Soldadura exotérmica

Soldadura exotérmica

1. ¿Cuándo se usó por primera vez la soldadura exotérmica?

El primer uso de la exotérmica data de finales de 1800 en Alemania. En donde se utilizó una base óxido de hierro mezclado  con aluminio como su agente reductor, que se utiliza para fabricar troqueles o reparados, posteriormente en los USA fue empleado para la reparación de modelos de forja.

2. ¿Qué significa exotérmico?

Exotérmico es un término químico que describe una reacción química que desprende calor a medida que se lleva a cabo una reacción.

3. ¿Qué es una reacción exotérmica?

Es una reacción química en la cual la energía es liberada. El prefijo exo significa salida y térmico significa calor o energía. Por lo tanto se denomina reacción exotérmica a cualquier reacción química en la cual se desprenda calor. Se da principalmente en las reacciones de oxidación.

4. ¿Cuáles son las temperaturas de ignición para el polvo de ignición y para el polvo de soldadura?

La temperatura de ignición es superior a 450 °C, para el polvo de ignición y de 900 °C para el polvo de soldadura.

5. ¿Qué es una conexión exotérmica?

Se denomina reacción exotérmica a cualquier reacción química que desprenda energía.

Es un proceso en el que se hace un empalme eléctrico al verter una aleación súper calentada de cobre fundido en el interior de un recinto en el cual se encuentran alojados los conductores y controlada dentro de un molde de grafito especialmente diseñado para este fin. Una vez enfriados, los conductores se encuentran empalmados mediante una soldadura de fusión.

6. Mencione al menos cinco ventajas económicas del uso de la soldadura exotérmica.

1. Bajos costos en los materiales requeridos para una conexión exotérmica  en comparación con otros medios de conexión.

2. El material utilizado para la realización de la conexión tiene una durabilidad igual o mayor a los otros materiales conectados.

3. Las conexiones exotérmicas proporcionan mayor seguridad por lo tanto menos supervisión.

4. No requieren de mantenimiento asociado al bajo Costo del material utilizado.

5. La calidad de las conexiones se puede revisar por simple inspección visual, sin requerir de ningún instrumento.

7. Mencione al menos cinco ventajas técnicas del uso de la soldadura exotérmica.

1. Las conexiones no son dañadas cuando se producen altas irrupciones o picos de corriente. (Pruebas realizadas demostraron que corrientes elevadas

como las de cortocircuito fundieron el conductor y no la conexión exotérmica).

2. La conexión no se puede aflojar o desajustar debido a que es una unión molecular permanente.

3. No se requiere de una fuente de energía externa o generación de calor para forjar la conexión.

4. Las conexiones exotérmicas no son afectadas por la corrosión de la misma forma que el cobre.

5. Las conexiones no se deshacen ni sufren corrosión en la parte de la soldadura, independientemente del ambiente en que se destinan.

8. Mencione al menos cinco desventajas del uso de la soldadura exotérmica.

1. Las condiciones climáticas inciden directamente en la realización del proceso y pueden posponer el trabajo en sitio durante días.

2. Los materiales deben almacenarse en lugares secos, ya que están sujetos a daños por humedad o por calor.

3. Se requieren horas hombres adicionales para la preparación previa a una conexión, esto se debe a la necesidad de limpieza, precalentamiento de moldes, etc.

4. Debido al recocido del conductor, las conexiones exotérmicas no se pueden usar en aplicaciones bajo tracción.

5. Una instalación típica con soldadura exotérmica tarda más tiempo con respecto a otros métodos.

6. Se requiere de aditamento de seguridad para los operarios, tales como: lentes de seguridad guantes u otros accesorios de protección.

9. ¿Cuáles son las aplicaciones de la soldadura exotérmica?

La soldadura exotérmica tiene gran variedad de usos Y aplicaciones tanto en el área eléctrica así como en otras actividades.

En el área eléctrica su principal aplicación está en la interconexión de conductores y se circunscribe a las conexiones entre:

*Cable a cable

*Cable a barra copperweld para puesta a tierra

*Cable a barras rectangulares de cobre o aluminio

*Cable a superficies metálicas

*Cable a rieles ferroviarios

*Cable a cabillas utilizadas en la construcción

*Barra a barra rectangular de cobre o aluminio

*Barra copperweld a barra copperweld

*Barra rectangular a superficie metálica

*Otra aplicación en la industria ferrocarrilera eléctrica, es la soldadura de los conductores del circuito eléctrico de retorno a los rieles.

*Conexiones mediante soldadura exotérmica para empalmar el "tercer riel" en las líneas de tránsito ferrocarrilero pesado.

*Las conexiones mediante soldadura exotérmica también se utilizan para conexiones subterráneas aisladas de alto voltaje.

* Las Conexiones mediante soldadura exotérmica también se emplean en aplicaciones industriales para soldar barras de cobre o de aluminio.

En otras áreas su aplicación ha sido:

*Desde sus inicios en 1938 se empleó para soldar uniones señalizadores de aleación de cobre a los rieles en líneas ferroviarias.

* Para mediados de 1940, fue utilizado para soldar alambres protectores catódicos a las tuberías.

* En tuberías de transporte de gas y petróleo a alta presión para mayores detalles ver la norma ASME B31.4 y B31.8.

*Para reparaciones de matriceria y troqueles.

*Para rellenos de piezas metálicas.

10. ¿Qué otros métodos alternativos a la soldadura exotérmica existen para realizar conexiones eléctricas?

Entre los métodos alternativos existentes para realizar conexiones eléctricas a la soldadura exotérmica se encuentran:

1. Método por abrazaderas

2. Conectores atornillados

3. Conectores sujetos con pernos

4. Conectores sujetos por engarce

5. Conectores a compresión

Estos métodos nos permiten efectuar conexiones a superficies metálicas planas o circulares, entre conductores o entre conductores y barras, de acuerdo a la necesidad.

11. ¿Qué problemas presentan las anteriores conexiones?

El operador debe infringir un determinado torque o apriete a los tornillos o pernos para realizar el ajuste pertinente, no obstante, de la precisión de este ajuste depende la calidad de la conexión, si el operador no realiza el trabajo con la herramienta adecuada la conexión dará problemas a futuro.

12. ¿Qué es un circular mil y cuál es su equivalencia en mm?

Este sistema, conocido por las iniciales CM ("Circular Mil"), utiliza como medida el área de la sección recta del conductor expresada en milésimas circulares.  Como se ha indicado, esta unidad es el área de un círculo de una milésima de pulgada de diámetro (1 mil).  Es decir, un área de aproximadamente 0.7854 10^-6 pulgadas² (π x 0.001²/ 4).  Por ejemplo, un conductor cuya galga sea 10 CM, tiene un diámetro de 0.003162 pulgadas (raíz cuadrada de 10/1000000) o lo que es lo mismo, un diámetro de 3.162 mil (ver epígrafe anterior) o 0.080 mm.

13. ¿Cuáles son las partes de un molde para soldadura exotérmica?

La reacción exotérmica de cobre se lleva a cabo en un molde especialmente diseñado y fabricado en grafito de alta calidad, en la figura se pueden observar las partes que conforman este molde.

El molde está compuesto por las siguientes partes:

*Placa de características e identificación fabricante

*Tapa del molde

*Crisol o cámara de reacción para almacenar los materiales que reaccionan.

*Conducto o tobera de colada que conecta el crisol o cámara de reacción con la cavidad de soldado.

*Cavidad de soldado o cámara de soldadura donde se alojaran los conductores o materiales a soldar.

*Orificios para la colocación de los alicates de manipulación del molde.

14. ¿Qué problemas presentan las barras de cobre puro?

Los primeros sistemas de puesta a tierra se realizaron con barras de cobre puro, sin embargo, presentaban inconvenientes al momento de clavar o querer enterrar las varillas, ya que el cobre al no tener una suficiente resistencia mecánica, se deformaba, sin lograr la penetración requerida en el suelo.

15. ¿En qué consiste el efecto pelicular de la corriente eléctrica?

En corriente continua, la densidad de corriente es similar en todo el conductor (figura a), pero éste. En corriente alterna se observa que hay una mayor densidad de corriente en la superficie que en el centro (figura b). Este fenómeno se conoce como efecto pelicular o efecto Kelvin. Este fenómeno hace que la resistencia efectiva o de corriente alterna sea mayor que la resistencia óhmica-arochiana o de corriente elevada. Este efecto es el causante de la variación de la resistencia eléctrica, en corriente alterna, de un conductor debido a la variación de la frecuencia de la corriente eléctrica que circula por

Distribución de la densidad de corriente en un conductor macizo cuando es recorrido por:
a) Corriente Continua (DC).
b) Corriente alterna (AC).

16. Describa la secuencia de pasos a seguir para lograr un buen empalme entre conductores eléctricos mediante soldadura exotérmica. Apóyese con dibujos

pasos a seguir para lograr un buen empalme entre conductores eléctricos.

·        Paso 1

Si el cable dispone de aislamiento, eliminarlo en una longitud de 15 cm. Utilizando la herramienta apropiada, cepillar las partes metálicas a soldar para eliminar todo resto de óxido o suciedad.

·        Paso 2

Antes de realizar la primera soldadura, es imprescindible precalentar el molde con una llama durante unos minutos. De esta forma, se eliminará

cualquier humedad existente en el molde y se evitaran las soldaduras porosas.

·        Paso 3

Abrir el molde separan

do los mangos del alicate. Para la colocación de los cables. Barras u otros elementos a soldar dentro del molde, sigan el instructivo de cada caso y/o consulte al personal técnico de GEDISA.

·        Paso 4

Cerrar el alicate del molde y bloquearlo en dicha posición para evitar fugas de metal fundido durante el  proceso de soldadura. Colocar el disco metálico

adecuado con la parte cónica hacia abajo en el fondo de la tolva de forma que pueda obturar el orificio de colada.

·        Paso 5

Abrir el cartucho recomendado para el tipo de conexión a realizar y vaciar el contenido de polvo para soldadura en el crisol o cámara de reacción del molde.

·        Paso 6

Cerrar la tapa del molde.

 Accionar el fósforo igntor e introducirlo a la cámara de reacción del molde. Esperar unos momentos mientras se desarrolla la reacción provocada por la reducción del óxido de cobre por el aluminio.

·        Paso 7

Esperar unos minutos antes de proceder a abrir el molde. Abrir completamente para poder extraer la soldadura. Durante esta operación tenga un especial cuidado en no dañar el molde de grafito.

·        Paso 8

Elimine la escoria de la tolva, del orificio de colada y la tapa del molde con el rascador de moldes. Limpiar los restos de suciedad de la cámara de soldadura con una brocha. Si el molde se mantiene todavía caliente, puede hacer una nueva soldadura sin precalentarlo.

17. ¿Cómo se preparan los materiales y equipos para una soldadura exotérmica?

PREPARACION DE CONDUCTORES O CABLES

A pesar de que todos los elementos que integran una conexión eléctrica son importantes, los conductores o cables revisten un especial cuidado, para conseguir una perfecta soldadura el cable o conductor deberá estar perfectamente limpio, seco y conformado. Conformado se refiere a su forma geométrica circular, que no esté deformado.

Un cable húmedo, recubierto de barro, polvo o con vestigios de suciedad provocará una soldadura porosa y proyecciones de metal fundido fuera del molde.

Para eliminar a humedad que pudiera estar presente en los conductores se deberá secar mediante una llama que pueda ser regulada emanada de un equipo adecuado para este fin. Para eliminar los restos de barro o polvo cepillar los conductores siguiendo la línea de sus hilos teniendo cuidado de no desentorcharlos.

Muchas veces nos encontramos cables tratados con aceite o grasa en su proceso de instalación o por cualquier otra razón, en este caso se deberán limpiar con un desengrasante preferentemente un disolvente que seque rápidamente y sin dejar residuos. En casos extremos calentar el cable con una llama hasta eliminar totalmente la grasa o aceite.

Cuando se emplea cables reciclados o hayan estado expuestos a la intemperie generalmente presentan oxidación o rasgos de la misma. En estos casos los cables se deben pulir con un cepillo metálico hasta eliminar cualquier vestigio de óxido.

Una de las causas del deterioro de los moldes de gafito lo generan los cables mal cortados o con deformaciones en su geometría, debido a que impedirán el cierre correcto del molde, provocando fugas de metal fundido y el esfuerzo para el cierre se concentra solo en zonas del molde que tienden a perder su configuración.

PREPARACION DEL MOLDE DE GRAFITO

La humedad en el molde provocará una soldadura porosa; por tanto deberá estar completamente seco en el momento de realizar cualquier soldadura.

Antes de realizar la primera soldadura, se calentará el molde hasta que su temperatura no pueda soportarse al tacto, Para eliminar a humedad que pudiera estar presente en el molde se deberá secar mediante una llama que pueda ser regulada emanada de un equipo adecuado para este fin o quemando un cartucho, en este último, se deberá realizar con cuidado de no dañar la tenaza o alicate que se emplea ara su cierre.

Se debe tener precaución en la ejecución del proceso para no encender materiales inflamables que puedan estar cercanos al área. De igual forma, los moldes húmedos pueden producir una reacción explosiva debido a la rápida vaporización de la humedad. El excesivo calor en los moldes también los expone a daños por fuego.

Para las soldaduras sucesivas, el calor desarrollado entre cada aplicación mantendrá el molde a la temperatura correcta, si el intervalo entre ellas fuese prolongado y provocase el descenso la temperatura, deberá reiniciarse el proceso precalentando el molde. Esto sobre todo en zonas de alta humedad.

PREPARACION DE LAS BARRAS COPPERWELD

El extremo de la barra copperweld sobre el cual se realice la soldadura, deberá estar perfectamente limpio, seco y exento de deformaciones al igual que lo indicado para los cables.

Una barra recubierta de barro, polvo o con vestigios de suciedad en la zona por donde se realizará la conexión, provocará una soldadura porosa y proyecciones de metal fundido fuera del molde.

Para eliminar los restos de barro o polvo se deberá cepillar la zona de conexión de la barra hasta que quede pulida y libre de cualquier vestigio de impurezas.

Para evitar el deterioro de los moldes de gafito por barras copperweld con deformaciones en su geometría debido a que son golpeadas generalmente por el extremo por donde se realizara la conexión, es recomendable practicar un corte en la sección afectada siempre que sea posible o la deformación sea muy pronunciada.

Recuerde que estas deformaciones impedirán el cierre correcto del molde, provocando fugas de metal fundido y el esfuerzo para el cierre se concentre en zonas del molde que tienden a perder su configuración.

PREPARACION DE LA BARRAS DE COBRE

Cuando se trate de barras rectangulares o pletinas de cobres, la superficie deberá estar libre de toda suciedad o grasa, seca y plana.

En caso de que la superficie este con residuos de grasa o suciedad, para limpiarse se puede recurrir a distintos métodos para remover estas impurezas, tales como: el pulidora, cepillado manual, frotación por pliegos de lija, entre otros.

Para eliminar a humedad que pudiera estar presente en la superficie se deberá secar mediante una llama que pueda ser regulada de un equipo adecuado para este fin.

PREPARACION DE LAS SUPERFICIES DE ACERO

La superficie deberá estar libre de óxido, seca y plana. En caso de que la superficie este oxidada, con residuos de pintura, grasa o suciedad, para limpiarse se puede recurrir a distintos métodos para remover estas impurezas, tales como: el esmeril eléctrico, cepillado manual, frotación por pliegos de lija, entre otros.

Para eliminar a humedad que pudiera estar presente en la superficie metálica se deberá secar mediante una llama que pueda ser regulada emanada de un equipo adecuado para este fin.

Para las superficies galvanizadas se debe eliminar parte de la capa de zinc hasta llegar al metal.

18. De los índices de normas preparados por ustedes, según la actividad 1 de la guía 2, qué artículos y de que norma hacen referencia a las conexiones mediante soldadura exotérmica?

NORMA TECNICA COLOMBIANA 2050

Pág.         Sa

Norma NTC 2050…………………………………………………………………………………………………………………………. 1

CAPITULO 2. ALAMBRADO Y PROTECCION DE LAS INSTALACIONES ELECTRICAS………………………136

SECCION 250. PUESTA A TIERRA…………………………………………………………………………………………………206

   G. Conexiones equipotenciales………………………………………………………………………………………………..224

        250-81. Instalación del electrodo de puesta a tierra del sistema…………………………………………228

    J. Conductores de puesta a tierra……………………………………………………………………………………………230

        250-91. Materiales………………………………………………………………………………………………………………231

    K. Conexiones de los conductores de puesta a tierra………………………………………………………………235

        250-113. Con los conductores y equipos……………………………………………………………………………..236

        250-115. Conexión con los electrodos…………………………………………………………………………………236

CAPITULO 5. AMBIENTES ESPECIALES………………………………………………………………………………………..547

SECCION 545. EDIFICACIONES PREFABRICADAS………………………………………………………………………….676

     A. Generalidades……………………………………………………………………………………………………………………676

         547-8. Puesta a tierra, conexión equipotencial y plano equipotencial………………………………..679

RETIE

CAPITULO II………………………………………………………………………………………………………………………………...66

REQUISITOS TECNICOS ESENCIALES…………………………………………………………………………………………….66

ARTICULO 15. PUESTAS A TIERRA…………………………………………………………………………………………………92

            15.2 Requisitos generales de las puestas a tierra……………………………………………………………….94

            15.3 Materiales de los sistemas de puesta a tierra…………………………………………………………….96

NORMA TÉCNICA ESSA

3. INSTALACIONES INTERNAS………………………………………………………………………………………………………25

3.1 DISEÑO DE INSTALACIONES INTERNAS…………………………………………………………………………………...25

3.1.8 Protección de edificaciones…………………………………………………………………………………………………33