TRABAJO DE INVESTIGACION DE LA ESTRUCTURA DE UN BARCON

MEDIANTE LA NANOTECNOLOGIA Y SUS PROPIEDADES

ALUMNO:

MANUEL NEYRA SANCHEZ

-INTRODUCCION……………………………………

-TETRAEDRO DE LA CIENCIA……………………

-TETRAEDRO DE LA INGENIERIA………………

-CONCEPTOS FUNDAMENTALES……………….

-PARTES Y FUNCIONES…………………………..

-Y CONTRUCCION Y DESEMPEÑOS……………

La estructura del buque es el conjunto de piezas que le dan su forma más o menos uniforme y de las cuales obtendremos las cualidades esenciales para navegar anteriormente citadas. Entre los elementos estructurales podemos distinguir los que forman su esqueleto o armazón, que contribuirán en grado sumo a darle solidez : quilla, cuadernas, varengas, bajos, vagras, puntales, palmejares, roda y codaste; otros que además de contribuir a la solidez de la estructura hacen estanco el interior del

Cualidades esenciales

1. La solidez exige una estructura del casco robusta para resistir los esfuerzos a que el buque se ve sometido durante su vida por la acción de los diferentes estados de la mar y de los pesos que transporta

2. La estanqueidad evita que entre agua en el interior del barco en cualquier circunstancia de tiempo meteorológico y lugar.

3. La flotabilidad permite al buque mantenerse a flote a pesar de que algunas de sus partes se encuentren inundadas; favorecen esta cualidad una buena división estanca de su interior, así como una obra muerta elevada.

4. La estabilidad da lugar a que vuelva a su posición de equilibrio por sí mismo, cuando ha sido desplazado de ella por un agente externo ( el oleaje por ejemplo), influyen en la estabilidad los pesos y las formas del buque.

5. La velocidad va en función de las formas del buque de la potencia y del medio de propulsión; motor o vela.

CONSTRUCCION ESTRUCTURAL DE UN BARCO

6. La facilidad de gobierno es una característica que se requiere en razón de la

necesidad de movimiento del buque en todas las direcciones.

Nomenclatura de un buque

Todos los barcos tienen unas partes específicas, tales como: casco, proa, babor, estribor, obra viva y obra muerta. Casco es el cuerpo del buque sin contar con su arboladura, maquinas ni pertrechos. Arboladura: es el conjunto de palos, masteleros, vergas y perchas de un buque. Proa Se llama así a la parte delantera del buque que va cortando las aguas del mar. También se denomina proa al tercio anterior del buque. Esta extremidad del buque es afinada para disminuir en todo lo posible su resistencia al movimiento.

1) Proa recta, casi universal en la época pasada; 2) Proa lanzada, es frecuente en los barcos de pesca, incluso se usa una combinación de proa recta en la obra viva y lanzada en la obra muerta. 3)Proa Trawler, se usa en pesqueros de altura; 4)Proa de violín, llamada también de yate y clíper; 5)Proa de bulbo, se llama así por el bulbo que lleva en la proa, presenta una reducida resistencia a la marcha en buques de gran tonelaje; 6)Proa maier o de cuchara, es una clase de proa lanzada, con formas en V muy abiertas, que presentan buenas características marineras, aunque con mal tiempo atenúa poco el movimiento de cabeceo, y disminuye la capacidad de carga en el tercio de la proa

TETRAEDRO DE LA CIENCIA DE LOS MATERIALES :

El material más seleccionado para la construcción de la estructura de un barco o buque es el acero la que que tiene mucha composición y aleación que determinan la resistencia necesario para la embarcación .

Acero es la denominación que comúnmente se le da en ingeniería metalúrgica a una aleación de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,01% y el 2,1% en peso de su composición, dependiendo del grado; aunque normalmente estos valores se encuentran entre el 0,03% y el 1,7%. Si la aleación posee una concentración de carbono mayor al 2,0% se producen fundiciones que, en oposición al acero, son quebradizas y no es posible forjarlas sino que deben ser moldeadas.

No se debe confundir el acero con el hierro, que es un metal relativamente duro y tenaz, con diámetro atómico (dA) de 2,48 Å, con temperatura de fusión de 1.535 °C y punto de ebullición 2.740 °C. Por su parte, el carbono es un no metal de diámetro menor (dA = 1,54 Å), blando y frágil en la mayoría de sus formas alotrópicas (excepto en la forma de diamante). La difusión de este elemento en la estructura cristalina del anterior se logra gracias a la diferencia en diámetros atómicos.

APLICAION DEL MATERIAL:

OTRAS APLICAIONES QUE PUEDE TOMAR EL ACERO:

-EDIFICACIÓN: Estructuras, Carpintería, Escaleras, Barandillas, Vallados, Condiciones, Andamios.

NSTALACIONES INDUSTRIALES: Naves, Estructuras, Depósitos y Tuberías.

GRANDES ESTRUCTURAS: Puentes, Túneles, Torres y Mástiles.

-AUTOMOCIÓN: Chasis, Carrocerías y Piezas Diversas de Automóviles y Camiones.

-ARMADURAS GALVANIZADAS:

-PARA HORMIGÓN: Estructura, Construcciones Portuarias, Tableros de Puentes, Paneles de Fachada, Prefabricados de Hormigón.

-AGRICULTURA Y GANADERÍA: Invernaderos, Silos, Almacenes, Establos y Corrales, Instalaciones Avícolas, Cercados y Equipos de Irrigación.

-EQUIPAMIENTOS DE CARRETERAS: Pasarelas, Pórticos de Señalización, Barreras de Seguridad, Pantallas Acústicas, Parapetos. -ELEMENTOS DE UNIÓN: Tortillería, Clavos, Fijaciones y Accesorios de Tuberías.

-MOBILIARIO URBANO: Farolas, Semáforos, Contenedores, Marquesinas, Bancos, Instalaciones para Parques y Jardines.

-ELECTRICIDAD Y TELECOMUNICACIONES: Torres y Subestaciones Eléctricas, Antenas de Telefonía, Repetidores de Televisión.

TRANSPORTE: Catenarias de Ferrocarril, Estaciones, Terminales, Embarcaderos, Almacenes e Instalaciones Auxiliares, Construcción Naval

PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS : PROPIEDADES MECANICAS RELEVANTES DEL ACERO

PROPIEDADES DEL MATERIAL

Desde el punto de vista estructural las propiedades más importantes del acero son: 1. El Esfuerzo de Fluencia 2. La Resistencia a la Tensión o Resistencia Ultima 3. Las Características de la Curva de Esfuerzo-Deformación 4. El Módulo de Elasticidad y el Módulo Tangente 5. La Ductilidad 6. La Facilidad para Soldarse 7. La Resistencia a la Fatiga 8. La Tenacidad 9. La Facilidad de Formado 10.La Durabilidad

Esfuerzo de Fluencia, Resistencia Ultima y Curva Esfuerzo-Deformación La resistencia de los perfiles laminados en frío depende del valor del esfuerzo de fluencia, excepto en conexiones y en aquellos casos donde el pandeo elástico local o global es crítico. Los valores estipulados del esfuerzo de fluencia (Fy) para los primeros 14 tipos de acero reconocidos se incluyen en la Tabla 2.1. Las curvas esfuerzo-deformación se pueden clasificar en dos tipos: Tipo 1, Curvas con Fluencia

Pronunciada [ver Fig. 2.1(a)] y Tipo 2, Curvas con Fluencia Gradual

Curvas esfuerzo-deformación de acero de carbono para láminas y cintas(1); (a) Fluencia

Pronunciada. (b) Fluencia gradual.

Ductilidad: La ductilidad es la habilidad de un material para poder sobrellevar deformaciones plásticas Considerables sin fracturarse. Es una propiedad importante tanto como para los procesos de Laminado en frío como para la seguridad estructural, ya que facilita la redistribución inelástica de esfuerzos en juntas y conexiones, donde pueden ocurrir concentraciones importantes de esfuerzos. La ductilidad de un acero puede ser establecida por medio de pruebas de tensión, de flexión o de muesca. La elongación permanente en longitudes calibradas de 2 ple y 8 ple. (51 mm y 203 mm) de un espécimen de prueba a tensión se utiliza normalmente como una indicativo de Ductilidad. Muestra que la elongación permanente del acero en longitudes calibradas de 2 plg. Varía de 12 a 27% y para una longitud calibrada de 8 plg. varía de 15 a 20%.

Facilidad para Soldarse

Los aceros fácilmente soldables son aquellos que pueden formar sin dificultad uniones soldadas libres de grietas e íntegras en condiciones de taller o campo. La facilidad para soldarse de un acero depende en esencia de la composición química del mismo y varía con el tipo de acero y el proceso de soldado usado. Los procesos de soldado estructural comúnmente usados para unir perfiles laminados en frío son el SMAW (soldadura de arco con electrodos recubiertos), el SAW (soldadura de arco con Electrodos sumergidos), el GMAW (soldadura de arco de gas metálico) y el FCAW (soldadura de arco con flujo recubierto). Las especificaciones de los procesos de soldadura antes mencionados se incluyen el AWS (Sociedad Americana de Soldadura). Las especificaciones para el diseño de conexiones soldadas para perfiles laminados en frío están incluidas en la Sección E2

Resistencia a la Fatiga y Tenacidad La resistencia a la fatiga se define como la capacidad de un material para soportar una gran cantidad de ciclos de carga antes de fallar. Cargas cíclicas pueden ser inducidas por vibraciones de maquinaria, cargas repetitivas producidas por tráfico vehicular, etc. La resistencia a la fatiga puede medirse en curvas S-N (donde S es el valor del esfuerzo y N el número de ciclos de carga) obtenidas a partir de pruebas. En general, la relación de resistencia a la fatiga con respecto a la resistencia a la tensión en aceros varía entre 0.35 a 0.60. Estos valores son aplicables a elementos simples individuales, ya que en arreglos estructurales se ha observado que la resistencia a la fatiga de los elementos es gobernada por los detalles o las conexiones. La resistencia a la fatiga es una consideración de importancia en elementos laminados en frío Usados en carrocerías, fuselajes de aviones, etc., donde las solicitaciones dinámicas pueden ser de naturaleza cíclica. Sin embargo, para usos típicos en edificaciones, las solicitaciones dinámicas tales como sismos, vientos e impacto son de muy corta duración, por lo que las consideraciones de fatiga en este tipo de estructuras no son de importancia, salvo en casos excepcionales como puentes y bases para maquinaria. Por esta razón, AISI 1996 no contempla especificaciones para el diseño por fatiga de elementos.

La Facilidad de Formado y Durabilidad La facilidad de formado de un material se refiere a su capacidad para moldearse en una gran Variedad de configuraciones geométricas sin sufrir desgarres o fallas. En el caso de los perfiles Laminados en frío el acero requiere de facilidad de formado, de lo contrario las hojas de acero no podrían doblarse sin sufrir daños o desgarres. Como se verá en la siguiente sección, los procesos de formado en frío alteran las propiedades mecánicas del acero, pero no causan daños que comprometan la funcionalidad estructural de los perfiles terminados. La durabilidad del acero se refiere a su capacidad para resistir condiciones ambientales Adversas en períodos de tiempo considerables sin menos cabo de sus funciones estructurales. Quizás el efecto ambiental o químico que más frecuentemente puede afectar a la funcionalidad del acero es la corrosión. Sin embargo, la aplicación de capas de galvanizado o de pintura Anticorrosiva ha reducido significativamente el problema y ha minimizado la necesidad de procedimientos de mantenimiento.

LOS EFECTOS DE LA TEMPERATURA EN LAS PROPIEDADES MECANICAS DEL ACERO Las propiedades mecánicas del acero son establecidas normalmente a temperatura ambiente. La Fig. 2.3 muestra la degradación de los valores de Fy, Fu y E al aumentar la temperatura. Como se puede observar en la Fig. 2.3 la reducción de estos valores es considerable hasta después de los 500 oF (260 oC), temperaturas que no se presentan por efectos climáticos, pero que si pueden presentarse en algunos procesos de manufactura o en incendios. Por otro lado, a temperaturas bajo cero oF (temperaturas menores a –18 °C), los valores de Fy, Fu y E son mayores que a temperatura ambiente, pero el acero se vuelve frágil al reducirse su Ductilidad y tenacidad. Por consiguiente, se deben tomar precauciones especiales al diseñar Estructuras para ambientes de frío extremo, sobre todo cuando éstas estén sujetas a efectos dinámicos de consideración.

LOS EFECTOS DEL LAMINADO EN FRIO EN LAS PROPIEDADES MECANICAS DEL ACERO. Las propiedades mecánicas de los perfiles laminados en frío son a menudo diferentes a las de las láminas, cintas, placas o barras de aceros de las cuales fueron formados. Esto se debe a que el proceso de laminado en frío incrementa los valores de Fy y Fu y al mismo tiempo reduce la ductilidad. El incremento porcentual en el valor de Fu es mucho menor que el incremento del valor de Fy, por lo que la relación Fu/Fy se reduce. Además, debido a que las esquinas de los perfiles requieren un mayor trabajo de laminado que las parte planas, las propiedades mecánicas son diferentes en varias partes del perfil.

La Fig. 2.4 ilustra la variación de las propiedades mecánicas en puntos específicos de un perfil canal y de la sección de la cuerda de un joist (viga tipo armadura con cuerdas paralelas) con respecto a las propiedades del material virgen (material antes de ser sujeto al proceso de laminado), de acuerdo a diversas pruebas realizadas.

Como se puede observar en la Fig. 2.4, los valores máximos de Fy ocurren en las esquinas y los valores mínimos en las partes planas. Este hecho explica porque el pandeo y/o la fluencia de los perfiles ocurren primero en las partes planas y porque las cargas adicionales posteriores al pandeo o fluencia son transferidas a las esquinas. Es pertinente enfatizar que la transferencia de cargas a las esquinas que ocurre después del pandeo genera la distribución no uniforme de esfuerzos a compresión que obliga a considerar a los elementos correspondientes como parcialmente efectivos sujetos a esfuerzos uniformes para efectos de simplificar su diseño. Esta condición es la

razón por la cual se desarrolló el concepto de ancho efectivo.

La palabra "acero" no hace referencia a un único compuesto. Existen miles de aceros diferentes y sus propiedades químicas pueden variar significativamente de unos a otros.

Aunque es difícil establecer las propiedades físicas y mecánicas del acero debido a que

PROPIEDADES QUIMICAS DEL ACERO APLICADAS A LA CONTRUCION:

estas varían con los ajustes en su composición y los diversos tratamientos térmicos, químicos o mecánicos, con los que pueden conseguirse aceros con combinaciones de características adecuadas para infinidad de aplicaciones,

Se pueden citar algunas propiedades genéricas:

• Su densidad media es de 7850 kg/m³. • En función de la temperatura el acero se puede contraer, dilatar o fundir. • El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación y los porcentajes de

elementos maleantes. El de su componente principal, el hierro es de alrededor de 1.510 °C en estado puro (sin alear), sin embargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de 1.375 °C, y en general la temperatura necesaria para la fusión aumenta a medida que se aumenta el porcentaje de carbono y de otros aleantes. (excepto las aleaciones eutécticas que funden de golpe). Por otra parte el acero rápido funde a 1.650 °C.15

• Su punto de ebullición es de alrededor de 3.000 °C.16 • Es un material muy tenaz, especialmente en alguna de las aleaciones usadas

para fabricar herramientas. • Relativamente dúctil. Con él se obtienen hilos delgados llamados alambres. • Es maleable. Se pueden obtener láminas delgadas llamadas hojalata. La

hojalata es una lámina de acero, de entre 0,5 y 0,12 mm de espesor, recubierta, generalmente de forma electrolítica, por estaño.

• Permite una buena mecanización en máquinas herramientas antes de recibir un tratamiento térmico.

• Algunas composiciones y formas del acero mantienen mayor memoria, y se deforman al sobrepasar su límite elástico.

• La dureza de los aceros varía entre la del hierro y la que se puede lograr mediante su aleación u otros procedimientos térmicos o químicos entre los cuales quizá el más conocido sea el templado del acero, aplicable a aceros con alto contenido en carbono, que permite, cuando es superficial, conservar un núcleo tenaz en la pieza que evite fracturas frágiles. Aceros típicos con un alto grado de dureza superficial son los que se emplean en las herramientas de mecanizado, denominados aceros rápidos que contienen cantidades significativas de cromo, wolframio, molibdeno y vanadio. Los ensayos tecnológicos para medir la dureza son Brinell, Vickers y Rockwell, entre otros.

• Se puede soldar con facilidad.

• La corrosión es la mayor desventaja de los aceros ya que el hierro se oxida con suma facilidad incrementando su volumen y provocando grietas superficiales que posibilitan el progreso de la oxidación hasta que se consume la pieza por completo. Tradicionalmente los aceros se han venido protegiendo mediante tratamientos superficiales diversos. Si bien existen aleaciones con resistencia a la corrosión mejorada como los aceros de construcción «corten» aptos para intemperie (en ciertos ambientes) o los aceros inoxidables.

• Posee una alta conductividad eléctrica. Aunque depende de su composición es aproximadamente de17 3 · 106 S/m. En las líneas aéreas de alta tensión se utilizan con frecuencia conductores de aluminio con alma de acero proporcionando éste último la resistencia mecánica necesaria para incrementar los vanos entre la torres y optimizar

• Se utiliza para la fabricación de imanes permanentes artificiales, ya que una pieza de acero imantada no pierde su imantación si no se la calienta hasta cierta temperatura. La magnetización artificial se hace por contacto, inducción o mediante procedimientos eléctricos. En lo que respecta al acero inoxidable, al acero inoxidable ferrítico sí se le pega el imán, pero al acero inoxidable austenítico no se le pega el imán ya que la fase del hierro conocida como austenita no es atraída por los imanes. Los aceros inoxidables contienen principalmente níquel y cromo en porcentajes del orden del 10% además de algunos aleantes en menor proporción.

• Un aumento de la temperatura en un elemento de acero provoca un aumento en la longitud del mismo. Este aumento en la longitud puede valorarse por la expresión: δL = α δ t° L, siendo a el coeficiente de dilatación, que para el acero vale aproximadamente 1,2 · 10−5 (es decir α = 0,000012). Si existe libertad de dilatación no se plantean grandes problemas subsidiarios, pero si esta dilatación está impedida en mayor o menor grado por el resto de los componentes de la estructura, aparecen esfuerzos complementarios que hay que tener en cuenta. El acero se dilata y se contrae según un coeficiente de dilatación similar al coeficiente de dilatación del hormigón, por lo que resulta muy útil su uso simultáneo en la construcción, formando un material compuesto que se denomina hormigón armado.18 El acero da una falsa sensación de seguridad al ser incombustible, pero sus propiedades mecánicas fundamentales se ven gravemente afectadas por las altas temperaturas que pueden alcanzar los perfiles en el transcurso de un incendio.

Acero inoxidable

En metalurgia, el acero inoxidable se define como una aleación de acero con un mínimo de 10% de cromo contenido en masa.1

El acero inoxidable es un acero de elevada pureza y resistente a la corrosión, dado que el cromo, u otros metales que contiene, posee gran afinidad por el oxígeno y reacciona con él formando una capa pasivadora, evitando así la corrosión del hierro (los metales puramente inoxidables, que no reaccionan con oxígeno son oro y platino, y de menor pureza se llaman resistentes a la corrosión, como los que contienen fósforo). Sin embargo, esta capa puede ser afectada por algunos ácidos, dando lugar a que el hierro sea atacado y oxidado por mecanismos intergranulares o picaduras generalizadas. Algunos tipos de acero inoxidable contienen además otros elementos aleantes; los principales son el níquel y el molibdeno.

COMPOSICION QUIMICA DEL MATERIAL :

Clasificación de Acero por su composición química: Acero al carbono Se trata del tipo básico de acero que contiene menos del 3% de elementos que no son hierro ni carbono. Acero de alto carbono El Acero al carbono que contiene mas de 0.5% de carbono. Acero de bajo carbono Acero al carbono que contiene menos de 0.3% de carbono. Acero de mediano carbono Acero al carbono que contiene entre 0.3 y 0.5% de carbono. Acero de aleación Acero que contiene otro metal que fue añadido intencionalmente con el fin de mejorar ciertas propiedades del metal. Acero inoxidable Tipo de acero que contiene mas del 15% de cromo y demuestra excelente resistencia a la corrosión.

Clasificación del acero por su contenido de Carbono: - Aceros Extra suaves: el contenido de carbono varia entre el 0.1 y el 0.2 % - Aceros suaves: El contenido de carbono esta entre el 0.2 y 0.3 % - Aceros seisaves: El contenido de carbono oscila entre 0.3 y el 0.4 % - Aceros semiduros: El carbono esta presente entre 0.4 y 0.5 % - Aceros duros: la presencia de carbono varia entre 0.5 y 0.6 % - Aceros extramuros: El contenido de carbono que presentan esta entre el 0.6 y el 07 % -Clasificación del Acero por sus propiedades Aceros especiales Aceros inoxidables. Aceros inoxidables ferríticos. Aceros Inoxidables austeníticos. Aceros inoxidables martensíticos Aceros de Baja Aleación Ultrarresistentes. Acero Galvanizado (Laminas de acero revestidas con Zinc) Clasificación del Acero en función de su uso: Acero para herramientas: acero diseñado para alta resistencia al desgaste, tenacidad y fuerza, en general el contenido de carbono debe ser superior a 0.30%, pero en ocasiones también se usan para la fabricación de ciertas herramientas, aceros con un contenido de carbono más bajo (0.1 a 0.30%); como ejemplo para fabricar una buena herramienta de talla el contenido de carbono en el acero debe ser de 0.75%, y la composición del acero en general para este tipo de herramientas debe ser: carbono 0.75 %, silicio 0.25 %, manganeso 0.42 %, potasio 0.025 %, sulfuro 0.011 %, cromo 0.03 %, níquel 2.60 % Acero para la construcción el acero que se emplea en la industria de la construcción, bien puede ser el acero de refuerzo en las armaduras para estructuras de hormigón, el acero estructural para estructuras metálicas, pero también se usa en cerramientos de chapa de acero o elementos de carpintería de acero. Acero Estructural o de refuerzo ver mas sobre acero estructural Clasificación del Acero para construcción acero estructural y acero de refuerzo: De acuerdo a las normas técnicas de cada país o región tendrá su propia denominación y nomenclatura, pero a nivel general se clasifican en: - Barras de acero para refuerzo del hormigón: Se utilizan principalmente como barras de acero de refuerzo en estructuras de hormigón armado. A su vez poseen su propia clasificación generalmente dada por su diámetro, por su forma, por su uso: - Barra de acero liso - Barra de acero corrugado. - Barra de acero helicoidal se utiliza para la fortificación y el reforzar rocas, taludes y suelos a manera de perno de fijación. - Malla de acero electro soldada o malazo - Perfiles de Acero estructural laminado en caliente - Ángulos de acero estructural en L - Perfiles de acero estructural tubular: a su vez pueden ser en forma rectangular, cuadrada y redonda. - Perfiles de acero Liviano Galvanizado: Estos a su vez se clasifican según su uso, para techos, para tabiques, etc. Composición química del Acero Galvanizado: 0.15% Carbono, 0.60% Manganeso,

0.03% Potasio, 0.035% Azufre. Composición del Acero Inoxidable: es un acero aleado que debe contener al menos un 12% de Cromo y dependiendo de los agentes exteriores corrosivos a los que va ha estar expuesto debe contener otros elementos como el nique

ACEROS AL CARBONO:

Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Aplicaciones: máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques, somieres y horquillas. ACEROS ALEADOS:

Contienen una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Se pueden su clasificar en: Estructurales:

Son aquellos aceros que se emplean para diversas partes de máquinas, tales como engranajes, ejes y palancas. Además se utilizan en las estructuras de edificios, construcción de chasis de automóviles, puentes, barcos y semejantes. El contenido de la aleación varía desde 0,25% a un 6%. Para Herramientas Aceros de alta calidad:

se emplean para cortar y modelar metales y no-metales. Empleados para cortar y construir herramientas como taladros, fresas y machos de roscar. Especiales:

Son los aceros inoxidables y aquellos con un contenido de cromo generalmente superior al 12%. Estos aceros de gran dureza y alta resistencia a las altas temperaturas y a la corrosión.

Aplicación: en turbinas de vapor, engranajes, ejes y rodamientos. ACEROS DE BAJA ALEACION ULTRARRESISTENTES:

Esta familia es la más reciente de las cuatro grandes clases de acero. Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mayor que la del acero al carbono. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios. ACEROS INOXIDABLES:

Contienen cromo, níquel, y otros elementos de aleación que los mantiene brillantes y resistentes a la oxidación. Algunos aceros inoxidables son muy duros y otros muy

resistentes, manteniendo esa resistencia durante mucho tiempo a temperaturas extremas.

Aplicaciones: Debido a su brillo, los arquitectos lo emplean mucho con fines decorativos. También se emplean mucho para tuberías, depósitos de petróleo y productos químicos por su resistencia a la oxidación y para la fabricación de instrumentos quirúrgicos o sustitución de huesos porque resiste a la acción de los fluidos corporales. Se usa para la fabricación de útiles de cocina, como pucheros, gracias a que no oscurece alimentos y es fácil de limpiar.

Otras normas y clasificaciones

Según el CENIM

Existen otros muchos criterios para clasificar los aceros. A continuación se va a detallar el que establece el CENIM, Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas, que clasifica los productos metalúrgicos en:

• Clases;

• Series;

• Grupos;

• Individuos;

La clase es designada por una letra según se indica a continuación:

- F: Aleaciones férreas;

- L: Aleaciones ligeras;

- C: Aleaciones de cobre;

- V: Aleaciones varias;

Por otro lado, las series, grupos e individuos serán indicados por cifras. A continuación se enumeran las series en las que se clasifican los aceros según esta norma, que a su vez está subdividida en los grupos siguientes:

Serie 1:

F-100: Aceros finos de construcción general

La serie 1 se compone de los siguientes grupos:

- Grupo F-110: Aceros al carbono

- Grupo F-120: Aceros aleados de gran resistencia

- Grupo F-130: Aceros aleados de gran resistencia

- Grupo F-140: Aceros aleados de gran elasticidad

- Grupo F-150: Aceros para cementar

- Grupo F-160: Aceros para cementar

- Grupo F-170: Aceros para nitrurar

Serie 2:

F-200: Aceros para usos especiales

La serie 2 se compone de los siguientes grupos:

- Grupo F-210: Aceros de fácil mecanizado

- Grupo F-220: Aceros de fácil soldadura

- Grupo F-230: Aceros con propiedades magnéticas

- Grupo F-240: Aceros de alta y baja dilatación

- Grupo F-250: Aceros de resistencia a la fluencia

Serie 3:

F-300: Aceros resistentes a la corrosión y oxidación

La serie 3 se compone de los siguientes grupos:

- Grupo F-310: Aceros inoxidables

- Grupo F-320/330: Aceros resistentes al calor

Serie 4:

F-400: Aceros para emergencia

La serie 4 se compone de los siguientes grupos:

- Grupo F-410: Aceros de alta resistencia

- Grupo F-420: Aceros de alta resistencia

- Grupo F-430: Aceros para cementar

Por otro lado, si se atiende al contenido en carbono, los aceros se pueden clasificar según la siguiente tabla:

MICROESTRUCTURA DEL ACERO INOXIDABLE:

Los aceros inoxidables dúplex tienen una microestructura de fase ferrita y fase austenita lo que les da ventajas sobre otros tipos de aceros inoxidables [1] como son excelente resistencia a la corrosión, alta tenacidad, buena soldabilidad y gran resistencia a la tensión [2]. Sin embargo, la resistencia a la corrosión y las propiedades mecánicas de los aceros inoxidables dúplex son sensiblemente afectadas cuando estas aleaciones son soldadas, debido a los ciclos térmicos de calentamiento y enfriamiento a que el acero es sometido [3]. Un ciclo térmico de soldadura, puede propiciar la formación de fases intermetálicas, especialmente en la zona afectada térmicamente (ZAT). La microestructura de la ZAT es determinada por los ciclos térmicos impuestos por el proceso de soldadura, los cuales dependen de las variables de soldadura [4]. Una de las fases intermetálicas que se puede formar por la aplicación de un ciclo térmico es la fase sigma, la cual perjudica notablemente la resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables superdúplex [1, 5] ya que remueve el cromo que se encuentra en solución sólida en la aleación, disminuyendo la formación de la capa protectora de oxido de cromo [6].

La fase sigma nuclea en la interface ferrita-austenita en los periodos iníciales del envejecimiento y crece preferencialmente consumiendo la fase ferrita [7]. También puede formarse en la austenita a lo largo de la austenita secundaria [8] y en ocasiones es asociada con precipitados Cr2N. La fase sigma tiene estructura tetragonal con un

ESTRUCTURA DE MATERIAL SEGÚN SU TIPO:

radio de c/a de 0.52. La composición estequiométrica cumple la relación AB7 a A7B, donde A son los elementos de transición del grupo IIIA al VIA y B son los elementos del grupo VIIA ó VIIIA [2].

Se han realizado diferentes estudios sobre los efectos de los ciclos térmicos en la microestructura y formación de la fase sigma, algunos de ellos empleando técnicas in-situ como el synchrotron para monitorear el comportamiento de un acero inoxidable dúplex SAF 2205 [9,10]. También se ha investigado el efecto de los elementos de aleación para evitar o retardar la formación de la fase sigma [2].

Procedimiento Experimental

La aleación de estudio corresponde a un acero inoxidable superdúplex (AISD) SAF 2507 y su composición química se muestra en la Tabla 1, la cual se obtuvo mediante la técnica de espectrometría de emisión óptica (OES). Para determinar el porcentaje de Nitrógeno, se utilizó la técnica de análisis de gas.

La Figura 1 representa la microestructura del acero inoxidable superdúplex SAF 2507, en la cual es posible distinguir la matriz ferrita y las islas de austenita las cuales se encuentran en una relación aproximada de 1:1, resultado de su composición química, la cual propicia la formación de fase austenita con elementos como el nitrógeno y níquel.

Para simular la ZAT es necesario conocer la relación temperatura/distancia, para lo cual fue necesario realizar la soldadura experimental para posteriormente aplicar las ecuaciones de distribución de calor. El método experimental, consistió en medir las temperaturas reales en la ZAT impuestas del proceso GTAW, con los parámetros operativos citados en la Tabla 2, y estableciendo el arco de soldadura por un tiempo de 20 segundos, el cual fue el tiempo necesario para fundir la aleación (formación de la gota de soldadura) en una placa de 100x100x6mm del AISD SAF 2507, a la cual se le colocaron termopares tipo K a distancias específicas para medir la temperatura, tomando como origen el punto de aplicación de la fuente de calor. Se consideró una velocidad igual a cero y sin empleo de material de aporte, con el objetivo de observar el comportamiento de la aleación

El método analítico de la distribución de calor, consistió en la aplicación de un modelo para una fuente de calor estática, considerando las mismas variables de la Tabla 2, y con el cual se complementó la información obtenida experimentalmente y dio la base para la simulación de la ZAT, la cual se llevó a cabo mediante la aplicación de ciclos térmicos, realizados en un horno eléctrico convencional, empleándose probetas de 10x10x6 mm. Los ciclos consistieron de un calentamiento continuo a una velocidad de 70ºC/min hasta alcanzar la temperatura pico (1100ºC a 475ºC) seguido por un tiempo de permanencia de 20 segundos y finalizando con temple en agua.

Las probetas fueron preparadas hasta pulido fino con alúmina de 0.5 micras y posteriormente se les aplicó un ataque electroquímico en una solución de NaOH. La caracterización micro estructural por microscopia óptica fue realizada en el material base y en las probetas tratadas térmicamente para observar los cambios de fases en la aleación. El porcentaje de cada fase observada se obtuvo con la ayuda de un software comercial SigmaScan ®, utilizando cinco mediciones en diferentes zonas de las probetas de las cuales se obtiene el porcentaje promedio de fases en la probeta, el error calculado de las mediciones son adquiridos del programa. El microanálisis fue realizado por microscopia electrónica de barrido con la técnica de EDS, para obtener la composición química de las fases y un mapeo de elementos.

Resultados y Discusión

El perfil de temperaturas de la zona afectada térmicamente del proceso de soldadura GTAW es mostrado en la Figura 2. En la cual se muestra la relación

distancia/temperatura, donde se observan las temperaturas a las cuales es sometido el AISD SAF 2507 en la ZAT. Sin embargo solamente se presenta la información para las distancias establecidas. Aquí es donde se ve la necesidad de aplicar un modelo de distribución de calor que represente las condiciones experimentales para obtener información complementaria, tal como se muestran a continuación.

l modelo aplicado para analizar la distribución de temperaturas, corresponde al de Spot Welding desarrollado por O. Grong [11], considerando una fuente de calor fija y tiempo de permanencia, similar al diseño experimental aplicado y del cual se obtiene la

ecuación de distribución de calor citada en la Ecuación 1.

Donde: T: Temperatura pico (ºC)

To: Temperatura ambiente (ºC)

Q: Calor aportado neto (J)

d: Espesor de la placa (mm)

c: Capacidad térmica volumétrica (J mm-3 ºC-1)

a: Difusividad térmica (mm2 s-1)

t: Tiempo (s)

r: Vector de radio en 2 dimensiones (mm)

Posterior a la aplicación de los ciclos térmicos, se observan los efectos de la temperatura sobre los cambios micro estructural representado en los porcentajes de fases, morfología de las fases presentes y formación de nuevas fases. En la Tabla 3 se resumen los cambios de los porcentajes de fases en función de la temperatura del ciclo térmico aplicado.

En la Tabla 3, es posible observar la temperatura de inicio de la formación de fase sigma a una temperatura aproximada a 800ºC y una disolución a temperaturas superiores a 1000ºC, las cuales coinciden con las temperaturas reportadas por T.A Elmer et Al para la formación de fase sigma en un acero inoxidable dúplex SAF 2205 durante la aplicación de un ciclo térmico con una técnica in-situ [10].

Durante la formación de la fase sigma se observa el cambio en el porcentaje de fase ferrita, la cual alcanza su mínimo porcentaje a 850ºC, temperatura a la cual es donde se encuentra el mayor porcentaje de fase sigma [6][10]. Los cambios micro estructurales previos a la formación de la fase sigma, muestran el cambio .

Conclusiones:

La aplicación de ciclos térmicos pueden ayudar a reproducir ciertas condiciones de la zona afectada térmicamente, pero se debe considerar que solo bajo ciertas circunstancias específicas, las cuales son raramente utilizadas en aplicaciones industriales. Una vez teniendo en cuenta estos puntos se puede llegar a las siguientes conclusiones:

1. El rango de formación de la fase sigma en el acero inoxidable superdúplex SAF 2507 es de 700ºC a 1000C, teniendo su valor pico a la temperatura de 850ºC. Se puede considerar que la temperatura de dilución de la fase sigma es de 1100ºC.

2. Las variaciones en las cantidades de austenita y ferrita se deben a la difusión a alta temperatura de los elementos que las conforman, lo que aumenta o disminuye el porcentaje de cada fase.

3. En la Figura 4B se observa que un porcentaje significativo de fase ferrita ha transformado a austenita y fase sigma, pero debido al corto tiempo de permanencia (20s), la fase ferrita no llega a desaparecer totalmente, tal como ha sido reportado por otros investigadores.

4. La fase sigma crece desde los bordes de la austenita secundaria, consumiéndola en función de la temperatura y el tiempo.

5. Por medio de EDS y el mapeo de elementos, se muestra que el molibdeno es el principal formador de la fase sigma encontrada, característica que la distingue.

RELACIÓN TETRAÉDRICA DE LA CIENCIA ENTRE LA INGENIERIA DE

LOS MATERIALES

DESEMPEÑO DEL ACERO EN LA CONTRUCCION NAVAL :

Las partes principales de la estructura del casco de un buque y sus funciones son las siguientes:

1. Entramado de refuerzo estructural, del que se distinguen dos sistemas típicos: estructura transversal y estructura longitudinal, construyéndose con frecuencia estructuras mixtas. El primero, típico de los buques con dos o más cubiertas que le confieren resistencia longitudinal, sigue el sistema tradicional de construcción. Desde la "quilla", viga metálica continua situada en el eje longitudinal del fondo del buque que va desde el codaste a la roda, parten hacia ambos costados vigas transversales horizontales llamadas "varengas continuas" que llegan hasta los "pantoques", donde se unen a las "cuadernas" o costillares verticales de los costados por medio de "consolas de pantoque" o "pies de cuaderna". Las varengas continuas van unidas entre sí por "vagras intercostales" paralelas a la quilla. En el sistema longitudinal, propio de petroleros y, en general, de buques con una sola cubierta, las "vagras continuas" longitudinales y paralelas a la quilla se enlazan a ésta y entre sí por medio de "varengas discontinuas". Sobre las varengas extremas o de pantoque se apoyan las "bulárcamas" o costillares verticales de los costados, unidos entre sí longitudinalmente por medio de "palmejares".

DESEMPEÑO Y COSTO DEL MATERIAL:

2. Planchas del casco y chapas del forro, que no sólo aíslan el barco del agua, sino que contribuyen a la resistencia del casco, igual que los forros o pisos de cubierta. Las chapas del casco se disponen longitudinalmente de proa a popa, formando "tracas" o hiladas. Las chapas inmediatamente adyacentes a la quilla en ambos lados se llaman "tracas de aparadura", las que forman la curva que enlaza el fondo con los costados verticales se llaman "tracas de pantoque" y las que quedan a la altura de las cubiertas sirviendo de apoyo a los trancaniles de éstas se llaman "tracas de cinta".

3. Cubiertas o puentes, formados por chapas dispuestas de proa a popa en planos horizontales. La "cubierta superior" cierra la parte superior del casco y las demás dividen el interior en espacios denominados "entrepuentes". Las chapas extremas de cada banda se llaman "trancaniles". Las cubiertas están reforzadas por los "baos", vigas que van de babor a estribor apoyándose en las cuadernas por medio de "consolas de baos". Las cubiertas suelen estar "arrufadas", es decir, curvadas en forma que presenten mayor altura por la proa y por la popa que por el centro. También presentan curvatura en sentido transversal, siendo más bajas a babor y a estribor que en el centro. Esta curvatura llamada "brusca de los baos" facilita la evacuación del agua que caiga sobre cubierta.

4. Mamparos, o tabiques de chapas verticales y planas que subdividen longitudinal y transversalmente el espacio interno del buque, contribuyen a la resistencia estructural y, si son estancos, limitan las inundaciones en caso de colisión.

5. Doble fondo, o piso inferior del buque, formado por hiladas de chapas sobre las varengas y las vagras, sobre el cual se sitúa la maquinaria propulsora, ofrece protección al buque en caso de varada y debajo del cual se sitúan las sentinas y los tanques de lastre y de almacenamiento.

6. Codaste y roda. El primero, unido al extremo de popa de la quilla, está construido en acero moldeado, por lo general en una sola pieza, aunque en los grandes buques puede estar dividido en dos o tres trozos, y soporta el extremo del árbol de la hélice, la charnela del timón y la estructura de popa. La roda es un perfil de acero laminado al cual confluyen las chapas del casco formando el

7.

8. SOLDABILIDAD DE LOS ACEROS INOXIDABLES DÚPLEX

La capacidad de un material para ser soldador y responder satisfactoriamente en las condiciones deservicio a que se destina depende fundamentalmente de sus propiedades físicas y características metalúrgicas, esto es, de las transformaciones metalúrgicas que pueda experimentar durante el ciclo térmico al que se le somete en la operación de soldeo y de su influencia sobre su comportamiento posterior. En este último sentido, cabe diferenciar dos partes, por un lado el material que mantiene al final del proceso una estructura bruta de solidificación, cuya microestructura final depende de las condiciones impuestas durante la etapa de solidificación y posterior enfriamiento hasta la temperatura ambiente; y por otro, el material que sin llegar a fundir es sometido a temperatura y tiempo suficientes como para experimentar alguna transformación, son éstas las zonas afectadas por el calor en el material base y en depósitos multipasada.

En la tabla II se recogen comparativamente las propiedades tísicas típicas de un acero inoxidable dúplex, trabajado en caliente y en estado de hipertemple, con las de un inoxidable austenítico en el mismo estado de Tratamiento y un acero al carbono. Su coeficiente de dilatación térmica, próximo al del acero al carbono, así como Su resistividad, conductividad térmica e intervalo de fusión, hacen que sus condiciones de soldeo sean Intermedias entre los aceros austeníticos y al carbono, no siendo tan sensibles a las distorsiones y a la implantación de tensiones residuales como los son los primeros.

Los aceros de medio aleación en su mayoría son aceros que para su empleo es necesario un proceso de tratamiento térmico para mejorar sus propiedades mecánicas, en la práctica este proceso se realiza mediante un temple seguido de un revenido.

Según la literatura actualizada, se recomienda un temple seguido de un revenido alto a una temperatura de 520 0C, sin embargo a esta temperatura la dureza disminuye como la resistencia mecánica, mientras que la tenacidad aumenta.

También con el revenido alto para este tipo de acero se modifica la microestructura, influyendo la misma con las propiedades mecánicas.

En ciertos aceros en los que después del temple queda austenita residual, se presenta un aumento de dureza, cuando el revenido se hace entre 350ºC y 550ºC, transformándose la austenita en otros constituyentes. Los aceros después del revenido, por lo general se contraen estas variaciones de propiedades que suceden en el revenido, se deben a los cambios micro estructurales, que consisten en la descomposición de la martensita que se había obtenido en el temple y que se transforma en otros constituyentes más estables. La estructura obtenida en un revenido a 200-250ºC es de martensita de red cúbica, a 400ºC se observa un oscurecimiento fuerte, al aumentar a 600-650º [1]se desarrolla la coalescencia de la cementita. Con ayuda del telescopio electrónico se ha podido llegar a la conclusión que el revenido se hace en tres etapas:

Análisis de dureza

Para la medición de dureza se empleó un micro durómetro Vickers de la marca Shimadzu con carga de 1 Kg/f, aplicada durante 10 s, según la norma ASTM (4(.

En la tabla.1 se muestran los resultados generales que indican el efecto de la temperatura de revenido sobre el comportamiento mecánico del acero 30X?C, tanto del punto de vista de la resistencia mecánica tanto de la plasticidad como la tenacidad. Los resultados del comportamiento mecánico con respecto a la temperatura de revenido resultan ser una expresión de los cambios microestructurales que ocurren en el acero durante el revenido.

Tabla 1 Resultado de los ensayos de microdureza.

Los valores de dureza obtenidos para las diferentes temperaturas de revenido se muestran en la figura 7, donde se aprecia una caída paulatina de la dureza en la medida que aumenta la temperatura de revenido.

MICROESTRUCTURA DEL ACERO EN LA CONTRUCCION NAVAL:

Los aceros son aleaciones de hierro-carbono, aptas para ser deformadas en frío y en caliente. Generalmente, el porcentaje de carbono no excede del 1,76%.

Estructura del acero

Las propiedades físicas de los aceros y su comportamiento a distintas temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de su distribución en el hierro. Antes del tratamiento térmico, la mayor parte de los aceros son una mezcla de tres sustancias: ferrita, perlita y cementita. La ferrita, blanda y dúctil, es hierro con

COMPOSICION

pequeñas cantidades de carbono y otros elementos en disolución. La cementita, un compuesto de hierro con el 7% de carbono aproximadamente, es de gran dureza y muy quebradiza. La perlita es una profunda mezcla de ferrita y cementita, con una composición específica y una estructura característica, y sus propiedades físicas son intermedias entre las de sus dos componentes.

La resistencia y dureza de un acero que no ha sido tratado térmicamente depende de las proporciones de estos tres ingredientes. Cuanto mayor es el contenido en carbono de un acero, menor es la cantidad de ferrita y mayor la de perlita: cuando el acero tiene un 0,8% de carbono, está por completo compuesto de perlita. El acero con cantidades de carbono aún mayores es una mezcla de perlita y cementita.

Al elevarse la temperatura del acero, la ferrita y la perlita se transforman en una forma alotrópica de aleación de hierro y carbono conocida como austenita, que tiene la propiedad de disolver todo el carbono libre presente en el metal. Si el acero se enfría despacio, la austenita vuelve a convertirse en ferrita y perlita, pero si el enfriamiento es repentino la austenita se convierte en martensita, una modificación alotrópica de gran dureza similar a la ferrita pero con carbono en solución sólida.

Tratamiento térmico del acero

El proceso básico para endurecer el acero mediante tratamiento térmico consiste en calentar el metal hasta una temperatura a la que se forma austenita, generalmente entre los 750 y 850 ºC, y después enfriarlo con rapidez sumergiéndolo en agua o aceite. Estos tratamientos de endurecimiento, que forman martensita, crean grandes tensiones internas en el metal, que se eliminan mediante el temple o el recocido, que consiste en volver a calentar el acero hasta una temperatura menor. El temple reduce la dureza y resistencia y aumenta la ductilidad y la tenacidad.

El objetivo fundamental del proceso de tratamiento térmico es controlar la cantidad, tamaño, forma y distribución de las partículas de cementita contenidas en la ferrita, que a su vez determinan las propiedades físicas del acero.

Hay muchas variaciones del proceso básico. Los ingenieros metalúrgicos han descubierto que el cambio de austenita a martensita se produce en la última fase del enfriamiento, y que la transformación se ve acompañada de un cambio de volumen que puede agrietar el metal si el enfriamiento es demasiado rápido.

Se han desarrollado tres procesos relativamente nuevos para evitar el agrietamiento. En el templado prolongado, el acero se retira del baño de enfriamiento cuando ha alcanzado la temperatura en la que empieza a formarse la martensita, y a continuación se enfría despacio en el aire. En el martemplado, el acero se retira del baño en el mismo momento que el templado prolongado y se coloca en un baño de temperatura constante hasta que alcanza una temperatura uniforme en toda su sección transversal. Después se deja enfriar el acero en aire a lo largo del rango de temperaturas de formación de la martensita, que en la mayoría de los aceros va desde unos 300 ºC hasta la temperatura ambiente. En el austemplado, el acero se enfría en un baño de metal o sal mantenido de forma constante a la temperatura en que se produce el cambio estructural deseado, y se conserva en ese baño hasta que el cambio es completo, antes de pasar al enfriado final.

Hay también otros métodos de tratamiento térmico para endurecer el acero. En la cementación, las superficies de las piezas de acero terminadas se endurecen al calentarlas con compuestos de carbono o nitrógeno. Estos compuestos reaccionan con el acero y aumentan su contenido de carbono o forman nitruros en su capa superficial.

En la carburización la pieza se calienta cuando se mantiene rodeada de carbón vegetal, coque o de gases de carbono como metano o monóxido de carbono. La cianurización consiste en endurecer el metal en un baño de sales de cianuro fundidas para formar carburos y nitruros. La nitrurización se emplea para endurecer aceros de composición especial mediante su calentamiento en amoníaco gaseoso para formar nitruros de aleación.

Ventajas y desventajas del acero como material de construcción:

Ventajas del acero como material estructural:

• Alta resistencia.- La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que será poco el peso de las estructuras, esto es de gran importancia en puentes de grandes claros.

• Uniformidad.- Las propiedades del acero no cambian apreciablemente con el tiempo como es el caso de las estructuras de concreto reforzado.

• Durabilidad.- Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado duraran indefinidamente.

• Ductilidad.- La ductilidad es la propiedad que tiene un material de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensión. La naturaleza dúctil de los aceros estructurales comunes les permite fluir localmente, evitando así fallas prematuras.

• Tenacidad.- Los aceros estructurales son tenaces, es decir, poseen resistencia y ductilidad. La propiedad de un material para absorber energía en grandes cantidades se denomina tenacidad.

• Otras ventajas importantes del acero estructural son:

A) Gran facilidad para unir diversos miembros por medio de varios tipos de conectores como son la soldadura, los tornillos y los remaches.

B) Posibilidad de prefabricar los miembros de una estructura.

C) Rapidez de montaje.

D) Gran capacidad de laminarse y en gran cantidad de tamaños y formas.

E) Resistencia a la fatiga.

F) Posible rehusó después de desmontar una estructura.

Desventajas del acero como material estructural:

• Costo de mantenimiento.- La mayor parte de los aceros son susceptibles a la corrosión al estar expuestos al agua y al aire y, por consiguiente, deben pintarse periódicamente.

• Costo de la protección contra el fuego.- Aunque algunos miembros estructurales son incombustibles, sus resistencias se reducen considerablemente durante los incendios.

• Susceptibilidad al pandeo.- Entre más largos y esbeltos sean los miembros a compresión, mayor es el peligro de pandeo. Como se indico previamente, el acero tiene una alta resistencia por unidad de peso, pero al utilizarse como columnas no resulta muy económico ya que debe usarse bastante material, solo para hacer más rígidas las columnas contra el posible pandeo.

NOTA: El acero estructural puede laminarse en forma económica en una gran variedad de formas y tamaños sin cambios apreciables en sus propiedades físicas. Generalmente los miembros estructurales más convenientes son aquellos con grandes momentos de inercia en relación con sus áreas. Los perfiles I, T y L tienen esta propiedad.

Características de los aceros:

En este proyecto se van a emplear una serie de materiales dependiendo de la temperatura a la que trabaja el aparato al que va destinado ese material. Tenemos tres aceros a elegir; el acero al carbono que se empleará cuando trabajemos a temperaturas superiores de -28ºC, el acero inoxidable cuando trabajemos a temperaturas entre -28ºC y -45ºC y, por último, el acero con una aleación de 3,5% de níquel que se empleará a temperaturas inferiores a -45ºC.

A continuación se expondrán las características de cada uno de estos aceros.

Aceros al carbono:

Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Están formados principalmente por hierro y carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques, somieres y horquillas.

Aceros inoxidables:

Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a al herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros;

otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas extremas. Se emplea para las tuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de aviones o para cápsulas espaciales.

En la industria química y petroquímica, los aceros inoxidables ofrecen elevada resistencia a la corrosión y excelentes propiedades mecánicas así como un bajo costo de mantenimiento.

Los aceros inoxidables son más resistentes a la corrosión y a las manchas de los que son los aceros al carbono y de baja aleación. Este tipo de resistencia superior a la corrosión se produce por el agregado del elemento cromo a las aleaciones de hierro y carbono.

La mínima cantidad de cromo necesaria para conferir esta resistencia superior a la corrosión depende de los agentes de corrosión.

Las principales ventajas del acero inoxidable son:

• Alta resistencia a la corrosión.

• Alta resistencia mecánica.

• Apariencia y propiedades higiénicas.

• Resistencia a altas y bajas temperaturas.

• Buenas propiedades de soldabilidad, mecanizado, corte, doblado y plegado.

• Bajo costo de mantenimiento.

• Reciclable.

• Como consecuencia de diferentes elementos agregados como níquel, cromo, molibdeno, titanio, niobio y otros, producen distintos tipos de acero inoxidable, cada uno con diferentes propiedades.

A la hora de hacer refacciones en nuestra casa siempre tratamos de elegir el material más confiable, el que más dure y el que sea capaz de resistir a casi todas la condiciones adversas que se le puedan presentar. Cuando pensamos en la cantidad de materiales que puedan cumplir con estos requisitos, sólo se nos viene uno a la cabeza,

PROCESAMIENTO DEL MATERIAL :

el acero inoxidable. Muchos lo consideran el nuevo rey del hogar. Ya no vivimos más en aquellas épocas en donde los utensillos que usábamos en la vida cotidiana se fabricaban con piedra, hoy en día la tecnología nos ha sido de gran ayuda para contar con materiales no sólo más modernos, sino también más duraderos. La innovación en este campo nos da la posibilidad de contar con una alta gama de productos que podemos utilizar en nuestra casa; pero sin duda la gran nota del siglo XIX fue la invención del acero inoxidable.

SIDERURGIA

La siderurgia es la tecnología relacionada con la producción del hierro y sus aleaciones, en especial las que contiene un pequeño porcentaje de carbono, que constituyen los aceros. En general, el acero es una aleación de hierro y carbono a la que suelen añadirse otros elementos. Algunas aleaciones denominadas hierros contienen más carbono que algunos aceros comerciales. Los distintos tipos de aceros contienen entre el 0,04 y el 2.25% de carbono. El hierro colado, el hierro colado maleable y el arrabio contienen entre un 2 y un 4% de carbono. Para fabricar aleaciones de hierro y acero se emplea un tipo especial de aleaciones de hierro denominadas ferroaleaciones, que contienen entre un 20 y un 80% del elemento de aleación, que pueden ser manganeso, silicio o cromo.

PROCESOS DE ACABADO

Existen distintos tipos de acabados para el acero, por lo tanto tiene una salida al mercado de gran variedad de formas y de tamaños, como varillas, tubos, raíles de ferrocarril o perfiles en H o en T. Estas formas se obtienen en las instalaciones siderúrgicas laminado los lingotes calientes o modelándolos de algún otro modo. El acabado del acero mejora también su calidad al refinar su estructura cristalina y aumentar su resistencia.

El método

principal de trabajar el acero se conoce como laminado en caliente. En este proceso, el lingote colado se calienta al rojo vivo en un horno denominado foso de termodifusión y a continuación se hace pasar entre una serie de rodillos metálicos colocados en pares que lo aplastan hasta darle la forma y tamaño deseados. La distancia entre los rodillos va disminuyendo a medida que se reduce el espesor del acero.

El primer par de rodillos por el que pasa el lingote se conoce como tren de desbaste o de eliminación de asperezas. Después del tren de debaste, el acero pasa a trenes de laminado en bruto y a los trenes de acabado que lo reducen a láminas con la sección transversal correcta. Los rodillos para producir raíles o ríeles de ferrocarril o perfiles en H, en T o en L tienen estrías para proporcionar la forma adecuada.

Los procesos de fabricación modernos requieren gran cantidad de chapa de acero delgada. Los trenes o rodillos de laminado continuo producen tiras y láminas con anchuras de hasta 2,5m. Estos laminadores procesan con rapidez la chapa de acero antes de que se enfríe y no pueda ser trabaja. Las planchas de acero caliente de más de 10 cm de espesor se pasan por una serie de cilindros que reducen progresivamente su espesor hasta unos 0,1 cm y aumentan su longitud de 4 a 370 metros. Los trenes de laminado continuo están equipados con una serie de accesorios como rodillos de borde, aparatos de decapado o eliminación y dispositivos para enrollar de modo automático la chapa cuando llega al final del tren.

Fabricación en horno eléctrico La fabricación del acero en horno eléctrico se basa en la fusión de las chatarras por Medio de una corriente eléctrica, y al afino posterior del baño fundido. El horno eléctrico consiste en un gran recipiente cilíndrico de chapa gruesa (15 a 30 mm de espesor) forrado de material refractario que forma la solera y alberga el baño de acero líquido y escoria. El resto del horno está formado por paneles refrigerados por agua. La bóveda es desplazable para permitir la carga de la chatarra a través de unas cestas adecuadas.

Fase de afino El afino se lleva a cabo en dos etapas. La primera en el propio horno y la segunda en unHorno cuchara. En el primer afino se analiza la composición del baño fundido y se procede a la eliminación de impurezas y elementos indeseables (silicio, manganeso, Fósforo, etc.) y realizar un primer ajuste de la composición química por medio de la Adición de ferroaleaciones que contienen los elementos necesarios (cromo, níquel, Molibdeno, vanadio o titanio). El acero obtenido se vacía en una cuchara de colada, revestida de material refractario, que hace la función de cuba de un segundo horno de afino en el que termina de ajustarse la composición del acero y de dársele la temperatura adecuada para la siguiente fase en el proceso de fabricación.

La colada continua Finalizado el afino, la cuchara de colada se lleva hasta la artesa receptora de la colada continua donde vacía su contenido en una artesa receptora dispuesta al efecto. La colada continua es un procedimiento siderúrgico en el que el acero se vierte directamente en un molde de fondo desplazable, cuya sección transversal tiene la forma geométrica del semiproducto que se desea fabricar; en este caso la palanquilla. La artesa receptora tiene un orificio de fondo, o buza, por el que distribuye el acero líquido en varias líneas de colada, cada una de las cuales dispone de su lingotera o molde, generalmente de cobre y paredes huecas para permitir su refrigeración con agua, que sirve para dar forma al producto.

La laminación Las palanquillas no son utilizables directamente, debiendo transformarse en productos comerciales por medio de la laminación o forja en caliente. De forma simple, podríamos describir la laminación como un proceso en el que se hace Pasar al semiproducto (palanquilla) entre dos rodillos o cilindros, que giran a la misma Velocidad y en sentidos contrarios, reduciendo su sección transversal gracias a la Presión ejercida por éstos. En este proceso se aprovecha la ductilidad del acero, es decir, su capacidad de deformarse, tanto mayor cuanto mayor es su temperatura. De ahí que la laminación en caliente se realice a temperaturas comprendidas entre 1.250ºC, al inicio del proceso, y 800ºC al final del mismo. La laminación sólo permite obtener productos de sección constante, como es el caso de las barras corrugadas. El proceso comienza elevando la temperatura de las palanquillas mediante hornos de recalentamiento hasta un valor óptimo para ser introducidas en el tren de laminación. Generalmente estos hornos son de gas y en ellos se distinguen tres zonas: de precalentamiento, de calentamiento y de homogeneización. El paso de las palanquillas de una zona a otra se realiza por medio de distintos dispositivos de avance. La atmósfera en el interior del horno es oxidante, con el fin de reducir al máximo la formación descascarilla.

TUBOS DE ACERO INOXIDABLE:

El acero inoxidable contiene no menos de un 11% de cromo que al reaccionar con el oxígeno forma una capa protectora que da origen a su característica de inoxidable, evitando así sufrir la corrosión del hierro. Pero el este tipo de acero no es único, existen derivados del mismo que se utilizan en actividades específicas; uno de ellos es el acero ferrítico el cual contiene cromo, es a su vez un material de tipo magnético y no muy aconsejable para soldar. El mismo se emplea para fabricar electrodomésticos, autos, monedas, etc. Luego contamos con el acero martensítico, con propiedades también magnéticas, muy duro y se utiliza en la fabricación de discos de frenos de autos, herramientas para bricolaje, instrumentos de cirugía y cuchillos. En último lugar, encontramos el acero inoxidable de tipo austenítico, éste a diferencia del último no se imantará jamás debido a que nos posee características magnéticas, indicado para soldar y moldear y los encontramos principalmente en la construcción, los equipos industriales y las herramientas domésticas.

CLASIFICACIÓN DEL ACERO

Los aceros se clasifican en cinco grupos principales: aceros al carbono, aceros aleados, aceros de baja aleación ultra resistentes, aceros inoxidables y aceros de herramientas.

Aceros al carbono

El 90% de los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen una cantidad diversa de carbono, menos de un 1,65% de manganeso, un 0,6% de silicio y un 0,6% de cobre. Con este tipo de acero se fabrican maquinas, carrocerías de automóvil, estructuras de construcción, pasadores de pelo, etc.

Aceros aleados

Estos aceros están compuestos por una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos; además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono. Estos aceros se emplean para fabricar engranajes, ejes, cuchillos, etc.

Aceros de baja aleación ultra resistentes

Es la familia de aceros mas reciente de las cinco. Estos aceros son más baratos que los aceros convencionales debido a que contienen menor cantidad de materiales costosos de aleación. Sin embargo, se les da un tratamiento especial que hace que su resistencia sea mucho mayor que la del acero al carbono. Este material se emplea para la fabricación de vagones porque al ser más resistente, sus paredes son más delgadas, con lo que la capacidad de carga es mayor. Además, al pesar menos, también se pueden cargar con un mayor peso. También se emplea para la fabricación de estructuras de edificios.

Aceros inoxidables

Estos aceros contienen cromo, níquel, y otros elementos de aleación que los mantiene brillantes y resistentes a la oxidación. Algunos aceros inoxidables son muy duros y otros muy resistentes, manteniendo esa resistencia durante mucho tiempo a temperaturas extremas. Debido a su brillo, los arquitectos lo emplean mucho con fines decorativos. También se emplean mucho para tuberías, depósitos de petróleo y productos químicos por su resistencia a la oxidación y para la fabricación de instrumentos quirúrgicos o sustitución de huesos porque resiste a la acción de los fluidos corporales. Además se usa para la fabricación de útiles de cocina, como pucheros, gracias a que no oscurece alimentos y es fácil de limpiar.

Aceros de herramientas

Estos aceros se emplean para fabricar herramientas y cabezales de corte y modelado de máquinas. Contiene wolframio, molibdeno y otros elementos de aleación que le proporcionan una alta resistencia, dureza y durabilidad.

TECNICAS Y METODOS DE OBTENCIÓN DEL ACERO

Se introducen en el alto horno los materiales necesarios tales como el mineral de hierro, el carbón de coque que hace de combustible y también se introduce la piedra caliza que realiza la función de acelerar la fundición del hierro y su fusión con el carbono. Del alto horno salen dos productos uno llamado escoria que son los residuos del propio alto horno y otro es el producto deseado que se llama arrabio pero el arrabio es un acero con alto contenido en carbono por eso que se transporta cuando sale del alto horno en vagonetas llamadas torpedos( Fig. 1.2) que lo transportan hasta el convertidor donde este arrabio se le baja el contenido de carbono mediante ferroaleaciones, fundente o chatarra este tres productos puede ir directamente al convertidor para ayudar en la obtención del acero o también puede ser convertidos en acero en un horno eléctrico y pasar directamente al paso posterior al convertidor que es el transportado en cucharas hasta los tres tipos de colada

Tipos de colada:

COLADA CONTINÚA:

Se produce cuando el acero líquido se vierte sobre un molde de fondo desplazable cuya sección tiene la forma que Nosotros deseamos que tenga el producto final " cuadrados, redondos, triangulares, planchas..." se le llama colada continua porque el producto sale sin parar hasta que se acaba el contenido de la cuchara, por lo tanto con este método se ahorra mucho dinero ya que no se necesita moldes, se consume menos energía, etc.

COLADA DE LINGOTES:

El acero se vierte sobre unas lingoteras o moldes que tienen una forma determinada y que al enfriarse y solidificarse dan un producto deseado para su transformación.

COLADA CONVENCIONAL:

El acero se vierte sobre unos moldes que tienen la forma del producto final y que cuando se enfría tiene la forma del mismo de las tres coladas vistas es la única que no necesita una transformación posterior al proceso.

Las dos primeras coladas necesitan procesos posteriores para lograr el producto final, por ejemplo el producto que sale de la colada de lingotes tiene que pasar por un horno de fosa (fig 1.3) en el cual se unifican las temperaturas de interior y del exterior del producto, o sea, del acero.

De este proceso se pasa a otro que también se pasa directamente de la colada continua y que se llama tren desbastador en que los lingotes en caliente pasan por una serie de cilindros giratorios de gran potencia que los transforma en blooms y slab(fig 1.5).

El Bloom es una especie de plancha cuadrada y el slab es una plancha fina de acero.

Del proceso anterior se puede pasar a un tren estructural en el cual los bloons en caliente se deforman para obtener perfiles estructurales, carriles, barras, etc.

También se pude pasar al tren de farmachine en el cual los bloons en caliente se transforman y son deformados para obtener barras, alambres, redondos calibrados, telas metálicas, etc.

También se puede pasar a un tren de bandas en caliente donde los slab son transformados en rollos de chapa de distintas medidas y espesores llamados bobinas que son esos rollos de chapa que muchas veces hemos visto en los trenes de mercancías que pasan por la zona.

Desde este último proceso se puede pasar al tren de bandas en frío en el cual los bobinas obtenidas anteriormente se someten a deformaciones en frío mejorar sus propiedades mecánicas de este proceso se puede obtener multitud de aplicaciones como por ejemplo en la industria de la automoción.

Ya por ultimo desde este proceso se puede pasar a otra máquina donde las bobinas son transformados en hojalata y aceros galvanizados mediante diferentes procesos y diferentes aplicaciones.

Sistemas de construcción

Existe en la actualidad una gran variedad, en lo que respecta al tamaño y tipo de buques: pero en cuanto a los sistemas de construcción, de sus estructuras fundamentales, responden a tres sistemas básicos de construcción, bien puros, bien mezclados: Sistema transversal, Sistema longitudinal y Sistema mixto.

SISTEMA TRANSVERSAL

Los buques o barcos de madera se construían con este sistema, porque para conseguir la estanqueidad de las costuras del forro exterior, mediante el calafateo, necesitan que el esqueleto transversal esté estrechamente unido por los tablones del forro, y estos a su vez inmovilizados por el esqueleto: y que además estos anillos transversales que forman las cuadernas, estén muy poco separados. Igualmente, el sistema transversal, era idóneo para soportar los grandes esfuerzos por "pandeo" (esfuerzo transversal disimétrico), que a aquellos barcos le producían, los grandes mástiles, con su aparejo y velamen. Durante muchos años este sistema también se usó para los buques de acero. Modernamente se suele usar en partes del buque, pero no como conjunto. Ya lo veremos con detalle

SISTEMA MIXTO

El sistema de construcción del casco del buque, una vez garantizada su resistencia estructural, se hace compatible, con la utilización comercial del mismo. La utilización comercial, está unido a los costes de explotación, y estos directamente a la estancia en puerto, con lo que llegamos a la rapidez de carga y descarga, con una rápida y segura estiba de las mercancías a bordo del buque. Esta última, misión del buque, la estiba, está unida al diseño estructural de las bodegas; por lo que éstas llevan, los elementos estructurales de la forma mas conveniente, al tipo de carga que en ellas se estiban

tenemos el perfil transversal de la sección maestra del casco de un buque, construido con el sistema mixto. Fondo, Tapa del doble fondo y Cubierta superior principal, con estructura longitudinal; mientras que la cubierta de entrepuente y costado, es de estructura transversal. Los reglamentos actuales de las Compañías Clasificadoras, obligan a los buques de eslora igualo más de 120 metros, a que su cubierta superior principal, fondo y doble fondo, lleven una estructura longitudinal, como el de la (Fig. 3).En todos los modernos buques que lo han necesitado, se les ha dotado de grandes bocas de escotilla, para facilitar las operaciones de estiba, en rapidez y seguridad. Estas bocas de escotillas han quitado una gran superficie de cubierta resistente, en la zona de bodega, que por su posición en el casco, son zonas de flexión crítica, que; traen como consecuencia, grandes esfuerzos por tracción y compresión, en los pasillos de cubierta, en la zona de escotilla.

Al casco le falta rigidez transversal, por la ausencia de la cubierta, baos correspondientes y puntales de apoyo vertical (Fig. 3).Debido a estos y otros razonamientos, aparece el nuevo sistema mixto, de la (Fig. 4), a base de baos con cartelas o cantílever , en zona de bodega y entrepuente, a frecuentes intervalos longitudinales; que dan la suficiente rigidez al marco en la zona de escotilla, por la ausencia de la cubierta, a veces en casi toda la manga, como en los buques porta-contenedores. Las brazolas longitudinales o esloras de boca de escotilla, se apoyan en los cantiléver o baos con cartelas, y para acabar de reforzar la zona, la traca de planchas de la cubierta adyacente a la boca de escotilla, es de acero especial o de mayor espesor. Las brazo las transversales o baos reforzados de extremos de la boca de escotilla, hacen la consolidación suficiente en esa zona. Normalmente sobre estas brazolas, van un sistema articulado de tapas de escotilla. Cuando en vez de tapas articuladas, lleva un sistema de cierre lateral, con dos escotillas gemelas; el plano de crujía, va reforzado además, con una fuerte eslora, mamparo diafragma o medio mamparo longitudinal.

Una vez

estudiado el casco como un todo, vamos a ver la estructura y refuerzos de cada una de sus partes, así como su ensamblaje.

Descripción de la estructura del buque

FONDO Y DOBLEFONDO:

Recibe el nombre de Fondo, si recordamos, la forma más o menos de prisma rectangular de la viga casco, con las aristas redondeadas y ciertos afinamientos a proa y popa; a la base del prisma, a las planchas del forro exterior, donde el buque recibe el empuje verticalmente. Además del Fondo, en esta parte del buque tenemos que distinguir:a) Tapa del doble fondo, que es como un segundo forro exterior en la parte inferior del casco (fondo); su misión es tanto por seguridad como por resistencia.

La estructura de fondo sencillo se puede afirmar que prácticamente está en desuso para determinadas zonas del buque, como son las bodegas, pudiendo existir en piques, cámara de máquinas, de forma parcial y en algunos buques de transporte de líquidos o con cargas paletizadas, tales como contenedores. El gran problema de un fondo sencillo es la falta de uniformidad en el mismo, requerimiento importante en bodegas, y el desaprovechamiento del espacio o volumen entre la estructura del fondo, caso que no ocurre con el transporte de líquidos.

FONDO

Sus funciones en general son

:a) Tener la estanqueidad necesaria al agua del mar. Tener la suficiente resistencia para soportar el empuje del agua, y transmitirla al resto de su estructura interna, para

que resista como un todo homogéneo. Su estructura interna está formada por: Quilla vertical con sus refuerzos, longitudinales de fondo y sus contretes, vagras, varengas y tapa del doble fondo

.b) Soportar los esfuerzos longitudinales dando la rigidez necesaria.

c) Contribuye a los esfuerzos transversales.

d) La quilla plana, la quilla vertical, y la traca central de la tapa del doble fondo: forman una viga en doble "T", que constituyen algo así como la columna vertebral del buque.

La quilla vertical :

También es una vagra que está en el plano de crujía o diametral del buque.El fondo está formado por tracas de planchas de anchura y espesor determinado, y que se mantienen en gran parte de la longitud del casco. El espesor según el Reglamento de las Compañías Clasificadoras, es forzoso mantenerlo en los 3/5 de su eslora, con reducción progresiva hacia los extremos de proa y popa.

La traca de quilla tiene una normativa distinta al resto de las tracas del fondo; en un barco normal de carga su escantillón puede ser, de un ancho de 1.425 mm. y un espesor de 20 mm.

La traca de quilla se une en los extremos de proa y popa, mediante unas planchas extremas de forma apropiada con la roda y el codaste.Las tracas adyacentes a la de quilla, se llaman de Aparadura, y se suelen numerar con letras mayúsculas del abecedario A, B, etc., hasta la del extremo superior del casco, llamada de Cinta. Otra traca, que aparte su letra de orden, se localiza por su nombre, es la de Pantoque.

Aparte de estos tipos básicos, existen combinaciones entre ellos para formar quillas más resistentes y complejas en su construcción, siendo la más usada la denominada "quilla de cajón", compuesta por una quilla horizontal y dos verticales separadas equidistantemente de la línea de crujía y la traca central del forro interior o tapa del doble fondo

Este tipo de quilla es muy común en buques con doble-fondo, en los que se usa el mismo para tanques, bien de combustible o lastre, que requieren un servicio de tuberías que se alojarán en esta quilla de forma que no interrumpan los espacios de bodegas y sean al mismo tiempo fácilmente de ser visitados. En el interior de la quilla de cajón han de disponerse refuerzos transversales, los cuales darán continuación a las varengas, denominándose "varenguetas" o también "falsas varengas"

.La estructura de la quilla vertical, además de las misiones de resistencia, cumple una función de compartimentación del fondo, principalmente en dobles-fondos, o de interconexión de otros elementos estructurales, como es d caso de hacer intercostales a las varengas en el centro del buque, evitando e le esta forma uniones entre trozos de varengas en forma de plancha. Por otra parte la altura de la quilla vertical define la altura de la estructura del fondo, tanto cuando es sencillo como cuando es doble fondo, teniendo en los casos de buques con Astilla Muerta una mayor altura y por lo tanto resistencia que el resto de los elementos longitudinales, y similar a estos en los casos de fondo plano. La quilla vertical puede así mismo absorber el asiento de proyecto con el fin de hacer horizontal el piso de la bodega

Las vagras son elementos de soporte del fondo en sentido longitudinal, cuya estructura es similar a las varengas llenas y estancas, estando destinadas a colaborar eficazmente con la Resistencia Longitudinal del buque al mismo tiempo que reforzar las varengas contra deformaciones de pandeo repartiendo los esfuerzos que reciben. La vagra es un elemento paralelo a la quilla vertical, pudiendo llamarse a ésta vagra central, por lo que re fuerza las misiones de resistencia de ella, pudiendo ser intercostales o continuas según estén o no interrumpidas por las varengas, siendo la forma más usual la intercostal con cualquier tipo de estructura.

Al igual que las varengas, las vagras pueden ser usadas como separación de tanques con o sin espacios vacíos (cofferdam).El número de vagras depende de la manga del buque y de la estructura que tenga el fondo, ya que como se dijo anteriormente .al ser un elemento de

LONGITUDINALES DE FONDO

Los longitudinales de fondo son perfiles de tipo comercial (laminados en T, L, o llanta de bulbo), o armados (T o L), situados en el fondo del buque y paralelos a crujía, que tienen como misiones:

a) Ser elementos eficaces para la resistencia longitudinales del casco.

b) Ser elementos de soporte del forro exterior del fondo para evitar el pandeo del mismo.

c) Ser elementos de reparto de esfuerzos a la estructura transversal del fondo y de esta al resto de la estructura.

En estructuras de doble-fondo, en el mismo plano de cada longitudinal de fondo existirá otro similar en el forro interior formando entre ambos una estructura similar a las varengas

abiertas. Ambos elementos o solo el longitudinal de fondo para estructuras sencillas conjuntamente con las vagras y quilla, son los elementos básicos de la Resistencia Longitudinal del fondo en estructuras longitudinales.

La colocación de los longitudinales de fondo podrá ser intercostal o continua respecto a las varengas, adoptándose preferentemente la última; cuando son varengas llenas que dispondrán de escotes. Cuando existan varengas estancas, el longitudinal se interrumpirá o bien se acorbatará el escote, siendo preferible la primera solución, ya que el acorbatamiento presenta problemas de construcción generalmente.Todo cruce en la estructura de elementos de distinta altura, ha de estar reforzado mediante cartabones, que cumplirán como misión básica la de trasmitir los esfuerzos de un elemento al otro y auxiliarmente el elemento de mayor canto será reforzado contra pandeo, evitando de esta manera los casquillos aislados

.Las formas más usuales de conexión entre longitudinales de fondo y varengas son los indicados en la Fig. 10, en la que se hace notar la forma triangular que generalmente se les da a las consolas con el fin de facilitar el camino a las líneas de fuerzas, teniendo en cuenta que la conexión ha de ser máxima entre los elementos y sus partes, por ejemplo con las tablas de las varengas.

se representa la unión entre una varenga llena aligerada con longitudinales, y en la 11.b, con varenga estanca, pudiéndose adoptar otras formas para las consolas de unión, tales como redondeadas para el canto libre o con tabla o faldilla.

En cualquiera de los dos casos anteriormente indicados, fondo sencillo o doble-fondo, la interconexión con las varengas de los longitudinales suele usarse para la unión de los perfiles entre sí, ya que generalmente no son aceptados los empates de cabeza de los mismos por falta de calidad y dificultad de inspección, usándose de esta forma una unión eficaz a través de la consola.

Los longitudinales no tienen más aligeramientos que los correspondientes a las groeras para paso de soldadura y circulación de líquidos, que deberán ser con esquinas redondeadas

FORRO INTERIOR :

forro es una estructura exclusiva del sistema de doble-fondo, y está formado por tracas longitudinales, generalmente unidas al resto de los elementos de soporte estructural,

tales como quilla vertical, vagras y varengas. Como misiones más importantes del forro interior son

:a) Contribuir eficazmente a las resistencias transversal y longitudinal

.b) Crear una superficie plana y resistente para la carga.

c) Delimitar el volumen de los tanques profundos que podrán tener uso independiente del de la bodega, al mismo tiempo que proteger a esta de inundaciones por rotura del forro exterior del fondo.

La forma de la abertura será elíptica u ovalada para evitar concentraciones de esfuerzos en las esquinas. El número de registros que dispondrá un doble-fondo, dependerá del número de tanques que tenga, y serán a razón de dos por cada uno, dispuestos de forma diametral, que permitirán el paso de un hombre de uno a otro al recorrer el tanque, así como la creación posible de una corriente de aire, natural o forzada

.Los registros pueden ser de varios tipos según la carga del buque, siendo algunas de sus características las de disponer de brazolas que den resistencia al conjunto y el que los tornillos no tengan salida al interior del tanque, por efectos de estanqueidad. Las soluciones más comúnmente usadas son las indicadas por las secciones de

La estructura de fondo sencillo se puede afirmar que prácticamente está en desuso para determinadas zonas del buque, como son las bodegas, pudiendo existir en piques, cámara de máquinas, de forma parcial y en algunos buques de transporte de líquidos o con cargas paletizadas, tales como contenedores. El gran problema de un fondo sencillo es la falta de uniformidad en el mismo, requerimiento importante en bodegas, y el desaprovechamiento del espacio o volumen entre la estructura del fondo, caso que no ocurre con el transporte de líquidos.

Conjunto estructural de un fondo sencillo

En una estructura de fondo sencillo estará compuesta por elementos de soporte, con tabla generalmente para los de gran escantillón, y elementos simples según sea la estructura longitudinal o transversal. En algunos tipos de estructura y con el fin de construir un forro interior de madera, se suelen situar elementos sobre la estructura básica, denominados "sobrequillas", que tendrán una similitud con las tablas de las vagras, pero dispuestos independientemente de las mismas

Cuando un cruce de dos elementos de gran escantillón (vagra y varenga) se usa como apoyo por ejemplo de un puntal, la unión de las tablas es especial, formando lo que se llama una "plancha de diamante

De los elementos analizados anteriormente, no podrán existir en un fondo sencillo varengas abiertas, ni por supuesto forro interior y longitudinales del forro interior, pudiendo ser, en estructuras muy sencillas de buques pequeños las varengas de dos tipos, unas de perfil comercial y otras armadas y de mayor escantillón que coincidirían con los anillos reforzados; esta solución no es muy común por necesidades estructurales, siendo por lo tanto todos los elementos de igual altura y pudiendo o no mantener una superficie horizontal respecto al plano de agua.

El doble-fondo puede disponer de estructura longitudinal, transversal y mixta, no existiendo alternativa preferencial entre ellas. Las diferencias serán en el tipo de elementos, así un doble-fondo longitudinal no podrá tener varenga s abiertas y las llenas tendrán una separación igual a las bulárcamas de los costados, mientras que tendrá longitudinales de fondo y forro interior y reducido número de vagras, solo las mínimas requeridas y si se necesitan para la separación de tanques (Fig. 17).

El doble-fondo con estructura transversal, dispondrá generalmente de varenga s abiertas, ya que son de menos peso, alternadas con llenas, mayor resistencia, con vagras intercostaEn general para ambos tipos de estructura, los aligeramientos s de los elementos como vagras y varengas, además de la función propia de reducción de peso deberán tener algunos de ellos dimensiones de "paso de hombre" , ya que tanto durante la construcción como para inspección ha de hacerse toda la estructura accesible para ser visitadas. Los pasos de hombre, como generalmente se denomina a estos

Conjunto estructural de un doble-fondo

aligeramientos especiales, son al menos uno en cada elemento o trozo del mismo que se encuentre en un tanque.

En la construcción de los cascos de los buques se emplea normalmente acero al carbono. Este material en contacto con el oxigeno del aire y en especial con el contenido en el agua del mar sufre un proceso de oxidación por el que en su capa exterior ser forma una película de óxido de hierro. Esta capa de oxido que pierde las características de resistencia del metal base se agrieta y se despega del resto del material que al no estar entonces protegido continua con ese proceso de oxidación hasta su total destrucción.

Para anular este proceso se recubre, en general, las superficie del acero con una serie de capas de pintura que lo aíslen del ambiente exterior, pero estas pinturas no siempre pueden ser resistentes a ese ambiente, Este es el caso de los buques quimiqueros que se destinan al transporte de líquidos altamente corrosivos, por ejemplo ácido sulfúrico o fosfórico, o bien líquidos que por sus características, como aceites vegetales, pueden contaminarse con algún componente de la pintura y no ser aptos después para su utilización. En estos casos los tanques de carga, que forman también parte de la estructura del buque y por tanto son parte esencial de su resistencia, se construyen utilizando aceros inoxidables.

El acero inoxidable empleado en construcción naval es un acero que tiene aleado en su composición cromo, níquel y molibdeno en cantidades variables según los diversos tipos. Este acero sufre también un proceso de oxidación superficial, pero esa oxidación da lugar a un finísima capa exterior de oxido de cromo que, al contrario que en el caso del acero normal al carbono, queda firmemente adherida al metal base e impide la propagación hacia el interior del proceso de oxidación.

Para que este proceso de protección sea realmente efectivo el material de acero inoxidable debe tratarse con un especial cuidado durante la construcción del barco, ya

Acero Inoxidable en Buques

que pequeñas fisuras o picaduras o el deposito de pequeñas partículas de acero normal en su superficie pueden con facilidad dar lugar a un proceso puntual de oxidación que posteriormente puede extenderse con rapidez y facilidad al resto del material circundante anulando así las ventajas de su protección.

Cuando nos llega el turno del pintado de nuestro modelo nos asaltan numerosas dudas acerca del tipo de pintura a utilizar, color a elegir, brillo, nº de capas,etc. Quizás os preguntéis como se protegían o protegen los buques de hoy día.

Nada mejor que un repaso a la realidad para entender algunos de los conceptos anteriormente comentados.

PINTURA ESPECIAL PARA BARCO DE

ACERO INOXIDABLE :

Vamos a ver cómo se pinta un barco hoy en día en un astillero.

-Para una mejor comprensión del pintado vamos a dividir el buque en varias zonas:

-Obra viva o fondos

-Flotación y costados

-Cubiertas

-Obra muerta o superestructura

-Se entiende por obra viva aquella zona que esta permanentemente sumergida en el agua y en contacto con los organismos vivos que activan la incrustación. Estas zonas están expuestas a una fuerte corrosión acentuada por la abrasión, impacto, incrustación de algas, percebes, escaramujo y otros seres, haciendo que el buque envejezca rápidamente o en el mejor de los casos pierda velocidad y aumente su consumo de combustible a consecuencia de las incrustaciones.

-Estos motivos hacen que esta zona sea la más cuidada de un buque, la que más recursos económicos se lleve y se preste una especial atención en su pintado. Salvo en los tanques de productos químicos en buques de esta familia, donde el capítulo de pintura solo es superado por el costo del acero del buque. En una próxima ocasión y si es de vuestro interés comentaremos como se pintan por el interior.

-Varias capas de resinas epoxi de dos componentes, algunas reforzadas con escamas de vidrio para resistir la abrasión y una o dos de antivegetativo para prevenir las incrustaciones formarán parte de las aprox. 400 micras (0,4 mm)del sistema de pintado.

-El color de esta última capa dependerá del fabricante de la pintura y dentro de este, del tipo de antivegetativo elegido (existen tres o cuatro tipos diferentes).

Pueden ver a continuación tres colores, sacados de una carta de la línea marina de Nervion

El armador raramente elige el color del antivegetativo ya que al estar debajo del agua no tiene influencia estética aunque, como en todo, existen casos atípicos como el de algunos patrones de pesca que evitan determinados colores porque dicen que ahuyentan la pesca.

Vamos a la flotación y costados (verticales). La flotación es la zona que se sumerge alternativamente entre la máxima y mínima carga del barco, mientras los costados corresponden a la zona del casco que no esta en contacto con el agua y sus límites son la línea superior de la flotación y la parte mas alta de la amurada.

En muchos casos la flotación es tratada como la obra viva (o al menos una parte inferior de ella) ya que una gran parte del tiempo esta sumergida y también sufre de los efectos de incrustación.

En el caso de no ser tratada con antivegetativo los sistemas de pintado suele estar basado en resinas epoxi las primeras capas, para acabar con dos capas de la misma familia o, para facilitar el mantenimiento, con resinas acrílicas (antiguamente se usaba el Hule Clorado hoy en desuso). Las resinas acrílicas y Hule Clorado, a diferencia de las resinas epoxi son de un solo componente (más fáciles de utilizar por la tripulación en el mantenimiento) y pueden ser repintadas sin necesidad de dar rugosidad mediante chorreado o lijado de la superficie a pintar, ya que su repintabilidad es ilimitada.

REFERENCIAS: ºhttp://www.construmatica.com/construpedia/Tipos_de_Acero_y_Propiedades_Mec%C3%A1nicas_Para_Ensayos_con_Probetas_Longitudinale

http://www.arqhys.com/arquitectura/acero-propiedades.html

http://www.ehowenespanol.com/propiedades-quimicas-del-acero-hechos_85800/

http://www.timken.com/es-ES/products/steel/Pages/default.aspx

http://www.cosmos.com.mx/d/hnhv.htm

http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0104-92242010000300011&script=sci_arttext

http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/003_ESTRUCTURA_MOLECULAR_Parte_5_5875.pdf

http://html.rincondelvago.com/acero_3.html

http://foro.latabernadelpuerto.com/showthread.php?t=13953

http://karen-barcos.blogspot.com/

http://www.monografias.com/trabajos93/estructura-buque/estructura-buque.shtml

http://pinturasonline.wordpress.com/2010/02/01/nautica-para-pintar-mi-barco-%E2%80%93-antes-de-empezar-a-pintar/

http://www.slideshare.net/gapo4230/1-estructura-de-un-buque