *�1� +0�+3%/%31 .+� *!-* * ��+0%ó& 31&0,*&,+ +& ��

��°�

�� *�!* ,é�"%3* .+� 0%0,+"* +& ��

��

Es necesario medir las temperaturas con el mismo termómetro o con los dos

termómetros cuya exactitud esté corroborada. Se mide los !�" con un medidor

de flujo o tomando el refrigerante en un volumen conocido durante un período

determinado de tiempo.

Otras Consideraciones

1. Si la temperatura ambiente del lugar donde operará la refrigeración se

encuentra por encima de los 68°F, agregar un 1% a l as ��

�� calculadas por

cada 0.9°F por encima de los 68°F.

2. Si se opera a 50 Hz, agregar un 20% a las ��

�� calculadas.

3. Si el voltaje de la línea permanece debajo del voltaje promedio, o si se

trabaja en grandes alturas, agregarle un 10% a los watts calculados.

4. El futuro aumento de las necesidades de refrigeración o la variación en la

pérdida de calor en una unidad existente.


- 80 -

3.7 Selección del Equipo

Por cuestiones de mantenimiento correctivo y preventivo es conveniente

seleccionar para el proceso de enfriamiento de plástico dos unidades BOHN

modelo MBMAC120C, puesto que cuenta con los requerimientos de capacidades

y características necesarias para el proceso. Como es posible observar se tienen

unidades enfriadoras de líquido e diferentes capacidades de enfriamiento.


- 81 -

● Figura 3.2 Especificaciones del minichiller (Fuente: Manual, Mini-Chiller, York)

● Figura 3.3 Diagrama de flujo del refrigerante (Fuente: Manual, Mini-Chiller, York)

Partes constitutivas

1. Compresor

2. Separador de aceite

3. Válvula de servicio

4. Condensador

5. Mirilla

6. Válvula solenoide

7. Válvula de manual tipo diafragma

8. Evaporador

9. Válvula reguladora de presión de evaporación

10. Acumulador de succión

Flujo del refrigerante


- 82 -

3.7.1 Instalación del Equipo

La unidad generadora de agua helada (Chiller) ha sido dispuesta para una

instalación sencilla por parte del fabricante, 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 por el fabricante

para 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 de

la unidad generadora de agua helada. Los componentes y conexiones para la

tubería de agua en el equipo tienen materiales con aislamiento y alta resistencia al

moho y oxidación.

La rosca de las conexiones permite 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 equipadas con una descarga de aire ubicada en la parte superior.

3.8 Equipo y Componentes

• Compresor

La unidad modelo MBMAC120C está equipada con dos compresores scroll. Los

compresores poseen calefactor de cárter para prevenir la migración de líquido

refrigerante durante el paro del equipo y para facilitar el arranque de la unidad.

• Condensador enfriado por aire.

El condensador está fabricado con tubos de cobre sin costura de 4

5

"

, escalonados y

unidos mecánicamente con aletas de aluminio.


- 83 -

• 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 el flujo de

aire necesario para la operación del intercambiador de calor.

• Evaporador

El intercambiador está fabricado con placas de acero inoxidable muy compactas y

soldadas todas juntas. El intercambiador está forrado de una capa térmica, a cual

permite el aislamiento térmico del mismo.

• Circuito refrigerante

El circuito refrigerante está cargado con R22 que es proporcionado por el

fabricante, previamente se han elaborado pruebas de soldadura, como fugas y

vacio. El 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

La unidad está equipada con controles de seguridad inteligentes como un

interruptor de alta y baja presión para prevenir daños en el compresor, resultado

de ambas anormalidades alta presión en la descarga o baja presión debido a

insuficiencia de gas.

El controlador electrónico proporciona un control preciso en la temperatura del

agua, monitoreado 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.


- 84 -

• Kit hidráulico

Adicionalmente el fabricante proporciona un kit hidráulico. El kit de accesorios

hidráulico consiste de un tanque de acero inoxidable de 40 litros de capacidad,

una cámara de expansión de agua de una capacidad de 8 litros, una válvula de

seguridad, una válvula de purga y una válvula de purga de aire.

Figura 3.4 Dimensiones y conexiones del kit hidráulico (Fuente: Manual, Mini-Chiller, York)

Figura 3.5 Esquema de interconexión del kit hidráulico (Fuente: Manual, Mini-Chiller, York)

3.9 Alimentación eléctrica

Las leyes y normas regulatorias concernientes a la energía eléctrica varían en

cada país y ciudad. Antes de conectar la energía es necesario asegurar que el

voltaje suministrado está acorde a la placa de datos que describen las

características eléctricas del equipo.


- 85 -

Figura 3.6 Diagrama de conexión eléctrica de la unidad generadora de agua helada (Fuente:

Manual, Mini-Chiller, York)

Es de suma importancia utilizar el calibre de conductor adecuado para alimentar el

equipo. Las conexiones deben ser hechas de modo que se evite la tensión en las

terminales. Los trabajos eléctricos veden ser realizados por el técnico en apego a

los códigos o regulaciones locales y a las instrucciones proporcionadas por el

fabricante.

El equipo debe ser conectado a tierra física. Es necesario tener la precaución de

no conectar el conductor de tierra física a la tubería de gas, a la tubería de agua

de las instalaciones, o ductos de teléfono, ya que una inadecuada conexión a

tierra física puede originar un choque eléctrico.

Es de suma importancia que en el tablero de alimentación del equipo exista un

solo break termomagnético que proteja al equipo en caso de una descarga

eléctrica, una sobrecorriente, etc.


- 86 -

Es necesario asegurar de la secuencia de las fases, identificar L1, L2, L3 y

conectar a las terminales R, S, T en el tablero de control del equipo, o de lo

contrario el sistema no arrancará y el controlador no excederá.

Cada conductor eléctrico debe ser firmemente conectado sin tensión en las

terminales. Ningún conductor debe estar en contacto con las tuberías de

refrigerante y componentes móviles tales como compresor y moto ventiladores,

etc.

El equipo posee controlador microprocesador inteligente y un sensor de

temperatura que controlan automáticamente la operación en su condición óptima.

Todos los ajustes de temperatura están hechos por el fabricante. El usuario final

únicamente debe arrancar el equipo presionando el botón ON/OFF después de

asegurar la función propia del equipo, posteriormente cada operación del mismo

puede ser automáticamente alcanzada.

3.10 Disposiciones de Espacio

Es necesario contar con las condiciones de espacio requeridas por el equipo para

su buen funcionamiento, como son:

• La proximidad con otros equipos de refrigeración.

• La cercanía de sistemas hidráulicos que pudiesen causar algún percance.

• La correcta cimentación del área donde se colocará el equipo.

• La delimitación del área segura de trabajo del equipo.


- 87 -

Figura 3.7 Dimensiones de la unidad generadora de agua helada (Fuente: Manual, Mini-

Chiller, York)

3.11 Manejo y Localización del Equipo

La localización del enfriador depende principalmente de algunas consideraciones

tales como: espacio, proximidad al equipo del proceso, accesibilidad,

mantenimiento y la proximidad de alimentación de energía eléctrica. En general se

debe proporcionar un lugar bien ventilado. Si la ventilación es inadecuada debe

proporcionarse una ventilación forzada. Para la instalación de estos enfriadores de

líquido debe cumplirse con todas las normas y reglamentos aplicables.

Con la finalidad de obtener la máxima capacidad, la selección de la ubicación de

instalación debe llenar los requerimientos siguientes:

1. El lugar de instalación debe estar ventilado, de tal forma que el aire pueda

circular y descargarse libremente.

2. Instalar la unidad de tal modo que la descarga del aire caliente no regrese

nuevamente hacia la unidad y/o a otras unidades.


- 88 -

3. Asegurar que no haya obstrucciones de flujo de aire al entrar o al salir de la

unidad.

4. Si no se puede garantizar una buena ventilación cuando la unidad sea

instalada en interiores, es recomendable colocar extractores de aire o

ductos, los cuales deben ser lo más cortos posibles para que el aire salga al

exterior.

5. Fijar la unidad a nivel con la base o techo a una altura de 15cm o 20 cm

para evitar una inundación y el correcto drenaje, dicha base debe ser

adecuada para soportar el peso de la unidad.

6. El área de instalación no debe ser susceptible al polvo o aceite para evitar

que el serpentín del condensador se bloquee. Como precaución general, se

recomienda que la unidad no se encuentre cerca de gases flamables.

7. Se recomienda que la unidad cuente con suficiente espacio a su alrededor

para una adecuada succión y descarga del aire y para facilitar el acceso

para los servicios de mantenimiento.

Figura 3.8 Esquema de la correcta disposición de espacio para las unidades de

enfriamiento (Fuente: Manual, Mini-Chiller, York)


- 89 -

3.12 Condiciones de Operación

Limitaciones de Trabajo de Bajas Temperaturas

Todos los enfriadores de liquido tienen limitación en cuanto a las temperaturas de

enfriamiento ya que se si se enfría agua con temperatura de evaporación del

refrigerante inferior a 32°F se congelara ocasionan do daños muy serios al

evaporador y al sistema de tubería. El daño que se provoca a un evaporador por

congelamiento no solo afecta al sistema de agua, sino que se mezcla el sistema

de refrigerante con el de agua humedad y ocasionando daños al compresor.

Condiciones de Instalación en Lugares de Bajas Temp eraturas

Si la unidad se instala en lugares donde la temperatura ambiente de invierno baja

hasta el punto de congelamiento de líquido enfriado (32°F) se debe drenar las

tuberías y evaporador oportunamente. Los protectores contra congelamiento que

lleva la unidad solamente la protegen de congelamiento por operación.

3.13 Tubería de Líquido para Enfriar

El sistema de tubería del líquido a enfriar debe ser colocado de manera que la

bomba de circulación descargue hacia el evaporador.

Para facilitar el servicio del sistema se recomienda utilizar válvulas de cierre

manual en todas las líneas. Deben proporcionarse conexiones de drenaje en todos

los puntos bajos para permitir el drenado total de la tubería del sistema y del

evaporador.

Adicionalmente se recomienda la instalación de un filtro (malla de 40 hilos) en la

conexión de entrada del líquido al evaporador. Como una ayuda al servicio, se


- 90 -

recomienda la instalación de termómetros y manómetros en las líneas de entrada

y salida de agua (o líquido a enfriar) del evaporador de placas en las unidades.

Las líneas del líquido enfriado que quedan expuestas al ambiente exterior deben

envolverse con cable calefactor suplementario y cubrirse con aislamiento para

protegerlas contra congelamientos durante los periodos de baja temperatura

ambiente y para evitar la información de condensado en los lugares de clima

cálido húmedo.

En las unidades enfriadoras de líquido debe ser instalado un interruptor de flujo

para el agua o líquido a enfriar, en la tubería de salida del enfriador, en cada uno

de los extremos del interruptor de flujo debe existir un tramo recto con una longitud

mínima equivalente a 5 diámetros de la tubería. El impulsor debe ser ajustado al

interruptor de flujo al diámetro de la tubería en la cual va a ser instalada. El

interruptor de flujo debe ser conectado a las terminales del tablero de control como

se muestra en el diagrama de alambrado (un interruptor de flujo diferencial puede

ser utilizado y los puntos de ajuste deben ser establecidos de acuerdo al flujo de

operación en la unidades). La importancia de dimensionar apropiadamente las

tuberías de enlace con el enfriador de líquido nunca debe ser subestimada una de

las causas más comunes de un rendimiento poco satisfactorio de un enfriador de

líquido es una tubería diseñada incorrectamente. Cuando se requieran colectores

para la distribución del agua, estos deberán se lo más cerca posible del punto de

aplicación. Las unidades enfriadoras de líquido comúnmente se usan para enfriar

agua en aplicaciones de acondicionamiento de aire y procesos industriales como

la inyección de plástico.

3.14 Verificación del Sub-enfriamiento y del Sobrec alentamiento

Se debe verificar el sub-enfriamiento y el sobrecalentamiento, esta es una manera

ideal para determinar si el enfriador de líquido está completamente cargado y

operando apropiadamente. El sub-enfriamiento debe revisarse antes de establecer


- 91 -

el sobrecalentamiento. La temperatura de sub-enfriamiento debe ser obtenida

tomando la temperatura de la línea de líquido a la salida del condensador y la

presión del líquido en la válvula de servicio (convirtiéndola en temperatura por

medio de una tabla presión/temperatura del refrigerante).

El sobrecalentamiento es la diferencia entre la temperatura real del gas

refrigerante del retorno entrando al compresor y la temperatura correspondiente a

la presión de succión.la temperatura de succión debe tomarse a 0.15m antes de la

válvula de servicio (succión) del compresor y la presión se toma en la válvula de

succión del compresor.

Un sobrecalentamiento menor de 4.4°C (40°F) indicar ía una sobrecarga mientras

que uno mayor a 12°F, indicaría una insuficiencia d e carga.

3.15 Sumario

Es fundamental referir las características de las funciones, lugar e infraestructura

en las cuales se desarrollara el proyecto para tener una visión de las posibles

disyuntivas las cuales se tendrán que enfrentar y resolver de manera factible.

Teniendo especificadas las dimensiones de espacio e infraestructura en las cuales

se llevara a cabo el circuito de enfriamiento, se dan una serie de propuestas para

su solución, siendo elegidas aquellas que cumplan con las especificaciones

marcadas por el cliente y satisfagan las condiciones a las que serán sometidas.

CAPÍTULO lV

DESARROLLO DEL

PROYECTO

Hewlett-Packard

Desarrollo del Proyecto

- 93 -

CAPITULO lV

DESARROLLO DEL PROYECTO

4.1 Memoria de Cálculo

Los puntos a tratar en este capítulo consisten en realizar los cálculos

correspondientes a la succión y descarga de la bomba, tren de descarga y guías

de distribución. Los cálculos correspondientes son:

• Cálculos de caudal.

• Cálculo de pérdidas por fricción.

• Cálculo y selección de diámetros de tubería.

• Cálculo de pérdidas por accesorios.

• Cálculo de velocidades.

• Cálculo y selección de la bomba.

• Cálculo y selección del motor eléctrico.

• Cálculo y selección de protecciones e interruptores eléctricos.

Para comenzar los cálculos de la red hidráulica partiremos de un sistema contra

incendio, y se trabaja de una forma muy similar a los sistemas de riego porque se

manejan presiones y caudales. El método utilizado es más rápido y eficaz ya que

en la industria se calcula un sistema como este con las tablas de pérdida de

fricción.

4.2 Normas de Instalación de Sistemas de Rociadores Contra Incendio

NFPA 13 STANDARS FOR THE INSTALLATION OF SPRINKLER SYSTEMS

La velocidad de flujo o caudal de un rociador depende del tamaño de su orificio y

de la presión residual de su alimentación de agua. El caudal se calcula a partir de

la fórmula fundamental de flujo de fluidos.

� � � √�


- 94 -

Donde:

� � ��

� � ��ó � �� ó ��

� � �� .

Varía de:

1.3 a 1.5 para un orificio de �

�”

5.3 a 5.8 para un orificio de 1

2"

13.5 a 14.5 para un orificio de

�"

Tipos de Sistemas de Rociador Automático

Un sistema anticongelante es un sistema de tubería humada que contiene

soluciones anticongelantes, para uso en áreas expuestas a la congelación. Si el

sistema está conectado al sistema de agua potable, entonces solamente se

permiten soluciones de glicerina pura o de propilen-glicol.

Un uso típico de este tipo de sistema es el hidráulico de la bomba unitaria de calo,

donde las tuberías de los rociadores se utilizan para circular el agua a través, ya

sea de serpentines del evaporador o de condensación, dependiendo del modo de

operación.


- 95 -

Figura 4.1 Perspectiva típica de entubado de sistemas de rociadores automáticos (Fuente: [VIII])

Materiales y Componentes de las Tuberías

El material de las tuberías por lo general es acero negro, con conexiones soldadas

o mecánicas. También el acero galvanizado es utilizado, pero no deberá ser

soldado, ya que la soldadura destruiría el recubrimiento galvanizado (zinc). Puede

utilizarse cobre pero es demasiado costoso.

Metodología de Diseño del Sistema

El tamaño de ramales y alimentadores verticales puede determinarse a partir de

una tabla de tuberías, suponiendo que los demás requisitos, como la presión

residual y los caudales, cumplen todos ellos con los códigos. Las tablas de


- 96 -

tuberías dan como resultado tuberías de tamaño más conservador; resultan muy

útiles para la operación preliminar y para estimación de costos.

La siguiente figura nos muestra un ejemplo de cómo vamos a realizar el cálculo de

nuestra red hidráulica basándonos en la NFPA 13 STANDARS FOR THE

INSTALLATION OF SPRINKLER SYSTEMS

Figura 4.2 Cálculo mostrado en los 9 pasos indicándose a partir del primer rociador de la

alimentación del agua (Fuente: reproducido con permiso de NFPA 13. Este material reproducido no

es la posición completa y oficial del NFPA sobre el tema de referencia que solamente puede ser

representado por la norma en su totalidad [VIII] y anexo 2)


- 97 -

4.3 Vistas de Diseño


- 98 -


- 99 -


- 100 -

4.4 Cálculo de Pérdidas de Fricción a un Sistema de Enfriadores a Moldes

para Maquinas de Inyección de Plástico

Se requiere suministrar un gasto de 3gpm a una presión de 0.5!"

#$%, a cada molde

de una máquina inyectora de plástico.

Usaremos tubería de cobre tipo L, por ser la mejor alternativa y presentar un bajo

valor de pérdidas por fricción y que además es compatible con el fluido a manejar

que es etilen-glicol o agua con glicol a una proporción de 80% al 20% para una

temperatura de entre -5°C hasta 50°C, fluido con un a densidad aproximada de

1.151 y una sg=1.151.

El diámetro de la tubería se determinará en base a las tablas del H.I.S.; para el

caudal de 3gpm.

Para un gasto de 3gpm, usaremos en las inyectoras un diámetro constante de

tubería y que de acuerdo a las tablas del H.I.S.; considerando un máximo de

pérdidas de &' ( 5%, por tramos de cada 100ft de tubería (30.48m) es de 0.82ft.

Aclaración importante:

En el caso de este sistema de tuberías de cobre, no se considerarán y

determinarán las pérdidas por fricción por envejecimiento para el cobre, ya que

este material no se deforma, altera ó tiene ninguna incrustación, además de que

su terminado en el diámetro interior no se modifica con el tiempo.

Iniciamos calculando la pérdida de fricción para la máquina inyectora número 18:

�� +��í� � �0.8� . 0.5�� 1.30� � 4.265��

&'456789:;< ��4.265�� 0.82�

100� 0.03497��


- 101 -

Tabla 4.1 Accesorios determinados por cada una de las maquinas (Fuente: ver anexos)

ACCESORIO &' CANTIDAD &'

TOTAL

Válvula de

Compuerta 0.61 1 0.61

Codos largos

90° 2 2 4

Te bifurcada 6 1 6

PERDIDAS TOTALES 10.61ft

&'45<??9@A:;A@ � �10.61�� 0.82�100 � 0.0870��

&'459BC:;<DA: � � EF

2�

&'459BC:;<DA: � �11�G1.17 ��

� HF

2 G32.2 ��FH

� 0.2338��

Siendo la &' total igual a:

&'456789:;< � 0.03497��

&'45<??9@A:;A@ � 0.08070��

&'459BC:;<DA: � 0.2338��

&'456A6<I � 0.3494��

Equivalente en PSI a:

Convertimos esta pérdida de fricción a presión.

33.9 ft ---------- 14.7psi

0.3494ft ---------- x

J � �0.3494��14.7��33.9�� 0.1515��

Entonces la presión necesaria para el enfriador número 18, será 0.5 !"#$ � 29.55��


- 102 -

��K � 29.40�� . 0.1515�� 29.55�� K � 14.70�� . 0.1515�� 14.8515��

Para el enfriador número 17, tenemos:

�� +��í� � �0.8� . 0.5� . 1.28�� 2.58� � 8.46��

&'4L6789:;< ��8.46�� 0.82�

100� 0.0693��

Las pérdidas en accesorios y enfriador son las mismas que en 18, por lo tanto:

Siendo la &' total igual a:

&'4L6789:;< � 0.0693��

&'4L<??9@A:;A@ � 0.0807��

&'4L9BC:;<DA: � 0.2338��

&'4L6A6<I � 0.3838��

Su equivalente a PSI será:

33.9 ft ---------- 14.7psi

0.3838ft ---------- x

J ��0.3838��14.7��

33.9�� 0.1664��

��M � 29.40�� . 0.1664�� 29.566��

Corregido:

��M � 14.70�� . 0.1664�� 14.8664��

La pérdida de fricción para la tubería que va de 18-17 hacia 15-16, será:

N6789:Í< � �5.67��3.28� � 18.60��

&' 6789:;< ��18.60�� 2.75�

100� 0.5115��

Su equivalente a PSI será:

33.9 ft ---------- 14.7psi

0.5115ft ---------- x

J ��0.5115��14.7��

33.9�� 0.2218��

Requerimientos:

ENFRIADOR CAUDAL

(gpm)

18 3

17 3

4.4.1 Cálculos de la Red H

PASO

TRAMO

O

SECCIÓN

DIAMETRO

DE LA

TUBERÍA

(PLGS)

1 18 1

2 17 1

3

Balanceo

de

presión

18-17

1

4 Tramo de

unión de 1 1/4


CAUDAL

PRESIÓN

NECESARIA

DE TRABAJO

(psi)

29.5514.8515

29.5514.8664

4.4.1 Cálculos de la Red H idráulica

DIAMETRO

DE LA

TUBERÍA

(PLGS)

PERDIDAS

POR

FRICCIÓN

DE

TUBERÍA

CAUDAL

(GPM)

RESUMEN

DE

PRESIONES

(PSI)

1

3

0.8425 0.3534

7.70346

1

3

0.88 6 0.38198

7.7319

1

6 15.435

4.35

10.35 15.435

1 1/4 10.35 15.435

0.1525 0.581 0.2759


- 103 -

RESUMEN

DE

PRESIONES

(PSI)

BALANCEO

DE

PRESIONES

Z

7.35

K=1.06

0.3534

7.70346

7.35

0.38198

7.7319

15.435

Q=4.35 gpm

15.435

15.435 Q=0.5810

gpm 0.2759


- 104 -

17-18 a

16-15 10.931 15.7109

5 16 1

10.931 15.7109

0.8425 3 7.70346

13.931 23.4143

6 15 1

13.931 23.4143

0.88 3 7.7319

16.931 31.1462

7

Tramo de

unión de

16-15 a

14-13

1 1/2

16.931 31.1462

0.4111 6.19 0.17826

23.121 31.3244

8 14 1

23.121 31.3244

0.8425 3 7.7034

26.121 39.0278

9 13 1

26.121 39.0278

0.88 3 7.7319

29.121 46.759

10

Tramo de

unión de

14-13 a

12-11

2

29.121 46.759

0.3739 7.575 0.1621

36.696 46.9211

11 12 1

36.696 46.9211

0.8425 3 7.7034

39.696 54.6245

12 11 1 39.696 54.6245


- 105 -

0.88 3 7.7319

42.696 62.3564

13

Tramo de

unión de

12-11 a

10-9

2

42.696 62.3564

0.625 8.752 0.271

51.448 62.6274

14 10 1

51.448 62.6274

0.8425 3 7.7034

54.448 70.3308

15 9 1

54.448 70.3308

0.88 3 7.7319

57.448 78.0627

16

Tramo de

unión de

10-9 a 8-

7

2 1/2

57.448 78.0627

0.4576 9.784 0.19843

67.232 78.26113

17 8 1

67.232 78.2613

0.8425 3 7.7034

70.232 85.9647

18 7 1

70.232 85.9647

0.88 3 7.7319

73.232 93.6966

19

Tramo de

unión de

8-7 a 6-5

2 1/2

73.232 96.6966

0.6027 10.72 0.26135

83.952 93.9579

20 6 1 83.952 93.9579


- 106 -

0.8425 3 7.7034

83.504 101.6613

21 5 1

83.504 101.6613

0.88 3 7.7319

86.504 109.3932

22

Tramo de

unión de

6-5 a 4-3

3

86.504 109.3932

0.4018 11.576 0.1742

98.528 109.5674

23 4 1 1/4

98.528 109.5674

0.8425 3 7.7034

101.528 117.2708

24 3 1 1/4

101.528 117.2708

0.88 3 7.7319

104.528 125

25

Tramo de

unión de

4-3 a 2-1

3

104.528 125

0.5766 12.37 0.25

116.898 125.25

26 2 1 1/4

116.898 125.25

0.8425 3 7.7034

119.898 132.9534

27 1 1 1/4

119.898 132.9534

0.88 3 7.7319

122.898 140.6853

28 Final

sección A 3

324.43 122.898 140.6453


- 107 -

29

Tramo de

unión A

hacia B

3 1/2

324.4 122.898 140.6853

1.3

325.7 122.898 140.685

30 Sección A

325.7 122.898 140.685

31 Sección B

324.43 122.898 140.685

32

Balanceo

de

sección a-

B

325.7 122.898 140.685

324.4 122.898 140.685

650.1 245.796 281.37

4.5 Pérdidas en Tramo de Tubería de la Salida de la Bomba a la Entrada del

Ramal hacia las Máquinas

300 � � �+� � ��+�� N

� � 282��

�300 ��3.28� � 984 ��

Tomando en cuenta que la tubería es de cobre tipo L y que tenemos un

� � 282�� obtenemos de tablas 4.30 hf/100, para una pérdida menor al 5%,

tenemos:

&'6 � �984��O4.30&'P100 � 42.31 ��

&'Q � 650.1 . 42.31 � 692.41��


- 108 -

4.6 Selección de la Bomba

Figura 4.4 Bomba tipo BB2 del API-610. Mezcla agua-glicol (Fuente: [VIII] y anexo 2)

Bomba marca BIMSA modelo 1312 están diseñadas para trabajos pesados, altas

presiones y aplicación de alta temperatura en la industria.

Están en cumplimiento total con el API-610, es una bomba horizontal de carcasa

de corte radial y montaje línea de centros, de impulsores entre rodamientos.

Los impulsores son del tipo cerrado, asegurados individualmente por medio de

cuñas, balanceados dinámicamente, arreglo de impulsores opuestos para el

balanceo de cargas axiales para mejor vida de los rodamientos y sellos

mecánicos.

VENTAJAS.

1. Diseño de flecha robusta

● Mínima deflexión de la flecha y máxima duración en la vida útil de la

misma.


- 109 -

● Alta capacidad de potencia.

● Prolonga la vida de los sellos mecánicos.

● Prolonga la vida de los rodamientos o chumaceras.

2. Carcasa de corte radial

● Mejor sellado de las juntas manejando hidrocarburos calientes.

● Facilidad para el mantenimiento

● Fácil alineamiento en el ensamblado.

● Previene los des alineamientos laterales.

3. Arreglo de impulsores opuestos

● Balanceo hidráulico, no tienen problemas de empujes axiales en

rodamientos o chumaceras.

● Prolonga la vida en los rodamientos.

● Prolonga la vida de sellos mecánicos.

4. Manejo de fluidos a altas temperaturas.

5. Manejo de altas presiones.

Equipo a Suministrar.

El equipo de bombeo está integrado por una bomba centrifuga horizontal del tipo

BB2 del API-610, modelo 1312, tamaño 2x3x11J 2 pasos, convierta de succión de

3” diámetro de 300# cara realzada y brida de descarga de 2” diámetro de 300#

cara realzada, la brida tendrá un sentido de giro CCW visto del lado cople, contará

con los accesorios: válvulas, bridas, mangueras, etc.


- 110 -

Condiciones de Operación.

Fluido agua 80% + glicol 20%

Presión Diferencial 281.37 psi

Carga Dinámica Total 650 pies

Caudal 282gpm

Comportamiento de la Bomba.

Numero de Curva Propuesta 2x11J-DA

Velocidad de Rotación Real 3550 rpm

NPSH Requerido 9.3 pies

BHP en el Punto de Operación 73.47 HP

Carga Dinámica Total 650 pies

Flujo Mínimo Continuo 100 gpm

Eficiencia en el Punto de Operación 63%

Diseño y Comportamiento de la Bomba.

El equipo de bombeo está diseñado para satisfacer lo siguiente:

● Diseño mecánico de bomba: API-610.

● La eficiencia de la bomba es de 63% en el punto nominal.

● La velocidad de la bomba es de 3550 rpm.

Construcción de la Bomba y Materiales.

Bomba centrifuga horizontal 1312, tamaño 2x3x11J/2 pasos, para manejo de

mezcla agua-glicol, con capacidad de 282 gpm y una carga dinámica total de 650

pies a 3550 rpm, carcasa de acero al carbón, WCB bridada, impulsores tipo


- 111 -

cerrado en acero de 12% cromo ASTM A-217 Gr.CA15, flecha en acero 4140

ASTM A-434CL. BB, anillos de desgaste de impulsores en acero 12% cromo

ASTM A-473 T.416, camisa de flecha en SS*316L, los impulsores serán

asegurados a la flecha mediante cuñero.

Sello mecánico API-692 marca John Crane o Burgmann código de sello BSTFN,

con planes de lubricación de acuerdo a API No. 1 y 61.

Acoplamiento mediante cople flexible marca Metastream, con guardacople

antichispas de aluminio.


- 112 -

Figura 4.5 Bomba: 2X3X11J/2 pasos (Fuente: [VIII] y anexo 2)


- 113 -

Características del Motor.

Motor eléctrico horizontal, totalmente cerrado, enfriado por ventilador exterior y

con aislamiento “F”, diseño nema B de inducción rotor jaula de ardilla, 100hp, 3600

rpm, 3 fases, 60Hz, 460 volts, armazón 405TS, peso aproximado 591 kg.

Patin.

Base, totalmente construida en acero estructural ASTM-36 con blocks y tornillos

de nivelación para maniobras de instalación del equipo, se instalaran anillos de

izaje para las maniobras propias del equipo.

Pruebas.

● Las pruebas hidrostáticas y de comportamiento son atestiguadas de

acuerdo al API-610.

● Se les entregara por escrito de las pruebas citadas.

4.6.1Selección del Motor Eléctrico

Tamaño de la bomba: 2X3X11J/2 pasos.

CALCULO DEL BHP

BHP=RSTSUV.9WX.

YZ[S\]

^_�BA` � 282a�bJ650�cdeJ1.03960J0.63 � 73.47 _�

^_�̀ <f � 400a�bJ500�cdeJ1.03960J0.59 � 85.6 _�


- 114 -

Para la selección del motor la potencia en el punto de operación debe multiplicarse

por el factor de 1.10 que marca el párrafo 6.1.3 del API-610 y con esto seleccionar

la potencia del motor eléctrico:

^_�̀ A6A: � 73.47_�g1.10 � 80.817 _�

Figura 4.6 Motor Eléctrico de 100HP, a Polos con F.S de 1.15 (Fuente: [VIII] y anexo 2)


- 115 -

4.7 Sumario

Tomando en cuenta el análisis, cálculo y control eléctrico de la red hidráulica con

los materiales, accesorios y controles descritos a lo largo de este capítulo, se

establece que esta alternativa es el más factible y eficiente para el correcto

funcionamiento y desempeño del sistema.

Estos materiales, accesorios y controles deberán ser utilizados para las

condiciones descritas y/o alguno similar que cumpla con las características de los

mismos.

CAPÍTULO V

COSTO - BENEFICIO


Hewlett-Packard

Costo - Beneficio

- 117 -

CAPITULO V

COSTO BENEFICIO

5.1 Análisis de Costos

Para poder establecer los costos del proyecto realizado, es necesario tener en

cuenta los siguientes conceptos:

Costo.- Es una erogación monetaria que se recupera con beneficios, y una

cantidad que se da o se paga por una cosa.

Proyecto.- Es la búsqueda de una solución inteligente al planteamiento de un

problema tendente a resolver.

Inversión.- Gasto o colocación de caudales en aplicaciones productivas. Compra

de un activo por un individuo o sociedad.

Proyecto de inversión.- Se puede describir como un plan que, si se le asigna

determinado monto de capital y se le proporcionan insumos de varios tipos, podría

producir un bien o un servicio útil al ser humano o la sociedad en general. Además

de otros conceptos como son los costos, costos directos e indirectos, los cuales

iremos describiendo en el transcurso del capítulo.

Ahora bien, los proyectos se clasifican de diferente criterio:

● Según su carácter.

● Según su naturaleza.

● Según su relación con otros proyectos

● Según su actividad o giro

Costo - Beneficio

- 118 -

Dentro de la clasificación de según su naturaleza, existe uno que es de

crecimiento, que son inversiones que buscan hacer crecer en una misma rama de

negocios.

Podemos decir que el nuestro cumple con todos los requisitos para que tenga el

nombre de proyecto y de esta manera poder hacer el estudio o la evaluación

correspondiente de los costos de ingeniería para poder decir al final del mismo

capítulo si el proyecto es viable o no. La viabilidad de un proyecto obedece a

estimar las ventajas y desventajas de asignar recursos a su realización,

asegurando así la mayor productividad de los recursos.

La evaluación de un proyecto de inversión, cualquiera que ésta sea, tiene por

objeto conocer su rentabilidad económica y social, de tal manera que asegure

resolver una necesidad humana en forma eficiente, segura y rentable. El estudio

del proyecto pretende contestar el interrogante de si es o no conveniente realizar

la inversión. Esta recomendación sólo será posible si se dispone de todos los

elementos necesarios para tomar la decisión.

En términos generales la evaluación del proyecto se divide en 3 estudios que son:

● Viabilidad comercial. Indicará si el mercado es o no sensible al bien o

servicio producido por el proyecto y la aceptabilidad que tendría en

consumo o uso.

● Viabilidad técnica. Estudia las posibilidades materiales, físicas y químicas,

condiciones y alternativas de producir el bien o servicio que se desea

generar con el proyecto.

● Viabilidad financiera. Determina, en último término su aprobación o

rechazo.

Para poder determinar el rechazo o aprobación del mismo se tendrán que hacer

los cálculos financieros necesarios de los elementos que conforman el sistema de

Costo - Beneficio

- 119 -

enfriamiento. Para la realización de este proyecto se utilizarán los siguientes

elementos:

● Tubería de cobre tipo L.

● Accesorios.

● Bomba.

● Control eléctrico.

Al tratarse de un diseño nuevo, se debe tomar en cuenta algunos aspectos para

los costos de ingeniería como son:

● Costos de diseño de ingeniería.

● Dibujos de ingeniería.

● Costos de instalación.

● Mantenimiento del equipo.

5.2 Costos

La estimación de costos será para la producción de 2 meses, teniendo en cuenta

que para la siguiente producción solo se invertirán costos variables, es decir todos

aquellos que se generen para una mayor producción exceptuando la red

hidráulica, el cual solo implica el gasto de una inversión inicial.

De acuerdo a las cotizaciones realizadas en el mercado actual, se presentan las

siguientes tablas de precios de los materiales a utilizar.

Costo de Tuberías

Este costo es por la alimentación de las secciones A y B de las máquinas por lo

que el costo de inyección y succión de las dos secciones de las máquinas es el

siguiente:

Costo - Beneficio

- 120 -

Tabla 5.1 Tuberia de cobre (Fuente: ver anexos)

TUBERÍA DE COBRE

TUBERÍA CANTIDAD

REQUERIDA (m)

PRECIO

UNITARIO (m) COSTO TOTAL

Tubería de Cobre

Tipo L 1” 31 $146.46 $4,540.00

Tubería de Cobre

Tipo L 1 ¼” 6 $178.70 $1,072.20

Tubería de Cobre

Tipo L 1 ½” 6 $316.72 $1,900.32

Tubería de Cobre

Tipo L 2” 11 $497.00 $5,470.49

Tubería de Cobre

Tipo L 2 ½” 11 $750.45 $8,254.95

Tubería de Cobre

Tipo L 3” 34 $854.33 $29047.22

$50,285.18

TOTAL $100,570.36

TUBERIA DE COBRE

TUBERÍA CANTIDAD

REQUERIDA (m)

PRECIO

UNITARIO (m) COSTO

Tubería de cobre 3 ½” 124 $930.00 $115,320.00

TOTAL $230,640.00

Costo - Beneficio

- 121 -

Tabla 5.2 Accesorios (Fuente: ver anexos)

ACCESORIOS DE COBRE

ACCESORIO PIEZAS COSTO

UNITARIO COSTO TOTAL

Tee Reducida 1 ¼” – 1” 12 $124.90 $1,498.80

Tee Reducida 1 ½” – 1” 8 $124.90 $999.20

Tee Reducida 2” – 1” 16 $194.00 $3,104.40

Tee Reducida 2 ½” – 1” 8 $254.60 $2,036.80

Tee Reducida 3” – 1” 24 $360.00 $8,640.00

Codo 90° 40 $37.00 $1,480.00

Válvula Globo 72 $270 $37,119.00

TOTAL $54,878.20

Tabla 5.3 Accesorios Cédula 40 (Fuente: ver anexos)

ACCESORIOS DE ACERO



Codo 45° 3 ½” 4 $175.20 $700.80

Codo 90° 3 ½” 20 $175.20 $3,504.00

Válvula Mariposa 3 ½” 2 $1,237.00 $2,474.00

Válvula de Compuerta 3 ½” 4 $1,237.00 $4,948.00

Válvula Solenoide 3 ½” 2 $1,720.00 $3,440.00

Manometro 36 $450.00 $16,200.00

TOTAL $31,266.80

Costo - Beneficio

- 122 -

Tabla 5.4 Equipo de Bombeo (Fuente: ver anexos)

EQUIPO DE BOMBEO



BOMBA 2 $ 375,756.00 $ 751,512.00

TINACO 1 $ 1,912.00 $ 1,912.00

ELECTRONIVEL 2 $ 175.00 $ 350.00

TOTAL $ 753,774.00

La bomba incluye el motor eléctrico, sello mecánico, mangueras antivibratorias,

válvula check, etc. El tinaco incluye los accesorios necesarios para su instalación.

Tabla 5.5 Control Eléctrico (Fuente: ver anexos)

CONTROL ELECTRICO


UNITARIO

COSTO

TOTAL

TEMPORIZADOR 1 $ 1,000.00 $ 1,000.00

INTERRUPTOR TERMOMAGNETICO 1 $ 19,000.00 $ 19,000.00

CONTACTOR 1 $ 17,000.00 $ 17,000.00

CABLE DIFERENTES CALIBRES 5 $ 1,000.00 $ 5,000.00

TOTAL $ 42,000.00

Se cobrará $5,000.00 por material misceláneo, que incluye: soldadura, gas para

soldar, cinta teflo, cinta de aislar, etc.

Costo - Beneficio

- 123 -

Tabla 5.6 Materiales (Fuente: ver anexos)

MATERIALES

MATERIAL COSTO

Tubería de Cobre $ 100,570.36

Tubería de Cobre $ 230,640.00

Accesorios de Cobre $ 54,878.20

Accesorios de Acero $ 31,266.80

Equipo de Bombeo $ 753,774.00

Control Eléctrico $ 42,000.00

Misceláneos $ 5,000.00

COSTO TOTAL $ 1,218,129.36

Dentro de los dibujos hechos en computadora, en los que se tendrán todas las

especificaciones del proyecto, se ha utilizado el software de diseño Autocad y

Solids Works.

Teniendo el total de la inversión estimada que se hará en el sistema hidráulico,

obtenemos el costo total del proyecto.

Tabla 5.7 Proyecto total.

COSTO TOTAL DEL PROYECTO

Costo Total de Materiales $ 1,218,129.36

Costo de Ingeniería $ 40,000.00

TOTAL $ 1,757,858.36

Costo - Beneficio

- 124 -

5.3 Ganancias

Serán las totales de nueve meses de producción. Para obtener la ganancia total

de producción, es importante saber la cantidad estimada de taparroscas que se

producen.

Las ganancias estimadas serán:

GANANCIAS CANTIDAD COSTO COSTO

TOTAL

Taparroscas 500,000 $0.40 $200,000.00

5.4 Punto de Equilibrio

Se deben identificar los diferentes costos y gastos que intervienen en el proceso

productivo. Para operar adecuadamente el punto de equilibrio es necesario

comenzar por conocer que el costo se relaciona con el volumen de producción y

que el gasto guarda una estrecha relación con las ventas.

Tantos costos como gastos pueden ser fijos o variables. El punto de equilibrio

sirve para determinar el volumen mínimo de ventas que la empresa debe realizar

para no perder, ni ganar.

En el punto de equilibrio de un negocio las ventas son iguales a los costos y los

gastos, al aumentar el nivel de ventas se obtiene utilidad, y al bajar se produce

pérdida.

Se deben clasificar los costos:

● Costos fijos: Son los que causan en forma invariable con cualquier nivel

de ventas.

Costo - Beneficio

- 125 -

● Costos variables: Son los que se realizan proporcionalmente con el nivel

de ventas de una empresa.

Para poder calcular el punto de equilibrio, se establecen los costos variables a

aquellos que se generen a lo largo de un año de producción, es decir el excedente

de costos, los cuales son: mantenimiento, pago de energía eléctrica, agua,

personal y compra de materia prima.

También se deberán tomar en cuenta las ganancias obtenidas durante un año de

producción.

�. �. ��

1 ��

��

�. �. �$ 1,757,858.36

1 �$40,500

$2,400,000

� $1,778,031.39

�. �. � $1,778,031.39

El resultado obtenido se interpreta como las ventas necesarias para que el

proyecto opere sin pérdidas ni ganancias.

Conclusiones

- 126 -

CONCLUSIONES

El presente proyecto permitió analizar las distintas problemáticas que se presentan

muy frecuentemente en sistemas de bombeo (caída de presión por rozamiento,

caudales volumétricos bajos, baja eficiencia y alto consumo de energía eléctrica

en el equipo de bombeo), así mismo proponer alternativas que lleven a su solución

de la manera más adecuada y buscando el mayor aprovechamiento que se pueda

ofrecer, los resultados arrojaron un consumo eficiente de agua, energía eléctrica, y

aumento de producción con lo cual se satisfacen ampliamente los requerimientos

técnicos estipulados por el cliente.

El estudio económico indica que el proyecto es sustentable, ya que las ventas de

nueve meses serán suficientes para cubrir los costos generados en ese periodo

(costos totales del proyecto y costos de operación), los gastos derivados de

mantenimiento y otros materiales no implican inversiones grandes ni tampoco

trabajos de alta ingeniería por que el diseño fue dirigido a un uso práctico (uso de

controles eléctricos de paro y arranque de la bomba) y facilitar su operación

(implementación de materiales comerciales de fácil manejo y económica

adquisición).

Las ganancias estimadas pretenden superar un 95% a las obtenidas en años

anteriores, la resistencia de los materiales darán un tiempo largo de vida al

sistema siempre y cuando se tenga un uso adecuado de ellos.

Las alternativas de sistemas eficientes y controlados resuelven las carencias que

tienen las prácticas de producción tradicionales, se obtienen más ganancias a

menor costo.

Bibliografía

- 127 -

BIBLIOGRAFÍA

● Mecánica de Fluidos, Sexta Edición, Robert L. Mott, Editorial Pearson.

● Mecánica de Fluidos y Maquinas Hidráulica, segunda edición, Claudio

Mataix, Ediciones del Castillo S.A.

● Flujo de Fluidos en Válvulas, Accesorios y Tuberías, CRANE, McGraw-Hill.

● Bombas, Selección Uso y Mantenimiento, Kenneth J; McGraw-Hill.

● Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Ronald R. Askeland, Tercera

edición, International, Thomson Editores.

● Sistemas de Bombeo, Características Y Dimensionamiento, J. W. J. de

Wekker V.

● Manual, Mini-Chiller, York

● Revista Investigación y Ciencia, N.° 228, Septiemb re de 1995

● Enciclopedia Encarta® 1998, Microsoft® Corporation

● Diccionario Enciclopédico Salvat®.

● Informe de Salubridad y Reciclaje, Marzo de 1998.

Consultas Electrónicas:

● [l] http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Dimensiones_husillos_comunes.png

● [ll] http://es.wikipedia.org/wiki/polioleofina

● [lll] http://www.monografias.com/trabajos19/gestion-procesos

● [IV] http://www.es.wikipedia.org./wiki/moldeo_por_inyeccion

● [V] http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Molde_inyeccion_prefabrica do.png

● [VI] http://docencia.udea.edu.co/ingenieria/moldes_inyeccion/unidad_2/proc

eso_inyeccion.html

● [VII] http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Flujo_en_la_cavidad_del_molde.

png

● [VIII] http://secoi-ltda.com/NFPA%2013.htm

Glosario

128

GLOSARIO

Anisótropo (opuesta de isotropía) es la propiedad general de la materia según la

cual determinadas propiedades físicas, tales como: elasticidad, temperatura,

conductividad, velocidad de propagación de la luz, etc. varían según la dirección

en que son examinadas.

Bebederos tubo fijado a un molde para fundición que forma un canal por el que se

vierte el metal fundido; una vez finalizado el proceso se corta.

Cavitación (o aspiración) en vacío es un efecto hidrodinámico que se produce

cuando el agua o cualquier otro fluido en estado líquido pasa a gran velocidad por

una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido debido a la

conservación de la constante de Bernoulli.

Celuloide es el nombre comercial del material plástico nitrato de celulosa, que se

obtiene usando nitrocelulosa y alcanfor.

Corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque

electroquímico por su entorno. De manera más general, puede entenderse como

la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma más estable o de

menor energía interna.

Opacidad no deja pasar luz en proporción apreciable. Es una propiedad óptica de

la materia, que tiene diversos grados y propiedades.

PLC dispositivo electrónico muy usado en automatización industrial. Un PLC

controla la lógica de funcionamiento de maquinas, plantas y procesos industriales,

procesan y reciben señales digitales y analógicas y pueden aplicar estrategias de

control.

PMMA dentro de los plásticos de ingeniería podemos encontrarlo como

Polimetilmetacrilato, también conocido por sus siglas PMMA.

Viscoelásticos es un tipo de comportamiento reológico que presentan ciertos

materiales que exhiben tanto propiedades viscosas como propiedades elásticas

cuando se deforman.

ANEXOS

1. NATURAL FIRE CODES. QUINCY, MA: NATIONAL FIRE PROTECTION

ASSOCIATION, 1993

2. NFPA 13 STANDARS FOR THE INSTALLATION OF SPRINKLER

SYSTEMS NORAMS DE INSTALACION DE SISTEMAS DE ROCIADORES

CONTRA INCENDIO

3. PLUMBING/HEATING HANDBOOK

NATURAL FIRE CODES. QUINCY, MA: NATIONAL FIRE PROTECTION

ASSOCIATION, 1993



CONTRA INCENDIO

PLUMBING/HEATING HANDBOOK

Anexos

- 129 -

NATURAL FIRE CODES. QUINCY, MA: NATIONAL FIRE PROTECTION



Anexos

- 130 -

Anexos

- 131 -

Anexos

- 132 -

Anexos

- 133 -

Anexos

- 134 -

Anexos

- 135 -

Anexos

- 136 -

Interruptor termomagnético, 3 polos, 300 amp, 460 volts.

Unidadesdoras

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

Planta

Acceso II, Calle 2 No. 48Parque Industrial Benito JuárezQuerétaro, Qro. C.P. 76120Tel: (01 442) 296 4500Fax: (01 442) 217 0616Tel sin costo 01 800 926 20 46

Monterrey

Torre Alestra, Piso 3 HQAv. Lázaro Cárdenas 2321 PonienteCol. Residencial San AgustínC.P. 66260 San Pedro Garza García, Nuevo LeónTel: (01 81) 1001 7032Fax: (01 81) 1001 7001

www.bohn.com.mx

Culiacán, Sinaloa.

Río Petatlán # 885Col. RosalesCuliacán, SinaloaC.P. 80230Tel: (01 667) 752-0700Fax: (01 667) 752-0701Cel: (01 667) 791-5336

Tijuana

Camino del Rey Oeste # 5459-2Privada Capri # 2Residencial Colinas del ReyTijuana BC, C.P. 22170Tel: (01 664) 900 3830Fax: (01 664) 900 3845Cel: (01 664) 674 1677Nextel 152*1315271*1

Guadalajara

Av. Moctezuma 3515Esq. López Mateos SurLocal MezanineC.P.45050Guadalajara, Jal.Tel: (01 33) 388 01214Fax: (01 33) 3678 9123

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

previamente se les ha vendido.

e-mail: [email protected]ín CHLLRS-01Marzo, 2006BCT-067

Chillers

Modulares

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


Kcal/h

Entrada deEnergía

W


Kcal/h

Temperaturade salidade agua Entrada de

EnergíaW


Kcal/h

Entrada deEnergía

W


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.

25 30 35 40 43

Unit PWR Unit PWR Unit PWR Unit PWR Unit PWR

MBMAC Temp.de salidadel agua

Unidad Tamaño

(oC) KW kWi KW kWi KW kWi KW kWi KW kWi

4 56.3 18.7 53.8 19.9 51.0 20.9 48.6 22.2 47.6 22.6

5 58.0 19.0 55.4 20.1 52.8 21.3 49.8 22.5 48.9 22.9

6 59.8 19.3 57.1 20.5 54.3 21.7 51.5 23.1 50.4 23.2

7 61.4 19.6 57.7 20.9 56.0 22.0 53.2 23.4 52.0 23.5

8 63.3 20.0 58.8 21.2 57.7 22.3 54.6 23.6 53.3 23.9

MBMAC-160A

MBMAC-210A

9 65.0 20.2 62.2 21.4 59.1 22.7 56.2 24.0 55.2 24.0

4 70.35 20.82 67.2 22.1 63.84 23.37 60.62 24.72 59.43 25.21

5 72.45 21.19 69.3 22.44 66.01 23.76 62.37 25.04 61.11 25.53

6 74.76 21.46 71.4 22.81 67.9 24.21 64.4 25.26 63 25.8

7 76.86 21.85 74.13 23.25 70.0 24.5 66.43 26.02 65.03 26.24

8 79.1 22.27 75.6 23.57 72.1 24.79 68.18 26.26 66.71 26.66

9 81.2 22.52 77.7 23.84 74.06 25.23 72.8 26.46 68.74 26.73

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

Acero inoxidable

Intercambiador de calor d placas

Impulsor Axial/Directo

Aluminio

Acero Galvanizado

Número Circuitos (refrigerante)

Dispositivo de protecciónNo. de Compresores

2 2

R-22 lbs (kg) 208-230v 6.55x2 / 460v 6.15x2 208-230v 7.5x2 / 460v 7.6x2

LxWxH 72x39.5x70 81x45x86.5

LxWxH, mm 1820x1000x1785 2056x1140x2193 1410 (640) 1650 (750)

1367 (620) 1610 (730)

COMPRESORESScroll

2 2

CONDENSADOR2 2 1 1

3/8 (9.52) 3/8 (9.52) sq.ft (m2 ) 29.0 (2.7) 37.7 (3.5)

14 x 3 16 x 3 0.0043 (0.11)

Tipo, AcoplamientoNúmero de aspas

Material de aspasFlujo de aire, 60 Hz, cfm (l/s)

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

Diámetro de aspas, pulg. (mm.)2 2

28 (711)

14,120 (6670) 14,120 (6670)

EVAPORADOR

2 2 0.24 (0.9) 0.53 (2.0) 450 (3103) 450 (3103) 350 (2413) 350 (2413)

41 (125) 24 (72)

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

Planta

Acceso II, Calle 2 No. 48Parque Industrial Benito JuárezQuerétaro, Qro. C.P. 76120Tel: (01 442) 296 4500Fax: (01 442) 217 0616Tel sin costo 01 800 926 20 46

Monterrey

Torre Alestra, Piso 3 HQAv. Lázaro Cárdenas 2321 PonienteCol. Residencial San AgustínC.P. 66260 San Pedro Garza García,Nuevo LeónTel: (01 81) 1001 7032Fax: (01 81) 1001 7001

www.bohn.com.mx

Culiacán, Sinaloa.

Río Petatlán # 885Col. RosalesCuliacán, SinaloaC.P. 80230Tel: (01 667) 752-0700Fax: (01 667) 752-0701Cel: (01 667) 791-5336

Tijuana

Camino del Rey Oeste # 5459-2Privada Capri # 2Residencial Colinas del ReyTijuana BC, C.P. 22170Tel: (01 664) 900 3830Fax: (01 664) 900 3845Cel: (01 664) 674 1677Nextel 152*1315271*1

Guadalajara

Av. Moctezuma 3515Esq. López Mateos SurLocal MezanineC.P.45050Guadalajara, Jal.Tel: (01 33) 388 01214Fax: (01 33) 3678 9123

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

previamente se les ha vendido.

e-mail: [email protected]ín CHLLRS-01Mayo , 2007BCT-067

6

BOHN DE MEXICO S.A. DE C.V.

Propiedades

Aplicaciones

Técnicas de Soldadura

INTRODUCCION ........................................... 2

El descubrimiento del cobre .................................. 2

El cobre perdura .................................................... 2

El cobre hoy en día ................................................ 2

TUBERIA DE COBREI. TUBOS ESTANDAR .......................................4

Tipos de tubos de cobre ........................................... 4

Propiedades ............................................................. 4

Identificación del tubo de cobre .............................. 4

II. SELECCION DEL TUBO CORRECTO ...................5

Ventajas del tubo de cobre....................................... 5

Recomendaciones para las aplicaciones ................. 6

III. DATOS DE DISEÑO E INSTALACION..................7

Dimensionamiento de sistemas de presión ............. 7

Valores nominales de presión/resistencia al

reventamiento .......................................................... 9

Sistemas de calefacción......................................... 10

Sistemas de descongelamiento de nieve ............... 11

Sistemas de tubería de gas medicinal no

combustible ........................................................... 11

Sistemas de riego y aspersión agrícola ................. 12

Sistemas de energía solar ...................................... 13

Consideraciones generales .................................... 13

TRABAJAR CON TUBOS DECOBREIV. DOBLADO .............................................. 18

Consideraciones generales .................................... 18

V. ENSAMBLADO.......................................... 19

Introducción........................................................... 19

Conexiones ............................................................ 19

Soldaduras ............................................................. 19

Fundentes ............................................................... 20

VI. JUNTAS SOLDADAS .................................. 21

Introducción........................................................... 21

Medición y corte ................................................... 21

Escariado ............................................................... 21

Limpieza ................................................................ 22

Aplicación del fundente ........................................ 22

Ensamble y soporte ............................................... 23

Calentamiento ........................................................ 23

Aplicación de soldadura ........................................ 24

Enfriar y limpiar .................................................... 25

Pruebas .................................................................. 25

VII. JUNTAS SOLDADAS CON PLATA .................. 26

Introducción........................................................... 26

Metales de relleno ................................................. 26

Fundentes ............................................................... 27

Ensamble ............................................................... 27

Aplicación de calor y soldadura ............................ 27

Juntas horizontales y verticales ............................. 28

Remoción de residuos ........................................... 28

Sugerencias generales ........................................... 28

Pruebas .................................................................. 28

ANEXO. SOLDADURAS CON ESTAÑO Y CON PLATA . 29

Introducción........................................................... 29

Purgado .................................................................. 29

Información general .............................................. 30

DATOS TECNICOSTabla de conversiones ............................................ 32

Tablas 1-11 ....................................................... 32-40

INDICE

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

AJAR

CO

N T

UBO

S D

E CO

BRE

TUB

ERIA

DE

CO

BR

ED

ATO

S T

ECN

ICO

S

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

5

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.


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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


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


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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.


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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

BER

IA D

E C

OB

RE


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-

das)

L= 1 3E 1/2

(doe)1/2

12 P( )

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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

10 0.165 0.330 0.495 0.660 0.850 0.990 1.115 1.320 1.485 1.650

20 0.330 0.660 0.990 1.320 1.650 1.980 2.310 2.640 2.970 3.300

30 0.495 0.990 1.485 1.980 2.475 2.970 3.465 3.960 4.455 4.950

40 0.660 1.320 1.980 2.640 3.300 3.960 4.620 5.280 5.940 6.600

50 0.825 1.650 2.475 3.300 4.125 4.950 5.775 6.600 7.425 8.250

60 0.990 1.980 2.970 3.960 4.950 5.940 6.930 7.920 8.910 9.900

70 1.155 2.310 3.465 4.620 5.775 6.930 8.085 9.240 10.395 11.550

80 1.320 2.640 3.960 5.280 6.600 7.920 9.240 10.560 11.880 13.200

90 1.485 2.970 4.455 5.940 7.425 8.910 10.395 11.880 13.365 14.850

100 1.650 3.300 4.950 6.600 8.250 9.900 11.500 13.200 14.850 16.500

Longitud del tramo en metros∆ºC

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


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

TUB

ERIA

DE

CO

BR

E

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.


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S

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

20

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

22

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

24

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

25

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.

TRAB

AJAR

CO

N T

UBO

S D

E CO

BRE

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

1,100°C 2000°F

815°C 1500°F

540°C 1000°F

260°C 500°F

RANGO DE FUSION1981, Cobre

1810-1880 Latón Rojo

1660-1710, Latón Amarillo

TEMPERATURA DE FUSION1350-1550 BCuP-2 Cobre Fosforado1300-1550 BCuP-3 Cobre Fosforado1300-1450 BCuP-4 Cobre Fosforado1300-1500 BCuP-5 Cobre Fosforado1145-1400 BAg-1 Plata1295-1550 BAg-2 Plata1370-1550 BAg-5 Plata1205-1400 BAg-7 Plata

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


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

27

TRAB

AJAR

CO

N T

UBO

S D

E CO

BRE

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.


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:

TRAB

AJAR

CO

N T

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BRE

ANEXO. SOLDADURAS CON ESTAÑO Y CON PLATA

Foto 14. Herramienta de resistencia eléctrica

30

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

TRAB

AJAR

CO

N T

UBO

S D

E CO

BRE

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

3/8” 0.500” 0.449” 0.429” 0.401” 0.025” 0.035” 0.049” 2.903 lb 3.965 lb 6.890 lb 4,500 lb/pulg2 6,300 lb/pulg2 7,056 lb/pulg2





19 mm 22.225 mm 20.601 mm 19.939 mm 18.923 mm 0.812 mm 1.143 mm 1.651 mm 2.981 kg 4.136 kg 7.627 kg 231.35 kg/cm2 325.62 kg/cm2 209.00 kg/cm2

1” 1.125” 1.054” 1.024” 0.994” 0.035” 0.050” 0.065” 9.310 lb 13.114 lb 20.824 lb 2,800 lb/pulg2 4,000 lb/pulg2 4,260 lb/pulg2






2” 2.125” 2.016” 1.984” 0.058” 0.070” 29.233 lb 35.042 lb 2,470 lb/pulg2 2,965 lb/pulg2

51 mm 53.975 mm 51.029 mm 50.419 mm 1.473 mm 1.778 mm 13.272 kg 15.909 kg 173.65 kg/cm2 208.43 kg/cm2

21/2” 2.625” 2.494” 2.464” 0.065” 0.080” 40.647 lb 49.658 lb 2,228 lb/pulg2 2,742 lb/pulg2






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 mm kg/cm2 Ibs/pulg2 kg/m1/8 3,18 0.76 250 3,554 0.0513/16 4,76 0.76 154 2,198 0.0851/4 6,35 0.76 112 1,589 0.1195/16 7,94 0.81 94 1,334 0.1623/8 9,53 0.81 77 1,095 0.1981/2 12,70 0.81 57 807 0.2705/8 15,90 0.89 49 704 0.3743/4 19,10 1.07 50 704 0.5407/8 22,22 1.14 45 642 0.673

33

DAT

OS

TEC

NIC

OS

TABLA 2b. Presiones de trabajo interno (kg/cm2) de tubo tipo M, L y K

DATOS TECNICOS

Temperatura de servicio

Diámetro Diámetro 10°C (50°F) 38°C (100°F) 65°C (150°F) 93°C (200°F) 149°C (300°F) 205°C (400°F)nominal exterior S=682.14 kg/cm2 S=421.94 kg/cm2 S=358.65 kg/cm2 S=337.55 kg/cm2 S=330.52 kg/cm2 S=210.97 kg/cm2

Tipo de tubería

pulg mm pulg mm M L K M L K M L K M L K M L K M L K1/4 6 3/8 9.525 67.961 104.264122.839 54.409 64.493 75.983 46.248 54.819 64.585 43.527 51.594 60.786 42.620 50.520 59.520 27.205 32.247 37.9913/8 10 1/2 12.700 65.131 88.952 129.198 40.287 55.022 79.916 34.244 46.769 67.929 32.230 44.017 63.933 31.568 43.100 62.601 20.144 27.511 39.9581/2 13 5/8 15.875 56.375 82.340 101.818 34.871 50.932 62.979 29.640 43.292 53.532 27.897 40.748 50.383 27.316 39.897 19.33 17.436 25.466 31.4893/4 19 7/8 22.225 46.473 68.389 97.264 28.748 41.065 60.163 24.434 34.906 51.138 22.997 32.852 48.131 22.518 32.158 47.128 14.373 20.533 30.082

1 25 11/8 28.575 38.421 58.375 74.703 23.765 34.871 46.208 20.201 29.640 39.277 19.012 27.897 36.966 18.616 27.316 36.196 11.883 17.436 23.104

11/4 32 13/8 34.925 38.548 50.081 60.638 23.844 30.966 37.508 20.267 26.321 31.882 19.075 24.773 30.006 18.678 24.256 29.381 11.922 15.483 18.754

11/2 38 15/8 41.275 37.772 46.588 56.375 23.364 28.617 34.871 19.860 24.495 29.640 18.591 23.054 27.897 18.302 22.574 27.316 11.682 14.409 17.436

2 51 21/8 53.975 34.056 41.424 53.550 21.066 25.623 30.649 17.906 21.780 26.052 16.853 20.499 24.520 16.502 20.071 24.009 10.022 12.812 15.325

21/2 64 23/8 66.675 31.234 38.264 45.351 19.320 23.666 28.052 16.422 20.118 23.845 15.456 18.935 22.442 15.134 18.540 21.974 9.660 11.834 14.026

3 78 31/8 79.375 28.857 36.104 43.881 17.850 22.332 27.143 15.172 18.982 23.071 14.280 17.666 21.714 13.982 17.401 21.262 8.925 11.186 13.571

4 102 41/8 104.775 28.584 33.389 40.975 17.681 20.653 25.345 15.028 17.555 21.544 14.144 16.522 20.278 13.850 16.178 19.854 8.840 10.326 12.673

Temperatura de servicioDiámetro Diámetro 10°C (50°F) 38°C (100°F) 65°C (150°F) 121°C (250°F) 177°C (350°F) 205°C (400°F)nominal exterior S=682.14 kg/cm2 S=421.94 kg/cm2 S=358.65 kg/cm2 S=334.74 kg/cm2 S=286.22 kg/cm2 S=210.97 kg/cm2

Tipo de tubería

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

3/16 4.763 3/16 4.763 211.11 211.11 137.39 137.39 116.78 116.78 109.91 109.91 107.62 107.62 68.69 68.691/4 6.350 1/4 6.350 161.33 161.33 99.79 99.79 84.82 84.82 79.83 79.83 78.17 78.17 49.90 49.90

5/16 7.938 5/16 7.938 136.84 136.84 84.64 84.64 71.95 71.95 67.71 67.71 66.30 66.30 42.32 42.323/8 9.525 3/8 9.525 112.53 112.53 69.60 69.60 59.16 59.16 55.68 55.68 54.52 54.52 34.80 34.801/2 12.700 1/2 12.700 83.03 83.03 51.36 51.36 43.65 43.65 41.08 41.08 40.23 40.23 25.68 25.685/8 15.675 5/8 15.675 70.43 70.43 43.56 43.56 37.03 37.03 34.85 34.85 34.12 34.12 21.78 21.783/4 19.050 3/4 19.050 58.29 58.29 36.05 36.05 30.65 30.65 28.84 28.84 28.24 28.24 18.03 18.03

34

TABLA 2b. Presiones de trabajo interno (kg/cm2), USOS GENERALES

DATOS TECNICOS

Diámetro Diámetro M L Knominal exterior Rígido Flexible Rígido Flexible Rígido Flexible

6135 – 7765 3885 9840 4535

431 – 546 273 692 319

4715 – 5900 2935 9300 4200

331 – 415 206 654 295

3865 – 5115 2650 7200 3415

271 – 360 186 506 240

3875 – 4550 2400 5525 2800

272 – 320 169 388 197

3550 – 4100 2200 5000 2600

250 – 288 155 352 183

2935 – 3365 1910 3915 2235

206 – 237 134 275 157

2800 – 3215 – 2575 –

197 – 226 – 181 –

2665 – 2865 – 3450 –

187 – 201 – 243 –

2215 – 2865 – 3415 –

156 – 201 – 240 –

lb

kg

lb

kg

lb

kg

lb

kg

lb

kg

lb

kg

lb

kg

lb

kg

lb

kg

1/2” 5/8”

3/4” 7/8”

1” 11/8”

11/4” 13/8”

11/2” 15/8”

2” 21/8”

21/2” 25/8”

3” 31/8

4” 41/8”

TABLA 3. Presiones de trabajo en uniones soldadas (kg/cm2)

Tipo de soldaduraTemperatura Diametros nominales Vaporde servicio saturado

No. 5050% Estaño50% Plomo

38°C

65°C

93°C

121°C

38°C

65°C

93°C

121°C

1/4 a 1” 11/2 a 2” 21/2 a 4”

14.06 12.30 10.55

10.55 8.79 7.03

7.03 6.33 5.27– – –

35.15 28.12 21.09

28.12 24.61 19.33

21.09 17.58 14.06– – –

–

–

–

0.5–

–

–

1.05

No. 9595% Estaño5% Plomo

TABLA 2b. Presiones de trabajo interno (kg/cm2) en tubo tipo “L” flexible

35

TABLA 4. Presión de ruptura (lb/pulg2 y kg/cm2)

Temperatura de servicioDiámetro Diámetronominal exterior 10°C (50°F) 38°C (100°F) 65°C (150°F) 121°C (250°F) 177°C (350°F) 205°C (400°F)

pulg mm pulg mm S=682.14 kg/cm2 S=421.94 kg/cm2 S=358.65 kg/cm2 S=334.74 kg/cm2 S=286.22 kg/cm2 S=210.97 kg/cm2

1/4 6.35 3/8 9.525 114.3 64.5 54.8 51.6 50.5 32.23/8 9.5 1/2 12.700 89.0 55.0 46.8 44.0 43.1 27.51/2 12.7 5/8 15.875 82.3 50.9 43.3 40.7 39.9 25.53/4 19 7/8 22.225 66.4 41.1 34.9 32.9 32.2 20.5

1 25 11/8 28.575 56.4 34.9 29.6 27.9 27.3 17.4

DAT

OS

TEC

NIC

OS

Diámetro nominal o estándar (pulgadas)1/4 3/8 1/2 3/4 1

K L M K L M K L M K L M K L M

0.318 0.272 N/A 0.083 0.053 0.048 0.023 0.018 0.016 0.004 0.002 0.002

N/A 0.299 1.937 1.730 0.080 0.069 0.055 0.013 0.011 0.009 0.004 0.002 0.006

N/A 0.634 0.408 3.667 0.170 0.143 0.117 0.032 0.025 0.020 0.006 0.006 0.002

N/A 0.288 0.244 0.198 0.053 0.041 0.034 0.013 0.011 0.009

N/A 0.435 0.371 0.299 0.080 0.062 0.053 0.020 0.016 0.013

N/A 0.290 0.226 0.193 0.071 0.062 0.053

0.149 0.131 0.113

0.221 0.193

Flujo

LPM

3.78

7.57

11.36

15.14

18.93

37.85

56.78

75.7

94.63

113.6

132.5

151.4

170.3

189.3

227.1

265

302.8

340.7

378.5

454.2

529.9

605.6

681.3

757

946.3

1136

1325

1514

1703

Tabla 5. Pérdida de presión por fricción para tubería de cobre tipo K,L y M (kg/cm2)

DATOS TECNICOS

36

K L M K L M K L M K L M K L M K L M

0.002

0.002 0.002 0.002

0.004 0.004 0.004 0.002 0.002 0.002

0.006 0.006 0.004 0.002 0.002 0.002

0.023 0.023 0.020 0.009 0.092 0.009 0.002 0.002 0.002

0.050 0.046 0.041 0.020 0.020 0.018 0.004 0.004 0.004 0.002 0.002 0.002

0.085 0.080 0.071 0.036 0.034 0.032 0.009 0.009 0.009 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002

0.131 0.119 0.108 0.055 0.050 0.048 0.013 0.013 0. 011 0.004 0.004 0.004 0.002 0.002 0.002

0.182 0.168 0.152 0.078 0.071 0.066 0.020 0.018 0.018 0.006 0.006 0.006 0.002 0.002 0.002

0.103 0.096 0.089 0.027 0.025 0.023 0.009 0.009 0.009 0.004 0.004 0.002

0.133 0.124 0.115 0.034 0.032 0.030 0.011 0.011 0.011 0.004 0.004 0.004 0.002 0.002

0.143 0.041 0.039 0.036 0.013 0.013 0.013 0.006 0.006 0.004 0.002 0.002 0.002

0.050 0.048 0.046 0.018 0.016 0.016 0.006 0.006 0.006 0.002 0.002 0.002

0.071 0.069 0.064 0.025 0.023 0.023 0.011 0.009 0.009 0.002 0.002 0.002

0.096 0.089 0.085 0.032 0.032 0.030 0.013 0.013 0.011 0.004 0.002 0.002

0.043 0.039 0.036 0.018 0.016 0.016 0.004 0.004 0.004

0.053 0.050 0.046 0.023 0.020 0.020 0.046 0.004 0.004

0.064 0.060 0.057 0.027 0.025 0.023 0.069 0.006 0.006

0.080 0.039 0.036 0.034 0.009 0.009 0.009

0.050 0.084 0.043 0.013 0.011 0.011

0.064 0.060 0.057 0.016 0.016 0.013

0.020 0.018 0.018

0.025 0.023 0.023

0.036 0.034 0.034

0.048

Diámetro nominal o estándar (pulgadas)

11/4 11/2 2 21/2 3 4Flujo

LPM

3.78

7.57

11.36

15.14

18.93

37.85

56.78

75.7

94.63

113.6

132.5

151.4

170.3

189.3

227.1

265

302.8

340.7

378.5

454.2

529.9

605.6

681.3

757

946.3

1136

1325

1514

1703

DATOS TECNICOS

37

DAT

OS

TEC

NIC

OS

Tabla 6. Longitud equivalente de conexiones a tubería en mts

Tabla 7. Radios recomendados para liras de dilatación con tubería de cobre

DATOS TECNICOS

Diámetro Codo Codo Tee giro Tee paso Válvula de Válvula de Válvula(pulgadas) 90° 45° de 90° recto compuerta globo angular

3/8 0.30 0.30 0.45 0.10 0.06 2.45 1.201/2 0.60 0.40 0.90 0.20 0.12 4.40 2.453/4 0.75 0.45 1.20 0.25 0.15 6.10 3.65

1 0.90 0.55 1.50 0.27 0.20 7.60 4.60

11/4 1.20 0.80 1.80 0.40 0.25 10.50 5.50

11/2 1.50 0.90 2.15 0.45 0.30 13.50 6.70

2 2.15 1.20 3.05 0.60 0.40 16.50 8.50

21/2 2.45 1.50 3.65 0.75 0.50 19.50 10.50

3 3.05 1.80 4.60 0.90 0.60 24.50 12.20

31/2 3.65 2.15 5.50 1.10 0.70 30.00 15.00

4 4.25 2.45 6.40 1.20 0.80 37.50 16.50

5 5.20 3.05 7.60 1.50 1.00 42.50 21.00

6 6.10 3.65 9.15 1.80 1.20 50.00 24.50

R 6 7 8 9 11 12 13 15 16 18 19 20

L 38 44 50 59 67 74 80 91 102 111 120 128

R 9 10 11 13 15 17 18 21 23 25 27 29

L 54 63 70 83 94 104 113 129 144 157 169 180

R 11 12 14 16 18 20 22 25 28 30 33 35

L 66 77 86 101 115 127 138 158 176 191 206 220

R 12 14 16 19 21 23 25 29 32 35 38 41

L 77 89 99 117 133 147 160 183 203 222 239 255

R 144 16 18 21 24 26 29 33 36 40 43 45

L 86 99 111 131 149 165 179 205 227 248 267 285

R 15 17 19 23 26 29 31 36 40 43 47 50

L 94 109 122 143 163 180 196 224 249 272 293 312

R 16 19 21 25 28 31 34 39 43 47 50 54

L 102 117 131 155 176 195 212 242 269 293 316 337

R 17 20 22 26 30 33 36 41 46 50 54 57

L 109 126 140 166 188 208 226 259 288 314 338 361

1/43/8

1/23/4 1 11/4 11/2 2 21/2 3 31/2 4

Radio “R”, en pulgadas, diámetro nominal o estándar de tuboLongitud “L”, en pulgadas, diámetro nominal o estándar de tubo

Pulgadas deexpansiónesperada

1/2

1

11/2

2

21/2

3

31/2

4

38

Tabla 8. Consumo de soldadura (1/8”)

Tabla 9. Consumo de metal de aporte o relleno

DATOS TECNICOS

Diámetro Por uniónde la unión Por 100 uniones

(mm) (cm) (m) 50/50 kg 95/5 kg

9.5 1.3 1.30 0.108 0.091

12.7 1.6 1.60 0.133 0.112

19.0 2.2 2.20 0.183 0.154

25.4 2.9 2.90 0.241 0.204

31.7 3.5 3.50 0.291 0.246

38.1 4.1 4.10 0.341 0.288

50.8 5.4 5.40 0.450 0.379

63.5 6.7 6.70 0.558 0.471

76.2 8.0 8.00 0.666 0.562

101.6 10.5 10.50 0.875 0.738

DiámetroConsumo de metal de aporte o relleno Peso medio

nominalAlambre Varila Alambre Alambre por 100 uniones

11/16” 1/8” x 50 3/32” 1/8” (gramos)1/4 1/4 1/4 1/4 1/8 18.143/8 5/8 3/8 3/8 1/4 27.211/2 11/8 5/8 1/2 3/8 45.355/8 15/8 7/8 5/8 1/2 68.033/4 21/4 11/8 1 5/8 95.25

1 31/2 13/4 15/8 7/8 145.14

11/4 41/2 21/4 2 11/4 190.50

11/2 – 3 25/8 11/2 254.01

2 – 43/4 43/8 21/2 408.23

21/2 – 61/2 57/8 33/8 553.38

3 – 85/8 77/8 41/2 743.89

31/2 – 111/2 101/2 57/8 988.83

4 – 147/8 131/2 75/8 1274.59

39

DAT

OS

TEC

NIC

OS

Tabla 10. Metales de aporte para soldadura

Tabla 11. Radio mínimo de curvado

DATOS TECNICOS

Plata Fósforo (P) Zinc (Zn) Cadmio (Cd) Estaño (Sn) Cobre (Cu) Solidificación Licuefacción

BCup-2 – 7.00-7.5 – – – Sobrante 710 795

BCup-3 4.8-5.2 5.8-6.2 – – – Sobrante 645 815

BCup-4 5.8-6.2 7.0-7.5 – – – Sobrante 645 720

BCup-5 14.5-15.5 4.8-5.2 – – – Sobrante 645 800

BAg-12 44-46 – 14-18 23-252 – 14-16 610 620

BAg-22 33-36 – 19-23 17-192 – 25-27 610 700

BAg-5 44-46 – 23-27 – – 29-31 610 745

BAg-7 55-57 – 15-19 – 4.5-5.5 21-23 620 650

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

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CP Municipio o Delegación Teléfono

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