Compendio:
El proceso convencional de corte de chapas de acero inoxidable, es por medio
de plasma. Este tipo de corte presenta los siguientes inconvenientes: a)
Deja escoria. b) La zona de corte está sometida a calentamiento (zona
afectada por el calor [ZAC]), lo cual origina cambios estructurales y c)
En la ZAC aparece una aureola que perjudica su terminación estética.
El objetivo
del siguiente proyecto es eliminar las dificultades apuntadas en el proceso
anterior realizando el corte (de chapas de acero inoxidable austenítico
hasta 2 mm de espesor) por medio de un chorro de fluido a elevada velocidad.
El proceso
de corte solamente se puede llevar a cabo con el agregado, en el flujo de
agua, de partículas de material abrasivo {M-K}. Se puede emplear como
elemento elevador de la presión del agua, una bomba inyectora lineal
(motor Diesel), para lo cual se debe realizar una serie de transformaciones
para adaptarlo al uso específico.
Con respecto
al circuito: a) se debe realizar el correcto filtrado del agua para prolongar
la vida útil de la tobera de agua {URI}. b) La válvula reguladora
de presión protege al circuito de sobre presiones y c) El acumulador
de gas mantiene la presión constante.
Introducción:
Para realizar el corte de un material determinado necesitamos de una cierta
cantidad de energía. En el proceso de corte se produce lo que denominamos:
transformación de la energía, la energía que se entrega
se transforma en energía de deformación del material a cortar.
Ahora, todo fluido en movimiento lleva asociado una determinada cantidad de
energía (cinética). Por lo tanto este fluido deberá tener
una energía mayor o igual a la necesaria para realizar el corte.
Como medio
portador de energía en general, podemos utilizar casi todos los elementos
líquidos: agua, aceites, alcoholes y hasta metales líquidos
como por ejemplo el mercurio. Ahora, el agua presenta una serie de
ventajas con respecto a los demás: a) Existe en cantidad suficiente
y en calidad requerida (potable), en casi todos los lugares. b) Ínfimo
costo, en su empleo, con respecto a los demás fluidos. c) Fácilmente
accesible. d) No genera fuego o incendio. e) Buenas condiciones de fluidez
(baja viscosidad), de lo contrario sería muy dificultoso lograr la
salida del chorro por un pequeño orificio a alta velocidad.
Por otro
lado, el aire también está totalmente descartado como fluido
portador de energía: a) Elevado costo para lograr altas velocidades
en el fluido (túnel de viento). b) Muy baja energía cinética
(Densidad del aire = Densidad del agua / 1000). c) Muy difícil de lograr
un efecto puntual, por lo tanto alta dispersión al salir de la tobera.
El proyecto
está acotado al corte de chapas de acero inoxidable austenítico
hasta 2 mm de espesor.
Desarrollo:
Para el corte de chapas de acero inoxidable austenítico (AISI 310)
de 2 mm de espesor se necesita de un valor muy elevado de presión de
agua, esto se debe a la baja densidad del fluido. Al agregar un elemento elevador
de la densidad (partículas de metal) al flujo de agua, la presión
necesaria de la bomba se ve reducida a un tercio del valor anterior. Pero
la misma aun sigue siendo elevada.
La alternativa
adecuada es agregar partículas de material abrasivo (alúmina,
granate, etc.) al flujo de agua {M-K}, las cuales producen el microvirutamiento
del material a cortar {E-M}. Ahora la presión necesaria de la bomba
de agua se sitúa en 400 atmósferas.
Con respecto
al sistema de 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
necesario 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.
Se puede
emplear como elemento elevador de la presión del agua una bomba inyectora
lineal (motor Diesel), a la misma se le debe realizar las siguientes transformaciones:
a) Cambiar el material de construcción de los émbolos, cilindros,
válvulas, asientos de válvula y racores por acero inoxidable
martensítico (AISI 440). b) Se omite el sistema de variación
del caudal. c) Se modifica el perfil de cada leva (árbol de levas)
para que el caudal de agua sea continuo y no pulsante (propio de la inyección
Diesel). d) Se talla en cada émbolo una ranura circunferencial con
lo cual se logra un sello hidrodinámico para evitar la caída
del rendimiento con la elevación de la presión.
Es fundamental
realizar el correcto filtrado del agua {URI} para prolongar la vida útil
de la tobera de agua.
Se coloca
una válvula reguladora de presión en el circuito de alta presión
para: a) Proteger al circuito de la sobre presión en el momento de
cerrar (momentáneamente) la válvula solenoide de bloqueo. b)
Que la bomba trabaje a baja presión durante ese período.
Se coloca
un acumulador de gas (tipo membrana) para: a) Absorber la pequeñas
variaciones de presión, consecuencia del caudal discontinuo que entrega
la bomba principal, haciéndola más constante. b) Absorber los
picos de presión debido al cierre brusco de la válvula solenoide
de bloqueo y c) Mantener el circuito (entre la válvula de anti-retorno
y la válvula solenoide de bloqueo) a la presión de trabajo
(400 atmósferas), mientras la bomba principal trabaja a baja presión
(cierre momentáneo de la válvula solenoide de bloqueo).
En el diagrama
adjunto se puede observar los componentes principales del circuito.
Referencias:
1)
Filtro de agua (diámetro de partícula = 0,45 a 0,5 micrones).
2)
Bomba auxiliar de la bomba de alta presión. 3)
Válvula solenoide de bloqueo (primaria). 4)
Válvula de seguridad y descarga. 5)
Manómetro. 6 y 7)
Tubo de acero inoxidable sin costura. 8)
Unidad colectora. 9)
Bomba de alta presión de émbolos (400 kg/cm2).
10)
Motor eléctrico de accionamiento de la bomba de alta presión.
11)
Cabezal abrasivo compuesto por:
a) Tobera de agua a presión. Diámetro = 0,254 mm, material =
zafiro (o diamante).
b) Cámara de mezcla del agua y el abrasivo (por succión = efecto
Venturi).
c) Tubo mezclador o de aceleración de partículas abrasivas.
Diámetro (de salida) =
0,8 mm. 12)
Tolva con abrasivo (para una capacidad de 24 kg). 13)
Tubo flexible, vínculo entre la tolva y la cámara de mezcla
(Diámetro Nominal = 6 mm). 14)
Chapa a cortar (acero inoxidable austenítico, hasta un espesor de 2
mm). 15)
Acumulador de gas. 16)
Válvula solenoide (secundaria).
Resultados:
Para realizar el corte de chapas de acero inoxidable austenítico (hasta
2 mm de espesor) por medio de chorro de agua, se debe agregar al fluido un
caudal determinado de partículas de abrasivo produciendo lo que denominamos
microvirutamiento del material, ya que dichas partículas inciden sobre
el material a una elevada velocidad (460 km/h).
Se puede
emplear una bomba inyectora lineal (motor Diesel) como elemento elevador de
la presión del agua, para ello se debe realizar ciertos cambios para
garantizar su adecuado desempeño.
Un correcto
filtrado del agua prolonga la vida útil de la tobera de agua. Al incluir
en el circuito hidráulico una válvula reguladora de presión:
a) se protege al mismo de sobre presiones, b) se ahorra energía y
c) disminuye el desgaste de la bomba.
Por otro
lado, el acumulador de gas ayuda a mantener constante la presión del
agua.
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Compendio:
El proceso convencional de corte de chapas de acero inoxidable, es por medio
de plasma. Este tipo de corte presenta los siguientes inconvenientes: a)
Deja escoria. b) La zona de corte está sometida a calentamiento (zona
afectada por el calor [ZAC]), lo cual origina cambios estructurales y c)
En la ZAC aparece una aureola que perjudica su terminación estética.
