DISEÑO DE UN SISTEMA DE EXTRACCIÓN LOCALIZADA DE HUMOS Y GASES PROVENIENTES DE LOS PROCESOS DE SOLDADURA MIG Y ARCO ELÉCTRICO PARA UNA SALA DE SOLDADURA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN AREQUIPA

FACULTAD DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA

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TÍTULO

DISEÑO DE UN SISTEMA DE EXTRACCIÓN LOCALIZADA DE HUMOS Y GASES PROVENIENTES DE LOS PROCESOS DE SOLDADURA MIG Y ARCO ELÉCTRICO PARA UNA SALA DE SOLDADURA

Integrantes:

Chipayo Paco, Benigno Jhon

Hancco Gonzales, Cristhian Micke

Salas Janampa, Edwar Fabio

Profesor:

Ing. Talavera Soto, Milton Florian  

Arequipa – Perú

2020

RESUMEN

Este proyecto se refiere al diseño de un Sistema de Extracción Localizada de Gases y Polvos de los procesos de soldadura Autógena y Eléctrica en el Instituto ICATHI del estado de Hidalgo en la Cuidad México.

El propósito de este trabajo es evitar la inhalación de los contaminantes como humos y polvos del proceso de soldadura respectivamente, que causan enfermedades ocupacionales en el docente y en los estudiantes, con graves consecuencias como lesiones permanentes y hasta incluso daños permanentes a lo largo de su vida, todo esto sino se controla la emisión de contaminantes en el ambiente de trabajo.

Este trabajo está relacionado con el diseño de dos sistemas de extracción localizada, el primero destinado a la extracción y filtración de humos y gases producto del proceso de soldadura en la que utiliza la soldadura por arco eléctrico y el segundo sistema está destinado a la extracción de gases y filtración de humos y gases producto por la soldadura autógena.

Para el diseño de este proyecto se ha recurrido a normas internacionales tales como la ACGIH, ASHRAE, AWS y EPA. El sistema de extracción del módulo de soldadura está compuesto de 13 Brazos flexibles auto-soportados, un sistema de ductos y accesorios de unión, un filtro de tela con una capacidad de 000 cfm y un área de filtrado de 0 m2 con un sistema de limpieza tipo pulse-jet que alcanza una eficiencia de filtración del 99%, el material de las mangas es de polyester (dracón), un ventilador industrial centrifugo con aspas inclinadas hacia adelante con una capacidad de 4000 cfm y un Perdidas por fricción de 12 in H2O y finalmente una chimenea de descarga.

La aplicación de normas internacionales nos permite obtener altas eficiencias de operación, control y retención de altas concentraciones de contaminantes. Disminuyendo de esta manera las enfermedades ocupacionales, para garantizar el correcto funcionamiento del sistema se debe observar el manual de mantenimiento dado por el fabricante de los equipos.

ABSTRACT

This project refers to the design of a Localized Gas and Powder Extraction System for the welding and electrical welding processes at the ICATHI Institute in the state of Hidalgo in Mexico City.

The purpose of this work is to avoid the inhalation of contaminants such as fumes and dust from the welding process respectively, which cause occupational diseases in the teacher and in students, with serious consequences such as permanent injuries and even permanent damage throughout their life, all this but the emission of pollutants in the work environment is controlled.

This work is related to the design of two systems of localized extraction, the first one destined to the extraction and filtration of fumes and gases product of the welding process in which it uses the welding by electric arc and the second system is destined to the extraction of gases and filtration of fumes and gases product by autogenous welding.

For the design of this project, international standards such as ACGIH, ASHRAE, AWS and EPA have been used. The extraction system of the welding module is composed of 13 self-supporting flexible arms, a system of ducts and joining accessories, a cloth filter with a capacity of 000 cfm and a filtering area of ​​0 m2 with a cleaning system pulse-jet type that achieves a filtration efficiency of 99%, the material of the sleeves is polyester (Dacron), a centrifugal industrial fan with inclined blades forward with a capacity of 4000 cfm and a friction loss of 12 in H2O and finally a discharge chimney.

The application of international standards allows us to obtain high operating efficiencies, control and retention of high pollutant concentrations. Thus reducing occupational diseases, to ensure the proper functioning of the system should observe the maintenance manual given by the manufacturer of the equipment.

AGRADECIMIENTO

Agradecemos a nuestras familias

que nos apoyan y alientan a lograr nuestras

metas.

DEDICATORIA

Dedicamos este trabajo a nuestras familias

que están con nosotros en todo momento.

ANTECEDENTES

1. El presente proyecto técnico permite el análisis de CO2 equivalente de los tipos de soldadura utilizados en la fabricación del bus tipo, para medir la contaminación producida por gases de efecto invernadero (GEI) en el sector industrial y así estimar los niveles de contaminación producidos en la fabricación. Para lograr el desarrollo del estudio se realizó la investigación previa de las metodologías que desarrolla la IPCC para evaluar los niveles de contaminación en las organizaciones, la cual incluye el análisis de huella de carbono en la actividad industrial carrocera en este caso, el mismo que evalúa el factor principal que intervienen en los tipos de soldadura entre otros. Se llevó acabo las mediciones de soldadura SMAW y GMAW que intervienen al momento de la fabricación de la carrocería del bus tipo con el medidor de gases TESTO 335. Con la obtención de las mediciones se logró determinar los niveles de CO2-e que se emiten a la atmósfera dando a conocer a la organización el nivel de contaminación y así reducir el efecto de los gases que se emite al momento de la construcción de la estructura del bus tipo. [1]
2. Esta tesis se refiere al Diseño de un Sistema de Extracción Localizada de Gases y Polvos    del Proceso de Reconstrucción Mecánica de Turbinas Hidráulicas y su manejo para el Control de Impacto Ambiental. Se realizó para la Central Hidroeléctrica Agoyan, que es una empresa de carácter público, dedicada a la generación de energía hidráulica. Esta empresa dispone de un equipo generador de 160 MW, ubicada en Baños, Provincia de Tungurahua, actualmente se ha emprendido un ambicioso e innovador proyecto de implementación de un Taller Industrial para la reconstrucción mecánica de plantas Generadoras Eléctricas a nivel nacional, dentro de los procesos de recuperación y mantenimiento  de turbinas están: balanceo de rodetes, tratamientos térmicos, mecanizado   en tornos CNC, metalizado, desbaste, pulido y soldadura, y es en estos últimos procesos donde está centrado este trabajo. La motivación de la presente investigación es la reconstrucción y mantenimiento de turbinas hidráulicas que involucran varios procesos mecánicos los mismos que emiten contaminantes tóxicos que afectan a la salud del operador cuando se concentran en grandes cantidades. El propósito de este trabajo es evitar la inhalación de los contaminantes como humos y polvos del proceso de soldadura y desbaste respectivamente, que causan enfermedades ocupacionales en el operador y en el personal, con graves consecuencias como lesiones permanentes y hasta incluso la muerte, todo esto sino se controla la emisión de contaminantes en el ambiente de trabajo. El proyecto de tesis está relacionado con el diseño de dos sistemas de extracción localizada, el primero destinado a la extracción y filtración de humos y gases producto del proceso de soldadura y el segundo sistema está centrado en la extracción de polvos metálicos, virutas y demás material particulado resultante del desbaste y pulido de turbinas hidráulicas, álabes, entre otros elementos mecánicos. Para el diseño de este proyecto se ha recurrido a normas internacionales tales como la ACGIH, ASHRAE, AWS y EPA. El sistema de extracción del módulo de soldadura está compuesto de 4 Brazos flexibles auto-soportados, un sistema de ductos y accesorios de unión, un filtro de tela con una capacidad de 4000 cfm y un área de filtrado de 60 m2 con un sistema de limpieza tipo pulse-jet que alcanza una eficiencia de filtración del 99%, el material de las mangas es de polyester (dracón), un ventilador industrial centrifugo con aspas inclinadas hacia adelante con una capacidad de 4000 cfm y un SP de 12 in H2O y finalmente una chimenea de descarga. El módulo de desbaste consta de 4 puntos de extracción con herramientas manuales ON-TOOLS acopladas al sistema mediante tuberías flexibles, un sistema de ductos y accesorios de unión, un ciclón y una unidad de alto vacío compuesta de un filtro de mangas y un ventilador centrífugo de alta presión, con una capacidad de 1040 m3/h, con un SP 14 KPa. La aplicación de normas internacionales nos permite obtener altas eficiencias de operación, control y retención de altas concentraciones de contaminantes. Disminuyendo de esta manera las enfermedades ocupacionales, para garantizar el correcto funcionamiento del sistema se debe observar el manual de mantenimiento dado por el fabricante de los equipos. [2]
3. El presente proyecto trata sobre el diseño de un sistema automático de extracción de humos y gases producto de la soldadura SMAW para el taller de soldadura de la carrera de ELECTROMECÁNICA, perteneciente a la FACULTAD DE TECNOLOGÍA de la UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES. Cuyos predios quedan ubicados en la avenida Arce, de la ciudad de La Paz. Los humos y gases metálicos son producto de la combustión química a una elevada temperatura del material de aporte (electrodo revestido) y el metal base. Estos vapores al ser liberados en el ambiente se condensan formando una niebla (humo), la concentración de estos contaminantes llega a representar una molestia en la salud de los estudiantes, ya que por las dimensiones del taller y al no contar con una buena ventilación son afectados directamente. Por este motivo se realizó una toma de muestra personal y del ambiente al que está expuesto una estudiante en trabajos con soldadura cuyos parámetros son: PM10 (humos totales de soldadura), Monóxido de carbono y Dióxido de nitrógeno (gases producto de la soldadura); se hizo la evaluación de estos contaminantes que consiste en comparar la concentración de la muestra con los “límites permisibles”, el cual indica una situación de intolerancia a la exposición a estos. Esta evaluación nos permite identificar la necesidad de diseñar un sistema de extracción de humos y gases, esto para poder reducir la mayor concentración de estos contaminantes en el ambiente y mejor si esta es captura desde el punto de origen. Este proyecto se enfoca en diseñar un sistema de extracción que tendrá la particularidad de funcionar de manera automática haciendo uso de sensores de luz (LDR), detectando la alta luminosidad del arco eléctrico que pondrá en funcionamiento los ventiladores de extracción que serán instalados en puestos de trabajo de manera independiente. Conforme al publicación de la ACGIH (Conferencia Americana de Higienistas Industriales Gubernamentales -1992) 1, se considerará para el diseño del sistema de extracción donde recomienda la velocidad de captura, velocidad de transporte en los conductos y el cálculo correspondiente a las pérdidas de carga en los conductos. Para tal aplicación se recopilo la teoría necesaria sobre métodos de control para contaminantes como ser la “extracción localizada”. Se evaluará los costos de componentes, materiales tomando en cuenta su inversión técnica y económicamente del diseño. Se menciona las conclusiones obtenidas del proyecto, se consideró el informe de la evaluación realizada sobre la exposición a estos contaminantes2 para las conclusiones y recomendaciones finales. [3]
4. La presente tesis trata sobre el Diseño de un Sistema de Extracción Localizada de Humos Metálicos y Gases provenientes de los Procesos de Soldadura.

El objetivo de esta tesis es presentar el diseño ingenieril de un sistema de extracción localizada para humos y gases provenientes del proceso de Soldadura que brindará una solución real, disminuyendo la contaminación ambiental y evitando que se originen enfermedades profesionales a las personas que se involucran en este tipo de labores. El Sistema General tendrá la particularidad de retener en el proceso partículas de hasta 3 µm provenientes de los humos y gases de Procesos de Soldadura, útil para evitar las enfermedades profesionales al personal que realiza éstas tareas. El Sistema constará con un Ventilador Principal de 90 KW a 2200 rpm. con un caudal Qramal2 = 50544 m3/h. para extraer partículas en el Ramal 2 y de un Ventilador Auxiliar de 18.5 KW. a 3150 rpm. con un caudal de Qramal1 = 5760 m3/h. para extraer partículas en el Ramal 1. Se utilizará para el diseño: bibliografía ingenieril, cálculos manuales, herramientas tecnológicas, estándares nacionales e internacionales; y a continuación se seleccionarán los equipos y componentes adecuados, para finalmente evaluar técnica y económicamente el Sistema General, y de éste modo obtener a las conclusiones y recomendaciones necesarias. Quedan fuera del alcance de la presente tesis el diseño de la instalación eléctrica y del sistema de control de los equipos y subsistemas, sin embargo, se deja libre la opción de mejorar el diseño mediante otros diseños adaptativos que puedan contribuir a su mejoramiento tecnológico y funcional. [4]

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