DISEÑO DE UN HORNO CASERO PARA FUNDICIONES DE METALES NO FERROSOS

UNIVERSIDAD DE ORIENTE

NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI

ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS

DEPARTAMENTO DE MECÁNICA

COMISIÓN DE TRABAJOS DE GRADO

[pic 1]

PROYECTO DE TRABAJO DE GRADO:

DISEÑO  DE UN HORNO CASERO PARA FUNDICIONES DE METALES NO FERROSOS.

Presentado por:

MAYO, 2020

1.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

Los metales no ferrosos son aquellos que incluyen elementos metálicos y aleaciones que no se basan en el hierro. Su utilización no es tan masiva como los productos férreos, pero tienen una gran importancia en la fabricación de gran cantidad de productos; por el bajo peso específico, la resistencia a la oxidación en condiciones ambientales normales y a la corrosión atmosférica, la fácil manipulación y mecanizado, la elevada resistencia mecánica en relación a su peso de algunas aleaciones; la gran conductividad térmica y eléctrica, y también su bella terminación desde el punto de vista decorativo.(1 rb)

Estos son altamente empleados a nivel industrial ya que presentan ventajas en diferentes propiedades como la conductividad eléctrica, tenacidad o dureza que el hierro no puede cubrir adecuadamente en ciertas ocasiones, además dependiendo del metal a trabajar se pueden obtener disminución en los costos de producción por lo que considerar la fundición de metales no ferrosos es una vía acertada para cualquier industria que desee ampliar su rango de producción. (2rb)

La fundición consiste en fundir y colar metal líquido en un molde que tenga la forma y tamaño que se desea para que allí solidifique. En la industria metalúrgica, el proceso de fundir  metales y sus aleaciones se  realiza en    hornos que son dispositivos en los que se libera  calor  y  se  transmite  directa  o indirectamente a una masa sólida o fluida con el fin de producir en ella una transformación física  o  química  (Pérez  y  Soto,  2009). Dependiendo de la calidad que se exija a la masa fundida, la productividad y la eficiencia energética, se pueden usar distintos tipos de hornos. Los hornos más utilizados para la fusión de los minerales de metales no ferrosos son los altos hornos de menor tamaño y los hornos de reverbero.

Siguiendo este orden de ideas, si bien en las empresas de fundición es bastante  amplio el campo de trabajo de los profesionales en aras del cumplimiento de los procesos de fundición, conforme los parámetros internacionales, en cuanto a las  áreas de diseño, moldeo, colado, limpieza y comercialización, sin lugar a dudas, la selección de la unidad de fusión es  una de las más importantes decisiones que se debe tomar, pues por su estructura y diseño permita obtener elementos fundidos de calidad.

Por lo anteriormente descrito y como estudiante del Departamento de Ingeniería Mecánica se debe incursionar en la investigación del desarrollo industrial es por ello que en este trabajo se diseñara un horno casero para fundiciones de metales no ferrosos, ya que actualmente debido a la situación país se hace inviable construir se recurrirá a la simulación puesto que con ella se podrán encontrar resultados de manera grafica  acerca de la selección de los materiales del horno y tomar decisiones en base a los mismos. Para ello se identificaran las variables de proceso en la fundición, se determinará el dimensionamiento del horno de fundición, se realizarán los cálculos de ingeniería para el horno de fundición de metales no ferrosos, en base a las variables de proceso identificadas, se seleccionaran los materiales requeridos del horno de fundición, se elaboraran los planos del horno en una herramienta CAD, se construirá el modelo computacional del horno de fundición en una herramienta CAD, se establecerá las condiciones de borde para la simulación del horno de fundición y se realizará el estudio numérico el horno de fundición de metales no ferrosos.

2.- OBJETIVOS

2.1.- Objetivo general

Diseñar un horno casero para fundiciones de metales no ferrosos

2.2.- Objetivos específicos

1. Identificar las variables de proceso en la fundición de metales no ferrosos.
2. Determinar el dimensionamiento del horno de fundición de metales no ferrosos en base a las variables de proceso identificadas.
3. Elaborar planos del horno en una herramienta CAD.
4. Construir el modelo computacional del horno de fundición en una herramienta CAD.
5. Establecer las condiciones de borde para la simulación del horno de fundición.
6. Realizar el estudio numérico el horno de fundición de metales no ferrosos.

3.- RESUMEN DEL CONOCIMIENTO PREVIO

3.1.- Antecedentes.

Entre los trabajos relacionados con el Diseño de horno para fundición de metales no ferrosos se tienen:

Sánchez, C., Paz, J., Oliveros, M. y Cabrera, E. (2015), [1]. Diseñaron  y  desarrollaron  un  prototipo  con  fines  didácticos  para  fundición  de materiales  no  ferrosos  para  mejorar  la  competitividad  de  los alumnos  de  la carrera  de  Ingeniería  en  Tecnologías  de  Manufactura  de  la  Universidad Politécnica de Baja California (USA).    La metodología  que se  siguió en la simulación de este horno, se detalla la totalidad de 5 muestras de latas de aluminio reciclado (40 c/u), dando un  total 200 latas;  separándolas  con  un  intervalo  de  10  minutos,   para observar  cambios  entre  ellas.  Se  colocaron  en  el interior de un crisol fabricado de un material de acero, el cual se posicionó en el centro e  interior  de  la  cámara  de  combustión cilíndrica,  que  a  su  vez  estuvo  formada internamente por un revestimiento de cemento refractario. Previo al inicio del proyecto se realizó el curado del material refractario del horno y se comprobó  el  funcionamiento  mediante  la fundición  de  un  suministro  de  material  no ferroso en el cual se consiguió corroborar la efectividad  del  prototipo  ya  que  el  tiempo para  obtener  la  temperatura  generó  un promedio de 20 a 25 minutos para alcanzar el punto óptimo de trabajo.  Las  variables  medidas fueron: el peso de las muestras, la temperatura de fusión y  la  temperatura  máxima  lograda  por  el  horno.   El  análisis   de los resultados revela  que entre los 400 °C a los 700 °C las muestras de aluminio  sufren ciertos cambios dentro  de  su  estructura,  hasta  fundirse al llegar a las temperaturas entre 700 °C y 800 °C, cuando las muestras de aluminio están totalmente  fundidas  y  presentan características  de colado.

Suntaxi, L. y Torres, C. (2014), [2]. Realizaron el diseño y construcción de un horno crisol para fundición de aluminio con una capacidad de 15 Kg/h a una temperatura de 800 oC utilizando GLP. Se construyo el hogar y crisol de grafito calentados mediante un sistema de combustión de GLP impulsado por un flujo de aire. Para ello se realizaron planos para el diseño y fabricación del horno de crisol, se seleccionaron los materiales para la construcción del horno y se aplicaron los conocimientos de diseño y transferencia de calor para la construcción para luego hacer el montaje, protocolo de pruebas y puesta en funcionamiento del mismo. Donde se puede concluir que el horno permite fundir la cantidad de 15 kg/h, para la fabricación del horno se seleccionaron materiales como el acero AISI 1020 de 3 mm de espesor para el cilindro y AISI 1018  para el eje de levantar la tapa y la base porta venterol, el GLP que se utilizó como combustible para el funcionamiento del horno brinda un alto poder calorífico, es limpio y no causa impacto ambiental, al poner en funcionamiento el horno se evidenció que es de fácil operatividad, alto rendimiento, y de bajo costo de mantenimiento.

Mestanza, D. y Lara, V. (2012), [3]. Diseñaron y construyeron un horno de combustión industrial para fundir aluminio reciclado, para su uso con fines didácticos durante las prácticas de los estudiantes en el laboratorio de Operaciones Unitarias de la Escuela de Ingeniería Química, de la Facultad de Ciencias en la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo. Riobamba-Ecuador.  Metodológicamente fue una investigación experimental, al tratar de comprobar  en la construcción del horno los procesos de fundición de aluminio,  combustión y transferencia de calor, tiempo de calentamiento, cantidad de gas consumido,   facilitando datos en tiempo real, modificar variables y corregir errores. Se emplearon los materiales: crisol de grafito, ladrillo refractario, cemento refractario, concreto refractario, manta cerámica, acero inoxidable brillante; los accesorios: tecle, quemador de alta presión, centralina de gas, termocupla e indicador de temperatura.  El horno contó con un diámetro de 65.7cm, una altura de 62cm, con pérdidas de calor de 2195.8 kcal/h,  cantidad requerida para fundir la carga de 10541kcal/h. Además  se identifican dos zonas de calentamiento: uno rápido que  alcanza en 5 minutos  600º C y otra zona que tarda 20 minutos hasta los 900º C; el proceso de fundición tarda 45 minutos, con una eficiencia del 79%. Para el aluminio se obtiene en 16 kg de perfiles reciclados que ingresan 14. 06 kg  y 1.94 Kg de escoria. Se concluye que un horno de combustión industrial para fundir aluminio reciclado diseñando y construido, utilizando los materiales adecuados y con las medidas y condiciones establecidas en los cálculos,  puede funcionar perfectamente  para los fines propuestos.

...