soldadura electroltica luis martinez
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UNIVERSIDAD DE ORIENTE
NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI
ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA IV
MAQUINA DE SOLDADURA ELECTROLÌTICA
Barcelona, Marzo del 2011
Realizado por:
Paraqueimo, Luis 18.442.629
Buriel, Rafael 18.569.595
Aguilera, Daniel 18.847.486
Rodríguez, Geyker 18.414.839
Rodríguez, Daniel 19.537.388
Revisado por:
Prof: Luis Martínez
RESUMEN
En la siguiente practica de laboratorio se evaluó el funcionamiento de un dispositivo para
soldadura mediante el proceso de electrolisis, tomando en cuenta los diferentes parámetros
involucrados en el funcionamiento para este tipo de maquinas y regulándolos para de esta
forma obtener las características de funcionamiento y buscar cual es el punto optimo en el
cual se puede obtener una soldadura de calidad mediante este arreglo. Para lograrlo se
busco la concentración más adecuada del cloruro de sodio, agregándosele periódicamente a
un volumen de agua de 12 L para mejorar la conducción de la corriente eléctrica, hasta
llegar a una intensidad necesaria para que se formara el cordón de soldadura. Finalmente se
comparó estos con la maquina transformadora comercial según la calidad del cordón.
ÍNDICE
Resumen………………………………………………………………………… II
Introducción……………………………………………………………………… IV
Objetivos…………………………………………………………………………. 5
Marco teórico……………………………………………………………………. 6
Materiales, sustancias y equipos................................................................ 15
Procedimiento experimental........................................................................ 16
Datos experimentales………………………………………………………….. 17
Resultados……………………………………………………………………….
Análisis de resultados…………………………………………………………..
Conclusiones y recomendaciones…………………………………………….
Bibliografía……………………………………………………………………….
Apéndice………………………………………………………………………….
Apéndice A: Muestra de cálculos………………………………………….
Apéndice B: Asignación…………………………………………………….
INTRODUCCIÓN
La soldadura es un proceso de fabricación en donde se realiza la unión de dos materiales,
(generalmente metales o termoplásticos), usualmente logrado a través de la coalescencia
(fusión), en la cual las piezas son soldadas derritiendo ambas y agregando un material de
relleno derretido (metal o plástico), el cual tiene un punto de fusión menor al de la pieza a
soldar, para conseguir un baño de material fundido (el baño de soldadura) que, al enfriarse,
se convierte en una unión fuerte. A veces la presión es usada conjuntamente con el calor, o
por sí misma, para producir la soldadura. Esto está en contraste con la soldadura blanda (en
inglés soldering) y la soldadura fuerte (en inglés brazing), que implican el derretimiento de
un material de bajo punto de fusión entre piezas de trabajo para formar un enlace entre
ellos, sin fundir las piezas de trabajo.
La Electrólisis fue descubierta accidentalmente en 1800 por William Nicholson mientras
estudiaba el funcionamiento de las baterías. Entre los años 1833 y 1836 el físico y químico
inglés Michael Faraday desarrolló las leyes de la electrólisis que llevan su nombre y acuñó
los términos.
La Electrólisis es un proceso para separar un compuesto en los elementos que lo
conforman, usando para ello la electricidad. La palabra Electrólisis viene de las raíces
electro, electricidad y lisis, separación.
El proceso consiste en lo siguiente:
Se funde o se disuelve el electrólito en un determinado disolvente, con el fin de que
dicha sustancia se separe en iones (ionización).
Se aplica una corriente eléctrica continua mediante un par de electrodos conectados
a una fuente de alimentación eléctrica y sumergida en la disolución. El electrodo conectado
al polo negativo se conoce como cátodo, y el conectado al positivo como ánodo.
Cada electrodo mantiene atraídos a los iones de carga opuesta. Así, los iones
negativos, o aniones, son atraídos al ánodo, mientras que los iones positivos, o cationes, se
desplazan hacia el cátodo.
En los electrodos se produce una transferencia de electrones entre estos y los iones,
produciéndose nuevas sustancias. Los iones negativos o aniones ceden electrones al ánodo
(+) y los iones positivos o cationes toman electrones del cátodo (-).
OBJETIVOS
Objetivo General:
Evaluar la soldadura producida por una máquina de soldadura electrolítica la
concentración de NaCl y comparar con la máquina transformadora comercial según
la calidad del cordón de soldadura.
Objetivo Específico:
Determinar el punto óptimo de la soldadura electrolítica en una placa de acero
mediante el aumento de la concentración de sal en la solución electrolítica.
Obtener la curva de intensidad utilizada por la máquina de soldadura electrolítica
para la concentración obtenida.
Comparar las características físicas y mecánicas entre los cordones obtenidos con
una maquina transformadora comercial.
MARCO TEÓRICO
La historia del fenómeno de la electrólisis
Hacia 1800 A. Volta descubrió que al introducir laminas de distintos metales en
determinadas disoluciones, aparecían sobre ellas cargas eléctricas de signos opuestos, lo
que permitía pensar que la electricidad y las reacciones químicas tenían algo en común. La
comprobación experimental de esa idea fue llevada a cabo en el primer cuarto del siglo
XIX, cuando h. Davy demostró que al pasar corriente eléctrica a través de ciertas
disoluciones se producían cambios químicos. De este modo realizo la descomposición de
gran cantidad de compuestos y obtuvo numerosas sustancias,, hasta entonces desconocidas
(elementos como el sodio. Potasio, francio y calcio. M Faraday, discípulo de davy, siguió
investigando estas reacciones de descomposición provocadas por la corriente eléctrica, y
dio nombre a cada uno de los elementos que intervienen en dicho proceso. Fue él quien
denominó electrolisis a esas reacciones, electrolito a la disolución acuosa de un compuesto
químico que conduce la corriente eléctrica y electrodos a las dos barras metálicas que se
introducen en la disolución. Enuncio las leyes de la electrolisis que llevan su nombre y que
relacionan la masa del metal depositado con la cantidad de electricidad que atraviesa la
disolución. Faraday propuso un modelo teórico que suponía la existencia la existencia de
“átomos de electricidad”, unos positivos y otros negativos. El electrolito estaría formado
por partículas que transportan uno o varios átomos de electricidad, a las que faraday llamo
iones. A las que transportaban cargas positivas las llamo cationes y a las de carga negativa
aniones. Cuando aniones y cationes llegan a los electrodos, dejan en ellos sus átomos de
electricidad, y se transforman en nuevas sustancias distintas a las de partida.La palabra
electrólisis procede de dos radicales, electro que hace referencia a electricidad y lisis que
quiere decir ruptura. El proceso electrolítico consiste en lo siguiente:
Se funde o se disuelve el electrolito en un determinado disolvente, con el fin de que
dicha sustancia se separe en iones (ionización).
Se aplica una corriente eléctrica continua mediante un par de electrodos conectados
a una fuente de alimentación eléctrica y sumergida en la disolución. El electrodo
conectado al polo negativo se conoce como cátodo, y el conectado al positivo como
ánodo.
Cada electrodo atrae a los iones de carga opuesta. Así, los iones positivos, o
cationes, son atraídos al cátodo, mientras que los iones negativos, o aniones, se
desplazan hacia el ánodo.
La energía necesaria para separar a los iones e incrementar su concentración en los
electrodos es aportada por la fuente de alimentación eléctrica.
En los electrodos se produce una transferencia de electrones entre estos y los iones,
produciéndose nuevas sustancias. Los iones negativos o aniones ceden electrones al
ánodo (+) y los iones positivos o cationes toman electrones del cátodo (-).
Son importantes estos 2 puntos:
1- Uno nunca debe juntar los electrodos, ya que la corriente eléctrica no va a hacer su
proceso y la batería se va a sobrecalentar y se quemara.
2- Uno debe ocupar siempre energía eléctrica continua (energía de baterías) NO energía
alterna (energía de enchufe). 1
Electrolisis
Los electrolitos son sustancias que confieren a una solución la capacidad de
conducir la corriente eléctrica. Las sustancias buenas conductoras de la electricidad se
llaman electrolitos fuertes y las que conducen la electricidad en mínima cantidad son
electrolitos débiles.
Se dice que la electrolisis son las transformaciones químicas que producen la
corriente eléctrica a su paso por las soluciones de electrolitos.
La electrólisis del cloruro de sodio fundido sirve como fuente comercial de sodio
metálico y cloro gaseoso. Procedimientos similares se usan para preparar otros metales muy
activos (tales como potasio y calcio). Cuando se electrolizan ciertas soluciones acuosas, el
agua esta involucrada en las reacciones de los electrodos en vez de los iones derivados del
soluto; por lo tanto, los iones transportadores de corriente no se descargan necesariamente
en los electrodos.
En la electrólisis del sulfato de sodio acuoso, los iones sodio se desplazan hacia el cátodo y
los iones sulfato se mueve hacia el ánodo (figura "1"). Ambos iones se descargan
difícilmente; cuando esta electrólisis se lleva a cabo entre los electrodos inertes, se
desprende hidrogeno gaseoso en el cátodo y la solución que rodea el electrodo se hace
alcalina.
cátodo ánodo
Figura "1" Electrólisis del sulfato de sodio acuoso
2 e- + 2 H2O H2(G) + 2 OH- 2 H2O O2(G) + 4 H+ + 4 e-
La reducción ocurre en el cátodo pero en vez de la reducción del ion sodio.
e+ + Na+ Na
el cambio neto que ocurre es la reducción del agua.
2 e- + 2 H2O H2(G) + 2 OH-
El agua es un electrolito demasiado débil. El agua pura se ioniza aproximadamente 2 x 10-7
% a 25 °C.
2 H2O H3O+ + OH-
o, mas brevemente,
H2O H+ + OH-
No se conoce el mecanismo exacto de la reacción en el cátodo de la electrólisis del Na2SO4
acuoso. Puede ser que los iones de hidrógeno del agua se descargan y que la reacción
procede como sigue:
H2O H+ + OH-
2 e- + 2 H+ H2(G)
La multiplicación de la primera ecuación por 2 seguidas por la adición de las dos
ecuaciones da el cambio sigue:
2 e- + 2 H2O H2(G) + 2 OH-
En general, el agua se reduce en el cátodo (produciendo hidrógeno gaseoso e iones
hidróxido) a pesar de que el catión del soluto es difícil de reducir.
La oxidación ocurre en el ánodo y en la electrólisis del Na2SO4 acuoso, los aniones (SO4=)
que emigran hacia el ánodo son difíciles de oxidar:
2 SO4= S2O8
= + 2 e-
Por consiguiente, la oxidación del agua se efectúa preferencialmente. La forma de esta
reacción puede ser:
H2O H+ + OH-
4 OH- O2(G) + 2 H2O + 4 e-
Multiplicando la primera ecuación por 4 y sumando la ecuaciones, obtenemos el cambio
neto:
2 H2O O2(G) + 4 H+ + 4 e-
En el ánodo se observa el desplazamiento del oxígeno gaseoso y la solución que rodea al
polo se vuelve ácida. En general, el agua se oxida en el ánodo (produciendo oxigeno
gaseoso e iones de hidrogeno) mientras que el anión del soluto es difícil de oxidar.
La reacción completa para la electrólisis del Na2SO4 acuoso se puede obtener sumando las
reacciones del ánodo y del cátodo:
2 [ 2 e- + 2 H2O H2(G) + 2 OH- ]
2 H2O O2(G) + 4 H+ + 4 e-
6 H2O 2 H2(G) + O2(G) + 4 H+ + 4 OH-
Si se mezcla la solución, los iones hidrogeno e hidróxido producidos se neutralizan entre si
y el cambio neta.
2 H2O -electrólisis- 2 H2(G) + O2(G)
Es meramente la electrólisis del agua. En el transcurso de la electrólisis, el ion hidrogeno se
aleja del ánodo, de donde se produce, hacia el cátodo. En forma similar, los iones hidróxido
se mueven hacia el ánodo. Estos iones se neutralizan entre si en la solución entre los dos
electrodos.
La electrólisis de una solución acuosa de NaCl entre electrodos inertes sirve como un
ejemplo de un proceso en el cual se descarga el anión del electrolito, pero el catión no:
Ánodo 2 Cl- Cl2(G) + 2 e-
Cátodo 2 e- + 2 H2O H2(G) + 2 OH-
2 H2O + 2 Cl- H2(G) + Cl2(G) + 2 OH-
Puesto que el ion sodio permanece sin modificación en la solución, la reacción se puede
indicar.
2 H2O + 2 Na+ + 2 Cl- -----electrólisis- H2(G) + Cl2(G) + 2 Na+ + 2 OH-
Este proceso es una fuente comercial del hidrogeno gaseoso, cloro gaseoso y, por
evaporación de la solución restante de la electrólisis, hidróxido de sodio.
En la electrólisis de una solución de CuSO4 entre electrodos, la corriente es transportada
por los iones Cu ²+ y SO4=. La corriente que transporta los cationes se descarga, pero los
aniones no: 2"
Ánodo 2 H2O O2 (G) + 4 H+ + 4 e-
Cátod
o2 [ 2 e- + Cu ²+ Cu(S) ]
2 Cu+ + 2 H2O O2(G) + 2 Cu(S) + 4 H+
En que cosiste la Conducción Electrolítica
La conducción electrolítica, en la cual la carga es transportada por los iones, no
ocurrirá a menos que los iones del electrolito se puedan mover libremente. Por
consiguiente, la conducción electrolítica es exhibida principalmente por sales fundidas
y por soluciones acuosas de electrólitos. Por consiguiente, una corriente que pase a
través de un conductor electrolítico requiere que el cambio químico acompañe el
movimiento de los iones. La conducción electrolítica se basa entonces sobre la
movilidad de los iones y cualquier cosa que inhiba el movimiento de estos origina una
resistencia a la corriente.
Los factores que influyen en la conductividad eléctrica de las soluciones de
electrolitos incluyen atracciones inter-iónicas, solvatación de iones y viscosidad del
disolvente. Estos factores se fundamentan sobre atracciones soluto-soluto y soluto-
disolvente e interacciones disolvente-disolvente, respectivamente. El promedio de
energía cinética de los iones soluto aumenta a medida que se eleva la temperatura y,
por consiguiente, la resistencia de los conductores electrolíticos disminuye por lo
general a medida que se aumenta la temperatura.
En todo momento, la solución es eléctricamente neutra. La carga total positiva de
todos los cationes iguala la carga total negativa de todos los aniones.
Los Coloides
Los coloides son mezclas intermedias entre las soluciones y las mezclas
propiamente dichas; sus partículas son de tamaño mayor que el de las soluciones ( 10 a
10.000 Aº se llaman micelas).
Los componentes de un coloide se denominan fase dispersa y medio
dispersante. Según la afinidad de los coloides por la fase dispersante se clasifican en
liófilos si tienen afinidad y liófobos si no hay afinidad entre la sustancia y el medio.
Clase De Coloides Según El Estado Físico
NOMBRE EJEMPLOSFASE
DISPERSA
MEDIO
DISPERSANT
E
Aerosol sólido Polvo en el aire Sólido Gas
GelesGelatinas, tinta, clara de
huevoSólido Liquido
Aerosol liquido Niebla Liquido Gas
Emulsión leche, mayonesa Liquido Liquido
Emulsión sólida Pinturas, queso Liquido Sólido
Espuma Nubes, esquemas Gas Liquido
Espuma sólida Piedra pómez Gas Sólido
Propiedades De Los Coloides
Las propiedades de los coloides son:
Movimiento browniano: Se observa en un coloide al ultramicroscopio, y se
caracteriza por un movimiento de partículas rápido, caótico y continuo; esto se debe
al choque de las partículas dispersas con las del medio.
Efecto de Tyndall: Es una propiedad óptica de los coloides y consiste en la
difracción de los rayos de luz que pasan a través de un coloide. Esto no ocurre en
otras sustancias.
Adsorción: Los coloides son excelentes adsorbentes debido al tamaño pequeño de
las partículas y a la superficie grande. Ejemplo: el carbón activado tiene gran
adsorción, por tanto, se usa en los extractores de olores; esta propiedad se usa
también en cromatografía.
Carga eléctrica: Las partículas presentan cargas eléctricas positivas o negativas.
Si se trasladan al mismo tiempo hacia el polo positivo se denomina anaforesis; si
ocurre el movimiento hacia el polo negativo, cataforesis. 3
Soldadura
Se le llama soldadura a la unión de dos materiales (generalmente metales o
termoplásticos), usualmente logrado a través de un proceso de fusión en el cual las piezas
son soldadas derritiendo ambas y agregando metal o plástico derretido para conseguir una
"pileta" (punto de soldadura) que, al enfriarse, forma una unión fuerte.
La energía necesaria para formar la unión entre dos piezas de metal generalmente
proviene de un arco eléctrico, pero la soldadura puede ser lograda mediante rayos láser,
rayos de electrones, procesos de fricción o ultrasonido.
La energía para soldaduras de fusión o termoplásticos generalmente proviene del
contacto directo con una herramienta o un gas caliente.
Normalmente se suelda en ambientes industriales pero también se puede hacerlo al aire
libre, debajo del agua o en el espacio. Es un proceso que debe realizarse siguiendo normas
de seguridad por los riesgos de quemadura, intoxicación con gases tóxicos y otros riesgos
derivados de la luz ultravioleta.
La abertura de electrodos es la distancia que entre los electrodos en una soldadura
recalcada o a tope se mide con las piezas en contacto, pero antes de comenzar o
inmediatamente después de completar el ciclo de soldadura. Soldadura por puntos de
fabricación casera.
A veces es difícil soldar chapas pequeñas, o materiales extraños con la soldadura
al arco, también puede ser difícil soldar con plata o estaño, por eso ocasionalmente
disponer de una soldadura por puntos puede resultar conveniente. 4
MATERIALES, SUSTANCIAS Y EQUIPOS
Materiales:
Recipiente plástico. Capacidad máxima: 20 litros
Varillas metalicas (40 cm aprox.)
Electrodos para soldadura E-6013. Diámetro: 2,5 mm.
Láminas de acero. Espesor 3 mm.
Tabla de madera con agujeros cada 2 cm.
Cables de diferentes calibres para realizar la conexión.
Sustancias:
Agua.
Sal común (1 kg de NaCl en sobres de 20gramos c/u).
Equipos:
Máquina de soldar Millar Thunderbolt XL. Amperaje máximo: 225 A.
Juego de pinzas para soldadura.
Multímetro.
Pinza amperimétrica.
Termómetro de mercurio.
Caretas para soldar.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Preparación del banco de prueba del experimento:
1. Ordenar todos los materiales a usar.
2. Llenar el recipiente plástico con doce (12) litros de agua.
3. Colocar dos (2) barras metálicas (electrodos) dentro del recipiente plástico
sostenidas en la tabla con agujeros.
4. Conectar el cátodo mediante un cable al polo positivo de la fuente de energía.
5. Conectar el ánodo al polo negativo de la fuente de energía, mediante una pinza a
una placa para soldar.
Variación de la concentración de sal en el agua.
1. Colocar los electrodos a doce (12) centímetros de distancia.
2. Agregar veinte (25) gramos sal común (NaCl) en el agua.
3. Agitar la sal presente en el agua para lograr disolverla.
4. Realizar cordón de soldadura (de ser posible).
5. Tomar los datos de intensidad de corto circuito, corriente de soldadura, voltaje de
soldadura y temperatura.
6. Repetir el procedimiento 2, 3, 4 y 5, hasta obtener el mejor cordón de soldadura.
7. Determinar la cantidad de sal (NaCl) añadida al obtener el mejor cordón de
soldadura.
DATOS EXPERIMENTALES
Tabla #1. Intensidades de corrientes y voltaje obtenidas con cada porcentaje de NaCl.
Vol. en vacío (Vo)=115V; E-6013; Diám=2,5mm(3,32”); E lámina=3mm NaCl V=12L
N°NaCl (gr)
T(°C) Icc (Amp)SOLDADURA
Is (Amp)
Vs (V) Observaciones
1 0 28 0,3 - - No hay soldadura2 25 28 7,7 - - No hay soldadura3 50 28 12,3 - - No hay soldadura4 75 28 18,3 - - No hay soldadura5 100 28 24,7 - - No hay soldadura6 125 28 30,5 - - No hay soldadura7 150 28 36,1 - - No hay soldadura8 175 28 44,7 - - Leve arco, no hay soldadura
9 200 29 50,7 - -Se establece arco pero no hay soldadura
10 225 30 57,1 - -Cordón de soldadura sin aporte térmico
11 250 32 67,4 - -Cordón de soldadura con muy poco aporte térmico
12 275 34 72,6 72,7 23Hubo un cordón pero poco aporte térmico
13 300 38 86,8 80,3 26 Cordón de soldadura óptimo
14 325 46 109,4 103,3 24Hubo cordón, con exceso de calor, fusión incipiente del otro lado de la platina
15 350 50 124,5 111,4 27 Exceso de intensidad16 375 54 144,2 120,4 28 Exceso de intensidad
Tabla #2. Valores de Voltaje e intensidad de corriente para cordones de soldadura
realizados con la concentración óptima de NaCl
T (°C) Vs (V) Is (Amp)Maq.
Electrolítica Doblez dirigido
1
44 25,5 83,5
Maq. Electrolítica
Doblez dirigido 2
44 27 84,7
Maq. Electrolítica
Doble plano 144 22 91,1
Maq. Electrolítica
Doble plano 246 23,7 93,9
Tabla #3. Soldaduras a tope con la máquina transformadora.
Is (Amp) Vs (V)MT1 68,9 22MT2 70,5 23
Tabla #4. Soldaduras doble plano con la máquina transformadora
Is (Amp) Vs (V)
MT174,2 21,075,6 20,0
MT273,3 20,072,1 19,7
Tabla #5. Valores de Voltaje, Intensidad de corriente para cordones realizados con
máquina electrolítica con la concentración óptima de NaCl
N° de prueba
T(°C) Icc Vs Is
1 30 76,7 24 69,22 32 86,6 26 75,93 34 88,6 24 78,14 36 91,2 23 81,55 38 95,2 24 85,56 39 97,4 26 87,17 40 99,7 23 89,98 44 104,3 24 91,99 44 107,8 24 94,810 46 - - -
RESULTADOS
ANALISIS DE RESULTADOS
CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFIA
1"http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3lisis.
2" http://www.fisicanet.com.ar/monografias/monograficos2/es14_electroquimica.php
3 WHITTEN, Kennet. Química General. Editorial McGraw-Hill. México 1999
4 http://es.wikipedia.org/wiki/Soldadura
APENDICE