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Spawanie i ciecie gazowe Leon Mistur
GENERADORES DE ACETILENO Y SU EQUIPAMIENTO
1. CONOCIMIENTOS GENERALES
Generador de acetileno se denomina al conjunto de equipos que sirven
para producir y almacenar instantáneamente acetileno.
El generador de acetileno esta formado por dos partes principales:
El cuerpo (recipiente principal) y el cierre hidráulico.
El cuerpo de un generador – casi en todos los generadores – esta
constituido por tres recipientes;
Recipiente de agua (para el enfriamiento de las cámaras de reacción
y descomposición del carburo de calcio).
Recipiente de carburo de calcio (caja o canastillo).
Recipiente de gas (espacio donde se almacena el acetileno
producido).
El cierre hidráulico, es uno de los componentes más importantes del
generador de acetileno para el soldeo o corte seguro de metales.
Como accesorios, también se clasifican a; el limpiador, empleado
principalmente en los generadores de acetileno estacionarios.
En los países industrializados, cada generador es examinado
detalladamente por organizaciones técnicas altamente especializadas y
solo después de haber pasado pruebas con resultados satisfactorios, un
generador de acetileno puede ser puesto en servicio.
Los generadores fabricados en serie, son marcados por un representante
de la organización encargada de controlar este tipo de equipos y no puede
en ningún caso ser modificado en su construcción sin la previa
autorización de estas organizaciones.
2. CLASIFICACIÓN DE LOS GENERADORES DE ACETILENO
Los generadores de acetileno se clasifican tomando en cuenta:
El mayor rendimiento constante m3/h
La máxima presión kg¢m2 (bar)
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Su forma de funcionamiento, es decir, la forma en que se lleva
a cabo la reacción del carburo de calcio con el agua.
Su tamaño – transportable o estacionario
El mayor rendimiento constante, es el mayor caudal de acetileno en m3/h,
a una presión de 0,1 MPa (14,5 PSI) y temperatura de 15 ºC, que puede
ser conseguido cumpliendo los requerimientos de seguridad.
En algunos países, los generadores usados son de: 0,4, 1,0, 2,5, 10, 16,
25, 40, 100 y mas m3/h.
Dependiendo de la máxima presión permitida, los generadores se dividen
en:
Generadores de baja presión – con presiones máximas permitidas
hasta 10 kPa (0,1 Bar)
Generadores de alta presión – con presiones máximas permitidas
entre 10 – 150 kPa (0,1 – 1,5 Bar)
Dependiendo de la forma de funcionamiento se diferencian en:
De vertiente (A), donde el carburo de calcio es derramado al agua
Fig. 12ª.
Por goteo (B), en el cual, el agua cae sobre el carburo de calcio Fig.
12b.
De desplazamiento (C), en el cual el acetileno a elevadas presiones
en el generador, desplaza el agua a un espacio aislado, separando el
agua del carburo de calcio Fig. 12c.
Seco (D), en el cual, como resultado de la reacción del carburo de
calcio con el agua, se produce un polvo seco.
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Fig. 12. Esquema de generadores de acetileno: a) De vertiente, b) Por
goteo, c) De inmersión (o desplazamiento)
1- Recipiente de carburo de calcio, 2- Tornillo sin fin (alimentador), 3-
Salida de gas, 4- Parrilla para carburo de calcio, 5- Caja de carburo de
calcio, 6- Válvula de control de agua, 7- Válvula de alimentación de agua
hacia el carburo de calcio, 8- Canastillo de carburo de calcio, 9- Espacio
de desplazamiento de agua.
Dependiendo de su tamaño se diferencian en:
Transportables (P) donde la carga de carburo de calcio puede ser
realizado de una vez hasta 10 kg, además pueden ser transportados
de un lugar a otro.
Estacionarios (S) en los cuales se puede cargar de una sola vez, más
de 10 kg de carburo de calcio, además están ubicados en
instalaciones separadas de donde el acetileno es distribuido a través
de conductos a los puestos de trabajo.
Las personas que operan los generadores de acetileno, deben conocer
exactamente todas las instrucciones y funcionamiento, así mismo deben
conocer las reglamentaciones de seguridad.
Los generadores de acetileno deben ser manipulados solamente por
personas debidamente preparadas y mayores de 18 años.
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3. FUNCIONAMIENTO DE LOS GENERADORES
Durante la reacción exotérmica del carburo de calcio con el agua, en el
generador se desprende gran cantidad de calor.
Polimerización, es el proceso de unión en altas temperaturas de algunos
pedazos del compuesto inicial polimerizador en pedazos del mismo
compuesto químico, pero de mayor masa molecular.
Los compuestos formados de esta manera se denominan polímeros (por
ejemplo el benzol C6H6 es un polímero del acetileno C2H2).
El acetileno puro polimeriza a temperaturas mayores a 300 ºC e incluso a
presiones insignificantes formando compuestos químicos (hidrocarburos
complejos) los cuales en altas temperaturas pueden provocar explosiones.
Por esto, en el generador de acetileno debe ser controlado el nivel de
agua, el cual debe existir aproximadamente 10 litros por cada kilogramo
de carburo de calcio, con objeto de enfriar suficientemente el acetileno
producido en el generador.
El acetileno después de ser formado, es un gas contaminado y por esto
tiene mayor tendencia a polimerizar, a temperaturas entre 115 – 120 ºC.
Por esta razón es necesario controlar y no permitir que en ninguna parte
del generador se presente la temperatura del gas mayor a 100 ºC y
durante el trabajo normal del generador la temperatura del agua
refrigerante no debería sobrepasar los 60 ºC.
Los síntomas de la fase inicial de la polimerización del acetileno en el
generador, puede observarse en el calcio resultante, el cual se presenta
seco de coloración amarillenta, ligeramente grisácea y de olor
desagradable.
Por efecto de la operación incorrecta del generador, puede ser producido
acetileno en cantidades mayores a la que puede ser almacenado en el
recipiente de gas. La causa de este fenómeno es la gran cantidad de agua
que entra en reacción con el carburo de calcio, entonces el acetileno se
desprende hacia el exterior del generador a través de la válvula de alivio
por sobre-presión.
La sobreproducción de acetileno es un fenómeno dañino y peligroso,
puesto que se desperdicia una cierta cantidad de acetileno, por otro lado
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el acetileno que se desprende puede formar con el aire una mezcla
explosiva.
GENERADORES DE ACETILENO DE ALTA PRESIÓN
Son los más empleados, debido a que estos alimentan los puestos de
trabajo con acetileno a altas presiones. Pueden ser fácilmente reconocidos
por su construcción cerrada y porque poseen en la parte superior un
manómetro para indicar la presión del acetileno y una válvula de
seguridad por sobre-presión.
Los generadores de alta presión producen acetileno a presiones hasta de
150 kPa (1,5 Bar). La compresión de acetileno en generadores sobre los
150 kPa no es permitido, puesto que el acetileno comprimido por encima
de este límite, fácilmente se descompone y se corre el peligro de
explosiones. La válvula de seguridad en los generadores de alta presión
debe empezar a funcionar a presiones de 135 kPa.
GENERADORES MOVILES DE ALTA PRESION
El generador de la Fig. 17 es de una capacidad de 0,5 kg de carburo de
calcio y sirve para trabajar con sopletes de bajo rendimiento.
El máximo rendimiento del generador es de 300 Lts/hr y es empleado
para efectuar trabajos de soldadura blanda (soldering), soldadura fuerte
(brazing) y soldeo de láminas delgadas de acero.
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Fig. 17 Esquema de un generador de acetileno móvil de alta presión
El generador de la Fig. 17 es de contacto, porque el carburo de calcio
cargado en el canastillo 1 entra en contacto con el agua que se encuentra
en el recipiente 2, el cual alcanza la altura del indicador de control de
nivel de agua 3 en el interior del generador. El contacto del canastillo 1
con el agua se produce por el accionamiento del mango 4. El acetileno
producido es almacenado en el recipiente 5 y por el conducto de gas 6
fluye hacia el cierre hidráulico 7 y seguidamente por el conector 8 se
dirige hacia el soplete.
A presiones elevadas en el generador, el acetileno presiona sobre el agua
y lo bombea hacia la cámara lateral del recipiente a través del orificio 11
y de esta forma se produce la separación del agua del carburo de calcio.
El generador de acetileno, es herméticamente cerrado por la parte
superior con la tapa 10, en la cual se ubican; un manómetro y una válvula
de seguridad.
CIERRE HIDRAULICO
Todos los generadores de acetileno empleados para la soldadura o corte
deben estar equipados con cierres hidráulicos. La función que cumplen
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estos, es el de proteger al generador de retornos de llama o mezclas de
acetileno y oxígeno. El retorno de llama o mezclas se produce por la mala
operación de los sopletes y pueden provocar accidentes peligrosos. En
base a exámenes especiales se determinó que la presión a tiempo de la
explosión de la mezcla acetileno-oxígeno es cientos de veces mayor que
la presión inicial y puede alcanzar en los cierres de baja presión hasta 10
MPa (100 Bar) y en los cierres hidráulicos de alta presión hasta 50 MPa.
Debido a que la presión en el momento de explosión actúa un corto lapso
de tiempo (0,04 a 0,001 segundos) esta no provoca ningún desperfecto en
el cierre hidráulico.
Cada cierre hidráulico debe poseer una certificación que autorice su
empleo, otorgado por organizaciones técnicas encargadas del control de
éste tipo de equipos, por ejemplo en algunos países como prueba de esto,
llevan un sello en una de las esquinas de la placa de fábrica.
Los cierres hidráulicos al igual que los generadores, se dividen en: cierres
hidráulicos de baja y alta presión. Además se diferencian cierres
hidráulicos para centrales (principales) y de red, dependiendo de su lugar
de servicio, estacionarios-principales o si están instalados en puestos de
trabajo de red o generadores móviles individuales.
CIERRE HIDRAULICO DE ALTA PRESION
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Fig. 24 Esquema de un cierre hidráulico de alta presión: a) cierre
hidráulico durante el trabajo normal, b) a tiempo del retorno de llama.
El acetileno del generador fluye hacia el cierre hidráulico por medio del
conducto de gas 3, por la válvula anti-retorno 4. Luego de pasar por los
orificios de la capucha 5 y por la capa de agua, el acetileno se almacena
en la parte superior del cierre hidráulico y por intermedio del conector 6
fluye por una manguera hasta el soplete.
En el caso de presentarse retorno de llama (Fig. 24b) los gases resultantes
– que poseen mayor presión- cierran la válvula de retención 4, cortando
la alimentación de acetileno hasta el cierre hidráulico. Los gases
resultantes escapan al exterior del cierre hidráulico por medio del
conector 6 luego de abrir la válvula de acetileno en el mango del soplete.
El tapón 1 del cierre hidráulico sirve para llenar el agua.
Con objeto de asegurar el correcto funcionamiento del cierre hidráulico,
es necesario antes de empezar todo el trabajo, controlar minuciosamente
el estado del nivel de agua en el cierre hidráulico con la ayuda del tapón
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de control 2. Esta operación se recomienda realizar no solamente antes
del inicio del trabajo, sino varias veces en un día.
El control del nivel agua en los cierres hidráulicos de alta presión se lleva
a cabo de la misma forma que en los de baja presión.
Teniendo en cuenta los reglamentos de seguridad (de otros países) de un
cierre hidráulico puede consumir acetileno solamente un soldador.
Ampliar conectores adicionales de consumo de gas de un cierre
hidráulico está categóricamente prohibido.
En invierno y en trabajos a la intemperie existe el peligro de
congelamiento de los cierres hidráulicos. Para evitar esto, se recomienda
el uso de agentes químicos que bajan la temperatura de congelamiento
del agua hasta -10 ºC, como ser una mezcla de 30% de glicerina técnica y
70% de agua.
6. VALVULAS DE SEGURIDAD
Las válvulas de seguridad son empleadas solamente en generadores de
acetileno de alta presión. En los generadores de baja presión la función
de las válvulas de seguridad cumplen los conductos de seguridad (de
sobre medida) ubicados en el interior del recipiente de gas y que
sobresale al exterior del recipiente.
El papel que cumplen las válvulas de seguridad es la de permitir el
escape de exceso de presión de acetileno hacia la atmósfera, en caso de
que la presión en el generador de acetileno suba a más de 150 kPa. Una
válvula de seguridad que trabaje eficientemente debería empezar a actuar
a una presión de 135 kPa. A una presión de 150 kPa debería producirse la
completa abertura de la válvula y a la presión de 120 kPa un completo
cierre.
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En la Fig. 26, se presenta la sección de una válvula de seguridad para un
generador portátil de una capacidad de 6 m3/h.
Fig. 26 Sección de una válvula de seguridad para generadores portátiles
de alta presión tipo ZB-6.
1. Asiento de válvula
2. Diafragma de goma
3. Capuchón
4. Resorte
5. Sello de goma
6. Palanca para el soplado de la válvula.
Los generadores de acetileno ENHA-1 y 2 tienen similar construcción y
se diferencian solamente entre ellos en que el generador ENHA-1 tiene
una sola cámara de reacción y el generador ENHA-2 tiene dos cámaras
de reacción Fig. 18. Este tipo de generadores son económicos y son los
mas frecuentemente usados para trabajos de soldadura. Pertenecen al
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grupo de generadores transportables con capacidad de generación hasta
200 litros de acetileno por hora y pueden estar provistos de cierre
hidráulico con dos conectores para consumo de acetileno. Un cierre
hidráulico de este tipo debe estar provisto de una placa adicional con
numeración ODT, que fue permitido para trabajar con dos conectores de
gas. En este caso, pueden simultáneamente conectarse dos soldadores.
Fig. 19. Esquema de funcionamiento de un generador de acetileno tipo
ENH-2
El esquema de un generador ENHA-2 se presenta en la Fig. 19.
El agua del recipiente principal 1 fluye a través del regulador de presión
de agua 2 y válvula 3 hacia la cámara de reacción 4, donde baña al
carburo de calcio almacenado en una caja 5. El acetileno producido fluye
por el conducto de gas 6 hacia el recipiente principal 1 y seguidamente
por el conducto de salida 7 y por el cierre hidráulico 9 de donde es
alimentado hacia el soplete.
El llenado de agua al recipiente principal 1 se realiza del recipiente de
reserva 10, al cual llega un conducto de gas el cual esta conectado con el
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recipiente de gas. En la parte superior del recipiente de gas se encuentra
montado un manómetro 11 así como una válvula de alivio por sobre-
presión 12. El nivel de agua se controla con la válvula 14.
El regulador de presión 9 sirve para mantener el flujo constante de gas
durante la soldadura y se encuentra ajustado a una presión constante de
20 kPa independientemente de la presión fluctuante dentro del generador
de acetileno. El agua que fluye hacia el carburo de calcio es regulada a
través del regulador de presión 2, el cual automáticamente abre el paso de
agua a una presión del acetileno de 60 kPa y cierra a una presión de 80
kPa. Después de consumir el carburo de calcio en una de las cajas se
dirige el agua hacia la segunda caja, realizando el cambio de posición del
mango 13 de la válvula de agua.
Fig. 18. Generador de acetileno transportable de alta presión ENHA-2
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VII. FLAMA OXIACETILENICA Y SOPLETES PARA SOLDAR
1. PROPIEDADES DE LA FLAMA OXIACETILENICA
La flama oxiacetilénica se produce a la salida del inyector del soplete de
soldadura, luego del suministro al soplete de una mezcla de gases –
acetileno y oxígeno u oxígeno y otro gas combustible.
Las características que presenta una flama oxiacetilénica son:
Alta temperatura, la cual alcanza 3100 ºC a una distancia entre 2 a 8
mm de la punta del dardo, en función al tamaño de la boquilla, lo
cual permite un rápido calentamiento y fusión del material soldado.
Las propiedades reductoras de los gases (zona desoxidante de la
flama)
Facilidad de regulación precisa de la flama, esto es, la consecución
de una relación apropiada de acetileno y oxígeno.
Con objeto de conseguir una flama oxiacetilénica se alimenta al soplete
oxígeno y acetileno en proporciones adecuadas.
En una flama regulada como normal (neutral) no debería existir una
demasía de oxígeno ni de acetileno, de tal manera que la relación teórica
de estos dos gases, debería ser 1:1. Pero en la práctica, el consumo de
oxígeno es algo mayor, puesto que para cada litro de acetileno se
consume aproximadamente 1,2 litros de oxígeno.
Una flama oxiacetilénica forma tres zonas, de las cuales cada una
presenta una composición química (Fig. 68).
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Fig. 68. Diagrama calorífico de una flama oxiacetilénico y distribución
de zonas
Dos zonas; el dardo y la cola son visibles y entre ellas existe una tercera
zona invisible, denominada zona desoxidante o reductora.
Dardo. La formación del dardo en la flama es un fenómeno producido
por la desintegración del acetileno en carbono e hidrógeno por la
influencia de las altas temperaturas. El carbono se combustiona en
atmósfera de oxígeno y forma a la salida del inyector del soplete un cono
radiante.
Zona desoxidante. Las moléculas candentes de carbono se
combustionan (en la periferia del dardo) en monóxido de carbono CO, en
atmósfera de oxígeno suministrado del botellón, el cual con el hidrógeno
proveniente de la desintegración del acetileno, forma la zona desoxidante
de la flama. En la flama se encuentra no solamente hidrógeno molecular
H2, también una cierta cantidad de hidrógeno atómico (H). Entonces la
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reacción de combustión del acetileno en la zona desoxidante se produce
según la ecuación;
2 2 2 2
2 22
3 3C H O CO H H Q
La zona desoxidante se compone en promedio de 60% de CO, 20% H2 y
20% H. Los gases de esta zona, forman la zona reductora de la flama y
posibilitan el contacto del lago de metal fundido con el oxígeno y
nitrógeno del aire con la condicionante de que el soplete sea manipulado
correctamente durante la soldadura y además se encuentra
apropiadamente regulado.
Cola. En esta zona de la flama se produce la combustión de los gases de
la segunda zona, en esto el dióxido de carbono reacciona con el oxígeno
del medio ambiente y forma dióxido de carbono. El hidrógeno reacciona
con el oxígeno y forma vapor de agua (H2O).
El balance térmico de una flama oxiacetilénica normal de reacción
química completa, tal como se lleva a cabo durante la combustión del
acetileno en tres zonas particulares, con oxígeno tomado del botellón y
del aire ambiental, se lleva a cabo como sigue:
Zona 1. mol
MJHHCOOHC 26,297
3
2
3
22 2222
Zona 2: mol
MJHH 72,150
3
1
3
22
Zona 3: mol
MJNOCNOCO 83,242242 2222
(combustión completa)
mol
MJNOHNOH 83,242225,0 22222
Total 1260,21 mol
MJ
Regulación de la flama. Una regulación exacta de la flama y el
manipuleo correcto del soplete durante la soldadura tienen una influencia
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importante en la soldadura. La Fig. 69 presenta las características de la
flama oxiacetilénica de regulación normal (neutral), con exceso de
acetileno y con exceso de oxígeno. La demasía de acetileno se puede
reconocer fácilmente en la flama debido a que la punta del dardo de
alarga y se forma al final del dardo una especie de escoba (Fig. 69b), y la
cola tiene una coloración como el de una vela. La demasía de oxígeno en
la flama se reconoce porque el dardo es corto y tiene la forma de un cono
afilado (Fig.69c). La flama se torna fuertemente ruidosa de coloración
claro violeta, Un soplete correctamente regulado debería presentar una
flama sin exceso de oxígeno y sin exceso de acetileno. El exceso de
acetileno en la flama o el contacto con el dardo del metal fundido (Fig.
69b) provoca la carburación de la soldadura, con lo cual se consigue una
soldadura dura y frágil. El exceso de oxígeno en la flama (Fig. 69c) o que
el metal soldado se encuentre a una distancia muy alejada del dardo,
influye en la oxidación de la soldadura y la misma resulta con
propiedades de resistencia mecánica disminuidas. La parte mas caliente
de la flama no es aprovechada, lo cual implica mayor tiempo de soldeo.
Fig. 69. Formas de flama oxiacetilénica: a) flama normal, b) flama con
demasía de acetileno, c) flama con demasía de oxígeno.
Durante la soldadura, el soplete debería estar ubicado de tal manera que
la zona de mayor temperatura (3100 ºC) se encuentre a una distancia
entre 2 a 8 mm de la superficie soldada. La ubicación correcta del soplete
y regulada adecuadamente, nos da una garantía de una buena soldadura,
incluso cuando no se tiene una práctica suficiente de soldeo.
2. SOPLETES DE ALTA Y BAJA PRESION PARA SOLDAR
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El soplete para soldar es una herramienta en el cual se produce una
mezcla exacta de los gases (por ejemplo acetileno y oxígeno), luego del
cual la mezcla de estos gases se combustionan a la salida del inyector,
formando una flama oxiacetilénica. El soplete para soldar debería brindar
una garantía completa de seguridad de trabajo así como debería ser
práctico en su uso.
Los sopletes para soldar se pueden dividir (PN-80/M69180) y según
diferentes criterios, por ejemplo tomando en cuenta:
En función a la aplicación en:
o Soplete para soldar – símbolo PS
o Soplete para corte de metales – símbolo PC
o Soplete iniversal
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Como se define un generador de acetileno?
Generador de acetileno se denomina al conjunto de equipos que sirven
para producir y almacenar instantáneamente acetileno.
De que partes consta un generador de acetileno??
El generador de acetileno esta formado por dos partes principales:
El cuerpo (recipiente principal) y el cierre hidráulico.
El cuerpo de un generador – casi en todos los generadores – esta
constituido por tres recipientes;
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Recipiente de agua (para el enfriamiento de las cámaras de reacción
y descomposición del carburo de calcio).
Recipiente de carburo de calcio (caja o canastillo).
Recipiente de gas (espacio donde se almacena el acetileno
producido).
Que se toma en cuenta para clasificar a los generadores de acetileno?
Los generadores de acetileno se clasifican tomando en cuenta:
El mayor rendimiento constante
La máxima presión
Su forma de funcionamiento, es decir, la forma en que se lleva
a cabo la reacción del carburo de calcio con el agua.
Su tamaño
Dibujar y describir el funcionamiento de un generador de acetileno de
alta presión por inmersión (desplazamiento o de contacto)
Para que sirve el cierre hidráulico de un generador de acetileno??
Cual es la función que cumple la válvula de seguridad en un generador de
acetileno?
El papel que cumplen las válvulas de seguridad es la de permitir el
escape de exceso de presión de acetileno hacia la atmósfera, en caso de
que la presión en el generador de acetileno suba a más de 150 kPa. Una
válvula de seguridad que trabaje eficientemente debería empezar a actuar
a una presión de 135 kPa. A una presión de 150 kPa debería producirse la
completa abertura de la válvula y a la presión de 120 kPa un completo
cierre.
Cuales son las características que presenta una llama oxiacetilénica?
Las características que presenta una flama oxiacetilénica son:
Alta temperatura, la cual alcanza 3100 ºC a una distancia entre 2 a 8
mm de la punta del dardo, en función al tamaño de la boquilla, lo
cual permite un rápido calentamiento y fusión del material soldado.
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Las propiedades reductoras de los gases (zona desoxidante de la
flama)
Facilidad de regulación precisa de la flama, esto es, la consecución
de una relación apropiada de acetileno y oxígeno.
Dibujar y describir el diagrama calorífico de una flama oxiacetilénica
Fig. 68. Diagrama calorífico de una flama oxiacetilénico y distribución
de zonas
Escribir las reacciones químicas que se producen en las tres zonas de una
flama oxiacetilénica:
Zona 1. mol
MJHHCOOHC 26,297
3
2
3
22 2222
Zona 2: mol
MJHH 72,150
3
1
3
22
Zona 3: mol
MJNOCNOCO 83,242242 2222
(combustión completa)
mol
MJNOHNOH 83,242225,0 22222
Total 1260,21 mol
MJ
