Costos en la soldadura
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Las operaciones de soldadura involucran un gran número de aspectos que pueden tener algún tipo de impacto en su costo final, como por ejemplo la utilización de materiales consumibles (metal de ...

Las operaciones de soldadura involucran un gran número de aspectos que pueden tener algún tipo de impacto en su costo final, como por ejemplo la utilización de materiales consumibles (metal de aporte, gas, fundentes y otros), el costo de la mano de obra y otros costos fijos, el gasto de energía eléctrica, los costos de mantenimiento y los de depreciación de los equipos y los costos de los equipos y materiales de protección, de las piezas, herramientas y otros materiales. En el presente documento, se considerarán solamente los tres primeros aspectos mencionados en este párrafo.

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Costos en la soldadura Document Transcript

  • 1. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICAPOSGRADO Y MAESTRÍA EN MANTENIMIENTOS DE PLANTASINDUSTRIALESDiseño y Metalurgia de la SoldaduraProf. Ing. Alexis Tejedor De León, PhDwww.AlexisTejedor.orgESTIMACIÓN DE LOS COSTOS EN LA SOLDADURA ELÉCTRICA.Prof. Ing. Alexis Tejedor De León, PhD2013Copyright see: www.AlexisTejedor.org
  • 2. 1.- Consideraciones generales:La soldadura es, en general, utilizada como parte de un proceso de fabricaciónque también utiliza otras operaciones mecánicas tales como: corte, maquinado,conformación mecánica, montaje, tratamientos térmicos y superficiales.Adicionalmente, las operaciones de soldadura pueden involucrar etapas de pre-calentamiento, de remoción de la raíz de la soldadura y otras. En el presente documentoestas etapas y los otros procesos no son considerados; sin embargo, se debe dejar claro,que en una situación real, el costo de una operación de soldadura no será, en general,analizada de una forma aislada. De este modo, por ejemplo, la adopción de unprocedimiento de soldadura más sofisticado (y más caro), puede llevar a una reducciónde costos por la eliminación de etapas en el proceso de fabricación (por ejemplo, puedetornar desnecesario el pre-calentamiento o de un tratamiento térmico posterior).Las operaciones de soldadura involucran un gran número de aspectos quepueden tener algún tipo de impacto en su costo final, como por ejemplo la utilización demateriales consumibles (metal de aporte, gas, fundentes y otros), el costo de la mano deobra y otros costos fijos, el gasto de energía eléctrica, los costos de mantenimiento y losde depreciación de los equipos y los costos de los equipos y materiales de protección, delas piezas, herramientas y otros materiales. En el presente documento, se consideraránsolamente los tres primeros aspectos mencionados en este párrafo.Los costos de una operación de soldadura será, en general, calculado para: (a)preparar la cotización o presupuesto de un servicio en particular, (b) compararprocedimientos de soldadura entre sí y con métodos alternativos de fabricación y (c)determinar la cantidad de materiales consumibles necesarios para la ejecución de untrabajo determinado.Varios de los coeficientes y parámetros que aquí se mencionan puedenencontrarse en tablas. Sin embargo, algunos de ellos tienden a ser muy específicos parauna dada empresa , o para un trabajo en particular, lo que se recomienda en todo casodeterminarlos de manera práctica.La determinación de los costos asociados con los consumibles en la soldadura yde la mano de obra se basa en el cálculo de la masa de metal depositado en un cordón desoldadura y del tiempo de soldadura. Este cálculo se presentará en los siguientes puntospara el caso más simple de un único tipo de junta soldada y de una única estación detrabajo.En la mayoría de las ecuaciones aquí presentadas no fueron incluidos factores deconversión por el uso de diferentes sistemas de unidades. Le cabe al usuario verificarcuidadosamente las unidades utilizadas para evitar problemas de consistencia sistémica.Copyright see: www.AlexisTejedor.org
  • 3. 2.- Cálculo de la masa de metal depositado (Md):La cantidad de metal depositado en el cordón de soldadura se determina enfunción de su volumen. Para tal efecto, se hace necesario determinar el área de la formageométrica de la sección transversal del cordón, la cual se multiplicará por la longitudtotal del cordón. Adicionalmente se hace necesario conocer la densidad del metal deaporte, el cual se multiplicará por el volumen anteriormente calculado. Algunos valoresde densidades aproximadas de aleaciones más comunes se presentan en la tabla acontinuación:Tabla Nº 1: Valores de las densidades aproximadas de algunas aleacionesmetálicas.Aleación Densidad (g/cm3)Acero al carbono 7.8Acero inoxidable 8.0Aleaciones de cobre 8.6Aleaciones de aluminio 2.8Aleaciones de níquel 8.6Aleaciones de titanio 4.7Considérese la figura de una unión soldada, presentada a seguir:En la figura, L corresponde a la longitud total del cordón de soldadura y As es elárea transversal del cordón asociada con el metal depositado. De esta forma, el volumendel cordón se calcula por medio de la siguiente ecuación:Si se conoce la densidad del metal de aporte (ρ) se procede entonces, adeterminar la cantidad de metal depositado (Md) aplicando la siguiente ecuación:Copyright see: www.AlexisTejedor.orgLAsV = L*AsMd = V*ρ
  • 4. Con la aplicación de la fórmula anterior determinamos la cantidad (gramos olibras) de metal depositado a lo largo del cordón de soldadura; sin embargo, debemos,adicionalmente, determinar el consumo equivalente de electrodos recubiertos para laejecución del cordón de soldadura.En este aspecto se hace necesario recurrir a datos tabulados, como por ejemplolos presentados por la Hobart Brothers Company (se hace hincapié en que para aquellosvalores que no aparecen en la tabla, deberá realizarse la interpolación respectiva); o entodo caso, recurrir a cálculos bastante aproximados que relacionan la cantidad de metaldepositado (Md) con la cantidad consumida de electrodo (Mce).En estos cálculos se incluyen eventuales pérdidas de material en concepto dedesperdicios y salpicaduras; lo cual representa, aproximadamente, un 80% adicional a lacantidad de metal depositado, o sea que la cantidad de electrodo consumido se calculapor medio de la siguiente ecuación:3.- Cálculo del tiempo de soldadura (tarc – “tiempo de arco abierto”):La determinación del tiempo de soldadura se puede realizar de dos manerasdiferentes: (a) tomando en consideración la velocidad en la soldadura (v); (b)considerando la tasa o razón de deposición del proceso (zm)3.1.- Considerando la velocidad en la soldadura (v):3.2.- Considerando la tasa de deposición del proceso (zm):La tasa de deposición (zm), es decir, la cantidad de material depositado porunidad de tiempo, depende de varios factores, incluyendo el proceso de soldadura, deltipo, del diámetro y de la longitud del electrodo, del tipo, de la polaridad y del nivel dela corriente utilizada. Una aproximación de la tasa de deposición puede obtenerse dedatos presentados en la figura a continuación:Copyright see: www.AlexisTejedor.orgtarc = L/vtarc = Mce/zmMce = Md*(1.8)
  • 5. En la siguiente figura, se presentan valores de la tasa de deposición en lasoldadura SAW de acero al carbono, con CC+y longitud del electrodo deaproximadamente 25 mm en función de la corriente y del diámetro del electrodo.El tiempo total de la operación de soldadura (tt), incluyendo el tiempo de arcoabierto y el tiempo necesario para otras operaciones (remoción de escoria y resaltos,cambio de electrodos, posición del cabezote, etc, ) se calcula por medio de la siguienteecuación:φ es el factor de ocupación o de marcha y algunos valores de referencia sepresentan en la tabla a continuación:Tabla Nº 2: Valores del factor de ocupación para diferentes modos de operación.Modo de operación φ (%)Manual 05 – 30Semiautomático 10 – 60Mecanizado 40 – 90Automático 50 - 100Copyright see: www.AlexisTejedor.orgCorriente (A)Tasadedeposición(Kg/h))tt = tarc/φ
  • 6. 4.- Cálculo de los costos de la soldadura4.1.- Costos de los electrodos (Ce)El cálculo de los costos de los electrodos se realiza en función de la cantidad deelectrodos consumidos (Mce) por el precio (Ceu) por peso de electrodo (por ejemplo$/lb o $/Kg) y dividido por la eficiencia práctica de la deposición (ψ):Valores de eficiencia práctica de la deposición pueden obtenerse de la tabla acontinuaciónTabla Nº 3: Valores típicos de ψ para diferentes procesos.Proceso Características Ψ (%)Electrodos recubiertosLongitud: 350 mm 55 – 65Longitud: 450 mm 60 – 70AlambresSAW 95 – 10ESW 95 – 100GMAW 90 – 95Alambres tubulares FCAW 80 – 854.2.- Costos en la mano de obra (CMO)El costo de la mano de obra requerido para realizar un trabajo de soldadura, esfunción del tiempo necesario para ejecutarlo, del factor de ocupación respectivo y delcosto por unidad de tiempo de la mano de obra (Ch). Este costo se puede determinar pormedio de la siguiente ecuación:4.3.- Costos en energía eléctrica (Cee)El costo de la energía eléctrica es función de la potencia (Kw) eléctrica mediadesprendida durante el proceso de soldadura, del tiempo de abertura del arco, de laeficiencia eléctrica del equipo de soldadura, la cual gira en torno de los 80% y delprecio de la energía eléctrica (Pee) a nivel industrial ($/Kwh). Recordando que lapotencia eléctrica es el producto de la corriente utilizada (Amperios) y el voltajeconsumido (Voltios). De esta forma el costo de la energía eléctrica se puede determinarpor medio de la siguiente ecuación:Copyright see: www.AlexisTejedor.orgCe = Mce * Ceu/ψCMO = tarc * Ch/φCee = P*tarc*Pee/ψ
  • 7. 5.- Ejemplo:Determine el presupuesto en términos de material consumible (electrodos),mano de obra y de energía eléctrica requerido para la ejecución del siguiente trabajo:Trabajo solicitado y especificaciones Condiciones operacionales50 cerchas metálicas: cada una requiere de120 uniones soldadas de 5 cm de longitudy ¼ plg (0.635 cm) de ancho. Se utilizaránelectrodos E 6011 de 350 mm de longitudy 1/8 plg (0.3175 mm) de diámetro.Soldadura manual: tasa de ocupación de30%Eficiencia práctica de deposición 60%Eficiencia del equipo de soldadura 70%Costo de la mano de obra $1.55/hCosto de la energía eléctrica: $0.16/KwhCorriente utilizada: 120 ATensión eléctrica: 25 VTasa de deposición: 1.5 Kg/hResolución:Un cordón =ancho de 0.635cmLongitud de 5 cm. Considerando la sección transversal del cordóncomo de formato triangular, el volumen del cordón es ½*ancho^2* longitud, o sea:V = ½*(0.635)^2*5*(cantidad de uniones)*(cantidad de cerchas) =V= ½*(0.635)^2*5*120*50 = 6048.375 cm3, como el electrodo es deacero su peso específico es 7.8 g/cm3, con este dato se consigue determinar el peso delmetal a depositarPeso del metal a depositar = Volumen * el peso específico del metalPeso del metal a depositar = 6048.375*7.8 = 47177.325 gramos que divido entremil, da el peso en kilogramos.Peso del metal a depositar = 47.177 Kg, se multiplica por 2.2 y se tiene lacantidad en librasPeso del metal a depositar = 47.177* 2.2 = 103.79 lbs de metal.Para determinar la cantidad de electrodo se multiplica el peso del metal por 1.8.Peso teórico de electrodo requerido = 103.79 lbs* 1.8 = 186.82 lbs (84.92 Kg).Para determinar la cantidad real de electrodo se divide entre la eficiencia (60%)Peso real de electrodo requerido = 186.92 lbs/0.6 0 = 311.37 lbsCosto de los electrodo = costo de la libra * la cantidad requerida, suponiendoque la libra de electrodo cuesta B/ 1.00, el costo en electrodo sería de $ 311.37.Para determinar el tiempo teórico de soldadura se toma en consideración de quese deposita 1.5 Kg de electrodo por hora, como se requiere una cantidad de 84.92 KgCopyright see: www.AlexisTejedor.org
  • 8. (186.82lbs) teóricas de electrodo, el tiempo para depositar esa cantidad es de56.61horas.Se calcula así: Tiempo teórico = Cantidad de electrodo teórica dividida entre latasa de deposición.= 84.92 /1.5 = 56.61 horas.Para determinar el tiempo real que consumiría el soldador dependerá de laeficiencia que es de 30%, o sea que el tiempo real se calcula al dividir el tiempo teóricoentre la eficiencia, o sea:Tiempo real = Tiempo teórico/eficiencia = 56.61/0.3 = 188.7 horas.Costo de la mano de obra = Costo por hora * tiempo de trabajoCosto de la mano de obra = 1.55 * 188.7 = $/ 292.49Electricidad:Determinar la potencia consumida = Voltaje por amperaje = 120*25 = 3000Watt, o sea 3 Kw.Costo de electricidad = Potencia por el tiempo por el costo de la electricidadtodo eso dividido entre la potencia de la máquina de soldar.Costo de electricidad = (3*56.61*0.16)/0.7 =$ 38.82Costo total para ejecutar la soldadura especificada es:Costo de los electrodos + costo de la mano de obra + costo de electricidadB/ 311.37 +B/ 292.49 +B/ 38.82 = $ 642.68Copyright see: www.AlexisTejedor.org