Rieles De Ferrocarril

1. INTRODUCCIÓN

El continuo desarrollo que ha venido presentando a lo largo de las décadas el transporte ferroviario para el transporte de materia prima, personas e información, el cual, en la actualidad, se exige nuevos avances tecnológicos para suplir las necesidades industriales y mineras. Es este hecho que conduce al estudio de la fabricación de los rieles de ferrocarril y sus componentes generales para el movimiento del tren, esencia del movimiento de los trenes. Durante el desarrollo de este documento se ampliará el conocimiento sobre el proceso de fabricación de rieles mediante laminación en caliente, también se discutirá la norma ASTM que rige las dimensiones especificas, su rango de composición química y las características que deben presentar estos en el momento de su uso.

De igual forma, en la industria se tienen limitaciones y problemas en la obtención de los rieles, como por ejemplo: pandeo, grietas superficiales por exceso de carga y defecto de las dimensiones finales del producto por el mal diseño del mismo, factores que son determinantes a la hora de un adecuado funcionamiento.

2. RESUMEN

Los rieles son mecanismos que disponen de ciertos elementos de hierro o acero laminado, ubicados de forma paralela, para el desplazamiento de las ruedas de los trenes, permitiendo su desplazamiento hacia un punto especifico. Esta definición se data de la edad de piedra y bronce donde fueron desarrollados los rieles, que a partir de la madera y otros implementos ingeniosos, los cuales eran utilizados para transportar material en las minas.

Por el continuo uso de los rieles se presentó la necesidad de desarrollar nuevos materiales que hicieran mas eficiente el transporte, es así que surgen los primeros indicios con material de hierro colado sin alear con otros metales o no metales. Debido al uso de estos materiales ineficientes para el proceso, se tuvieron problemas con la vida útil de estos, porque presentaban alta fragilidad y no tenían las características mínimas de funcionamiento, las cuales son resistencia mecánica y alta resistencia a la fricción, así mismo estos presentaban bajas características mecánicas debido a su composición química lo que implico la fabricación de rieles de aceros AISI SAE 1070 (con una microestructura perlítica y agregados de bainita en la matriz).

Estos elementos son cortados con una longitud que va desde 18 hasta 288 metros por tramo, los elementos se fijan sobre durmientes que son barras que se colocan en dirección horizontal, estos se colocan sobre el balasto. En el inició del uso de los trenes se hacían rieles con doble cabeza con la finalidad de que cuando la cabeza superior llegara al final de su vida útil, se reutilizara por el otro lado, pero los durmientes desgastaban la cabeza que hacia contacto directo con ellos (el rozamiento). Ver figura 1.

Figura 1. Componentes de una vía ferrovial.

Durmiente su finalidad es proveer al riel de un adecuado apoyo. Los durmientes se encuentran separados entre sí una distancia que varía entre 55 a 60 cm según la vía y pueden estar compuestos de los siguientes materiales:

• Madera; hormigón pretensado; metálicos (están en desuso)

Trocha es la distancia que separa las caras internas de los rieles. Hay varios tipos de trocha, los más usuales son:

• Angosta: 1,00m

• Media o universal: 1,435m

• Ancha: 1,676m

Balasto constituye la base de las vías férreas y están compuestos por agregados gruesos (grava) los cuales le dan una buena estabilidad al suelo.

3. COMPOSICIÓN QUÍMICA

Según la norma AREMA 2006-2007 el rango de composición química que corresponde a los rieles

Tabla 1. Composición química.

La cantidad de carbono en la aleación es alta varia entre [0.72-0.86], los otros elementos aleantes son los que generalmente se encuentran en el acero, con porcentajes permitidos de azufre, fosforo silicio y manganeso, para no tener fragilidad y baja resistencia mecánica en el riel. Se tienen dos grados de aceros posibles para trabajar en rieles.

4. PROCESO DE FABRICACIÓN POR LAMINACIÓN EN CALIENTE

El proceso de deformación plástica del metal que se pasa entre rodillos laminadores es conocido como laminación, que en este caso debe superar el 0,6 porciento de la temperatura de fusión (0.6Tf) del material a trabajar para el acero debe ser por encima de los 850°C, en este proceso se obtienen altos esfuerzos de compresión para darle forma. Las fuerzas de fricción son las responsables del que el metal entre la maquina de laminación si no hay fuerza de fricción, no hay laminación porque no entra a los laminadores el metal. En primera medida el primer producto de laminación es el tocho que generalmente tiene como dimensión un grosor superior a 15 cm y un área transversal generalmente cuadrada mayor a 230cm2. Generalmente el laminado empieza con el lingote fundido con el objetivo de disminuir el espesor del metal. Posteriormente se le da la forma mediante rodillos de sección hexagonal o circular provenientes de procesos anteriores que tienen forma de T.

• PROCESOS UNITARIOS

4.1. ALTO HORNO: Se obtiene un acero con la composición descrita en la tabla 1, con un proceso de desulfuración en cuchara con Mn que es a fin con el azufre formando compuestos sulfurosos para proporcionar alta resistencia mecánica, y no se tenga fibrado mecánico en la misma dirección de laminación, la cual, produce grietas que son perjudiciales en el producto final.

Figura 2. Alto horno.

4.2. OXICONVERTIDOR Q-BOP: El oxi-convertidor es un horno que se utiliza para elevar la temperatura de la materia prima. controlando el porcentaje de carbono en metales ferrosos y los excesos de elementos no ferrosos tales como Si, Mn y P, con el fin de convertir el arrabio en acero.

Figura 3. Convertidor Oxiconvertidor.

4.3. TRENES DESBASTADORES: Laminan los lingotes obtenidos en colada en lingotera o en colada continua de grandes espesores. Generalmente están formados por una caja dúo reversible. Básicamente existen dos clases de trenes desbastadores, según los tipos de lingotes que se van a laminar: Trenes blooming, que laminan lingotes de sección cuadrada (“tochos”) para obtener palanquillas que luego se van a laminar hasta llegar a productos largos. Tienen acanaladuras que permiten una mejor conformación del desbaste. En caso de tener un tren dúo se producen varias

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