Documento 9255

EL CARBONEl carbón es una roca sedimentaria de color castaño oscuro a negro, formadoprincipalmente de
los residuos carnacios no oxidados y tejidos vegetales. Setratan de una compleja mezcla combustible de
materiales orgánicos, químicos yminerales hallados en extractos en el planeta y con una amplia variedad
depropiedades físicas y químicas.El carbón esta compuesto principalmente por carbono, hidrogeno y oxigeno,
concantidad mínima de nitrógeno, azufre y proporciones variables de humedad eimpurezas minerales.Tipos de
carbón En su orden de desarrollo metamórfico son: lignito, hulla sub−bituminosa,hulla bituminosa y
antracita.La turba es la primera fase del proceso de hullificación, que es en el queocurre un incremento
gradual de contenido de carbono del material orgánicofósil, con el consecuente descenso en el contenido del
oxigeno.ClasificaciónSe clasifica por rangos conforme a su grado de metamorfismo o alteraciónprogresiva en
serie natural que va de lignito a antracita.Las normas más aceptadas para la clasificación de los carbones es la
ASTM D388que clasifican los carbones conforme a calor fijo y poder o valor calorífico(Btu/lb.), calculado
para la base libre del material mineral.Los carbones de rango más alto se clasifican por carbono fijo en el
materialseco, y lo de rango más bajo se clasifican por valor calorífico del materialhúmedo.El carácter de
aglomeración se usa para diferencial entre ciertos gruposadyacentes. El carácter de aglomeración se determina
examinando el residuo quequeda después de la determinación volátir. Si el residuo soporta un peso de500 gr
sin pulverizarse o si presenta estructura esponjada o celular se diceque es aglomerante.Clasificación conforme
a carbones durosð Clasificación de ignito.ð El valor (lord) basado en el poder calorífico del material
(sincenizas, azufre y mineral).ð La razón de Perch y Russell (basado en la razón de material húmedo libre de
material mineral entre porcentaje de material volátil, de materialseco y de material mineral.PRODUCTOS
ELECTRICOS DE CARBON Y MATERIALES PARA SU ELABORACIONA los productos eléctricos de
carbón pertenecen las escobillas para máquinaseléctricas, electrodos para hornos eléctricos, carbones para
alumbrado eléctrico, piezas de conexión, resistencias de carbón de valores altos y otros artículos.Todos los
productos eléctricos de carbón se preparan con mezclas sólidas ylíquidas de ciertos materiales. Los más
importantes son los materiales carbónicos que contienen mayor cantidad de carbón. A los materiales
carbónicos pertenecen: el grafito natural, coque de petróleo y de carbón, negro de humo antracita y carbón
vegetal. Además de los materiales carbónicos, en la composición de los productos electrocarbonicos entran
metales pulverizados: plomo, cobre, estaño y otros. Los metales pulverizados se aplican en la preparación de
escobillas eléctricas y piezas de contacto, destinados atrabajar bajo densidades de corrientes.Además de los
materiales pulverizados, enumerados en la producción deproductos electrocarbonicos se aplican materiales
aglutinantes yplastificantes, tales como alquitrán de carbón mineral y brea. El alquitrán decarbón mineral se
presenta en estado líquido, mientras que la brea es unmaterial sólido que se reblandece a temperaturas de
50−140°C.Como sustancias aglutinantes se aplican también alquitranes sintéticos: deresol, silicioorganico y
otros. Asimismo, los alquitranes sintéticos de carbónmineral y brea se utilizan para impregnar los productos
elaborados deelectrocarbones, con el propósito de elevar su densidad y su resistenciamecánica; reducir el
coeficiente de fricción (en las escobillas y en laspiezas de contacto). En calidad de impregnantes se usan
materiales de cera,tales como parafina, ceresina, y también algunos metales, estaño, plomo
yotros.PRODUCCION DE ARTICULOS ELECTROCARBONICOSTodos los materiales electrocarbonicos,
con excepción del grafito y el negrode humo, se someten a calcinación, a temperaturas de 1200−1300°C.
Lacalcinación previa tiene el propósito de separar de los materiales carbónicoslas sustancias volátiles y con
ello reducir la retracción volumétrica de losproductos electrocarbonicos.Una vez calcinados se pulverizan en
trituradoras, hasta reducirlos a polvo.Los materiales pulverizados, tomados en relaciones determinadas
(carbónicos ymetálicos) se ligan cuidadosamente en mezcladoras. Después se agregan lassustancias
aglutinantes (alquitranes y brea), las cuales se mezclan con lassustancias pulverizadas a temperaturas de
80−150°C, y se hacen pasar a travésde rodillos calientes y por medio de otras mezcladoras. La masa obtenida
después del proceso de mezclas se enfría a temperaturaambiente, se muele y se tamiza a través de una criba.
Como resultado de ello,se obtiene el polvo listo para ser prensado (prensa de polvo). De este polvose
preparan, por medio de prensado en moldes de acero, los diversos artículoselectrocarbonicos y bloques. De
estos bloques se obtienen las escobillaseléctricas, por elaboración mecánica (corte y pulimento).El prensado
de artículos electrocarbónicos se efectúa a temperatura ambiente oa 100 − 150 °C, dependiendo de las
sustancias aglutinantes. En el caso deaglutinantes que se reblandecen o polemizan a altas temperaturas, el
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prensadotambién se realiza a esas temperaturas. La conformación de artículos en losmoldes se lleva a cabo a
presiones especificas de 100 a 300 kg/cm3 , según lacomposición del polvo a prensar.La preparación de
artículos alongados (carbones para alumbrado, bloques yotros), se realiza por el método de embutido de la
masa plástica a través dela boquilla de la prensa.Los artículos electrocarbonicos obtenidos (y los bloques) se
someten a untratamiento térmico de alta temperaturas −calcinación− en hornos especiales,que se efectúa a
temperaturas de 200−900°C (productos metalocarbonicos) y de1000 a 1300°C. Para su calcinación, los
productos electrocarbonicos seintroducen en cápsulas cerámicas refractarias.En este proceso tiene lugar el
aglutamiento o unión de las partículas de losmateriales primarios y su cementación por el coke formado de las
materiasaglutinantes de origen orgánico.Como resultado de la calcinación, los productos electrocarbónicos
adquierenuna resistencia mecánica, que facilita la elaboración posterior. Con ello sereduce también la
magnitud de su resistencia eléctrica específica. Losproductos electrocarbónicos que después de su calcinación
contienen negro dehumo, coke y otros componentes no grafitosos, se someten a un tratamientotérmico
adicional ( 2500 − 3600 °C), llamado grafitación. Bajo una exposiciónprolongada de los productos a
temperaturas de 2500 − 3000°C, los componentesno grafitados de los artículos y la mayoría de las impurezas
se evaporan.Como resultado de la grafitación, las escobillas y otros productos adquierencierta flexibilidad,
disminuye su coeficiente de fricción y descienderápidamente su resistencia eléctrica específica. Los productos
obtenidosdespués de la calcinación y grafitación se someten a impregnación con breafundida, alquitranes o
sustancias a base de cera y en algunos casos con metales fundidos ( estaño, plomo y otros). Antes de la
impregnación losartículos son secados para eliminar la humedad. La impregnación de estosartículos se realiza
a temperaturas de 90 − 200°C y más, cuando la sustanciaimpregnante se encuentra en estado líquido. La
impregnación tiene el propósitode eliminar la porosidad y reducir su higroscopicidad e introducir
sustanciasgrasosas (de cera) y con ello rebajar la vibración en las escobillas duranteel trabajo de las máquinas
eléctricas. La impregnanión de los productoselectrocarbónicos con metales eleva considerablemente su
resistencia mecánicay aumenta su conductividad.Los productos impregnados y los no impregnados se
someten a elaboraciónmecánica para darles su forma final y limpiar sus superficies. El materialelaborado (
bloques) para escobillas y otros artículos se cortas en trozospequeños por medio de fresadoras o con discos
finos de carborundum en tornosespeciales. Después los productos se trabajan con discos de carborundum y
herramientas de acero rápidas. Algunos tipos de escobillas eléctricas, despuésde su elaboración mecánica se
recubren con una capa fina de cobre paragarantizar un contacto seguro entre los conductores de corriente y el
cuerpode la escobilla y también entre éste y el portaescobilla ( de las máquinaseléctricas).Los conductores
flexibles ( multifilamentarios) se aseguran al cuerpo de laescobilla por mandrilado, calafatco, soldadura o
prensado. El mejor método esel de calafateo mediante el cual se procura un buen contacto entre elconductor y
la escobilla.En los productos electrocarbónicos acabados se verifican las característicassiguientes:
dimensiones, dureza, resistencia mecánica, resistencia eléctricaespecífica, caída de tensión entre la escobilla y
el colector, coeficiente defricción, resistencia transitoria entre la escobilla y el conductor y algunasotras.USOS
ACTUALES ( CALENTAMIENTO,GENERACION DE ELECTRICIDAD, FABRICACION DEACERO,
ETC )Segun estadisticas compiladas por el U.S Department of energy, en añosrecientes el principal uso de los
carbones producidos en EEUU se ha dado eninstalaciones generadoras de electricidad, (este uso comprende
mas de un 80%de los casi 700 millones de toneladas cortas consumidas internamente), ademasla generacion
de electricidad ha rep´resentado mas del 50% del consumo internoanual desde 1962. El segundo uso mas
importante, que represento el 9.5% delconsumo total, fue la manufactura del coque.Esta demanda del carbon,
mator que la existente en la decada de 1950, para la generacion de electricidad, ha venido declinando debido
al surgimiento de procesos siderurgicos mas eficientes como : ð El mayor uso de desechos de metal. ð El
incremento en el consumo de combustibles sustitutos en altoshornos..Y otros factores.La produccion coque a
partir del carbon se realiza calentando ciertos carbonesen ausencia de aire para exúlsar humedad y materia
volatil; A fin de obtenerun coque adecuado; el carbon padre debe tener ciertas propiedades como
bajocontenido de cenizas y azufre, baja presion de coquizacion y elevada resistencia del coque resultante.Los
hornos para sub−productos (que son los mas abundantes) reciben este nombrepor su capasidad de reutilizar
los productos de desecho del calentamiento delcarbon, como : Gas del horno del coque, Alquitran, Amoniaco,
Aceite,Sustancias quimicas utiles.El uso industrial del carbon exceptuando el que se hace en las plantas
decoquizacion, comprendio el 8.5% del consumo interno de los EEUU; este grupoconsume carbon
principalmente para generar vapor de elaboracion; tambien seusa para combustion abierta, como hornos de
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secar, calentadores detratamiento, etc. TIPOS Turba, material orgánico compacto, de color pardo oscuro y
muy rico encarbono, que se forma como resultado de la putrefacción y carbonizaciónparciales de la
vegetación en el agua ácida de las turberas. La formación deturba constituye la primera etapa del proceso por
el que la vegetación setransforma en carbón. La turba seca, comprimida en ladrillos, se usa en muchos países
de Europa,sobre todo en Irlanda, como combustible, aunque no es tan eficaz como elcarbón, debido a su
elevado contenido en agua y cenizas La antrocita es la menor abundante de las formas de carbon mineral en
estadosunidos, es llamado carbon duro; (color negro brillante, compacto) , dado quees la forma mas
desarrollada en el proceso de hullificacion aveces seencuentra a mayores profundidades que la hulla
bituminosa. Tiene el mayor contenido de carbono fijo y el menor contenido de materialvolátil de todos los
tipos de carbón. Contiene aproximadamente un 87,1% decarbono, un 9,3% de cenizas y un 3,6% de materia
volátil. Tiene un color negro brillante, una estructura cristalina y una fractura concoidal. Se utilizasobre todo
como combustible y como fuente de carbono industrial.Aunque seinflama con más dificultad que otros
carbones, la antracita libera una grancantidad de energía al quemarse y desprende poco humo y hollín. La
antracita se formó principalmente hacia el final del periodo carboníferocomo consecuencia de movimientos
telúricos que generaron calor y presión quetransformaron los materiales carbonosos que existían en la
Tierra.Los principales productores mundiales de antracita son: China, la antiguaUnión Soviética, Corea del
Norte, Corea del Sur, España, Alemania y EstadosUnidos. En EEUU las reservas mas importantes de los
carbones antraciticos seencuentran en pennsylvania.La hulla bituminosa ( carbon suave ) esta entre la antracita
y el lignito , yes la forma mas abundante y utlizada segun la ASTM, tiene entre 75% y 90% decarbono, y se
divide en grupos de :ð Baja volatilidad −− Son granulosos, tienden a reducir de tamaño conla manipulacion. ð
Media volatilidad −− Presenta distintas capas aveces, otras ademas de tener capas distintas que
parecenhomogeneas.ð Alta volatilidad −− Son duras, menos sensibles a la reduccion detamaño Por la
manipulacion.Las hullas sub−bituminosas, al igual que la antracita, el lignito suele ser noaglutinante.Los
lignitos, Con frecuencia llamados ( carbon castaño ), a menudo conservanla estructura leñosa o laminar en la
que suelen ser visibles remanentes defibras de madera es de calidad intermedia entre el carbón de turba y
elbituminoso. Desde el punto de vista geológico, el lignito es de origen reciente pues seencuentra en los
estratos del cretácico y del terciario. Suele tener colornegro pardo y estructura fibrosa o leñosa. Tiene una
capacidad calorífica inferior a la del carbón común debido al grancontenido de agua (43,4%) y bajo de
carbono (37,8%); el alto contenido de materia volátil (18,8%) provoca la desintegración rápida del lignito
expuestoal aire. El calor del lignito es de 17.200 kJ por kg. Es muy frecuente en lospaíses de Europa y
España.PROPIEDADES FISICO−QUIMICASExisten pruebas cualitativas y cuantitativas usadas para obtener
informacionsobre los carbones; estas pruebas son de utilidad para el usuario y eldiseñador de equipo.1.
Humedad porcentual. Se determina midiendo la perdida de peso de una muestrapreparada cuando se calienta a
una temperatura entre 100°−110°C , en condiciones rigurosamente controladas.Esta humedad se llama
residual y debe sumarse a las perdidas de humedadocurridas durante la preparacion de las muestras (perdidas
de secado al aire).2. Material volatil porcentual , Se determina estableciendo la perdida que resulta de
calentarlas a ( 950°c ) en ausencia de aire en condiciones controladas, ( Esta perdida de peso se corrige
tomando en cuenta la humedad residual ).3. Porcentage de ceniza. Se determina pesando el residuo que queda
despues dela combustion de una muestra preparada en condiciones rigurosamente controladas; La combustion
se realiza en una atmosfera oxidante y a una temperatura de ( 750°c ) 4. Al carbono fijo. Es un valor
calculando y se obtiene restando a 100 losporcentajes de materia volatil, humedad y ceniza.La cenizaEs un
reciduo inerte que queda despues de la combustion del carbon y que puede plantear serias dificultades para los
diseñadores y operadores de equipo de combustion, manejo de ceniza y control de la contaminacion.El
contenido de ceniza en el carbón varía desde un 3% en peso paradeterminados carbones subbituminosos hasta
un 28% para ciertos carbones mates.Su composición también puede variar mucho; la ceniza de carbón
contienecarbonatos de sodio y potasio y grandes cantidades de silicato combinado conuna amplia gama de
metales. La composición de la ceniza determina su punto defusión, es decir, la temperatura a la que forma
escoria. Las temperaturas defusión más bajas son generalmente las del carbón con alto contenido
desílice.Ademas, diversas propiedades fisico−quimicas de las cenizas puedencausar serios problemas de
escorificacion, abrasion y encostramiento decalderas.Escorificacion. Se refiere a la formacion de cenizas
fundidas a altastemperaturas en paredes de hornos y otras superficies expuestas principalmenteal calor
radiante.Encostramiento. Se refiere a la formacion de depositos de ceniza fucionada aaltas temperatura en
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bancos de tubo de conveccion, y en particular tubos desobrecalentamiento y recalentamiento.
SOLDADURAUna soldadura es una unión localizada entre dos materiales que es producidapor una adecuada
terminación de temperatura y presión. En la mayoría de loscasos involucra metales, pero también se unen
plásticos por medio del mismoproceso, básicamente.La unión también es facilitada por la limpieza de las
superficies del metal. Puesto que la mayoría de las superficies de metal tienden a ensuciarse atemperaturas
elevadas, debe prestarse considerable atención a los métodos deprevención de la oxidación u otra
contaminación, para obtener una soldadura dealta calidad.Para obtener una soldadura satisfactoria, se cuenta
con:Una soldadura de calor y/o presión.Medios de protección o limpieza del metal.Soldadura Forjada o
Fraguada La soldadura fraguada o forjada es el más antiguo de los procesos desoldadura, habiéndose
practicado siglos atrás por los armeros de entonces.Las piezas que debían ser soldadas se calentaban en la
temperatura de forjado,y las terminaciones se ensamblan a martillazos para poderlas unir obteniendoun
espesor aceptable. Las terminaciones se calentaban nuevamente hasta quealcanzaban una temperatura
adecuada. Luego eran retirados de fragua, lasgolpeaba fuertemente contra el yuque con su martillo para quitar
las escamas eimpurezas, colocaba luego los extremos forzándolos a unirse hasta lograr unasoldadura
completa.Soldadura en matriz. La soldadura por percusión hecha de este modo por unherrero, apenas se
emplea en la actualidad. Este es el proceso de soldadura atope para hacer tubos o caños.Soldadura con
rodillos. Es similar a la soldadura en matriz, excepto que latira metálica para tubos es pasada por un conjunto
de rodillos. Este métodose usa comúnmente para tubos de tamaño más grande.Soldadura fría. La soldadura
fría no está indicada como un proceso separadoen la Carta Patrón De Procesos De Soldadura, puesto que en
realidad es unaforma especial de soldadura por percusión en la cual no se usa calor externo yhay un solo golpe
de martillo en la forma de una única aplicación de presión.SOLDADURA CON GASEl uso de la soldadura
no se desarrolló mucho más allá de la etapa de laherrería hasta que se logró obtener una satisfactoria llama de
oxiacetilenopoco después del 1900.El acetileno no es seguro cuando está envasado a presiones superiores a
15Ipc, por ello debe ser diduelto en acetona. El oxigeno para soldadura con gas obtiene casi siempre en
cilindros depresión.El oxigeno y el acetileno se queman mediante un mechero o soplete. Ambosgases se
conducen a la llama a través de válvulas reductoras de presión sobrecada tanque de gas y mangueras de
conexión adecuadas. Las presiones usadasordinariamente varían entre 1 y 15 libras por pulgadas cuadrada.El
máximo de temperatura es de 6300oF. Si la relación de oxigeno y deacetileno es de 1:1 a 1,15:1 se obtiene
una llama neutra. Una proporciónmayor de oxígeno produce una llama oxidante, mientras que una proporción
menorde oxigeno produce una llama carburizante. La mayoría de las soldaduras se hacen con una llama neutra
debido a que éstatiene un mínimo de efecto químico sobre la mayoría de los metales calentados,las llamas
oxidantes se usan sólo para soldar ciertos bronces y latones. Lasllamas carburizantes son usadas en la
soldaduras monel , de aceros de muy bajocarbono, en unos pocos aceros de aleación y en la aplicación de
materialespara superficies duras tales como Stellite y Colmanoy.Como resultado, desde el gran desarrollo de
la soldadura de arco de metalprotegido y con gas inerte en años recientes la soldadura de oxiacetileno noes
muy usada, excepto para la fabricación de piezas delgadas de metal, o parareparar trabajos donde la
portabilidad es importante.SOLDADURA ELECTRICALos procedimientos de soldadura por arco son los
más utilizados, sobre todopara soldar acero, y requieren corriente eléctrica. Esta corriente se utilizapara crear
un arco eléctrico entre uno o varios electrodos aplicados a lapieza, lo que genera el calor suficiente para fundir
el metal y crear launión.La soldadura por arco tiene ciertas ventajas con respecto a otros métodos. Esmás
rápida debido a la alta concentración de calor que se genera y por lotanto produce menos distorsión en la
unión. En algunos casos se utilizanelectrodos fusibles, que son los metales de aportación, en forma de
varillasrecubiertas de fundente o desnudas; en otros casos se utiliza un electrodorefractario de volframio y el
metal de aportación se añade aparte. Losprocedimientos más importantes de soldadura por arco son con
electrodorecubierto, con protección gaseosa y con fundente en polvo.Soldadura por arco con electrodo
recubierto En este tipo de soldadura el electrodo metálico, que es conductor deelectricidad, está recubierto de
fundente y conectado a la fuente decorriente. Al tocar con la punta del electrodo la pieza de metal se forma
elarco eléctrico. El intenso calor del arco funde las dos partes a unir y lapunta del electrodo, que constituye el
metal de aportación. Esteprocedimiento, desarrollado a principios del siglo XX, se utiliza sobre todo para
soldar acero.Soldadura por arco con protección gaseosa Es la que utiliza un gas para proteger la fusión del aire
de la atmósfera.Según la naturaleza del gas utilizado se distingue entre soldadura MIG, siutiliza gas inerte, y
soldadura MAG si utiliza un gas activo. Los gasesinertes utilizados como protección suelen ser argón y helio;
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los gases activossuelen ser mezclas con dióxido de carbono. En ambos casos el electrodo, unavarilla desnuda
o recubierta con fundente, se funde para rellenar la unión.Soldadura por arco con fundente en polvo Este
procedimiento, en vez de utilizar un gas o el recubrimiento fundente del electrodo para proteger la unión del
aire, usa un baño de material fundente en polvo donde se sumergen las piezas a soldar. Se pueden emplear
varioselectrodos de alambre desnudo y el polvo sobrante se utiliza de nuevo, por loque es un procedimiento
muy eficaz. Equipo para soldadura eléctrica al arco compuesto, al menos por: ð Transformador eléctrico
trifásico de soldadura al arco de 220−380 V.Intensidad regulable de 50 a 300 A. aproximadamente. Con
capacidad de electrodos hasta 6 mm. aprox. ð 1 Manguera con pinza de masa. ð 1 Manguera con pinza
portaelectrodo. ð 1 Piqueta de acero templado con mango aislante. ð 2 Caretas de protección con sujeción
manual. ð 2 Pares de guantes de protección. ð 2 Mandiles. ð Accesorios necesarios para que el equipo quede
dispuesto para soldar.ð Mesa para soldadura eléctrica con posicionador y gato.
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