INTRODUCCION:
El mundo en el que vivimos está compuesto por átomos y moléculas. Cada objeto que utilizamos a diario mantiene su estructura estable a causa de las múltiples interacciones y fuerzas existentes entre sus partículas. La base de la vida se encuentra en una conjunción armónica de miles de reacciones químicas que aisladas apenas aportan cambios apreciables.
Cada hecho que se produce a nuestro alrededor es debido a esta dinámica química. Pero aunque muchos de los procesos que hacen variar el medio que nos rodea son beneficiosos en cuanto a nosotros respecta, hay también muchos otros que más que nada nos provocan perjuicios. Esto ocurre con el fenómeno al que nos referimos como corrosión metálica: dicho fenómeno se produce como consecuencia de un conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en la superficie de ciertos metales al contacto con aire o/y agua, y genera una serie de problemas, principalmente de índole económica, que requieren solución.
Con el fin de evitar las consecuencias que trae consigo la llamada comúnmente “oxidación” o corrosión de los metales se ha profundizado en el tema, siendo necesario un amplio estudio sobre las reacciones que han de tener lugar para que un material sufra un proceso corrosivo (que, en algunos casos, puede acabar destruyéndolo). En este trabajo se recoge un breve resumen sobre los conceptos de oxidación y corrosión, las reacciones básicas que tienen lugar en un metal que está sufriendo un proceso corrosivo y algunas medidas que se pueden tomar para evitar la corrosión de un determinado material.
OXIDACION:
En un principio, se utilizaba el término de oxidación para designar aquellos procesos en los que una sustancia reaccionaba con el oxígeno; de esta forma, se decía que un compuesto se oxidaba cuando aumentaba su cantidad de oxígeno (igualmente, se decía que se reducía cuando ésta disminuía).
A partir de este primer concepto de oxidación, y con el tiempo, dicho vocablo ha ido evolucionando y generalizándose hasta abarcar hoy en día una gran cantidad de reacciones en algunas de las cuales ni siquiera interviene el oxígeno. De hecho, en la actualidad entendemos por oxidación el proceso mediante el cual un compuesto pierde electrones.
E inevitablemente, para que un compuesto pierda electrones otro los ha de ganar: así surge estrechamente ligado al concepto de oxidación el de reducción; se entiende por reducción el proceso mediante el cual un compuesto gana electrones. Así pues, cada vez que nos refiramos a la oxidación tendremos que hablar también de la reducción (ya que es el proceso contrario, y sin uno de ellos no existiría el otro).
REACCIONES REDOX:
Una vez se hubieron establecido las definiciones de oxidación y de reducción surge un nuevo concepto: el de las reacciones de transferencia de electrones, reacciones de oxidación-reducción o reacciones redox. Se llama así a las reacciones que tienen lugar entre dos o más compuestos produciendo como resultado la oxidación (pérdida de electrones) de uno de ellos, con la consecuente reducción de otro.
En este tipo de reacciones siempre hay un compuesto denominado oxidante (en presencia del cual otro compuesto se oxida) que se reduce y otro compuesto conocido como reductor que se oxida (y que permite la reducción de otra sustancia). Una vez el oxidante se ha reducido se convertirá en la especie reducida, así como el reductor pasará a ser la especie oxidada. Para un mejor estudio y comprensión de estas reacciones se suele separar cada una de ellas en dos semi-reacciones: la de reducción y la de oxidación.
A la hora de utilizar dichas reacciones industrialmente o con otro tipo de fines definidos, los oxidantes más conocidos son el oxígeno, ozono, halógenos, ácidos sulfúrico y nítrico concentrados, óxidos metálicos y algunas sales (especialmente cloratos y nitratos). De la misma manera, se usan comúnmente como reductores el carbono, monóxido de carbono, hidrógeno, ácido sulfuroso, sulfitos y diversos metales (por su tendencia a suministrar hidrógeno por acción de un ácido).
CORROSION:
La corrosión, definida como la destrucción de un metal debida a determinadas influencias químicas, es un fenómeno muy común y molesto que puede ser evitado fácilmente conociendo sus características.
El hecho de que este proceso sea tan frecuente es debido a que los metales afectados reaccionan con el medio ambiente de forma espontánea, produciendo una capa de óxido. Aunque la corrosión en ocasiones también es debida a un proceso de disolución, en el contexto de la oxidación es más apropiado analizar el mecanismo electroquímico que tiene lugar.
Para que un metal se oxide es necesario que en dos puntos distantes de su superficie se establezcan dos semi-pilas, en cada una de las cuales se producirá una de las semi-reacciones de oxidación y de reducción (estas zonas del metal actuarán como los dos polos de una pila galvánica); pero éstas no se producirán únicamente con la presencia del metal, pues también es necesaria la intervención de agua y de oxígeno –se ha podido comprobar que el hierro no se oxida en presencia de aire totalmente seco ni de agua sin oxígeno disuelto.
Con el fin de describir con mayor facilidad el proceso (o procesos) que tiene lugar hasta que un metal se oxida, utilizaré a partir de ahora el ejemplo de la oxidación del hierro.
El fenómeno de corrosión producido en un fragmento de hierro dejado a la intemperie se explica mediante un proceso electroquímico en el que se forman pilas galvánicas locales de tamaño microscópico en las que los electrodos son los diferentes granos de la superficie metálica.
En el ánodo el hierro se oxida a su ion ferroso, siguiendo la reacción expuesta a continuación:
Fe Fe + 2e
Pero en esta reacción se desprenden electrones, y, a menos que se haga algo para eliminar dichos electrones, la reacción no podrá proseguir de este modo durante mucho tiempo. Dado que el hierro es un buen conductor eléctrico, los electrones sobrantes viajarán a zonas de la superficie del hierro donde puedan facilitar una reacción de reducción.
En el cátodo, con los electrones sobrantes de la reacción del ánodo, se reducirán los iones de hidrógeno según la reacción:
2H + 2e 2H
Estos átomos de hidrógeno formados reaccionarán con el oxígeno disuelto para formar moléculas de agua:
2H + O2 H2O
Por otra parte, los iones Fe del ánodo, tras haberse liberado de los electrones, se vuelven a oxidar en presencia de agua para formar óxido férrico hidratado (Fe2O3 . H2O), que será el que forme la herrumbre u orín.
Además de estas reacciones, en el cátodo también puede producirse otro proceso de reducción, al pasar a iones OH el oxígeno disuelto en el agua; mediante la reacción:
O2 + 2H2O + 4e 4OH
Más tarde, estos iones hidroxilo formarán hidróxido ferroso, el cual se oxidará para dar, de nuevo, óxido férrico hidratado.
2OH + Fe Fe(OH)2
4Fe(OH)2 + O2 2Fe2O3 . 4H2O
Tras el análisis de los procesos que hacen posible la “oxidación” del hierro, será más fácil comprender por qué la corrosión de este material se produce en un menor plazo de tiempo si nos encontramos en un medio ácido (puesto que además de haber más iones H , hay menos iones OH ; y esto favorece algunas de las reacciones producidas en el cátodo). También aumenta la velocidad corrosiva si se trata de hierro impuro, de una soldadura o de una pieza que ha sido sometida a tensiones, dado que de esta forma aparecen con más facilidad partes diferenciadas que se comportarán como los dos polos de una pila.
En casos como el del hierro, en los que el óxido formado presenta una superficie porosa, que no sea un material compacto, o que no sea adherente, la corrosión de dicho metal podrá consumir con facilidad la pieza entera. Sin embargo, hay otros elementos metálicos cuyo óxido forma una capa compacta que impide que la corrosión de dicho metal continúe produciéndose.
SOLUCIONES:
La corrosión es un fenómeno muy perjudicial para el ser humano, puesto que es capaz de destruir grandes cantidades de productos metálicos inadecuadamente protegidos, lo cual provoca una enorme inversión en maquinaria o bloques de metales oxidables. En Estados Unidos, la corrosión produce anualmente pérdidas superiores a los 10.000 millones de dólares (casi unos 2 billones de pesetas). Además, se ha calculado que aproximadamente una cuarta parte del hierro producido en el mundo se utiliza en compensar las pérdidas producidas por la corrosión.
Para evitar que un material de carácter metálico se oxide, hay varios procedimientos que se pueden aplicar dependiendo del caso a tratar:
1) Uno de los procedimientos que se pueden seguir para evitar la oxidación de un metal es recubrirlo con una capa de polímero, como pinturas anticorrosivas (es frecuente la utilización de minio, Pb3O4, en la protección de aceros), esmaltes, resina artificial o recubrimientos cerámicos que sean impenetrables para la humedad y el oxígeno.
2) También se podría proteger al metal que nos preocupe sobreponiendo una capa de un metal que no se oxide, como los metales nobles, por ejemplo el oro, que no se oxida espontáneamente al aire; o de un metal que de oxidarse forme una capa de óxido coherente, compacta y que impida que prosiga la corrosión.
3) Una variante de las anteriores propuestas es la de recubrir la pieza cuya corrosión queramos evitar directamente con una capa de óxido, como se suele hacer con el aluminio al aplicarle una capa de eloxal.
4) Otra opción a seguir es el establecer un ánodo de sacrificio (la conocida como protección galvánica); se coloca en contacto con el material que se quiera proteger un bloque de un metal más activo (como suelen ser el cinc o el magnesio). De este modo se origina una pila en la que el metal menos activo (el originario) actúa de cátodo, y no experimentará corrosión alguna hasta que no se oxide todo el metal que forma el ánodo. Éste metal que actúa de ánodo se irá reponiendo paulatinamente a medida que se consuma, y aunque esto suponga un gasto continuo, siempre será menor que el gasto necesario para reponer a medida que se va oxidando el material que compone la maquinaria que intentamos proteger.
5) Por último, se puede modificar la composición principal de un metal, formando aleaciones. Este es el caso de los aceros inoxidables, que contienen un 18% de cromo y un 8% de níquel; la presencia de cromo da lugar a la formación de una película superficial de cromato que se asienta sobre la superficie metálica.
LA ALUMINA
La alumina es un material cerámico muy versátil, sus propiedades la hacen
especialmente apta para aplicaciones en donde la temperatura es un factor critico,
además de su relativa facilidad para adaptarse a diversos trabajos y usos.
Su dureza ha permitido darle forma a la industria del abrasivo, que es de las más
antiguas, y rentables, ya que en el mundo, en un momento determinado, una
empresa esta utilizando un abrasivo para dar forma a piezas de manufactura.
Es el óxido de aluminio (Al2O3). Junto con la sílice, es el componente más importante en la constitución de las arcillas y los esmaltes, confiriéndoles resistencia y aumentando su temperatura de maduración.
El óxido de aluminio existe en la naturaleza en forma de corindón y de esmeril. Tiene la particularidad de ser mas duro que el aluminio y el punto de fusión de la alúmina son 2.000 °C (2.273,15 K) frente a los 660 °C (933,15 K) del aluminio, por lo que su soldadura debe hacerse a corriente alterna
Estructura cristalina
Los cristales de óxido de aluminio presentan un sistema cristalino hexagonal y de tamaño muy fino (nm).
Propiedades
Densidad: 3,86 g/cm³.
Dureza Vickers: 1500-1650 kgf mm².
Módulo de elasticidad: 300-400 GPa
Proceso de producción
La industria emplea el proceso Bayer para producir alúmina a partir de la bauxita. La alúmina es vital para la producción de aluminio (se requieren aproximadamente dos toneladas de alúmina para producir una tonelada de aluminio).
En el proceso Bayer, la bauxita es lavada, pulverizada y disuelta en sosa cáustica (hidróxido de sodio) a alta presión y temperatura; el líquido resultante contiene una solución de aluminato de sodio y residuos de bauxita que contienen hierro, silicio, y titanio. Estos residuos se van depositando gradualmente en el fondo del tanque y luego son eliminados. Se los conoce comúnmente como "barro rojo". La solución de aluminato de sodio clarificada es bombeada dentro de un enorme tanque llamado precipitador. Se añaden finas partículas de alúmina con el fin de inducir la precipitación de partículas de alúmina puras (proceso de siembra), una vez que el líquido se enfría. Las partículas se depositan en el fondo del tanque, se remueven y luego son sometidas a 1.100 °C (1.373,15 K) en un horno o calcinador, a fin de eliminar el agua que contienen, producto de la cristalización. El resultado es un polvo blanco, alúmina pura. La sosa cáustica es devuelta al comienzo del proceso y usada nuevamente
Aplicaciones
La industria del aluminio primario utiliza la alúmina fundamentalmente como materia prima básica para la producción del aluminio. Además, la alúmina se utiliza de manera complementaria para:
Aislante térmico para la parte superior de las cubas electrolíticas.
Revestimiento de protección para evitar la oxidación de los ánodos de carbono.
Absorción de las emisiones provenientes de las cubas.
También es utilizada para el secado del aire comprimido ya que tiene la propiedad de adsorber y desorber el agua.
En el área sanitaria de las prótesis dentales, se utiliza como base de la estructura de coronas y puentes proporcionando gran dureza y resistencia, ligereza y translucidez.
En molinos de esmaltes cerámicos como piedras de molienda (a modo de las piedras que engullen las aves para triturar los granos en la molleja).
Su regeneración (para el caso de la adsorción/desorción) es con aire seco y caliente y tiene una temperatura de punto de rocío de -40 °C (233,15 K).
Efecto Venturi
Esquema del efecto Venturi.
El efecto Venturi (también conocido tubo de Venturi) consiste en que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presión al aumentar la velocidad después de pasar por una zona de sección menor. Si en este punto del conducto se introduce el extremo de otro conducto, se produce una aspiración del fluido contenido en este segundo conducto. Este efecto, demostrado en 1797, recibe su nombre del físico italiano Giovanni Battista Venturi (1746-1822).
El efecto Venturi se explica por el Principio de Bernoulli y el principio de continuidad de masa. Si el caudal de un fluido es constante pero la sección disminuye, necesariamente la velocidad aumenta tras atravesar esta sección. Por el teorema de la conservación de la energía mecánica, si la energía cinética aumenta, la energía determinada por el valor de la presión disminuye forzosamente.
Aplicaciones del efecto Venturi
El Tubo Venturi puede tener muchas aplicaciones entre las cuales se pueden mencionar:
En la Industria Automotriz: en el carburador del coche, el uso de éste se puede observar en lo que es la Alimentación de Combustible.
Los motores requieren aire y combustible para funcionar. Un litro de gasolina necesita aproximadamente 10.000 litros de aire para quemarse, y debe existir algún mecanismo dosificador que permita el ingreso de la mezcla al motor en la proporción correcta. A ese dosificador se le denomina carburador, y se basa en el principio de Venturi: al variar el diámetro interior de una tubería, se aumenta la velocidad del paso de aire.
La carburación tiene por objeto preparar la mezcla de aire con gasolina pulverizada, en proporción tal que su inflamación, por la chispa que salta en las bujías, resulte de combustión tan rápida que sea casi instantánea. Dicha mezcla varía según las condiciones de temperatura del motor y las del terreno por el cual se transita. En el momento del arranque por las mañanas, o cuando se requiere la máxima potencia para adelantar a otro carro, se necesita una mezcla rica en gasolina, mientras que en la marcha normal es suficiente una mezcla pobre, que permita transitar cómodamente y economiza combustible. En ciudades a más de 2.500 metros sobre el nivel del mar la mezcla se enriquece para compensar la falta de oxígeno y evitar que los motores pierdan potencia. Tal procedimiento, si bien mejora la potencia del motor, eleva el consumo y contamina más el aire.
Los vehículos actuales ya no llevan carburador. La inyección electrónica con cerebro computarizado dejó atrás a los artesanos de la carburación, el flotador y los chicleres, para dar paso a la infalibilidad del microchip. Este sistema supone el uso de un inyector por cada cilindro, con lo que se asegura exactamente la misma cantidad de combustible para todos.
Con el carburador, la cantidad de combustible que pasa a cada cilindro varía según el diseño del múltiple de admisión. Esto hace que a bajas revoluciones algunos cilindros reciban más gasolina que otros, lo que afecta el correcto funcionamiento de la máquina y aumenta el consumo. Según mediciones de la casa alemana Bosch, fabricante de sistemas de inyección, estos utilizan hasta 15% menos combustible que los motores con carburador.
Tanto como el carburador como el sistema de inyección requieren de mantenimiento para funcionar bien. El primero se repara con destornillador y pinzas; el segundo con equipos de igual tecnología que deben ser compatibles con el modelo específico de carro y sistema. El carburador recibe la gasolina de la bomba de combustible. Esta la vierte en un compartimiento especial llamado taza o cuba, que constituye una reserva constante. De ahí pasa por una serie de conductos (chicler de mínima) para mantener el motor en marcha mínima.
Cuando se pisa el acelerador ocurren varios fenómenos simultáneos: uno de ellos es que se fuerza por un conducto milimétrico (o inyector) un poco de gasolina para contribuir en la arrancada. Por otra parte, la mariposa inferior (o de gases) se abre para permitir el rápido acceso de aire que arrastra consigo un volumen de gasolina (el cual ha pasado previamente por un conducto dosificador o chicler de alta), según se haya presionado el pedal. Cuando se aumenta o disminuye el tamaño de ese chicler, las condiciones de rendimiento y consumo varían considerablemente.
Una vez se alcanza la velocidad de crucero (entre 70 y 80 km/h), la mariposa de gases se cierra casi por completo. Es cuando más económica se hace la conducción, puesto que el motor desciende casi al mínimo su velocidad (en revoluciones por minuto) y se deja llevar de la inercia del volante. Si se conduce por encima o por debajo de esa velocidad, el consumo se incrementa.
Quizás la única ventaja que ofrece el carburador es el bajo costo, en el corto plazo, de instalación y mantenimiento. Pero a la vuelta de varias sincronizaciones la situación se revierte y resulta más costosa su operación que el uso de la inyección.
Como se puede observar, en el carburador el Tubo de Venturi cumple una función importantísima como lo es el de permitir el mezclado del aire con el combustible para que se de la combustión, sin lo cual el motor del carro no podría arrancar, de aquí que el principio de este tubo se utiliza como parte importante de la industria automotriz.
En conclusión se puede decir que el Efecto Venturi en el carburador consiste en hacer pasar una corriente de aire a gran velocidad, provocada por el descenso del pistón por una cantidad de gasolina que esta alimentando por un cuba formándose una masa gaseosa. La riqueza de la gasolina depende del diámetro del surtidor.
En el área de la Limpieza:
Este tubo también tiene otras aplicaciones como para la limpieza. El aire urbano normal transporta alrededor de 0.0006 granos de materia suspendida por pie cúbico (1.37 mg/m³), lo que constituye un límite práctico para la mayor parte de la limpieza de gases industriales; La cantidad de polvo en el aire normal en las plantas de fabricación con frecuencia es tan elevada como 0.002 g/pie³ (4.58 mg/m³). La cantidad de polvo en el gas de alto horno, después de pasar por el primer captador de polvos es del orden de 10 g/pie³ (22.9 g/m³), al igual que el gas crudo caliente de gasógeno. Todas las cifras de contenido de polvos se basan en volúmenes de aire a 60º F y 1 atm (15.6º C y 101000 N/m²).
Aparatos de limpieza
La eliminación de la materia suspendida se realiza mediante lavadores dinámicos de rocío.
El Vénturi de Pease-Anthony. En este sistema, el gas se fuerza a través de la garganta de un Venturi, en la que se mezcla con rocíos de agua de alta presión. Se necesita un tanque después de Venturi, para enfriar y eliminar la humedad. Se ha informado de una limpieza de entre 0.1 a 0.3 g/pie³.
Comparativamente, se aplica menos la filtración para limpiar gases; se utiliza de manera extensa para limpiar aire y gases de desecho. Por lo común, los materiales que se utilizan para filtrar gases son tela de algodón o lana de tejido tupido, para temperaturas hasta de 250 ºF; para temperaturas más altas se recomienda tela metálica o de fibra de vidrio tejida. Los gases que se filtren deben encontrarse bien arriba de su punto de rocío, ya que la condensación en la tela del filtro tapará los poros. De ser necesario, debe recalentarse el gas saturado. A menudo, a la tela se le da forma de "sacos", tubos de 6 a 12 pulgadas de diámetro y hasta de 40 pie de largo, que se suspenden de un armazón de acero (cámara de sacos). La entrada del gas se encuentra en el extremo inferior, a través de un cabezal al que se conectan los sacos en paralelo; la salida se realiza a través de una cubierta que rodea a todos los sacos. A intervalos frecuentes, se interrumpe la operación de toda la unidad o de parte de ella, para batir o sacudir los sacos, o introducir aire limpio en sentido contrario a través de ellos, para desalojar el polvo acumulado, el cual cae hacia el cabezal de admisión de los gases y del cual se remueve mediante un transportador de gusano. Es posible reducir el contenido de polvo hasta 0.01 g/pie³ o menos, a un costo razonable. El aparato también se usa para la recuperación de sólidos valiosos arrastrados por los gases.
Métodos de captación de la energía eólica:
La captación de energía eólica puede dividirse en dos maneras:
Captación directa: La energía se extrae por medio de superficies directamente en contacto con el viento, por ejemplo, molinos de viento y velas. Captación indirecta: Interviene en este caso un elemento intermedio para su captación, por ejemplo la superficie del mar.
Captación Indirecta
La captación indirecta utiliza ya sea máquinas del tipo precedente asociadas a órganos estáticos o bien órganos enteramente estáticos, o bien un fluido intermediario.
Órgano estático y máquina dinámica: El principio se basa en la utilización de un Tubo de Venturi; Esta disposición permite para una hélice dada y un viento dado, hacer crecer la velocidad de rotación y la potencia, así como también el rendimiento aerodinámico por supresión de las pérdidas marginales. Aplicado directamente a una máquina de eje horizontal el interés es poco, pues este tubo complica considerablemente la instalación. Hay que hacer notar que este Tubo de Venturi en hélices de pocas palas.
Se han propuesto sistemas que utilicen varios Tubos Venturi en serie. Una idea más interesante podría ser la de Nazare que propone un enorme Vénturi vertical que permitiría realizar verdaderas trombas artificiales, sobre todo si esta instalación se hiciese en países cálidos.
Se trata de sistemas que "fabrican el viento" basándose principalmente en las diferencias de temperaturas que existirían en las dos extremidades de la torre. La máquina eólica estaría ubicada en el cuello. Será teóricamente posible desarrollas potencias que irían de los 500 a 1000 MW, empleando torres de 300 a 400 metros de alto. Pareciera que hay muchas dificultades de construir la torre, pero ya en la actualidad en algunas centrales nucleares existen torres de refrigeración aéreas de 150 metros de alto.
Queda por resolver aún los problemas de estabilidad, sobre todo bajo el efecto de los vientos laterales y en particular las interferencias que se producen con los vientos verticales.
Otro tipo de aeromotor que se ha propuesto es una máquina para ser usada con vientos muy fuertes y turbulentos, donde los aeromotores normales fallarían o serían muy caros. Está compuesto por una serie de anillos perforados de forma oval y soportados horizontalmente por una columna vertical central. Los anillos operan de acuerdo al principio de Bernoulli el cual indica que la presión del fluido a lo largo de una línea de corriente varía inversamente con la velocidad del fluido. Así, por la forma de los anillos, la velocidad del fluido se eleva produciéndose entonces una depresión que produce vacío dentro de la torre, generando una corriente de aire que actúa sobre una turbina acoplada a un generador. Estas máquinas en general son insuficientes, pero servirían en los casos ya indicados. Este tipo de aeromotor es omnidireccional; otros mejorados con perfil alar, no son totalmente omnidireccionales.
Órganos enteramente estáticos
Estos emplean principalmente Tubos de Venturi que modifican la repartición de la presión dinámica y estática. Se han propuesto sistemas que permitan elevar agua agrupando en serie una cierta cantidad de Tubos de Venturi, los que parecerían ser promisorios.
Energía de las olas
Las olas son producidas por los vientos marinos. Es una captación más continua y de mayor potencial por la densidad del fluido. Estimaciones dan que se podría recuperar del orden de 20.000 KWH/año por metro de costa. El principio de la máquina que capta la energía de la ola es fácil de concebir, por ejemplo unos flotadores que al ser levantados transmitan el movimiento alternativo a un eje ubicado a la orilla de la playa por medio de ruedas libres que sólo se puedan mover en un sentido, aunque también podría utilizarse en los dos sentidos complicando el sistema.
Sombrero Venturi:
Otra aplicación clara del principio del Tubo de Venturi es el Sombrero de Venturi.
Principio de funcionamiento:
El aire caliente, que sale por el conducto principal, es arrastrado por el aire frío que ingresa por la parte inferior cuando "choca" contra la tubería produciéndose el efecto de vacío en el extremo del conducto, esta acción logra que este sombrero tenga un alto índice de efectividad, proporcional a la velocidad del viento funcionando en forma óptima con la más leve brisa.
Este tipo de sombrero es especial para zonas muy ventosas como gran parte de nuestro territorio nacional. Largas pruebas fueron realizadas para conseguir efectividad ante condiciones climáticas adversas.
El principio del Tubo de Venturi creando vacío también fue usado creando vacío para un proyecto final de Ingeniería Mecánica que fue titulado "Máquina de corte de Chapas de acero inoxidable por chorro de agua y abrasivos".
Esta aplicación se usó con respecto al sistema de mezclado como dice a continuación: del mezclado del agua y del abrasivo se puede decir: la succión del abrasivo, desde la tolva que lo contiene, se efectúa por vacío (Efecto Venturi) a través de una placa orificio calibrada, siendo necesaria una depresión de una décima de atmósfera para obtener el caudal adecuado (3,4 gr/s).
{S}El material de construcción más adecuado para el tubo mezclador, con alúmina como abrasivo, es el carburo de boro con carbono 5% (B4C – C 5%). El perfil interior del tubo debe ser suavemente convergente desde la boca de entrada (diámetro 4 mm) hasta la boca de salida (diámetro 0,8 mm). Una mayor longitud del tubo (76 mm) trae aparejado una mejor aceleración de las partículas de abrasivo.
Otra de las aplicaciones que comúnmente se ven en la vida diaria pero
no se conocen como tales es en el proceso de pintado por medio de pistolas de pintura. Aquí lo que sucede es igualmente un vacío que al ser creado succiona la pintura a alta presión y permite que salga a la presión adecuada para pintar la superficie deseada.
5. Conclusión
Luego de haber realizado este proyecto se puede decir que el Tubo de Venturi es un dispositivo, el cual puede ser utilizado en muchas aplicaciones tecnológicas y aplicaciones de la vida diaria, en donde conociendo su funcionamiento y su principio de operación se puede entender de una manera más clara la forma en que este nos puede ayudar para solventar o solucionar problemas o situaciones con las cuales nos topamos diariamente.
Para un Ingeniero es importante tener este tipo de conocimientos previos, ya que como por ejemplo con la ayuda de un Tubo de Venturi se pueden diseñar equipos para aplicaciones específicas o hacerle mejoras a equipos ya construidos y que estén siendo utilizados por empresas, en donde se desee mejorar su capacidad de trabajo utilizando menos consumo de energía, menos espacio físico y en general muchos aspectos que le puedan disminuir pérdidas o gastos excesivos a la empresa en donde estos sean necesarios.
Es indispensable para la parte de diseño tener los conocimientos referidos al cálculo de un Tubo de Venturi, los cuales se pueden realizar haciendo la relación entre los distintos diámetros del tubo, como por ejemplo el de la entrada del tubo, la garganta y la salida del tubo; igualmente teniendo el conocimiento de el caudal que va a entrar en el mismo, o que se desea introducir para cumplir una determinada función (como la de crear vacío) y tomar muy en cuenta las presiones que debe llevar el fluido, ya que esto va a ser el factor más fundamental para que su función se lleve a cabo.
Es fundamental hacer referencia a este trabajo en lo que respecta al diseño de Tubos de Venturi para mejorar la creación y desarrollo de otros proyectos. Esto se puede tener en cuenta, por ejemplo en los proyectos en donde estos puedan ser trancados por problemas ambientales, en donde su diseño cree la proliferación de partículas de polvos, gases o vapores que puedan dañar el medio ambiente y el Ministerio del Ambiente no los apruebe, o que estas mismos gases o partículas dañen a los otro equipos y debido a esto la compañía o empresa no permita la aplicación de dicho proyecto, aun cuando éste produzca mejoras a la misma y una producción más eficaz y eficiente.
Para esto el Tubo de Venturi se puede utilizar, ya que una de las aplicaciones más importantes es la de crear limpieza en el ambiente mediante un mecanismo previamente diseñando.
Finalmente se puede decir que el Tubo de Venturi es un dispositivo que por medio de cambios de presiones puede crear condiciones adecuadas para la realización de actividades que nos mejoren el trabajo diario, como lo son sus aplicaciones tecnológicas.
Tubo de Venturi
Un tubo de Venturi es un dispositivo inicialmente diseñado para medir la velocidad de un fluido aprovechando el efecto Venturi. Sin embargo, algunos se utilizan para acelerar la velocidad de un fluido obligándole a atravesar un tubo estrecho en forma de cono. Estos modelos se utilizan en numerosos dispositivos en los que la velocidad de un fluido es importante y constituyen la base de aparatos como el carburador.
La aplicación clásica de medida de velocidad de un fluido consiste en un tubo formado por dos secciones cónicas unidas por un tubo estrecho en el que el fluido se desplaza consecuentemente a mayor velocidad. La presión en el tubo Venturi puede medirse por un tubo vertical en forma de U conectando la región ancha y la canalización estrecha. La diferencia de alturas del líquido en el tubo en U permite medir la presión en ambos puntos y consecuentemente la velocidad.
Cuando se utiliza un tubo de Venturi hay que tener en cuenta un fenómeno que se denomina cavitación. Este fenómeno ocurre si la presión en alguna sección del tubo es menor que la presión de vapor del fluido. Para este tipo particular de tubo, el riesgo de cavitación se encuentra en la garganta del mismo, ya que aquí, al ser mínima el área y máxima la velocidad, la presión es la menor que se puede encontrar en el tubo. Cuando ocurre la cavitación, se generan burbujas localmente, que se trasladan a lo largo del tubo. Si estas burbujas llegan a zonas de presión más elevada, pueden colapsar produciendo así picos de presión local con el riesgo potencial de dañar la pared del tubo.
SOLDADURA:
Tipos de Soldadura en Metales:
La Soldadura es la unión de piezas metálicas, con o sin material de aporte,
utilizando cualquiera de los siguientes procedimientos:
a) Aplicando presión exclusivamente.
b) Calentando los materiales a una temperatura determinada, con o sin
aplicación de presión.
Se denomina "material base" a las piezas por unir y "material de aporte" al
material con que se suelda.
La soldadura sustituyó al atornillado de piezas en la industria. Es una técnica fundamental en la industria automotriz, en la aerospacial, en la fabricación de maquinaria y en la de cualquier tipo de producto hecho con metales.
El tipo de soldadura más adecuado para unir dos piezas de metal depende de las propiedades físicas de los metales, de la utilización a la que está destinada la pieza y de las instalaciones disponibles.
Nosotros, para la construcción de nuestra maquina, en cuanto al tipo de material
que usaremos, será: Acero A-36 (Acero estructural)
Existen diversos procesos de soldadura. Así hay métodos en los que se calientan las piezas de metal hasta que se funden y se unen entre sí o que se calientan a una temperatura inferior a su punto de fusión y se unen o ligan con un metal fundido como relleno. Otro método es calentarlas hasta que se ablanden lo suficiente para poder unirlas por martilleo; algunos procesos requieren sólo presión para la unión, otros requieren de un metal derretido de aporte.
Métodos para soldar:
- Soldadura blanda
- Soldadura fuerte
- Soldadura por forja
- Soldadura con gas
- Soldadura con resistencia
- Soldadura por inducción
- Soldadura aluminotermia
- Soldadura por vaciado
- Soldadura por arco eléctrico
Soldadura blanda:
Es la unión de dos piezas de metal por medio de otro metal llamado de aporte, éste se aplica entre ellas en estado líquido. La temperatura de fusión de estos metales no es superior a los 430 ºC. En este proceso se produce una aleación entre los metales y con ello se logra una adherencia que genera la unión. En los metales de aporte por lo general se utilizan aleaciones de plomo y estaño los que funden entre los 180 y 370 ºC.
Este tipo de soldadura es utilizado para la unión de piezas que no estarán sometidas a grandes cargas o fuerzas. Una de sus principales aplicaciones es la unión de elementos a circuitos eléctricos.
Soldadura fuerte:
En esta soldadura se aplica también metal de aporte en estado líquido, pero este metal, por lo general no ferroso, tiene su punto de fusión superior a los 430 ºC y menor que la temperatura de fusión del metal base. Habitualmente se requiere de fundentes especiales para remover los óxidos de las superficies a unir y aumentar la fluidez del metal de aporte. Algunos de los metales de aporte son aleaciones de cobre, aluminio o plata.
La soldadura fuerte se puede clasificar por la forma en la que se aplica el metal
de aporte. A continuación se describen algunos de estos métodos:
* Inmersión: El metal de aporte previamente fundido se introduce entre las dos
piezas que se van a unir, cuando este se solidifica, las piezas quedan unidas.
* Horno: El metal de aporte en estado sólido, se pone entre las piezas a unir, estas son calentadas en un horno de gas o eléctrico, para que con la temperatura se derrita al metal de aporte y se genere la unión al enfriarse.
* Soplete: El calor se aplica con un soplete de manera local en las partes del metal a unir, el metal de aporte en forma de alambre se derrite en la junta. El soplete puede funcionar por medio de oxiacetileno o hidrógeno y oxígeno.
* Electricidad: La temperatura de las partes a unir y del metal de aporte se puede lograr por medio de resistencia a la corriente, por inducción o por arco, en los tres métodos el calentamiento se da por el paso de la corriente entre las piezas metálicas a unir.
Soldadura por forja:
Es el proceso de soldadura más antiguo. El mismo consiste en el calentamiento de las piezas a unir en una fragua hasta su estado plástico y posteriormente por medio de presión o martilleo (forjado) se logra la unión de las piezas. En este procedimiento no se utiliza metal de aporte y la limitación del proceso es que sólo se puede aplicar en piezas pequeñas y en forma de lámina. La unión se hace del centro de las piezas hacia afuera y debe evitarse a toda costa la oxidación, para esto se utilizan aceites gruesos con un fundente, por lo general se utiliza bórax combinado con sal de amonio.
La clasificación de los procesos de soldadura mencionados hasta aquí es la más sencilla y general. A continuación se hace una descripción de los procesos de soldadura más utilizados en los procesos industriales modernos.
Soldadura con gas:
Este proceso incluye a todas las soldaduras que emplean gas para generar la energía necesaria para fundir el material de aporte. Los combustibles más utilizados son el acetileno y el hidrógeno los que al combinarse con el oxígeno, como comburente generan las soldaduras oxiacetilénica y oxhídrica.
La soldadura oxhídrica es producto de la combinación del oxígeno y el hidrógeno en un soplete. El hidrógeno se obtiene de la electrólisis del agua y la temperatura que se genera en este proceso es entre 1500 y 2000 °C.
La soldadura oxiacetilénica o autógena se logra al combinar al acetileno y al oxígeno en un soplete. Se conoce como autógena porque con la combinación del combustible y el comburente se tiene autonomía para ser manejada en diferentes medios. El acetileno se produce al dejar caer terrones de carburo de calcio en agua, en donde el precipitado es cal apagada y los gases acetileno. Uno de los mayores problemas del acetileno es que no se puede almacenar a presión por lo que este gas se puede obtener por medio de generadores de acetileno o bien en cilindros los que para soportar un poco la presión de 1,7 MPa, se les agrega acetona.
En los sopletes de la soldadura autógena se pueden obtener tres tipos de llama las que son reductora, neutral y oxidante. De las tres la neutral es la de mayor aplicación. Esta llama, está balanceada en la cantidad de acetileno y oxígeno que utiliza. La temperatura en su cono luminoso es de 3500 °C, en el cono envolvente alcanza 2100 °C y en la punta extrema llega a 1275 °C.
En la llama reductora o carburizante hay exceso de acetileno lo que genera que
entre el cono luminoso y el envolvente exista un cono color blanco cuya longitud esta definida por el exceso de acetileno. Esta llama se utiliza para la soldadura de níquel, ciertas aleaciones de acero y muchos de los materiales no ferrosos. La llama oxidante tiene la misma apariencia que la neutral excepto que el cono luminoso es más corto y el cono envolvente tiene más color, Esta llama se utiliza para la soldadura por fusión del latón y bronce.
Una de las derivaciones de este tipo de llama es la que se utiliza en los sopletes de corte en los que la oxidación súbita genera el corte de los metales. En los sopletes de corte se tiene una serie de llamas pequeñas alrededor de un orificio central, por el que sale un flujo considerable de oxígeno puro que es el que corta el metal.
En algunas ocasiones en la soldadura autógena se utiliza aire como
comburente, lo que produce que la temperatura de esta llama sea menor en un
20% que la que usa oxígeno, por lo que su uso es limitado a la unión sólo de
algunos metales como el plomo.
En los procesos de soldadura con gas se pueden incluir aquellos en los que se calientan las piezas a unir y posteriormente, sin metal de aporte, se presionan con la suficiente fuerza para que se genere la unión.
Cilindros y reguladores para soldadura oxiacetilénica
Soldadura por resistencia:
El principio del funcionamiento de este proceso consiste en hacer pasar una corriente eléctrica de gran intensidad a través de los metales que se van a unir. Como en la unión de los mismos la resistencia es mayor que en el resto de sus cuerpos, se generará el aumento de temperatura en la juntura (efecto Joule). Aprovechando esta energía y con un poco de presión se logra la unión. La alimentación eléctrica pasa por un transformador en el que se reduce la tensión y se eleva considerablemente la intensidad para aumentar la temperatura. La soldadura por resistencia es aplicable a casi todos los metales, excepto el estaño, zinc y plomo. En los procesos de soldadura por resistencia se incluyen los de:
Soldadura por puntos
* Soldadura por resaltes
* Soldadura por costura
* Soldadura a tope
En la soldadura por puntos la corriente eléctrica pasa por dos electrodos con punta, debido a la resistencia del material a unir se logra el calentamiento y con la aplicación de presión sobre las piezas se genera un punto de soldadura. Las máquinas soldadoras de puntos pueden ser fijas o móviles o bien estar acopladas a un robot o brazo mecánico.
La soldadura por resaltes es un proceso similar al de puntos, sólo que en esta se producen varios puntos o protuberancias a la vez en cada ocasión que se genera el proceso. Los puntos están determinados por la posición de un conjunto de puntas que hacen contacto al mismo tiempo. Este tipo de soldadura se puede observar en la fabricación de mallas.
La soldadura por costura consiste en el enlace continuo de dos piezas de lámina traslapadas. La unión se produce por el calentamiento obtenido por la resistencia al paso de la corriente y la presión constante que se ejerce por dos electrodos circulares. Este proceso de soldadura es continuo.
La soldadura a tope consiste en la unión de dos piezas que se colocan extremo con extremo con la misma sección, éstas se presionan cuando está pasando por ellas la corriente eléctrica, con lo que se genera calor en la superficie de contacto. Con la temperatura generada y la presión entre las dos piezas se logra la unión.
Soldadura por arco eléctrico:
Es el proceso en el que su energía se obtiene por medio del calor producido por un arco eléctrico que se forma en el espacio o entrehierro comprendido entre la pieza a soldar y una varilla que sirve como electrodo. Por lo general el electrodo también provee el material de aporte, el que con el arco eléctrico se funde, depositándose entre las piezas a unir. La temperatura que se genera en este
proceso es superior a los 5500 °C.
La corriente alterna permite efectuar operaciones de soldadura con el objeto de trabajo en posición horizontal y preferentemente en materiales ferrosos, mientras que la corriente continua no presenta esas limitaciones de posición y material. El arco se enciende cortocircuitando el electrodo con la pieza a soldar. En esa situación, en el punto de contacto el calentamiento óhmico es tan intenso que se empieza a fundir el extremo del electrodo, se produce ionización térmica y se establece el arco.
