MÓDULO DE APRENDIZAJE

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1 REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO PARA LA ECONOMÍA POPULAR INSTITUTO NACIONAL DE COOPERACIÓN EDUCATIVA MÓDULO DE APRENDIZAJE SALIDA OCUPACIONAL: CALDERERO CICLO DE FORMACIÓN: BÁSICO COMPONENTE: TÉCNICO PRODUCTIVO MAB - TP - 1 CUADERNO DE ESTUDIO 1/2 VENEZUELA, 2005

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3 REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO PARA LA ECONOMÍA POPULAR INSTITUTO NACIONAL DE COOPERACIÓN EDUCATIVA Abril, 2005

4 Especialistas en Contenido Jesús Antonio Henríquez Durán (Instructor Gerencia Regional INCE Aragua) Juan Bautista Marcano (Instructor Gerencia Regional INCE Aragua La Victoria) Daniel Franquines (Instructor Gerencia Regional INCE Aragua La Victoria) Carlos Montero (Instructor Gerencia Regional INCE Carabobo Puerto Cabello) Elaboración, Diagramación y Diseño Wolfgang Rafael Crespo (Supervisor de Formación Profesional Gerencia Regional INCE Táchira) Emiro Contreras (Analista Ocupacional Gerencia Regional INCE Barinas) Edinson Figueroa (Analista productor de medios Gerencia Regional INCE Yaracuy) Wilfredo Alvarado (analista productor de medios Gerencia Regional INCE Portuguesa) Validadores José Belisario (Instructor Gerencia Regional INCE Aragua La Victoria) Mariela Luna (Analista Gerencia Regional INCE Barinas) Celina Humbría (Analista Productor de Medios Gerencia Regional INCE Barinas) Coordinación Técnica Estructural División de Recursos para el Aprendizaje Coordinación General Gerencia General de Formación Profesional Gerencia de Tecnología Educativa 1 ra Edición 2005 Copyright INCE

5 INDICE Pág. INTRODUCCIÓN CALDERERÍA... 3 Función... 3 OPERACIONES MATEMÁTICAS... 4 Operaciones Básicas... 4 Regla de tres Despeje de ecuaciones simple... 6 Trigonometría... 7 CONVERSIONES DE UNIDADES Sistemas de unidades de medidas TECNOLOGÍA DE LOS METALES Metalografía (Metalurgia Física) Terminología Básica para el Calderero Deformación de los Metales Diagrama de Fases Propiedades de los Metales Aleaciones NORMAS APLICADAS A LA CALDERERÍA Normas Covenin (Comité Venezolano de Normas Industriales) GLOSARIO REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.37

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7 INTRODUCCIÓN El cuaderno de estudio correspondiente a la Salida Ocupacional Calderero, comprende el módulo de aprendizaje del Ciclo de Formación Básico, Componente Técnico-Productivo denominado: Trazado Sobre Superficie Metálica. Éste tiene como fin, la adquisición de conocimientos y valores; el desarrollo de habilidades, destrezas y actitudes del sujeto de aprendizaje, en lo que respecta a: Calderero, operaciones matemáticas, conversión de unidades, normas aplicadas a la calderería y tecnología de los metales. diseñado según los requerimientos de la Salida Ocupacional, donde los temas o puntos específicos presentan ilustraciones y referencias bibliográficas, que serán utilizadas como insumo para la Construcción Colectiva de la Acción Docente. Se recomienda que investigue en otras fuentes de estudio y comparta experiencias con sus compañeros; a fin de consolidar y enriquecer los conocimientos adquiridos. El contenido que a través de este material se presenta, ofrece los conocimientos básicos que requiere el sujeto de aprendizaje en su formación; Así como el de orientar la tarea de enseñanza que tiene el facilitador como responsable de una formación que va más allá de la participación y métodos activos. Es importante resaltar que los diversos ejes temáticos tratados, se ajustan al programa de formación

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9 CALDERERÍA Es la persona encargada de realizar las operaciones de fabricación, montaje y reparación de elementos de construcciones metálicas tanto fijas como móviles, en condiciones y normas de seguridad, realizando el mantenimiento de primer nivel de equipos y medios auxiliares que utiliza aplicando los procedimientos establecidos de control de calidad. Así mismo actúa como trazador, soldador, calderero; carpintero metálico, montador de tuberías y de productos metálicos estructurales y reparador de estructuras de acero en taller y obra. Se ubica en el sector mecánico de construcciones metálicas en el área de fabricación, montaje y reparación. Función 1.- Interpreta planos, desarrolla croquis empleando las técnicas de trazado que permite el desarrollo de corte y conformado de las estructuras metálicas. 2.- Construye estructuras metálicas, recipientes y tuberías con chapas de distintos espesores y perfiles normalizados en acero al carbono e inoxidable. Así mismo elabora conductos cilíndricos, conos, tolvas y depósitos utilizando maquinas de corte y conformado, utilizando equipos de soldaduras eléctricas. 3.- Trabaja bajo el proceso de Soldadura Eléctrica al Arco con electrodo revestido y Soldadura Oxiacetilénica (OAW). 4.- Taladra, roscas, conforma perfiles y chapas con las condiciones de calidad que facilite su posterior ensamblaje. 5.- Organiza el equipo de trabajo para la obtención de productos en las condiciones de seguridad, con los parámetros y características de calidad requeridas. 6.- Cumple con las normas de higiene y seguridad industrial. 3

10 OPERACIONES MATEMÁTICAS Operaciones Básicas NÚMEROS ENTEROS Rápidamente nuestro sistema numérico quedo limitado, pues no nos permitía representar numéricamente muchas cosas, como por ejemplo, una deuda, una temperatura bajo cero o un saldo en contra. Para solucionar este problema aparecen los números enteros, mismos que pueden ser positivos o negativos C Números Enteros Positivos y Negativos a) Números Enteros Positivos: Se llaman así a todos los números que representen una cantidad. Los números naturales son los enteros positivos, con la única diferencia que a la hora de representar un entero positivo podemos anteponerle el signo +. El número 8 es un entero positivo, puedo representarlo como 8 o como +8 El número 24 es un entero positivo, puedo representarlo como 24 o como +24 Los números 11, +32, +7, 35 son todos enteros positivos (no es necesario anteponer +). b) Números Enteros Negativos: Los enteros negativos representan una cantidad en contra o algo que no tenemos y necesariamente debemos anteponerle el signo -. El número -8 es un entero negativo. El número -24 es un entero negativo. Los números -11, -32, -7, -35 son todos enteros negativos y por ello llevaran necesariamente el signo. C Comparación de Números Enteros Para comparar números enteros debemos tener en cuenta que: a) Cualquier número positivo es mayor que cualquier número negativo. 4

11 Por ejemplo: 4 es mayor que -1, ya que 4 es un entero positivo y -1 es un entero negativo. +3 es mayor que -18, ya que +3 es un entero positivo y -18 es un entero negativo. b) Entre números positivos será mayor el que represente mayor cantidad. Por ejemplo: +5 es mayor que +3, ya que 5 representa mayor cantidad que es mayor que 8, ya que 16 representa mayor cantidad que es mayor que -5, ya que 2 representa menor cantidad que es mayor que -13, ya que 11 representa menor cantidad que 13 C Adición y Sustracción de Números Enteros Tendremos dos posibilidades, las cuales son: a) Si tenemos números de igual signo: Cuando tengamos dos o más números de igual signo, lo que tendremos que hacer es sumar las cantidades y al resultado anteponerle el mismo signo. Observemos el siguiente caso: es mayor que +12, ya que 13 representa mayor cantidad que 12. c) Entre números negativos será mayor el que represente menor cantidad. Por ejemplo: = 92 En esta operación tenemos tres números positivos: +35, +46 y +11 Entonces lo que debemos hacer es sumar los tres números, nos dará: 92 El resultado también será positivo. 5

12 Otro ejemplo podría ser: En esta operación tenemos tres números negativos: -12, -28 y -21 Entonces lo que debemos hacer es sumar los tres números, nos dará: 61 b) Si tenemos números de signos diferentes: Si tenemos números de diferentes signos, restamos el número mayor menos el número menor y el resultado llevara el signo del número mayor. Veamos: El resultado también será negativo, necesariamente le antepondremos -. multiplicar los números sin importarnos el signo que estos tengan. Una vez que hemos hallado el resultado, recién colocaremos el signo que corresponda de acuerdo a la siguiente Ley de Signos: (+) x (+) = (+) (+) x (-) = (-) (-) x (+) = (-) (-) x (-) = (+) El resultado de multiplicar dos números positivos es un número positivo El resultado de multiplicar un número positivo por otro negativo es un número negativo El resultado de multiplicar un número negativo por otro positivo es un número negativo El resultado de multiplicar dos números negativos es un número positivo En esta operación tenemos un número positivo y otro negativo. El mayor es 46 y el menor 35, entonces: = 11 Como el número mayor es 46, y este es negativo, el resultado será también negativo. Multiplicación de Números Enteros Cuando tengamos que multiplicar dos o más números enteros, lo primero que debemos hacer es proceder a División de Números Enteros Cuando tengamos que dividir números enteros, lo primero que debemos hacer es proceder a dividir los números sin importarnos el signo que estos tengan. Una vez que hemos hallado el resultado, recién colocaremos el signo que corresponda de acuerdo a la siguiente Ley de Signos (que es prácticamente la misma que la que utilizamos en multiplicación): 6

13 (+) (+) = (+) (+) (-) = (-) (-) (+) = (-) (-) (-) = (+) El resultado de dividir dos números positivos es un número positivo El resultado de dividir un número positivo entre otro negativo es un número negativo El resultado de dividir un número negativo entre otro positivo es un número negativo El resultado de dividir dos números negativos es un número positivo NÚMEROS DECIMALES Suma Los elementos de la adición son: Sumando + Sumando = Suma La suma de los números decimales se obtiene en forma semejante a la de los números cardinales. Los sumandos deben ubicarse, de tal forma, que coincidan las columnas de posición: unidades, decenas y las demás columnas de la parte entera y décimos, centésimos y otros, por la parte decimal. En la suma, la coma debe colocarse en el lugar correspondiente. Ejemplo: 3,5 + 0, ,8 Resta 3,5 + 0, , ,3049 Como en los números cardinales, es la operación inversa de la adición. Sus elementos son: Minuendo - Sustraendo = Resta o Diferencia El minuendo debe ser mayor que el sustraendo Para resolver operaciones de sustracción de decimales, además de colocar ordenadamente los números de acuerdo a su columna de posición, es conveniente igualar el número de cifras decimales del minuendo y el sustraendo, mediante ceros. Lo mismo se realiza cuando uno de ellos es entero. Por ejemplo, la forma de solución si se resta: 7

14 Se coloca la coma en el producto, contando de derecha a izquierda, la cantidad de decimales de sus factores. a) Multiplicación La multiplicación es una suma repetida y sus elementos son: Factor X Factor = Producto. La multiplicación de decimales puede presentar sus dos factores decimales o uno de ellos puede ser entero. b) En ambos casos se obtiene el producto de la misma forma: Se multiplica como si no tuviera coma ningún factor. Se cuenta el número de decimales de ambos factores. 8

15 c) Recuerde que los enteros son decimales periódicos: Para continuar dividiendo, se baja el primer 0 decimal al lado del 3, se coloca la coma en el cuociente y se sigue dividiendo. Así: División La división tiene como elementos: Dividendo: Divisor = Cociente Cuando el divisor no cabe exactamente en el dividendo, queda un resto o residuo debajo de él. Es división inexacta; quedó de residuo el 3. En este ejemplo se tuvo que sacar dos cifras decimales para lograr un decimal exacto. Es más específico el cuociente 8,75 que 8. Cuando se llega al milésimo y todavía no se tiene un decimal exacto, por acuerdo, no se continúa la división. Cómo seguir dividiendo si no hay más cifras en el divisor? 9

16 Sólo debe multiplicar el cociente por el divisor, luego se le adiciona el residuo (si hay) y la suma deberá coincidir con el dividendo. Algunas veces se presenta un dividendo menor al divisor. Entonces, inmediatamente se coloca 0 en el cuociente, la coma y se escribe la parte decimal del dividendo para continuar. Revise el ejemplo anterior de 38: 17. Su cuociente era 2,235 y el residuo, 5. Entonces, multiplicamos: Vea qué sucede con: 2:8 2< 8, entonces 20 : 8 = 0, Cuando haya aprendido la forma de solución, no será necesario escribir la parte decimal con ceros; lo hará mentalmente. Observación General La división es la operación inversa de la multiplicación. Entonces, se puede recurrir a ella para comprobar resultados. CON FRACCIONES Fracciones: Se llaman así a todos los números que representen una división inexacta, por ejemplo: 8 5 = 1,6 El resultado de esta división es inexacto y tiene como resultado un número decimal, que se puede representar como un número fraccionario. 10

17 Ahora, este número fraccionario, o simplemente fracción tendrá sus partes definidas: 8 ~> es el numerador 5 ~> es el denominador Además cabe resaltar que la raya o división central representa el operador matemático de división. Fracciones equivalentes: Es cuando se tienen fracciones que valen exactamente lo mismo, aunque se escriban de diferente manera. Para ver si dos fracciones son equivalentes, se multiplica el numerador de una con el denominador de otra y si el resultado es igual, las fracciones son equivalentes. Ejemplo: 6 x 6 = 36 4 x 9 = 36 4 y Comparación de números fraccionarios: En el caso ideal de comparación se tienen fracciones de igual denominador, entonces la de mayor numerador será la mayor. Por ejemplo: 4 y La mayor de ellas es 5/7 porque tiene igual denominador pero mayor numerador. Pero por lo general se trabaja con fracciones de diferentes denominadores, entonces tendrá que hacer un par de multiplicaciones para determinar cuál es mayor, cuál es menor, o si son iguales: 3 y En este caso se debe determinar cuál de estas fracciones representa mayor cantidad. 3 y Multiplicar en forma cruzada los numeradores con los denominadores. Así se tendrá: 3 x 6 = 18 y 5 x 4 = 20 11

18 3 y <20 El mínimo común múltiplo de 4, 3 y 9 es 36. Este número pasara a ser el denominador de la fracción resultante- Observe los resultados abajo de las fracciones. En este caso en particular resulta que el número 20 es mayor que el número 18, pro lo tanto 5/6 es mayor que 3/4. Adición y sustracción de números fraccionarios: Los números fraccionarios ofrecen la ventaja de poder trabajar sumas y restas al mismo tiempo. Para resolver una suma o resta se deben seguir los siguientes pasos: En este ejemplo e tiene suma y resta a la vez. Lo primero que se hace es hallar el mínimo común múltiplo de los denominadores = Ahora se divide el mínimo común múltiplo entre el primer denominador, es decir, 36 4 = 9 Ese resultado se multiplica ahora por el primer numerador, es decir, 9 x 3 = 27 El 27 se colocamos en el numerador y como después viene el signo más (+) en la operación también se coloca = Ahora se trabaja de manera similar para la segunda fracción. Se divide el mínimo común múltiplo entre el segundo denominador: 36 3 = 12 Ese resultado se multiplica ahora por el segundo numerador, es decir, 12 x 5 = 60 12

19 Se Coloca el 60 en el numerador y el signo que viene a continuación, es decir, menos (-) = Se repite el mismo trabajo para la tercera fracción. Primero se divide el mínimo común múltiplo entre el tercer denominador: 36 9 = 4 El resultado se multiplica ahora por el tercer numerador, es decir, 4 x 2 = 8 Finalmente colocamos 8 en el numerador = Solo faltara resolver la operación que se presenta en el numerador: = = El resultado de la operación será el que dejo indicado. En este caso no se puede simplificar. Multiplicación de números fraccionarios: Cuando se tengan que multiplicar dos o más números fraccionarios, simplemente se deben multiplicar todos los numeradores y todos los denominadores por ejemplo: 2 x 3 x 5 se tiene que multiplicar: 2 x 3 x 5 = x 4 x 3 60 El resultado se puede simplificar dividiendo el numerador y el denominador entre 30, así se obtiene la fracción equivalente 1/2. División de números fraccionarios: Cuando se tienen que dividir números fraccionarios, en realidad lo que se pide es hacer una multiplicación cruzada. Por ejemplo: 2 3 = Se multiplica 2 x 4 para hallar el numerador 8 y se multiplica 5 x 3 para hallar el denominador

20 También se puede convertir la división a multiplicación, para esto cada vez que se tenga una operador se puede reemplazar por un operador x Ejemplo: 2 3 = 2 x 4 = Lo más recomendable es llevar las divisiones a multiplicación, ya que así la operación se puede hacer directamente sin importar la cantidad de fracciones que se tengan y además puede simplificarse antes de multiplicar. Solamente se puede simplificar antes de operar en la multiplicación. Regla de tres REGLA DE TRES SIMPLE La regla de tres simple se apoya en los criterios de las magnitudes proporcionales, se tienen dos clases: siempre y cuando invierta la fracción que viene después del operador. a) Regla de tres simple directa: Ésta se utiliza para magnitudes directamente proporcionales. Por ejemplo, si se tiene que 5 libros cuestan 26 Bs. Y se quiere saber cuánto costaran 15 libros, entonces: Supuesto 5 libros ~> 26 Bs. Pregunta 15 libros ~> x Para hallar el valor de x, se multiplican de forma cruzada los datos que se tienen: 15 x 26 Bs. = 390 Bs. Y se divide la cantidad obtenida entre el número que aún no se ha empleado: 390 Bs. 5 = 78 Bs. Finalmente se dice que 15 libros costaran 78 Bolívares. b) Regla de tres simple inversa: Ésta se utiliza para magnitudes inversamente proporcionales. 14

21 Por ejemplo, si 4 obreros hacen una pequeña construcción en 12 días, cuántos días demoraran 6 obreros? Supuesto 4 obreros ~> 12 días Pregunta 6 obreros ~> x Para hallar el valor de x, se multiplican directamente los datos que si tenemos: 4 x 12 días = 48 días Y ahora se divide la cantidad obtenida entre el número que aún no se ha empleado: 48 días 6 = 8 días Finalmente se dice que 6 obreros completaran su trabajo en 8 días. REGLA DE TRES COMPUESTA Es una aplicación sucesiva de la regla de tres simple. Se debe tener mucho cuidado al ver si se está trabajando con una regla de tres simple o una regla de tres compuesta, por ello es recomendable hacerlo por partes. Ejemplo: Si 3 hombres avanzan 80 metros de una obra en 15 días, cuantos días necesitaran 5 hombres para avanzar 60 metros de la misma obra? Se distingue en nuestro ejemplo: Supuesto 3 hombres ~> 80 metros ~> 15 días Pregunta 5 hombres ~> 60 metros ~> x Se puede decir que la relación entre cantidad de hombres y días trabajados, está formando una regla de tres simple inversa (a mayor cantidad de hombres menos días), entonces e pudría expresar así: 3 x 15 5 Además se sabe que la cantidad de hombres y la cantidad de trabajo avanzada forman una regla de tres simple directa (a mayor cantidad de hombres, más trabajo se puede realizar, entonces: 3 x 15 x 60 = 2700 = 6,75 5 x Entonces se dirá que el trabajo se realizara en 7 días (haciendo una aproximación por exceso). 4

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23 Despeje de ecuaciones simple DESPEJE DE ECUACIONES El despeje final de la ecuación da como un resultado (2) que para ser considerado verdaderamente solución debe satisfacer la ecuación. (3) Una ecuación es una igualdad en la que existen cantidades conocidas y una cantidad desconocida que se acostumbra llamar incógnita. La forma general de una ecuación de primer grado (o lineal) es: ax + b = 0 Ejemplo, si se tiene la ecuación 6X 16 = 17, entonces: 6X 16 = 17 " 6X = " X = ( ) / 6 Los rectángulos simbolizan las expresiones matemáticas ubicadas al lado izquierdo y derecho. La igualdad (=) es un símbolo de orden (o un comparador). El proceso de resolución (1) consiste en someter la ecuación a sucesivos pasos algebraicos, consistentes en aislar en uno de sus miembros todos los términos que contiene la incógnita y al otro lado de la ecuación todos los números. X = 33 / 6 " X = 11 / 2 Remplazando X = 11/2 en la ecuación resulta: 6 (11/2) 16 = (66/2) 16 = = 17 Como X = 11/2 satisface la ecuación, entonces es la solución. 6

24 Trigonometría TEOREMA DE PITÁGORAS "En todo triángulo rectángulo, el cuadrado de la hipotenusa es igual a la suma de los cuadrados de los catetos". Y, "En todo triángulo rectángulo, el cuadrado de uno de los catetos es igual a la diferencia entre el cuadrado de la hipotenusa y el cuadrado del otro cateto". Debido a que un triángulo tiene tres lados, se pueden establecer seis razones, dos entre cada pareja de estos lados. Las razones trigonométricas de un ángulo agudo en un triángulo rectángulo son las siguientes: ABC, rectángulo en A a: hipotenusa. b: cateto. CÁLCULO DEL SENO El Seno es la razón entre el cateto opuesto al ángulo y la hipotenusa. c: cateto a 2 = b 2 + c 2 b 2 = a 2 + c 2 7

25 Fórmula: Formula: CÁLCULO DEL COSENO El coseno es la razón entre el cateto adyacente al ángulo y la hipotenusa. CÁLCULO DE ARCO, CUERDA Y FLECHA Formula: CÁLCULO DE LA TANGENTE La tangente es la razón entre el cateto opuesto al ángulo y el cateto adyacente. El cálculo del arco, la cuerda y la flecha que componen una parte de la circunferencia es de suma utilidad en aquellos casos donde se desee determinar que tan curva debería quedar una lamina para completar, por ejemplo la fabricación de un tanque de 8

26 grandes dimensiones o simplemente la porción superior de una puerta. Reja o protector, requerido en un trabajo de herrería. Para calcular la cuerda, se considera que la suma de los ángulos internos de un triangulo es de 180, y utilizando la ley de los senos, se tiene que: Supóngase que se requiere fabricar un tanque de diámetro total de seis metros con lámina comercial de (1.5m x 2m), sabiendo que el perímetro de la circunferencia es de 18,84 m se puede iniciar el cálculo de la manera siguiente: Calculando el valor del ángulo alfa (α), utilizando la ecuación: α / 360 = arco/ perímetro Donde: Arco = longitud comercial de la lamina. Perímetro = perímetro del tanque. Seno / cuerda = seno 70,9 / radio Cuerda = radio x seno 70.9 / seno Cuerda = 3m x seno 70.9 / seno Cuerda = 4.58m α = ángulo α = Arco X 360 / Perímetro. α = 2 m X 360 / 18,84 =

27 CALCULO DEL PERÍMETRO Es la longitud total en el plano que al ser cerrado de manera circular conforma el diámetro total de una circunferencia. La ecuación utilizada es: P = Π X D Calculase el perímetro de la circunferencia del tanque, utilizando la ecuación anterior. Donde: P = Perímetro de la circunferencia. Π = D = diámetro de la circunferencia (tanque) P = Π X D = X 6m = m CÁLCULO DEL ÁREA Y VOLUMEN Área Ecuación: A = π. r 2 = 3,1416 x r 2 Volumen Ecuación: V = 4 π.r 3 / 3 = 4,1888x r 3 Sector Circular: Ecuación: A= ½ r.l = 0, x α x r 2 α = 57,296 x l r L = r. α. π

28 Segmento circular Ecuación: A= ½ (( r.l c (r-h)) C=2( (h. (2r-h)) 1/2 GENERATRIZ, BISECTRIZ Y MEDIATRIZ Bisectriz: La bisectriz, de un ángulo, es la semirrecta que lo divide en dos ángulos iguales. También se puede definir la bisectriz de un ángulo, como el lugar geométrico de los puntos del plano que equidistan (están a la misma distancia) de los lados del ángulo. Calculo del volumen de un cilindro hueco Ecuación: V= π ( R 2 r 2 ) x h 11

29 Mediatriz: En un segmento, es la recta perpendicular al segmento en su punto medio. También se puede definir la mediatriz de un segmento como el lugar geométrico de los puntos del plano que equidistan de los extremos del segmento. TÉCNICA DE TRABAJO Generatriz: Cono (geometría), o cono circular recto, es el cuerpo de revolución engendrado por un triángulo rectángulo al girar alrededor de uno de sus catetos. La hipotenusa del triangulo es la generatriz es, g, del cono. El cateto sobre el cual se gira es la altura, h. El otro cateto es el radio, r, de la base. Resolución de triángulos rectángulos: Resolver un triángulo significa encontrar el valor numérico de cada uno de sus tres lados y sus tres ángulos. En esta clase de problemas siempre se nos dan los valores de tres elementos, uno de los cuales es uno de los lados, y se nos pide hallar los otros tres. De la geometría plana elemental sabemos que "la suma de las medidas de los tres ángulos interiores en cualquier triángulo es igual a 180 grados". Así, para encontrar el valor del tercer ángulo, conocidos los otros dos, basta con utilizar la siguiente fórmula: A = 180º - (B + C). 12

30 CONVERSIONES DE UNIDADES Sistemas de unidades de medidas El Sistema Internacional de Unidades se fundamenta en siete unidades de base correspondientes a las magnitudes de longitud, masa, tiempo, corriente eléctrica, temperatura, cantidad de materia, e intensidad luminosa. Estas unidades son conocidas como el metro, el kilogramo, el segundo, el ampere, el kelvin, el mol y la candela, respectivamente. A partir de estas siete unidades de base se establecen las demás unidades de uso práctico, conocidas como unidades derivadas, asociadas a magnitudes tales como velocidad, aceleración, fuerza, presión, energía, tensión, resistencia eléctrica, entre otros. El sistema inglés de unidades o sistema imperial, es aún usado ampliamente en América y, cada vez en menor medida, en algunos países con tradición británica. Debido a la intensa relación comercial que tiene Venezuela con el resto del mundo, muchos productos fabricados con especificaciones en este sistema. Ejemplos de ello son los productos de madera, tornillería, cables conductores y perfiles metálicos. Algunos instrumentos como los medidores de presión para neumáticos automotrices y otros tipos de manómetros frecuentemente emplean escalas en el sistema inglés. A diferencia de este último, no existe una autoridad única en el mundo que tome decisiones sobre los valores de las unidades en el sistema inglés. De hecho, algunas unidades tienen valores diferentes en diversos países. Para el usuario venezolano, tal vez la referencia más conveniente es la aceptada. Por ese motivo, la metrología nacional. En el sistema métrico decimal (S.M.D.) la unidad es el metro. El metro es la longitud a 0º Centígrado del prototipo internacional de platino e Iridio que se conserva en el museo de Servres en la ciudad de París, según el acuerdo de C.G.P.M. celebrado en París en el año

31 SISTEMA INGLES A SISTEMA INTERNACIONAL Medidas de Longitud Pulgadas (pulg.) x 25.4 = Milímetros (mm) Pulgadas cúbicas (pulg. 3 ) Unidades de Volumen x = Mililitros (ml) Pulgadas (pulg.) x 2.54 = Centímetros (cm) Pies (pie) x = Milímetros (mm) Pies (pie) x = Centímetros (cm) Pies (pie) x = Metros (m) Yardas (yda) x = Metros (m) Millas (mi) x 1,609.3 = Metros (m) Millas (mi) x = Kilómetros (k) Pulgadas cúbicas (pulg. 3 ) x = Pies cúbicos (pie 3 ) x 28,317 = Centímetros cúbicos (cm 3 ) Centímetros cúbicos (cm 3 ) Pies cúbicos (pie 3 ) x = Metros cúbicos (m 3 ) Pies cúbicos (pie 3 ) x = Litros (lt) Yardas cúbicas (yd 3 ) x = Metros cúbicos (m 3 ) Acre Pie (Ac-Pie) x = Metros cúbicos (m 3 ) Onzas fluidas (US)(oz) x = Litros (lt) Cuarto (qt) x = Milímetros cúbicos (mm 3 ) Pulgadas cuadradas (pulg. 2 ) Medidas de Área o Superficie Pies cuadrados (pie 2 ) x = Yardas cuadradas (yd 2 ) x = x = Centímetros cuadrados (cm 2) Metros cuadrados (m 2 ) Metros cuadrados (m 2 ) Acres (Ac) x = Kilómetros cuadrados (km 2 ) Acres (Ac) x = Hectáreas (ha) Millas cuadradas (mi 2 ) x 2.59 = Kilómetros cuadrados (km 2 ) Cuarto (qt) x = Litros (lt) Galones (gal) x = Litros (lt) Galones (gal) x = Metros cúbicos (m 3 ) Galones (gal) x 3785 = Centímetros cúbicos (cm 3 ) Pecks (pk) x = Decalitros (DL) Bushels (bu) x = Hectolitros (HL) Cucharada x 5 = Mililitros (ml) Cucharadita x 15 = Mililitros (ml) Taza x 0.24 = Litros (lt) Pinta x 0.47 = Litros (lt) 14

32 Sistema Internacional al Sistema Ingles Medidas de Longitud Milímetros (mm) x = Pulgadas (pulg.) Milímetros (mm) x = Pies (pie) Centímetros (cm) x = Pulgadas (pulg.) Centímetros (cm) x = Pies (pie) Metros (m) x = Pulgadas (pulg.) Metros (m) x = Pies (pie) Metros (m) x = Yardas (yda) Kilómetros (k) x = Millas (mi) Unidades de Peso Miligramos (mg) x = Granos (troy) Gramos (g) x = Granos (troy) Gramos (g) x = Onzas (oz) Gramos (g) x = Libras (lb) Kilogramos (kg) x = Libras (lb) Kilogramos (kg) x = Megagramos (tonelada métrica) x = Toneladas (cortas: 2,000 lb) Toneladas (cortas: 2,000 lb) Gramos/litro (g/lt) x = Libras/pies cúbicos (lb/pie 3 ) Gramos/metros cúbicos (g/m 3 ) x = Libras/mil-galón (lb/milgal.) Unidades de Peso Granos (troy) x = Gramos (g) Libras/mil-galón (lb/milgal.) x = Gramos/metros cúbicos (g/m 3 ) Granos (troy) x 64.8 = Miligramos (mg) Onzas (oz) x = Gramos (g) Libras (lb) x = Gramos (g) Libras (lb) x = Kilogramos (kg) Toneladas (cortas: 2,000 lb) x = Megagramos (tonelada métrica) Libras/pies cúbicos (lb/pie 3 ) x = Gramos/litro (g/lt) 15

33 Unidades de Volumen Mililitros (ml) x 0.03 = Onzas fluidas (oz) Mililitros (ml) x = Centímetros cúbicos (cm 3 ) Centímetros cúbicos (cm 3 ) x = Pulgadas cúbicas (pulg. 3 ) Pulgadas cúbicas (pulg. 3 ) x = Pintas (Pt) Metros cúbicos (m 3 ) x = Pies cúbicos (pie 3 ) Metros cúbicos (m 3 ) x = Yardas cúbicas (yd 3 ) Metros cúbicos (m 3 ) x = Galones (gal) Metros cúbicos (m 3 ) x = Acre Pie (Ac-Pie) Centímetros cuadrados (cm 2 ) Metros cuadrados (m 2 ) Metros cuadrados (m 2 ) Medidas de Área o Superficie x 0.16 = Pulgadas cuadradas (pulg. 2 ) x = Pies cuadrados (pie 2 ) x = Yardas cuadradas (yd 2 ) Hectáreas (ha) x = Acres (Ac) Kilómetros cuadrados (km 2 ) Kilómetros cuadrados (km 2 ) x = Acres (Ac) x = Millas cuadradas (mi 2 ) Litros (lt) x = Cuarto (qt) Litros (lt) x = Galones (gal) Litros (lt) x = Pulgadas cúbicas (pulg. 3 ) Litros (lt) x = Pies cúbicos (pie 3 ) Decalitros (DL) x = Galones (gal) Decalitros (DL) x = Pecks (pk) Hectolitros (HL) x = Pies cúbicos (pie 3 ) Hectolitros (HL) x 2.84 = Bushels (bu) Hectolitros (HL) x = Yardas cúbicas (yd 3 ) Hectolitros (HL) x = Galones (gal) 16

34 Equivalencia métrica del sistema inglés en tamaños de tuberías La intención es de eventualmente convertir todas las mediciones al sistema métrico. Las siguientes equivalencias métricas han sido obtenidas del sistema convencional inglés. Pulgadas Milímetros Pulgadas Milímetros 1/ / / / / / / /

35 TECNOLOGÍA DE LOS METALES Metalografía (Metalurgia Física) Es la ciencia que estudia la estructura molecular de los metales, las propiedades físicas, químicas y mecánicas de los materiales. CLASIFICACIÓN DE LOS METALES Ferrosos: Los metales férricos son los derivados de hierro. * Hierro: El hierro es muy abundante en la naturaleza (forma parte del núcleo de la corteza terrestre) y es el metal más utilizado. Elemento químico, símbolo Fe, número atómico 26 y peso atómico * Acero: Aleación de hierro y carbono, en la que el carbono se encuentra presente en un porcentaje inferior al 2%. Para obtener acero, se toma como materia prima el arrabio, eliminando al máximo las impurezas de este, y reduciendo el porcentaje del principal componente de la aleación que es el carbón. Esto de hace con el proceso de combustión en el que se producen muchas reacciones químicas. No ferrosos: las aleaciones no ferrosas tienen un metal distinto del hierro. El hierro se encuentra en diferentes minerales: pirita, hematites, siderita. NOTA: Investiga sobre Clasificación de los metales no ferrosos 18

36 Terminología Básica para el Calderero Tenacidad: Es la capacidad que tiene un material de soportar o adsorber impactos y deformarse plásticamente antes de fracturarse. Ductilidad: Es la capacidad que tiene un material de deformarse plásticamente, bajo condiciones de esfuerzos de fusión. Maleabilidad: Es la capacidad que tienen los materiales para ser deformados plásticamente, bajo un proceso de fabricación. Dureza: Resistencia que tiene un material al ser penetrado por otro. Alotropía: Fenómeno reversible mediante el cual ciertos metales pueden existir, en más de una estructura cristalina. Si no es reversible el fenómeno se llama polimorfismo Plasticidad: Es la propiedad que tiene un material de ser deformado periódicamente, al haber sido excedida su capacidad elástica. Elasticidad: Es la capacidad que tienen los materiales de permitir que los átomos, recuperen su posición de equilibrio cuando se retiran las fuerzas expuestas. FASE E INTERPRETACIÓN Un sistema de aleaciones es la unión de dos o más metales en todas sus combinaciones posibles, es decir, considerando todas las concentraciones posibles del metal A con el metal B. Un diagrama de fase es un esquema que muestra las fases y sus composiciones en cada temperatura y composición de la aleación. Cuando en la aleación sólo están presentes dos elementos se puede elaborar un diagrama de fases binario. Cada fase tiene una composición expresada en porcentajes de cada uno de los elementos, expresado en peso. La curva superior en el diagrama es la temperatura de líquidos para las distintas aleaciones. Esto significa que la aleación debe calentarse por encima de la temperatura acotada por líquidos para hacerla 19

37 completamente líquida y que empezará a solidificarse cuando se la enfríe hasta la temperatura marcada por líquidos. La temperatura de sólidos es generalmente la curva inferior. Una aleación no estará totalmente sólida sino hasta que se enfríe por debajo de la temperatura de sólidos. La diferencia de temperatura entre líquidos y sólidos se denomina rango de solidificación. Dentro de este rango coexistirán dos fases: una líquida y otra sólida. El diagrama de fases es muy útil cuando se desea saber que fases están presentes a cierta temperatura, en el momento de diseñar un proceso de fabricación para un producto metálico. Varias combinaciones de dos elementos producen diagramas de fase complejos que contienen reacciones que implican tres fases independientes. Existen cinco reacciones de tres fases de mayor importancia en los diagramas binarios y son: eutéctica, peritéctica, monotéctica, eutectoide y peritectoide. Las reacciones eutécticas, peritéctica y monotéctica forman parte del proceso de solidificación. Las aleaciones que se utilizan para fundición o soldadura aprovechan el bajo punto de fusión de la reacción eutéctica. El diagrama de fases de las aleaciones monotécticas tiene un domo llamado zona de miscibilidad, en donde coexisten dos fases líquidas.. Las reacciones peritécticas conducen a la solidificación fuera de equilibrio y a la segregación. Las reacciones eutectoide y peritectoide son exclusivas del estado sólido. La reacción eutectoide forma la base del tratamiento térmico de varios sistemas de aleaciones, incluyendo el acero. La reacción peritectoide es extremadamente lenta y produce indeseables estructuras fuera de equilibrio. Fase acuosa: una solución rica de lixiviación, es la fase portadora del metal, usualmente se le denomina PLS (pregnant leaching solution), usado en proceso de SX. Fase extracto: fase relacionada con la fase orgánica en procesos de SX. 20

38 Fase orgánica: el reactivo extractante disuelto en un diluyente orgánico, usado en proceso de SX. Fases líquidas: es la zona en que se reúnen los elementos en estado líquido. Deformación de los Metales Son cambios que experimentan los materiales para ser deformados plásticamente bajo un proceso determinado bien sea manual o mecánico. TIPOS Deslizamiento: Es el movimiento de un plano sobre otro, en otras palabras la deformación por movimientos de dislocaciones se basa además en que durante el proceso se crean dislocaciones en el interior de los granos y que, si cada una de ellas requiere de cierto esfuerzo para moverse, a medida que se deforma se requerirá más energía, entendida como esfuerzo para poder seguir deformando. Así mismo las dislocaciones se acumulan entre si, de la misma forma como un choque en una autopista tranca el tránsito, por lo que debido a esto aumentará los requerimientos de esfuerzo para poder deformar más a la red cristalina. Maclado: Es un proceso de deformación a elevadas velocidades que esta determinada por la velocidad del sonido; las maclas no endurece el material tanto como las dislocaciones puesto que guardan coherencia con la red cristalina vecina, por lo que las dislocaciones podrán moverse a través de ellas sin mucho esfuerzo. La deformación por maclado es común en los Metales con estructura cristalina hexagonal compacta (HCP) y cúbica centrada en el cuerpo (BCC). Las deformaciones por maclado son, al igual que el caso de las dislocaciones, difícil de seguir al microscopio, debido a que ocurre a la velocidad del sonido en el material, lo que hace imposible estudiar su evolución. Deformación frío y caliente: Al deformar un material lo endurecemos, pero al calentarlo lo ablandamos; se podría pensar en la existencia de una temperatura para la cual el endurecimiento que logramos del 21

39 material, a través de la deformación plástica que le aplicamos, es contrarestado en endurecimiento por la recristalización del grano que nuclea y crece al ser calentada la pieza. Esta temperatura existe de hecho y es típica de cada material, si se deforma un material por encima de ella, decimos que se está trabajando en caliente, mientras que si el proceso ocurre a una temperatura menor se está trabajado en frío. Estructura cristalina: Es el ordenamiento atómico que se observa en los metales a distintas temperaturas. Algunos tipos de ordenamientos atómicos más conocidos son: BCC (Cúbicas Centrada en el cuerpo) estructura cristalina que se encuentra entre un rango de temperatura comprendida entre º C y º C. HCP (Hexagonal Compacta): Esta estructura cristalina se presenta comúnmente en aquellos materiales en que se observa la formación por maclado. FCC (Cúbicas centrada en las caras): Esta estructura cristalina se encuentra entre una rango de temperatura comprendida entre 910 º C y º C. Diagrama de Fases Con representaciones gráficas de las fases que están presentes en un sistema de materiales a varias temperaturas, presiones y composiciones. La 22

40 mayoría de los diagramas de fase han sido construidos según condiciones de equilibrio (condiciones de enfriamiento lento), siendo utilizadas por ingenieros y científicos para entender y predecir muchos aspectos del comportamiento de los materiales. Los diagramas de fases más comunes involucran temperatura versus composición. A menudo, en una aleación a una temperatura en particular interesa saber qué fases están presentes. Si se planea fabricar una pieza por fundición, debe quedar seguro que inicialmente todo el metal esté líquido; si se planea efectuar un tratamiento térmico de un componente, se debe procurar que durante el proceso no se forme líquido. El diagrama de fases puede ser tratado como un mapa de carreteras; si se sabe cuáles son las coordenadas, temperatura y composición de la aleación, se podrán determinar las fases presentes. La información que se puede obtener de los diagramas de fase es: 1. Conocer que fases están presentes a diferentes composiciones y temperaturas bajo condiciones de enfriamiento lento (equilibrio). 2. Averiguar la solubilidad, en el estado sólido y en el equilibrio, de un elemento (o compuesto) en otro. 3. Determinar la temperatura a la cual una aleación enfriada bajo condiciones de equilibrio comienza a solidificar y la temperatura a la cual ocurre la solidificación. 4. Conocer la temperatura a la cual comienzan a fundirse diferentes fases. Propiedades de los Metales PROPIEDADES FÍSICAS Los metales muestran un amplio margen en sus propiedades físicas. La mayoría de ellos son de color grisáceo, pero algunos presentan colores distintos; el bismuto (Bi) es rosáceo, el cobre (Cu) rojizo y el oro 23

41 (Au) amarillo. En otros metales aparece más de un a.- Resistencia: Capacidad de soportar una carga color, y este fenómeno se denomina pleocroismo. externa si el metal debe soportarla sin romperse se denomina carga de rotura y puede producirse por Otras propiedades serían: tracción, por compresión, por torsión o por a. Densidad: relación entre la masa del volumen cizallamiento, habrá una resistencia a la rotura de un cuerpo y la masa del mismo volumen de (kg/mm²) para cada uno de estos esfuerzos. agua. b. Estado físico: todos son sólidos a temperatura b.- Dureza: Propiedad que expresa el grado de ambiente, excepto el Hg. deformación permanente que sufre un metal bajo la c. Brillo: reflejan la luz. acción directa de una carga determinada. Los ensayos d. Maleabilidad: capacidad de lo metales de más importantes para designar la dureza de los hacerse láminas. metales, son los de penetración, en que se aplica un e. Ductilidad: propiedad de los metales de penetrador (de bola, cono o diamante) sobre la moldearse en alambre e hilos. superficie del metal, con una presión y un tiempo f. Tenacidad: resistencia que presentan los determinados, a fin de dejar una huella que depende metales a romperse por tracción. de de la dureza del metal, los métodos más utilizados g. Conductividad: son buenos conductores de son los de Brinell, Rockwell y Vickers. electricidad y calor. c.- Elasticidad: Capacidad de un material elástico PROPIEDADES MECÁNICAS para recobrar su forma al cesar la carga que lo ha deformado. Se llama límite elástico a la carga máxima Son aquellas que expresan el comportamiento de los que puede soportar un metal sin sufrir una metales frente a esfuerzos o cargas que tienden a deformación permanente. Su determinación tiene gran alterar su forma. importancia en el diseño de toda clase de elementos 24

42 mecánicos, ya que se debe tener en cuenta que las piezas deben trabajar siempre por debajo del límite elástico, se expresa en Kg/mm². d.- Plasticidad: Capacidad de deformación permanente de un metal sin que llegue a romperse. e.- Tenacidad: Resistencia a la rotura por esfuerzos de impacto que deforman el metal. La tenacidad requiere la existencia de resistencia y plasticidad. f.- Fragilidad: Propiedad que expresa falta de plasticidad, y por tanto, de tenacidad. Los materiales frágiles se rompen en el límite elástico, es decir su rotura se produce espontáneamente al rebasar la carga correspondiente al límite elástico. g.- Resiliencia: Resistencia de un metal a su rotura por choque, se determina en el ensayo Charpy. h.- Fluencia: Propiedad de algunos metales de deformarse lenta y espontáneamente bajo la acción de su propio peso o de cargas muy pequeñas. Esta deformación lenta, se denomina también creep. i.- Fatiga: Si se somete una pieza a la acción de cargas periódicas (alternativas o intermitentes), se puede llegar a producir su rotura con cargas menores a las que producirían deformaciones. PROPIEDADES QUÍMICAS Para determinar la composición de cada una de las fases a una temperatura deseada, se debe proseguir de la siguiente forma: 1. Trazar por la temperatura deseada una línea horizontal que corte a las líneas de la solubilidad (en este caso la línea a-b). 2. En los puntos a y b trazamos líneas verticales que corten el eje de las abcisas (composiciones); el punto (a) así proyectado nos dará la composición de la fase. 25

43 Regla de la palanca: Finalmente, el interés se enfoca en las cantidades relativas de cada fase, presentes dentro de la aleación. Estas cantidades normalmente se expresan como porcentaje del peso (% peso). En regiones de una sola fase, la cantidad de la fase simple es 100%. En regiones bifásicas, sin embargo, se deberá calcular la cantidad de cada fase. Una técnica es hacer un balance de materiales. Se puede utilizar la regla de la palanca en cualquier región bifásica de un diagrama de fases binario. En regiones de una fase no se usa el cálculo de la regla de la palanca puesto que la respuesta es obvia (existe un 100% de dicha fase presente). DIAGRAMA ALOTRÓPICO DEL HIERRO PURO El mismo permite identificar el cambio de la estructura cristalina del hierro a distinta temperatura. Para calcular las cantidades de líquido y de sólido, se construye una palanca sobre la isoterma con su punto de apoyo en la composición original de la aleación (punto dado). El brazo de la palanca, opuesto a la composición de la fase cuya cantidad se calcula se divide por la longitud total de la palanca, para obtener la cantidad de dicha fase. En general la regla de la palanca se puede escribir de esta forma: Porcentaje de fase = brazo opuesto de palanca x 100 Longitud total de la isoterma 26

44 DIAGRAMA HIERRO CARBONO En el diagrama aparecen tres líneas horizontales, las cuales indican reacciones isotérmicas. La parte del diagrama situada en el ángulo superior izquierdo de la figura se denomina región delta. En ella se reconocerá la horizontal correspondiente a la temperatura de 1493ºC como la típica línea de una reacción peritéctica. La ecuación de esta reacción puede escribirse en la forma. La adición de elementos de aleación al hierro influye en las temperaturas a que se producen las transformaciones alotrópicas. Entre estos elementos, el más importante es el carbono. El diagrama hierro-carbono, aun cuando teóricamente representa unas condiciones metastables, se puede considerar que en condiciones de calentamiento y enfriamiento relativamente lentas representa cambios de equilibrio. La máxima solubilidad del carbono en el hierro delta (de red cúbica centrado en el cuerpo) es 0,10 % de C, mientras que el Fe gamma (de red cúbica centrado en las caras) disuelve al carbono en una proporción mucho mayor. En cuanto al valor industrial de esta región es muy pequeño ya que no se efectúa ningún tratamiento térmico en este intervalo de temperaturas. 27

45 La siguiente línea horizontal corresponde a una temperatura de 1129ºC, esta temperatura es la de solidificación del eutéctico y la reacción que en ella se desarrolla es: La mezcla eutéctica, por lo general, no se ve al microscopio, ya que a la temperatura ambiente la fase gamma no es estable y experimenta otra transformación durante el enfriamiento. La última línea horizontal, se presenta a los 722ºC, esta línea corresponde a la temperatura de formación del eutectoide, y al alcanzarse en un enfriamiento lento la fase gamma debe desaparecer. La ecuación de la reacción eutectoide que se desarrolla puede expresarse por: En función del contenido de carbono suele dividirse el diagrama de hierro-carbono en dos partes: una que comprende las aleaciones con menos del 2 % de carbono y que se llaman aceros, y otra integrada por las aleaciones con más de un 2 % de carbono, las cuales se llaman fundiciones. A su vez, la región de los aceros se subdivide en otras dos: una formada por los aceros cuyo contenido en carbono es inferior al correspondiente a la composición eutectoide (0,77 %C) los cuales se llaman aceros hipoeutectoides, y la otra compuesta por los aceros cuyo contenido se encuentra entre 0,77 y 2 %, y que se conocen por aceros hipereutectoides. 28

46 Aleaciones ACERO El acero es una aleación de hierro y carbono; El carbono puede existir en solución sólida o bien puede estar formado por carburo de hierro (Fe3C). El carbono puede existir en la austenita como elemento intersticial en solución sólida hasta contenidos de 2%, dependiendo de la temperatura. En la austenita el hierro se aloja en los sitios intersticiales de la estructura CCC (cúbica central), Que son un poco más pequeños que el propio átomo de carbono, por lo que se tiene una distorsión de la estructura. En la ferrita el carbono también se aloja en los sitios intersticiales, pero éstos son considerablemente más pequeños que el átomo de carbono y se produce una fuerte distorsión. Este hecho limita la cantidad de carbono que pueda existir en solución sólida intersticial en el hierro a grandes temperatura. TIPOS DE ACERO Carbono: El acero al carbono es una aleación de composición química compleja. Además de hierro, cuyo contenido puede oscilar entre 97,0-99,5%-, hay en él muchos elementos cuya presencia se debe a los procesos de su producción (manganeso y silicio), a la dificultad de excluirlos totalmente del metal (azufre, fósforo, oxígeno, nitrógeno e hidrógeno) o a circunstancias casuales (cromo, níquel, cobre y otros). En tal sentido, el aumento del contenido de carbono en el acero eleva su resistencia a la tracción, incrementa el índice de fragilidad en frío y hace que disminuya la tenacidad y la ductilidad. Los aceros se clasifican teniendo en cuenta sus propiedades y utilización, en tres grandes grupos: aceros de construcción, aceros de herramientas y aceros inoxidables. 29

47 Inoxidable: Los Aceros Inoxidables son una gama de aleaciones que contienen un mínimo de 11% de Cromo. El Cromo forma en la superficie del acero una película pasivante, extremadamente delgada, continua y estable. Esta película deja la superficie inerte a las reacciones químicas. Esta es la característica principal de resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables. Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas extremas. Debido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos. El acero inoxidable se utiliza para las tuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los aviones o para cápsulas espaciales. También se usa para fabricar instrumentos y equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la acción de los fluidos corporales. En cocinas y zonas de preparación de alimentos los utensilios son a menudo de acero inoxidable, ya que no oscurece los alimentos y pueden limpiarse con facilidad. El extenso rango de propiedades y características secundarias, presentes en los aceros inoxidables hacen de ellos un grupo de aceros muy versátiles. La selección de los aceros inoxidables puede realizarse de acuerdo con sus características: o Resistencia a la corrosión y a la oxidación a temperaturas elevadas. Propiedades mecánicas del acero. o Características de los procesos de transformación a que será sometido. o Costo total (reposición y mantenimiento) CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS INOXIDABLES Aceros aleados: Estos aceros contienen un proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de 30

48 manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos aceros de aleación se pueden subclasificar en: Estructurales Para Herramientas Especiales Son aquellos aceros que se emplean para diversas partes de máquinas, tales como engranajes, ejes y palancas. Además se utilizan en las estructuras de edificios, construcción de chasis de automóviles, puentes, barcos y semejantes. El contenido de la aleación varía desde 0,25% a un 6%. Aceros de alta calidad que se emplean en herramientas para cortar y modelar metales y no-metales. Por lo tanto, son materiales empleados para cortar y construir herramientas tales como taladros, escariadores, fresas, terrajas y machos de roscar. Los Aceros de Aleación especiales son los aceros inoxidables y aquellos con un contenido de cromo generalmente superior al 12%. Estos aceros de gran dureza y alta resistencia a las altas temperaturas y a la corrosión, se emplean en turbinas de vapor, engranajes, y ejes. Aceros de baja aleación ultrarresistentes: Esta familia es la más reciente de las cuatro grandes clases de acero. Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono. Por ejemplo, los vagones de mercancías fabricados con aceros de baja aleación pueden transportar cargas más grandes porque sus paredes son más delgadas que lo que sería necesario en caso de emplear acero al carbono. Además, como los vagones de acero de baja aleación pesan menos, las cargas pueden ser más pesadas. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios. PROPIEDADES DEL ACERO Los aceros inoxidables tienen una resistencia a la corrosión natural que se forma automáticamente, es decir no se adiciona. Tienen una gran resistencia 31

49 mecánica, de al menos dos veces la del acero al carbono, son resistentes a temperaturas elevadas y a temperaturas criogénicas. Son fáciles de transformar en gran variedad de productos y tiene una apariencia estética, que puede variarse sometiendo el acero a diferentes tratamientos superficiales para obtener acabado a espejo, satinado, coloreado, texturizado, entre otros. Mecánicas del Acero Dureza: Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar. Se mide en unidades BRINELL (HB) ó unidades ROCKWEL C (HRC), mediante test del mismo nombre CALIBRE DE LÁMINAS Son aquellas que están referidas a los distintos espesores de láminas y planchas que se encuentran en el mercado. De acuerdo a las especificaciones las láminas y planchas que existen en el mercado son: Resistencia al desgaste: Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando esta en contacto de fricción con otro material. Tenacidad: Es la capacidad que tiene un material de absorber energía sin producir Fisuras (resistencia al impacto). Maquinabilidad: Es la facilidad que posee un material de permitir el proceso de mecanizado por arranque de viruta. 32

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51 NORMAS APLICADAS A LA CALDERERÍA Normas Covenin (Comité Venezolano de Normas Industriales) Es el organismo encargado de programar y coordinar las actividades de normalización y calidad en el país. Para llevar a cabo el trabajo de elaboración de normas, COVENIN constituye comités y comisiones técnicas de normalización, donde participan comisiones gubernamentales y no gubernamentales relacionadas con un área específica. Las normas que se aplican en esta área son: : ISO : Contenedores de carga aire-superficie : Materiales ferrosos. Fundiciones férreas : Aceros. Definiciones y clasificación : Láminas de acero de aleación cromo molibdeno para la fabricación de recipientes de presión. Normas AISI (Instituto Americano del Hierro y el Acero) Normas SAE (Sociedad de Ingenieros Automotrices) Normas ASTM (Sociedad americana de ensayos de materiales) Normas ASME (Sociedad americana de ingenieros mecánicos) NOTA: Investiga sobre las Diferentes Normas aplicadas a la calderería en: : - 30k - 27 Sep 2005,

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53 GLOSARIO & Acero: Es básicamente una aleación de hierro y carbono, donde el % de carbono es igual o menor a 2,11%. & Aleación: Es la combinación de dos o más elementos, de los cuales al menos uno debe ser un metal. & Aleación ferrosa: Es aquella donde el elemento principal es el hierro. & Aleación no ferrosa: Es aquella donde el elemento principal no es el hierro. & Alotropía: Es la propiedad de los materiales de modificar su forma cristalina por cambios de temperatura. & Carbono como elemento químico: es un elemento químico de número atómico 6 y símbolo C. Es sólido a temperatura ambiente. Dependiendo de las condiciones de formación puede encontrarse en la naturaleza en distintas formas alotrópicas, carbono amorfo y cristalino en forma de grafito o diamante. & Elasticidad: Propiedad que tienen los materiales de recobrar la forma y dimensiones primitivas cuando cesa el esfuerzo que causo tal deformación. & Eutectoide: Contenido de carbono del 8% microestructura todo perlita. & Esfuerzo: Es la carga aplicada sobre un cuerpo por unidad de área. & Hiper-eutectoides: Contenido de carbono mayor al 0,8 por menor al 2,11% micro estructura perlita + cementita. & Hipo-eutectoide: Contenido de carbono menor al 0,8% micro-estructura de perrita y perlita. & Metalurgia: Es la ciencia y tecnología de los metales. 35

54 & Plasticidad: Propiedad que tienen los materiales, de adquirir deformaciones permanentes bajo la acción de un esfuerzo externo. 36

55 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Instituto Nacional de Cooperación Educativa (1997). Manual de Adiestramiento Basico. Caracas Venezuela. Aloia D, G. (1999). Ciencias de los Mteriales, Publicación Instituto Universitario de Tecnología I.U.T.E, La Victoria Estado Aragua, Venezuela. Avnen (1988) Introducción a la Metalurgia Fisica. 2da Edición. McGraw Hill, México. Casillas A. L. (1982). Maquinas. Ediciones Hispanoamericana. Mc Graw - Hill (1989). Manual de Soldadura. 3ra Edición. Infoacero (2000). El Acero. C.A.P. S.A. Chile. Extraído el 28 abril 2005 de: Yahoo.com (2005). Ecuaciones simples. Extraído el 29 abril 2005 de: 6.htm Altavista com. Extraído el 29 abril 2005 de: oferricos.doc Hénriquez J. (2005). Guía Técnica de Soldadura Clasificación de los metales no ferrosos Eléctrica al Arco. Instituto Nacional de Cooperación Educativa (1978). Lectura e Interopretacion de Planos. Caracas, Fases de Interpretación de los Metales Venezuela. Instituto Nacional de Cooperación Educativa (1978). materiales/capitulo10.htm Manual del Calderero Trazador. Edición 2da. Caracas, Venezuela. 37