DISEÑO DE UN HORNO DE CRISOL

UNIVERSIDAD INTERAMERICANA DEL ECUADOR

DISEÑO DE UN HORNO DE CRISOL PARA FUNDICIÓN UTILIZANDO GAS

OBJETIVO GENERAL:

Diseñar un horno para metales no ferrosos, utilizando un hogar, un crisol, calentados mediante un sistema de combustión con gas.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

• Aplicar los conocimientos de diseño, transferencia del calor y mecanismo.

• Realizar un estudio y diseño de elementos para la selección adecuada de materiales que brinden una larga vida útil del mismo.

• Desarrollar un sistema de calentamiento con la finalidad de que cause un mínimo daño al medio ambiente.

JUSTIFICACIÓN

Considerando que una de las principales funciones de la universidad interamericana del ecuador es la investigación dentro de los diferentes ámbitos de formación profesional, el diseño del proyecto contribuirá a la implementación de un laboratorio el cual permitirá la incursión de la investigación del desarrollo de aleaciones de metales.

MARCO TEÓRICO

La operación de los hornos industriales derriba su utilización por medio de factores como son: el objetivo del proceso de calentamiento, la naturaleza de trasmisión de energía, la forma de calentamiento del método de manipulación del material a través del horno.

La función de los materiales se logra mediante el uso de hornos industriales de combustión de combustible o mediante el uso de otros tipos de hornos que utilizan la conversión de energía eléctrica en calor.

FUNCIONAMIENTO DE HORNOS INDUSTRIALES DE COMBUSTIÓN

El principio de funcionamiento de un horno de combustión tiene factores determinantes para su diseño, basados en poseer un recipiente rectangular o cilíndrico construido de piezas refractarias unidas con piezas de acero estructural, por otro lado, el aire de combustión y combustible debe penetrar a través de aberturas de la pared mediante aspiración ejercida en el horno, el calor de los productos de combustión es transmitido al material calentado con el que están en contacto directo por convección y radiación directa desde los gases calientes del horno. Los gases de escape se liberan mediante una chimenea adyacente. El diseño debe enfocarse a mantener un costo global mínimo en construcción, mantenimiento y combustible para un tiempo de servicio proyectado. El diseño térmico del horno de combustión pueden ser mejoradas por medios de aislantes térmicos externos reconstruyendo las paredes con materiales de mejor conductividad térmica.

DISEÑO

ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS DEL HORNO DE COMBUSTIÓN

La parte principal de cada horno es un lugar de trabajo, donde se efectúa el proceso deseado. Entre los principales componentes que presenta un horno de combustión se halla la bóveda o cámara de combustión, las paredes y la solera de crisol, construidas de materiales refractarios y termo- aislantes, una chimenea para la eliminación de los productos de combustión y una cañería para suministrar combustible liquido o gaseoso, el cual esta provisto de accesorios de control de regulación y paso.

Crisol o solera

Es una cavidad en los hornos que recibe el metal fundido. El crisol es un aparato que normalmente está hecho de grafito con cierto contenido de arcilla y que puede soportar elementos a altas temperaturas, ya sea el oro derretido o cualquier otro metal, normalmente a más de 500 °C. Algunos crisoles aguantan temperaturas que superan los 1500 °C. También se le denomina así a un recipiente de laboratorio resistente al fuego y utilizado para fundir sustancias.

Paredes.

Las paredes rodean la zona de trabajo la zona de trabajo del horno. Generalmente ellas mantienen la bóveda. Deben proteger la zona de la perdida de calor, no permitir el escape de los gases del hogar ni succión de la atmosfera hacia el interior del horno. La cara más importante de las paredes es la interior. Debe ser pareja, limpia, tener juntas delgadas. Se hacen con ladrillos enteros y sanos.

Bóveda

La bóveda es una de las partes mas criticas del horno. Generalmente soporta temperaturas muy altas y se calienta mucho. Para la construcción de la bóveda se necesita un encofrado. Para disminuir las perdidas de calor en los hornos de bajas temperaturas, sobre la bóveda se vierte una capa de material aislante es aconsejable utilizar cemento refractario o alguna mezcla con baja conductividad térmica.

Mampostería de ladrillos

Debe asegurar la estabilidad constructiva y la hermeticidad de la zona de trabajo. Debe ser prevista la dilatación de sus partes determinadas, dado que no se calientan en forma uniforme y su integridad después de calderos y enfriamientos repetidos alternadamente.

Carcaza del Horno.

La carcaza del horno rodea a los aislantes en la tapadera y el mismo horno. Esta se fabricará de lámina de hierro de 3/8”. [3] El horno cuenta con 2 tubos para el manejo de la entrada y salida de gases de combustión, cada una con un diámetro de 4” y se debe fabricar la salida de las cenizas que tendrá una sección cuadrada de 100mm alto y ancho, fabricada con lámina de hierro de 3/8” de espesor.

Finalmente se debe considerar la interfaz de conexión entre el horno y la estructura. Esta sección se fabricará con lámina de hierro de 1”, debido a que esta debe soportar un gran esfuerzo. Sobre ésta interfaz se colocarán dos chumaceras en las cuales estarán montados dos ejes, uno a cada lado, que permitirán el giro del horno.

Materiales refractarios y termoaislantes

Los materiales refractarios tienen la capacidad de resistir la acción y el contacto de altas temperaturas, así como los procesos físicos y químicos que suelen tener lugar en los hornos o alguna estructura que se encuentra a altas temperaturas.

El aislante consta de dos partes, el aislante principal de cemento refractario y el aislante secundario de fibra cerámica.

El aislante principal es de 325mm de espesor en sus paredes, en la base y en la tapa del horno, cabe mencionar que el espesor de las paredes de la tapadera incluye el espesor del aislante secundario, pues la fibra cerámica no es parte de esta. El aislante secundario de fibra cerámica únicamente está colocado en las paredes del horno y es de 1” de espesor

Propiedades de los refractarios

Las propiedades delos refractarios se dividen por sus propiedades físicas y químicas, entre las propiedades mas relevantes se encuentran las siguientes: porosidad, permeabilidad respecto a los gases, estabilidad térmica, solidez, termo conductividad, conductividad eléctrica, calor especifico.

Porosidad

La porosidad representa la relación de poros y el volumen total del material y se expresa, generalmente, en tanto por ciento.

Permeabilidad respecto a los gases

Esta propiedad se caracteriza por el coeficiente expresando en litros de aire que pasa a través del material refractario de área de 1m2 y de espesor de 1 m en una hora, siendo la diferencia de presiones 1mm de la columna de agua. Esta permeabilidad depende de la temperatura, de la magnitud y carácter de los poros, de permeabilidad de estructura del material. Al incrementarse la temperatura, la permeabilidad de los refractarios respecto a los gases disminuye porque aumenta la viscosidad del gas.

Resistencia al fuego.

Indica la capacidad del material al fuego directo,sin derretirse, sin quebrarse, soportando temperaturas muy altas.

Estabilidad termica

Es la capacidad del material de resistirsin modificarse las mecanicas que tienen que soportar en las condiciones de trabajo. La solidez mecanica de los refractarios a la temperatura interior es mucho mayor que las cargas originadas en la mamposteria del horno. La solidez mecanica del refractario depende no solamente de la naturaleza del material que esta fabricado,sino tambien de la estructura (densidad, estructura de sus granos,etc)

Resistencia a escoreas

Comprende la propiedad de los refractarios deresistrir a la accion de escorias recalentadas hasta el liquido. Ella dependede la composicion mineralogica y de la estructura (porosidad, agrietamiento, etc.) del refractario. Cuando las escorias son acidas, los refractarios deben ser los refractarios. Ello se debe a que los oxidos y las bases.

Materiales termoaislantes

Se emplean en los hornos algunos tipos de materiales con baja conductividad termica polvos de relleno, algodón de escorias o vodrolana,fibroceramica y otros materiales.

El aislamiento termico del prototipo esta construido por una manta de fibra ceramica resistente, de poco peso flexible a la forma del horno ideal para la aplicación del prototipo.

DISEÑO TÉRMICO Y MECÁNICO DEL HORNO

DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS

En la práctica la determinación de parámetros de temperaturas tienen dificultades experimentales por no ser fácil medirlas superficialmente, estas no son iguales a la temperatura del aire o gas en contacto con la superficie y varían considerablemente. La temperatura exterior de las paredes puede ser varios cientos de grados superior a la temperatura del aire y es la temperatura de la pared interior que regularmente es inferior a la temperatura de la cámara del horno o de los gases a la que esta expuesta la superficie.

Los

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