Descargue como DOC, PDF, TXT o lea en línea desde Scribd
Descargar como doc, pdf o txt
Está en la página 1/ 8
UNIVERSIDAD TECNOLGICA DE PANAM
FACULTAD DE INGENIERA MECNICA
POSGRADO Y MAESTRA EN MANTENIMIENTOS DE PLANTAS INDUSTRIALES Diseo y Metalurgia de la Soldadura Prof. Ing. Alexis Tejedor De Len, PhD
www.AlexisTejedor.org
ESTIMACIN DE LOS COSTOS EN LA SOLDADURA ELCTRICA.
Prof. Ing. Alexis Tejedor De Len, PhD
2013
1.-
Consideraciones generales:
La soldadura es, en general, utilizada como parte de un proceso de fabricacin
que tambin utiliza otras operaciones mecnicas tales como: corte, maquinado, conformacin mecnica, montaje, tratamientos trmicos y superficiales. Adicionalmente, las operaciones de soldadura pueden involucrar etapas de precalentamiento, de remocin de la raz de la soldadura y otras. En el presente documento estas etapas y los otros procesos no son considerados; sin embargo, se debe dejar claro, que en una situacin real, el costo de una operacin de soldadura no ser, en general, analizada de una forma aislada. De este modo, por ejemplo, la adopcin de un procedimiento de soldadura ms sofisticado (y ms caro), puede llevar a una reduccin de costos por la eliminacin de etapas en el proceso de fabricacin (por ejemplo, puede tornar desnecesario el pre-calentamiento o de un tratamiento trmico posterior). Las operaciones de soldadura involucran un gran nmero de aspectos que pueden tener algn tipo de impacto en su costo final, como por ejemplo la utilizacin de materiales consumibles (metal de aporte, gas, fundentes y otros), el costo de la mano de obra y otros costos fijos, el gasto de energa elctrica, los costos de mantenimiento y los de depreciacin de los equipos y los costos de los equipos y materiales de proteccin, de las piezas, herramientas y otros materiales. En el presente documento, se considerarn solamente los tres primeros aspectos mencionados en este prrafo. Los costos de una operacin de soldadura ser, en general, calculado para: (a) preparar la cotizacin o presupuesto de un servicio en particular, (b) comparar procedimientos de soldadura entre s y con mtodos alternativos de fabricacin y (c) determinar la cantidad de materiales consumibles necesarios para la ejecucin de un trabajo determinado. Varios de los coeficientes y parmetros que aqu se mencionan pueden encontrarse en tablas. Sin embargo, algunos de ellos tienden a ser muy especficos para una dada empresa , o para un trabajo en particular, lo que se recomienda en todo caso determinarlos de manera prctica. La determinacin de los costos asociados con los consumibles en la soldadura y de la mano de obra se basa en el clculo de la masa de metal depositado en un cordn de soldadura y del tiempo de soldadura. Este clculo se presentar en los siguientes puntos para el caso ms simple de un nico tipo de junta soldada y de una nica estacin de trabajo. En la mayora de las ecuaciones aqu presentadas no fueron incluidos factores de conversin por el uso de diferentes sistemas de unidades. Le cabe al usuario verificar cuidadosamente las unidades utilizadas para evitar problemas de consistencia sistmica.
2.-
Clculo de la masa de metal depositado (Md):
La cantidad de metal depositado en el cordn de soldadura se determina en
funcin de su volumen. Para tal efecto, se hace necesario determinar el rea de la forma geomtrica de la seccin transversal del cordn, la cual se multiplicar por la longitud total del cordn. Adicionalmente se hace necesario conocer la densidad del metal de aporte, el cual se multiplicar por el volumen anteriormente calculado. Algunos valores de densidades aproximadas de aleaciones ms comunes se presentan en la tabla a continuacin: Tabla N 1: Valores de las densidades aproximadas de algunas aleaciones metlicas. Aleacin Acero al carbono Acero inoxidable Aleaciones de cobre Aleaciones de aluminio Aleaciones de nquel Aleaciones de titanio
Densidad (g/cm3) 7.8 8.0 8.6 2.8 8.6 4.7
Considrese la figura de una unin soldada, presentada a seguir:
As
En la figura, L corresponde a la longitud total del cordn de soldadura y As es el
rea transversal del cordn asociada con el metal depositado. De esta forma, el volumen del cordn se calcula por medio de la siguiente ecuacin:
V = L*As Si se conoce la densidad del metal de aporte ( ) se procede entonces, a determinar la cantidad de metal depositado (Md) aplicando la siguiente ecuacin:
Md = V*
Con la aplicacin de la frmula anterior determinamos la cantidad (gramos o
libras) de metal depositado a lo largo del cordn de soldadura; sin embargo, debemos, adicionalmente, determinar el consumo equivalente de electrodos recubiertos para la ejecucin del cordn de soldadura. En este aspecto se hace necesario recurrir a datos tabulados, como por ejemplo los presentados por la Hobart Brothers Company (se hace hincapi en que para aquellos valores que no aparecen en la tabla, deber realizarse la interpolacin respectiva); o en todo caso, recurrir a clculos bastante aproximados que relacionan la cantidad de metal depositado (Md) con la cantidad consumida de electrodo (Mce). En estos clculos se incluyen eventuales prdidas de material en concepto de desperdicios y salpicaduras; lo cual representa, aproximadamente, un 80% adicional a la cantidad de metal depositado, o sea que la cantidad de electrodo consumido se calcula por medio de la siguiente ecuacin:
Mce = Md*(1.8)
3.-
Clculo del tiempo de soldadura (tarc tiempo de arco abierto):
La determinacin del tiempo de soldadura se puede realizar de dos maneras
diferentes: (a) tomando en consideracin la velocidad en la soldadura ( v); (b) considerando la tasa o razn de deposicin del proceso (zm) 3.1.-
Considerando la velocidad en la soldadura (v):
tarc = L/v 3.2.-
Considerando la tasa de deposicin del proceso (zm):
tarc = Mce/zm
La tasa de deposicin (zm), es decir, la cantidad de material depositado por
unidad de tiempo, depende de varios factores, incluyendo el proceso de soldadura, del tipo, del dimetro y de la longitud del electrodo, del tipo, de la polaridad y del nivel de la corriente utilizada. Una aproximacin de la tasa de deposicin puede obtenerse de datos presentados en la figura a continuacin:
Tasa de deposicin (Kg/h))
En la siguiente figura, se presentan valores de la tasa de deposicin en la
soldadura SAW de acero al carbono, con CC+ y longitud del electrodo de aproximadamente 25 mm en funcin de la corriente y del dimetro del electrodo.
Corriente (A) El tiempo total de la operacin de soldadura ( tt), incluyendo el tiempo de arco abierto y el tiempo necesario para otras operaciones (remocin de escoria y resaltos, cambio de electrodos, posicin del cabezote, etc, ) se calcula por medio de la siguiente ecuacin:
tt = tarc/ es el factor de ocupacin o de marcha y algunos valores de referencia se presentan en la tabla a continuacin: Tabla N 2: Valores del factor de ocupacin para diferentes modos de operacin. Modo de operacin Manual Semiautomtico Mecanizado Automtico
(%) 05 30 10 60 40 90 50 - 100
4.-
Clculo de los costos de la soldadura
4.1.-
Costos de los electrodos (Ce)
El clculo de los costos de los electrodos se realiza en funcin de la cantidad de
electrodos consumidos (Mce) por el precio (Ceu) por peso de electrodo (por ejemplo $/lb o $/Kg) y dividido por la eficiencia prctica de la deposicin ():
Ce = Mce * Ceu/ Valores de eficiencia prctica de la deposicin pueden obtenerse de la tabla a continuacin Tabla N 3: Valores tpicos de para diferentes procesos. Proceso Electrodos recubiertos Alambres Alambres tubulares
4.2.-
Caractersticas Longitud: 350 mm Longitud: 450 mm SAW ESW GMAW FCAW
(%) 55 65 60 70 95 10 95 100 90 95 80 85
Costos en la mano de obra (CMO)
El costo de la mano de obra requerido para realizar un trabajo de soldadura, es
funcin del tiempo necesario para ejecutarlo, del factor de ocupacin respectivo y del costo por unidad de tiempo de la mano de obra (Ch). Este costo se puede determinar por medio de la siguiente ecuacin:
CMO = tarc * Ch/
4.3.-
Costos en energa elctrica (Cee)
El costo de la energa elctrica es funcin de la potencia (Kw) elctrica media
desprendida durante el proceso de soldadura, del tiempo de abertura del arco, de la eficiencia elctrica del equipo de soldadura, la cual gira en torno de los 80% y del precio de la energa elctrica (Pee) a nivel industrial ($/Kwh). Recordando que la potencia elctrica es el producto de la corriente utilizada (Amperios) y el voltaje consumido (Voltios). De esta forma el costo de la energa elctrica se puede determinar por medio de la siguiente ecuacin:
Cee = P*tarc*Pee/
5.-
Ejemplo:
Determine el presupuesto en trminos de material consumible (electrodos),
mano de obra y de energa elctrica requerido para la ejecucin del siguiente trabajo: Trabajo solicitado y especificaciones 50 cerchas metlicas: cada una requiere de 120 uniones soldadas de 5 cm de longitud y plg (0.635 cm) de ancho. Se utilizarn electrodos E 6011 de 350 mm de longitud y 1/8 plg (0.3175 mm) de dimetro.
Condiciones operacionales Soldadura manual: tasa de ocupacin de 30% Eficiencia prctica de deposicin 60% Eficiencia del equipo de soldadura 70% Costo de la mano de obra $1.55/h Costo de la energa elctrica: $0.16/Kwh Corriente utilizada: 120 A Tensin elctrica: 25 V Tasa de deposicin: 1.5 Kg/h
Resolucin: Un cordn =ancho de 0.635cm Longitud de 5 cm. Considerando la seccin transversal del cordn como de formato triangular, el volumen del cordn es *ancho^2* longitud, o sea: V = *(0.635)^2*5*(cantidad de uniones)*(cantidad de cerchas) = V= *(0.635)^2*5*120*50 = 6048.375 cm3, como el electrodo es de acero su peso especfico es 7.8 g/cm3, con este dato se consigue determinar el peso del metal a depositar Peso del metal a depositar = Volumen * el peso especfico del metal Peso del metal a depositar = 6048.375*7.8 = 47177.325 gramos que divido entre mil, da el peso en kilogramos. Peso del metal a depositar = 47.177 Kg, se multiplica por 2.2 y se tiene la cantidad en libras Peso del metal a depositar = 47.177* 2.2 = 103.79 lbs de metal. Para determinar la cantidad de electrodo se multiplica el peso del metal por 1.8. Peso terico de electrodo requerido = 103.79 lbs* 1.8 = 186.82 lbs (84.92 Kg). Para determinar la cantidad real de electrodo se divide entre la eficiencia (60%) Peso real de electrodo requerido = 186.92 lbs/0.6 0 = 311.37 lbs Costo de los electrodo = costo de la libra * la cantidad requerida, suponiendo que la libra de electrodo cuesta B/ 1.00, el costo en electrodo sera de $ 311.37. Para determinar el tiempo terico de soldadura se toma en consideracin de que se deposita 1.5 Kg de electrodo por hora, como se requiere una cantidad de 84.92 Kg
(186.82lbs) tericas de electrodo, el tiempo para depositar esa cantidad es de
56.61horas. Se calcula as: Tiempo terico = Cantidad de electrodo terica dividida entre la tasa de deposicin. = 84.92 /1.5 = 56.61 horas. Para determinar el tiempo real que consumira el soldador depender de la eficiencia que es de 30%, o sea que el tiempo real se calcula al dividir el tiempo terico entre la eficiencia, o sea: Tiempo real = Tiempo terico/eficiencia = 56.61/0.3 = 188.7 horas. Costo de la mano de obra = Costo por hora * tiempo de trabajo Costo de la mano de obra = 1.55 * 188.7 = $/ 292.49 Electricidad: Determinar la potencia consumida = Voltaje por amperaje = 120*25 = 3000 Watt, o sea 3 Kw. Costo de electricidad = Potencia por el tiempo por el costo de la electricidad todo eso dividido entre la potencia de la mquina de soldar. Costo de electricidad = (3*56.61*0.16)/0.7 =$ 38.82 Costo total para ejecutar la soldadura especificada es: Costo de los electrodos + costo de la mano de obra + costo de electricidad B/ 311.37 +B/ 292.49 +B/ 38.82 = $ 642.68
