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. 
