Tesis Horno

8/13/2019 Tesis Horno

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UNIVERSIDAD SAN FRANCISCO DE QUITO

Diseo y construccin de un horno de crisol !r!

"undicin utili#!ndo $!s n!tur!l%

Sebastin Andrs Trujillo Roldn

Tesis de grado presentada como requisito para la obtencin delttulo de Ingeniero Mecnico

Quito

Enero de !!"


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iii

# $erec%os de AutorSebastin Andrs Trujillo Roldn

!!"


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i&

DEDICATORIA

$edicado a mis padres por el amor ' su ejemplo de &ida( a mi %ermano ' amigo

)ernando *atricio por abrirme siempre el camino de la e+periencia ' ense,arme de

sus &i&encias( a mis amigos ' compa,eros por todos los momentos compartidos que

nunca se ol&idarn( a -uan )ernando Idrobo que nos mira desde el in.inito '

especialmente a Mara /abriela por todo su amor0


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&

A&RADECI'IENTOS

A la 1ni&ersidad San )rancisco de Quito por ense,arme el camino a la e+celencia(

al $epartamento de Ingeniera Mecnica( especialmente a mis pro.esores 2dison

3oni.a4( -ulio 5allejo ' Santiago 6a&arro por brindarme la oportunidad de crecer

pro.esionalmente junto a ellos( a Alicia Ri&era por toda su colaboracin ' apo'o

incondicional en mis a,os de estudiante ' a todas las personas que de alguna u otra

.orma a'udaron para que este pro'ecto se %aga realidad0


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&i

RESU'EN

7a presente tesis de grado 8$ise,o ' construccin de un %orno de crisol para.undicin utili4ando gas natural9 tiene como objeti&o general el dise,o 'construccin de un prototipo de %orno para la .undicin de metales no .errosos(utili4ando un %ogar ' crisol calentados mediante un sistema de combustin con gasnatural impulsado por .lujo de aire0 *ara el desarrollo de esta tesis de grado se %autili4ado los conocimientos adquiridos en la .ormacin de la carrera de IngenieraMecnica en campos de dise,o ' trans.erencia de calor0 7os parmetros deconstruccin %an sido orientados a obtener un prototipo que brinde las .acilidadesde .undicin conjuntamente con las seguridades operati&as0 Se inclu'e los dise,os(

clculos ' &eri.icaciones prcticas de la operacin del prototipo( as como tambinlas pro'ecciones de mejoramiento para .uturas aplicaciones0


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&ii

A(STRACT

T%e o&erall objecti&e o. t%is .inal:'ear t%esis( entitled 8$esign and ;onstruction o. acrucible o&en .or melting using natural gas9( is t%e design and construction o. a

protot'pe o&en .or melting non:.errous metals( using a melting:pot %eated b' acombustion s'stem o. natural gas dri&en b' an air:.lo


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&iii

TA()A DE CONTENIDOS

A6TE;E$E6TES 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000@

-1STI)I;A;I6 $E7 *RBCE;TB 000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000@

B3-ETI5B /E6ERA7 $E7 *RBCE;TB 000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

B3-ETI5BS ES*E;D)I;BS 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

METAS $E7 *RBCE;TB 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

I6TRB$1;;I6 000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

)16$AME6TBS TERI;BS 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000F

$ISEGB T2RMI;B C ME;H6I;B $E7 BR6B 00000000000000000000000000000000000000000@@

;B6STR1;;I6 $E7 *RBTBTI*B 00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000J

*R1E3AS $E )16;IB6AMIE6TB $E7 *RBTBTI*B 0000000000000000000000000000000K

A6H7ISIS $E7 ;BM*BRTAMIE6TB T2RMI;B $E7 BR6B 0000000000000000F

;B6;71SIB6ES C RE;BME6$A;IB6ES 0000000000000000000000000000000000000000000000000FK

3I37IB/RA)DA 000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000FJ

A6ELB @ *7A6BS 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000"!

A6ELB D6$I;E 000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000"F


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i+

)ISTA DE FI&URAS

)igura @ ;omponentes bsicos de un %orno a combustin 000000000000000000000000000000000"

)igura orno de crisol ' componentes( dise,ado por $0 /inger' 0000000000000000000@@

)igura Esquema del %orno de crisol 000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000@

)igura F $iagrama de Trans.erencia de calor del %orno ' analoga elctrica 000@"

)igura " Esquema del mecanismo 8Tornillo Mani&ela90000000000000000000000000000000000F

)igura K $iagrama de cuerpo libre de la tapa del %orno 0000000000000000000000000000000000000"

)igura N ;onjunto del esqueleto metlico del %orno 000000000000000000000000000000000000000000J

)igura O Tapa del %orno 00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000J

)igura J ;onjunto tapa del %orno 00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000!

)igura @! ;onstruccin del eje tornillo 00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000!

)igura @@ ;onstruccin de camisa( buje para el alojamiento del tornilloPP00 @

)igura @ *ared de ladrillos re.ractarios 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000@

)igura @ 3&eda del %orno 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

)igura @F *iso del %orno 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

)igura @" ;onstruccin de b&eda del %orno 00000000000000000000000000000000000000000000000000000

)igura @K ;onstruccin del aislamiento trmico de la tapa del orno 000000000000000

)igura @N Recubrimiento de la .ibra cermica con pasta protectora 00000000000000000

)igura @O Entrada para tobera de combustin 0000000000000000000000000000000000000000000000000000

)igura @J *ruebas del quemador aire combustible 00000000000000000000000000000000000000000000F

)igura ! *ruebas del quemador en el %orno con tapa abierta 00000000000000000000000000"

)igura @ 5enterol elctrico 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000"

)igura *rototipo armado 00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000K

)igura Implementos para reali4ar las pruebas del %orno 0000000000000000000000000000000N


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+

)igura F Termmetro anlogo para altas temperaturas 0000000000000000000000000000000000000N

)igura " orno encendido con .lujo semi laminar ' llama de color a4ul 00000000O)igura K *letina de cobre ' crisol 000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000F!

)igura N ;obre al rojo &i&o 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000F!

)igura O ;obre parcialmente .undido 000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000F!

)igura J ;olado del cobre .undido en molde0000000000000000000000000000000000000000000000000000F@

)igura ! ;risol con aluminio en estado semi slido 00000000000000000000000000000000000000000F@

)igura @ )undicin de Aluminio 00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000F@

)igura $iagrama del comportamiento trmico en el interior del %orno 0000000F

)igura $iagrama del comportamiento trmico en las paredes del %orno 00000FF

Tabla @ *ruebas encendido del quemador 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000O

Tabla *ruebas del comportamiento trmico del %orno 000000000000000000000000000000000000J

Tabla Temperaturas en las paredes del %orno 00000000000000000000000000000000000000000000000000F


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DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN HORNO DE CRISOL

PARA FUNDICIN UTILIZANDO GAS NATURAL

ANTECEDENTES

En &ista que la carrera de Ingeniera Mecnica de la 1ni&ersidad San

)rancisco de Quito est en pleno crecimiento( sus metas inmediatas son brindar

una ense,an4a de calidad a los estudiantes( integrando los conocimientos tericos

con e+periencias prcticas en laboratorios( para tener un contacto ms cercano con

el procesamiento de los materiales( procesos energticos( tecnolgicos ' de

intercambio trmico0

Es as como la propuesta de dise,ar el prototipo de un %orno industrial para la

.undicin de metales no .errosos por medio de gas natural( apo'ar al crecimiento de

los laboratorios de la 1ni&ersidad San )rancisco de Quito0

*USTIFICACI+N DE) ,RO-ECTO

;onsiderando que( una de las principales .unciones de la 1ni&ersidad San

)rancisco de Quito es la in&estigacin dentro de los di.erentes mbitos de

.ormacin pro.esional( el dise,o ' construccin de un prototipo de %orno para

.undicin contribuir a la implementacin de un laboratorio de materiales '

manu.actura( que permitir la incursin en la in&estigacin del desarrollo de

aleaciones de metales0


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O(*ETIVO &ENERA) DE) ,RO-ECTO

El objetivo general del proyecto es el diseo y

construccin de un prototipo de horno para la fundicin

de metales no ferrosos, utilizando un hogar y crisol

calentados mediante un sistema de combustin con gas

natural impulsado por flujo de aire. El horno se

encuentra provisto de un mecanismo de proteccin para

la fundicin mediante una tapa removible.

O(*ETIVOS ES,EC.FICOS

Aplicar los conocimientos de diseo, transferencia

de calor, mecanismos y proyectos en la

construccin de un prototipo integrado.

Equipar al laboratorio de procesamiento de

materiales y manufactura de la Universidad San

Francisco de Quito

Permitir la investigacin y desarrollo de los metales

y aleaciones no ferrosas.

'ETAS DE) ,RO-ECTO

Poner prctica los conocimientos tericos de las

materias relacionadas a este proyecto.


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Brindar la oportunidad al estudiante de poder

interactuar en proyectos industriales de desarrollo

nacional.


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INTRODUCCIN

Los hornos industriales han contribuido de gran forma

para el desarrollo de la humanidad, su utilizacin dentro

de reas como son la ciencia y tecnologa,

investigaciones cientficas e industria en general precisan

de ellos para realizar tratamientos trmicos, fundicin y

aleaciones de diversos materiales. Estos procesos

marcan el camino para el desarrollo de los pueblos, as

mismo presenta una fuente de trabajo en diversas reas

como son la metalmecnica, automotriz, la construccin

artesanal entre otras.

Los hornos son utilizados como fuente de obtencin

de temperaturas elevadas en la mayora de los metales

para operaciones de forja, estampacin, extrusin,

laminacin y tratamientos trmicos. Y con temperaturas

an ms elevadas se logra fundir los metales y eliminar

la acritud1de los mismos.

@

Acritud0: Modi.icacin de las propiedades metlicas que numerosos metales su.ren cuando sonsometidos a de.ormaciones permanentes en el que el retculo cristalino no tenga tendencia aregenerarse0


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FUNDAMENTOS TERICOS

,RINCI,IOS (/SICOS DE 0ORNOS INDUSTRIA)ES DE CO'(USTI+N1

7a operacin de los %ornos industriales deri&a su utili4acin por medio .actores

como son el objeti&o del proceso de calentamiento( la naturale4a de transmisin de

energa( la .orma de calentamiento ' el mtodo de manipulacin del material a tra&s

del %orno0

7a .usin de los metales se logra mediante el uso de %ornos industriales de

combustin de combustible o mediante el uso de otro tipo de %ornos que utili4an la

con&ersin de energa elctrica en calor0

FUNCIONA'IENTO DE 0ORNOS INDUSTRIA)ES DE CO'(USTI+N1

El principio de .uncionamiento de un %orno de combustin tiene .actores

determinantes para su dise,o( basados en poseer un recipiente rectangular o

cilndrico construido de pie4as re.ractarias unidas con pie4as de acero estructural(

por otro lado( el aire de combustin ' combustible debe penetrar a tra&s de

aberturas de la pared mediante aspiracin ejercida en el %orno( el calor de los

productos de combustin es transmitido al material calentado con el que estn en

contacto directo por con&eccin ' radiacin directa desde los gases calientes ' por

re.le+in desde las paredes calientes del %orno( los gases de escape se liberan

mediante una c%imenea ad'acente0 El dise,o debe en.ocarse a tener un costo global

mnimo en construccin( mantenimiento ' combustible para un tiempo de ser&icio

pro'ectado0 El dise,o trmico del %orno de combustin pueden ser mejoradas por

medio aislantes trmicos e+ternos o reconstitu'endo las paredes con materiales de

mejor conducti&idad trmica ut4 @"@N0


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E)E'ENTOS CONSTRUCTIVOS DE )OS 0ORNOS DE CO'(USTI+N1

7a parte principal de cada %orno es el lugar de trabajo( donde se e.ectUa el

proceso deseado0 Entre los principales componentes que presenta un %orno decombustin &er .igura @( se %alla la b&eda o cmara de combustin( las paredes '

la solera o crisol( construidas de materiales re.ractarios ' termo:aislantes( una

c%imenea para la eliminacin de los productos de combustin ' una ca,era para

suministrar el combustible lquido o gaseoso( el cual est pro&isto de accesorios de

control de regulacin ' paso Vagano.. F0

)ig0 @ : ;omponentes bsicos de un %orno a combustin

Soler!1

Solera es la parte del %orno sobre la cual se dispone el metal .undido o los

artculos a caldearse0 ;omo soporta la carga del material( debe ser

su.icientemente slida( impermeable para el metal lquido( material &treo '

escorias( ' qumicamente estable respecto a estas Ultimas0"0

,!redes1

7as paredes rodean la 4ona de trabajo del %orno0 /eneralmente ellas

mantienen la b&eda0 $eben proteger la 4ona de la prdida de calor( no permitir el

*ared

Solera

;%imenea

3&eda

;a,era


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escape de los gases de %ogar ni succin del aire de la atms.era %acia el interior del

%orno0 7a cara ms importante de las paredes es la interior0 $ebe ser pareja( limpia(

tener juntas delgadas0 Se %acen con ladrillos enteros ' sanos K0

(2ed!1

7a b&eda es una de las partes ms crticas del %orno0 /eneralmente soporta

temperaturas mu' altas ' se calienta muc%o0 *ara la construccin de la b&eda se

necesita un enco.rado0 *ara disminuir las prdidas de calor en los %ornos de bajas

temperaturas( sobre la b&eda se &ierte una capa de material aislante N( es

aconsejable utili4ar cemento re.ractario o alguna me4cla con baja conducti&idad

trmica0

'!3oster4! de l!drillos1

7a mampostera debe asegurar la estabilidad constructi&a ' la

%ermeticidad de la 4ona de trabajo0 $ebe ser pre&ista la dilatacin de sus partes

determinadas( dado que no se calientan en .orma uni.orme ' su integridad

despus de caldeos ' en.riamientos repetidos alternadamente J0

Es5ueleto 3et6lico1

Se llama esqueleto la estructura metlica que sujeta todas las partes del %orno

' absorbe los es.uer4os que se originan en la mampostera tanto durante su ejercicio(

como posteriormente en los procesos de su trabajo0 El esqueleto transmite estos es:

.uer4os a los cimientos0 7as partes del esqueleto se apro&ec%an tambin para montar

sobre ellas los accesorios del %orno( como marcos( tapas( mec%eros( toberas( etc0

@


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Resistenci! !l "ue$o1

Esta propiedad indica la capacidad del material de resistir al .uego directo(

sin derretirse( sin quebrarse( soportando temperaturas mu' altas @0

Est!7ilid!d t8r3ic!1

Es la capacidad del material de resistir repetidamente &arios embates de

temperaturas altas( sin resquebrajarse @0

Solide#1

Es la capacidad del objeto de resistir sin modi.icarse las cargas mecnicas

que tiene que soportar en las condiciones de trabajo0 7a solide4 mecnica de los

re.ractarios a la temperatura interior es muc%o ma'or que las cargas originadas en la

mampostera del %orno0 7a solide4 mecnica del re.ractario depende no solamente

de la naturale4a del material que est .abricado( sino tambin de su estructura

densidad( estructura de sus granos( etc0 @F0

Resistenci! ! escori!s1

;omprende la propiedad de los re.ractarios de resistir la accin de escorias

recalentadas %asta el estado lquido0 Ella depende de la composicin mineralgica '

de la estructura porosidad( agrietamiento( etc0 del re.ractario0 ;uando las escorias

son cidas( los re.ractarios deben ser cidos tambinW cuando aqullas son alcalinas(

tambin lo deben ser los re.ractarios0 Ello se debe a que los +idos ' las bases

.orman siempre combinaciones .cilmente .usionables0

Cl!si"ic!cin de re"r!ct!rios1

7a clasi.icacin de los re.ractarios se %ace en base en sus cualidades como es el

grado de resistencia al .uego( composicin qumico:mineral( tecnologa ' el mtodo


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'!teri!les ter3o!isl!ntes

*ara el aislamiento trmico se emplean en los %ornos di.erentes tipos de

materiales con baja conducti&idad trmica pol&os de relleno( algodn de escorias o

&idrolana( .ibrocermica ' otros materiales0

El aislamiento trmico del prototipo est constituido por una manta de .ibra

cermica resistente( de poco peso ' .le+ible a la .orma del %orno ideal para la

aplicacin del prototipo0

En nuestro mercado nacional se lo encuentra con el nombre de Manta

Durablanket( su .abricante la empresa 16I)RAL 3rasil 7tda0( suministrado por el

centro industrial 87A 77A5E S0A90

;omo %ace re.erencia el catlogo in.ormati&o de 16I)RAL( la Manta

Durablanket es un aislante re.ractario con propiedades trmicas ideales para el uso

requerido( entre las cuales se pondera la baja conducti&idad trmica( alta re.le+in de

calor( baja densidad( li&iana( e+celente resistencia al c%oque trmico( aplicada

principalmente en re&estimientos de %ornos ' calderas( aislamiento de tuberas de

&apor ' gas( sistemas remo&ible para ali&io de tensiones0

*ara el recubrimiento interno ' mampostera de los ladrillos re.ractarios se

utili4 cemento con propiedades re.ractarias de marca ;B6;RAL a'udando a

mantener la estructura del %orno ' la e+pansin de que e+perimentan las paredes por

la dilatacin trmica( Este material termoaislante es suministrado por el pro&eedor

87A 77A5E S0A090


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DISEO TRMICO Y MECNICO DEL HORNO

El dise,o del prototipo de %orno de crisol est basado en un %orno casero creado

por $a&id -0 /inger'

( el cual basa su dise,o en un %orno econmico para .undir

metales no .errosos de manera artesanal( .cil ' e.ica40 ;on.ormado este dise,o por

un %orno de crisol( alimentando su combustin por medio de un quemador a gas

natural( de bajo costo ' .cil abastecimiento de repuestos ' nue&o material( &er

.igura 0

)ig0 orno de crisol ' componentes( dise,ado por $0 /inger'

;omo se puede obser&ar en la .igura ( la b&eda o cmara de combustin est

dise,ada por medio de una me4cla casera de material re.ractario compuesto en su

gran porcentaje de arena de slice ' recubierta por un arma4n metlico de acero

para dar la .orma al %orno0

$a&id /inger'0: Escritor del libro Building a Gas Fired Crucible Furnace

5enterol

Quemador a gas

natural

orno


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)ig0 Esquema del %orno de crisol

SISTE'A T9R'ICO DE) ,ROTOTI,O

7os clculos trmicos de trans.erencia de calor sobre sistemas cilndricos '

es.ricos en los que se e+perimentan di.erencias de temperatura en las direcciones

radiales solamente( se reali4an cambiando un sistema unidimensional para calcular

el espesor de las paredes del %orno ' su temperatura terica a lo largo del

re&estimiento0

Simpli.icando el prototipo en base a su dise,o original( se puede considerar al %orno

como un cilindro %ueco( compuesto por &arios materiales en contacto capas ' con

condiciones de .rontera con&ecti&as '( justo como una resistencia elctrica es

asociada con la conduccin de electricidad( una resistencia trmica puede ser

asociada con la conduccin del calor( es decir( e+iste una analoga entre la di.usin

del calor ' la carga elctrica0 *or lo tanto( representaciones a tra&s de circuitos

trmicos pro&een una Util %erramienta para conceptuali4ar ' cuanti.icar problemas

de trans.erencia de calor0

Material re.ractariocomponente Arena deSlice

Arma4n del %orno(material Acero

3&eda


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S.'(O)OS - A(REVIATURAS UTI)I:ADAS1

E Espesor de los re&estimientos m

= ;onducti&idad trmica V Y m Z;

%i ;oe.iciente de con&eccin .or4ada en el interior del %ornoV Y m

Z;

%! ;oe.iciente de con&eccin .or4ada en el e+terior del %ornoV Y m

Z;

q *rdidas de calor por metro V Y m

7 7ongitud terica del cilindro0 m

r@ Radio interior de la cmara de combustin m

r Radio del espesor del cemento re.ractario m

r Radio del espesor del 7adrillo re.ractario m

rF Radio del espesor del Aislamiento cermico m

R Resistencias Trmicas en las di.erentes paredes del %orno

Rci Resistencias trmicas por con&eccin en el interior del %orno Z;YV

Rco Resistencias trmicas por con&eccin en el e+terior del %orno Z;YV

T[@ Temperatura promedio requerida en el interior de la cmara de

combustin del %orno0 Z;

T[ Temperatura promedio ambiente .uera del %orno0Z;

T@ Temperatura en la pared del cemento Re.ractario recubrimiento

mampostera Z;

T Temperatura en la pared del 7adrillo Re.ractario Z;

T Temperatura en la pared del Aislamiento cermico Z;


26/68


27/68

C/)CU)OS T9R'ICOS

7os clculos trmicos se reali4aron en el sistema internacional de unidades0

D!tos;

Te3er!tur! en el interior del horno terior del horno terior del horno1"

7a temperatura Ultima promedio en el interior del %orno es de J!! Z;

!Z;\ K

Ffth

BTU

0Z0

*or medio del .actor de con&ersin a 1nidades S0I0

J!!Z;\ @0K J!!Z;

J!!Z;\ FO0O

Cm

W

0Z

Coe"iciente de conducti2id!d t8r3ic!


28/68

5alores promedios del coe.iciente de conducti&idad para el ladrillo re.ractario @""

ut4

k1=!"#

Cm

W

Z

5alores promedios del coe.iciente del cemento re.ractario utili4ado en la

mampostera ' cubierta de la b&eda del %orno @"" ut40

k$=!"%

Cm

W

Z

El coe.iciente de conducti&idad trmica del aislamiento para la manta de .ibra

cermica con densidad de @O gYm

segUn el catlogo del pro&eedor 16I)RAL

k"=!$&

Cm

W

Z

)ig0 F : $iagrama de Trans.erencia de calor del %orno ' analoga elctrica

hr 0

@

F

r@

%i \FO0OVYmZ;%o\ @0VYmZ;

T@

T

;emento

7adrillo

Aislante

7

r

rF

T] T[

@

ln0

@

r

r

kihr 0

@

@

ln0

@

r

r

k

F

ln0

@

r

r

k

T

T[@ T[

r

RaRc RcRb Rc


29/68

C6lculos

Esesor de l! !red del l!drillo re"r!ct!rio

0itesis @;

El radio interior del cemento re.ractario para el recubrimiento de la b&eda sertomado desde el eje longitudinal del %orno %asta el contacto con el recubrimiento(

con un radio ri\!0@" m( ' un radio e+terior ro\!0@K m0

An!lo$4! el8ctric!

7a analoga trmica para las condiciones de bordes en los e+tremos est dada por la

.rmula @" Monrique

hr(c

000

@

=

@

7a analoga trmica para las resistencias trmicas en las paredes est dada por la

.rmula

@K Monrique

=

eri'r

e)teri'r

r

r*n

k(

int

0000

@

1tili4ando la .ormula @ para calcular la analoga trmica en los e+tremos

obtenemos

''

ii

hr(c

hr(c

000

@

000@

@

=

=

7a resistencia trmica para la pared del cemento re.ractario utili4ando la .rmula

es

=

i

'

rr*n

k( 0

000@

@


30/68

7a resistencia equi&alente est dad por la sumatoria de las resistencias en la .rmula

= t+rmic'circuit'asresistenci(t

(t = !1""W

CmZ

,8rdid!s de c!lor

Mediante la analoga trmica cuando el %orno est recubierto Unicamente con el

cemento re.ractario emporado se utili4a la .rmula de prdidas de calor @K

Monrique

( )

t(

TT, @

=

F

1tili4ando la .rmula F obtenemos la siguiente prdida de calor

, = #!%#$ ) 1"

m

W

0itesis

*ara el espesor del la pared del ladrillo re.ractario( con un reduccin de la prdida de

calor del "X

Tenemos

,- = !#%,

,- = .!$#% ) 1" m

W

Tomando en cuenta Unicamente las resistencias trmicas del cemento re.ractario '

de la pelcula e+terior tenemos la siguiente e+presin de prdidas de calor


31/68

( )

'' hrcr

rc*n

k

TT,

000

@0

00

@^

@

@

+

=

"

$onde rces el radio del espesor del ladrillo que se quiere encontrar

$espejando de la ecuacin " rcobtenemos

rc" = !$$ m

Encontrando el espesor del re&estimiento de la cmara del %orno .ormada por los

ladrillos re.ractarios

/"= rc"0 r'

/"= !# m

Esesor de l! !red del !isl!3iento de "i7r! cer63ic! (Manta Durablanket)

0itesis B;

El radio interior del ladrillo re.ractario para el recubrimiento de la b&eda ser

tomado desde el eje longitudinal del %orno %asta el contacto con el ladrillo( con un

radio ri\!0@K m ' un radio e+terior igual al radio encontrado en la %iptesis anterior

ro \ rc" = !0 m

An!lo$4! el8ctric!

1tili4ando la .ormula @ para calcular la analoga trmica en los e+tremos

obtenemos

''

'

ii

i

hr(c

hr(c

000

@

000@

=

=

7a resistencia trmica para la pared del ladrillo re.ractario utili4ando la .rmula

es

=

i

'

rr*n

k( 0

000@


32/68

7a resistencia equi&alente esta calculada mediante la .rmula

(t = !$#&W

CmZ

,8rdid!s de c!lor

Mediante la analoga trmica cuando el %orno est recubierto Unicamente con el

ladrillo re.ractario pared se utili4a la .rmula de prdidas de calor F obteniendo

, = $!1"$ ) 1" m

W

0itesis

*ara el espesor del la pared del aislante trmico Manta Durablanket2( con un

reduccin de la prdida de calor del !X

Tenemos

,- = !&,

,- = 1!.3$ ) 1" m

W

Tomando en cuenta Unicamente las resistencias trmicas del ladrillo re.ractario ' la

pelcula e+terior tenemos la siguiente e+presin de prdidas de calor

( )

'c'

c

hrr

r*n

k

TT,

000

@0

00

@^

F

F

@

+

=

K

$onde rcFes el radio del espesor del aislamiento de la .ibra cermica que se quiere

encontrar ' tomando la temperatura inicial re.erencial de las %iptesis @ ' para la

reduccin de la prdida en un "X ( T[@\ K!! Z;

$espejando de la ecuacin K rcFobtenemos

rc. = !"3 m


33/68


34/68

En donde Rci ' Rco( son las resistencias por con&eccin en los e+tremos del %orno

interno ' e+terno

7a resistencia trmica para las di.erentes paredes de las tres capas que con.orman en

%orno est dada utili4ando la .rmula N esResistencia trmica del cemento re.ractario Ra

=

@

0000

@

r

r*n

*k(a

Resistencia trmica del ladrillo re.ractario Rb

=

@

0000

@

r

r*n

*k(

b

Resistencia trmica del aislamiento trmico Rc

=

F

0000

@

r

r*n

*k(c

7a resistencia equi&alente est dada por la sumatoria de las resistencias en .rmula

'cbait

(c((((c( ++++=

J

$ando como resultado la Resistencia equi&alente para todo el circuito trmico

(t = 1!$%1W

CZ

,8rdid!s de c!lor

Mediante la analoga trmica cuando el %orno est recubierto por las tres capas se

utili4a la ecuacin de prdidas de calor F( dndonos un resultado

m

W,t KFF0KJ"=

Te3er!tur!s en l!s suer"icies de los re2esti3ientos del horno


35/68

7a re.erencia sobre las di.erentes temperaturas encontradas se encuentra en la .igura

F0

Temperatura en la pared del cemento re.ractario s

T1= T510,t(a

T1= 6%.!#" 7C

Temperatura en la pared del ladrillo re.ractario

T$=T10,t(b

T$= #"#!33 7C

Temperatura en la pared del aislante .ibra cermica

T"=T$0,t(c

T"= 11%!$3 7C

C6lculo de l! conducti2id!d t8r3ic! en l! t!! del horno

D!tos

6ota *ara los clculos de la conducti&idad trmica de la tapa del %orno se toman las

condiciones tericas originales impuestas en los clculos anteriores sobre

coe.icientes trmicos de los materiales utili4ados( coe.icientes de trans.erencia de

calor con&ecti&a del aire( temperaturas interiores ' e+teriores0

El re&estimiento interno de la tapa del %orno estar compuesto por una capa de

cemento re.ractario C89C(:;' la manta aislanteDU(:B*:9


36/68

An!lo$4! el8ctric!

0itesis ;

7a analoga trmica para las condiciones de bordes en los e+tremos est dado por la.rmula

h:(c

0

@=

@!

donde:es el rea de conducti&idad ' hes el coe.iciente de trans.erencia de

calor del aire

7a analoga trmica para las resistencias trmicas en las paredes est dada por la

.rmula

k:

/(

0=

@@

donde:es el rea de conducti&idad ' kes el coe.iciente de conducti&idad

trmica de los materiales0

;alculando las ecuaciones @! ' @@ respecti&amente ' utili4ando su resultante

re.erida en la ecuacin obtenemos la siguiente resistencia trmica resultante

(t=#!#6"W

CZ

,8rdid!s de c!lor

Mediante la analoga trmica cuando el %orno est recubierto por las dos capas se

utili4a la ecuacin de prdidas de calor F( dndonos un resultado

@N0@!=t, V

Te3er!tur!s en l!s suer"icies de los re2esti3ientos de l! t!!


37/68

Temperatura en la pared del cemento re.ractario

T1= T51 0 ,t(c1

En donde T]@es la temperatura en el interior de la b&eda del %orno( qt es la

prdida de calor total del circuito ' Rci la resistencia trmica determinada por elcoe.iciente de trans.erencia de calor del aire en el interior del %orno0

T1= 6&%!&6 7C

Temperatura en la pared interna del aislante trmico .ibra cermica

T$=T1 0 ,t($

En donde T@es la temperatura en el la pared del cemento re.ractario( q t es la

prdida de calor total del circuito ' R la resistencia trmica determinada por el

coe.iciente de conducti&idad trmica del aire aislante trmico( obteniendo

T$= 133!$% 7C

Temperatura en la pared e+terna del aislante trmico .ibra cermica

T"=T5$,t(C'

En donde T[es la temperatura en el e+terior de la tapa del %orno( qt es la

prdida de calor total del circuito ' Rco la resistencia trmica determinada por el

coe.iciente de trans.erencia de calor del aire en el e+terior del %orno0

T\ @J0KO Z;

C/)CU)OS DE) DISEO 'EC/NICO DE )A TA,A DE) 0ORNO

7a apertura ' cierre de la tapa del %orno se basa en .actores determinantes

como son el uso continuo en un prototipo acadmico ' de in&estigacin( el .actor de

seguridad para el o los operarios ' la restriccin del peso de la tapa del %orno0

El mecanismo de le&antamiento utili4ado es el de un tornillo : mani&ela(

como se puede obser&ar en la .igura "0


38/68

C6lculos

0itesis @

*ara clculos de dise,o el sistema de tornillo mani&ela se puede simpli.icar

a un diagrama de &iga e+puesta a .le+in0

)ig " : Esquema del mecanismo 8Tornillo Mani&ela9

Di!$r!3! de Cuero )i7re de l! T!!

Mani&ela

Tapa

;uerpo del %orno

Tornillo

m

7

$


39/68

)ig0 K : $iagrama de cuerpo libre de la tapa del %orno

DATOS

*= !" m2

m= % kg2

D= !$% m2

$onde

); es la longitud de la tapa del %orno al eje re.erencial del tornillo( la distancia

re.erencial para el clculo del momento de .le+in es tomada como carga

distribuida0

3; es la masa de la tapa( calculado con un peso promedio de ladrillos re.ractarios de

longitud de !0!N m cada Yuno( con un peso apro+imado de @0O g por ladrillo0

D; es el dimetro %ipottico con el que se basa el dise,o del tornillo0

';es el momento ejercido por el peso de la tapa en el eje del tornillo

C6lculo del 'o3ento de "le>in

)uer4a de carga

F= mg

$ondeg es la gra&edad en SI J0O@ mYs' m es el peso promedio de la tapa

F=% s$2

F= .3!% 9

M

)


40/68


41/68


42/68

E.ecto $imensional

*ara dimetro O mm CtamaE'\@

E.ecto Temnperatura

*ara temperatura F"! Z; Ctemeratura\@

teric')

atemeraturtamaE'acacer' CCCF

arg=

7os .actores de correccin para el dise,o del tornillo a las condiciones planteadas

estn por debajo de los rangos m+imos ' no a.ectan en el clculo del .actor de

seguridad0

F"0

J0J"

"

=

=

F

MAa

MAaF


43/68

CONSTRUCCIN DEL PROTOTIPO

CONSTRUCCI+N DE) ESQUE)ETO 'ET/)ICO - TA,A

Es5ueleto 'et6lico1H *ara la elaboracin del esqueleto tubular( se seleccion

planc%as de acero estructural con un espesor de mm( por medio de un

proceso de barolado se le dio la .orma requerida0

)ig0 N ;onjunto del esqueleto metlico del %orno

T!! del 0orno1HSe constru'e la tapa del %orno de la misma .orma que el cuerpo

central( &er .igura O0

)ig0 O : Tapa del %orno

Tapa metlica del orno3arolada ' soldada

Tapa e+terior del%orno

Esqueleto Metlicobarolado ' soldado

3ase metlica deasentamiento del %orno

Tapa metlica


44/68

7a tapa in.erior del %orno est soldada a la c%imenea ' sujeta mediante

pernos para su .cil limpie4a interna ' mantenimiento de la .ibra aislante(

como podemos obser&ar en la .igura J0

)ig0 J ;onjunto tapa del %orno

CONSTRUCCI+N DE) SISTE'A DE E)EVACI+N 'EC/NICA DE )A

TA,A

Se maquina el eje del tornillo( segUn especi.icaciones del dise,o trmico '

mecnico( constru'endo una camisa para alojar el eje tornillo como se ilustra en

la .igura @!0

)ig0 @! ;onstruccin del eje tornillo

El ensamble de las camisas estn unidas al cuerpo central ' a la tapa del %orno

mediante suelda autgena0 *or medio de rodamientos internos ' c%umacera de

pared se logra ali&iar las tensiones a+iales ' longitudinales que ejerce el peso de

la tapa en el tornillo0 $e la misma manera estos rodamientos .acilitan el sistema

mecnico de apertura cierre ' el &olteo de la tapa( &er .igura @@

;uerpo de la tapa

*intura para altastemperaturas

Tapa in.eriorsoldada a lac%imenea


45/68

)ig0@@0 ;onstruccin de camisa( buje para el alojamiento del tornillo

CONSTRUCCI+N DE )A (+VEDA DE) 0ORNO

7a b&eda del %orno est construida en su parte e+puesta a la combustin del gas por

una pared de ladrillos re.ractarios cortados a medida de dise,o trmico( &er .igura

@( los ladrillos sern colocados ' asegurados en la estructura metlica cuerpo del

%orno0

)ig0 @ : *ared de ladrillos re.ractarios

*ara la .ac%ada interna se enluci las paredes con una pasta de cemento

re.ractario( el cual permite una menor prdida de calor entre ladrillos ' mantiene una

Tapa del %orno

;amisa del tornillo

;uerpo del %orno

3uje del tornillo

Tornillo del

sistema deele&acin

7adrillore.ractario

Tapa de acerodonde asienta lacmara decombustin

;risol de gra.ito


46/68

sola estructura rgida de las paredes ' suelo de la cmara de combustin &er .igura

@0

)ig0 @ : 3&eda del %orno

El piso del %orno est recubierto por .ibra cermica Manta Durablanket(

una tapa de acero como se obser&a en la .igura @0 El asentamiento del ladrillo( el

cual sir&e de piso de la b&eda es recubierto de cemento re.ractario &er .iguras @F '

@"0

Bri.icio alojamientoTermmetro

;emento re.ractario derecubrimiento

Manta aislante trmica$urablan=et

Bri.icio alojamientodel tubo decombustin

3ase de gra.ito paraasentamiento delcrisol

Mampostera 'enlucido de la paredde la b&eda

/uas deasentamiento de latapa de acero piso

Estructura metlica delcuerpo del %orno


47/68

)ig0 @F : *iso del %orno )ig0 @" : ;onstruccin de b&eda del %orno

*ara el aislamiento de la tapa del %orno se utili4 .ibra cermica recubierta

por una pasta que a'uda a .ijar la .ibra de contacto con el calor directo0 Tambin se

adjunt una capa de cemento re.ractario en la tapa in.erior la cual tiene el ma'or

contacto con el calor de la combustin &er .iguras @K ' @N0

)ig0 @K : ;onstruccin del aislamiento trmico de la tapa del orno

;%imenea de escapede gases0

;emento re.ractario

Tapa in.erior

;apas de .ibra decermica que se alojanen el interior de laTapa del orno


48/68


49/68

CONSTRUCCI+N DE) QUE'ADOR DE &AS NATURA)

El sistema de quemador utili4ado es denominado quemador sellado

mecnico( caracteri4ado por no poseer entradas intencionales de aire libre alrededor

de la tobera0 El .lujo de entrada de aire es controlado por un &entilador de in'eccin&enterol que impulsa el aire a tra&s de la caja de aire0 Este tipo de quemador suele

tener una ma'or cada de presin del aire en la tobera( de modo que la &elocidad del

aire es ma'or ' por tanto se produce una mejor me4cla ' el control de la

con.iguracin de la .lama0 5er .iguras @J( ! ' @0

)ig0@J : *ruebas del quemador aire combustible

El &enterol es utili4ado para generar una mejor combustin en la b&eda del

%orno( puesto que( utili4ando Unicamente la combustin del gas natural no se

tendran las condiciones deseadas para generar el .uncionamiento del prototipo a

temperaturas ma'ores de J!! Z;( por este moti&o es justi.icado alimentar de

manera arti.icial por medio de un &enterol la combustin de la cmara0

*or otro lado el %orno .unciona como una cmara cerrada ' el &enterol es el

elemento que suministra el o+geno para mantener la combustin0

Tobera delquemador

5enterol elctrico

;ombustiblegas natural

;ombustinaire gas(

llama a4ul


50/68

)ig0 ! : *ruebas del quemador en el %orno con tapa abierta

)ig0 @ : 5enterol elctrico

En la .igura se puede obser&ar el prototipo armado en condiciones de

.uncionamiento tapa cerrada( el prototipo tiene un peso apro+imado de @"! g0

)ig0 : *rototipo armado

;ombustin gasnatural ' airesuministrado por&enterol( llama enespiral con laconser&acin de lamisma en elalojamiento del cuerpocentral

Entrada decombustible

Entrada de aire

Tobera delquemador

Regulador deentrada de gas

5l&ulareguladora de

presin del gas

Tapa

;%imenea

;uerpo central

Mani&ela

Tornillo

Ruedas

5enterol


51/68

PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO DEL PROTOTIPO

I',)E'ENTOS

*ara la reali4acin de las pruebas del prototipo en condiciones controladas se

cont con las siguientes implementos de seguridad ' medicin

In.raestructura

;uarto cubierto de m de alto apro+imadamente0

Aireacin no controlada0

Implementos de seguridad

/uantes trmicos cuero0

/a.as ' mscara protectora0

Mandil de tela gruesa0

Tanque de gas propano con &l&ula de seguridad0

;risoles de gra.ito0

*in4as para crisol0

Implementos de medicin

Termmetro anlogo para temperaturas de rango de .uncionamiento !:N!!

Z;0

*istola Trmica digital( rango de .uncionamiento !:@!! Z;0

3alan4as0

;ronmetro

)le+metro

En las .iguras ' F se aprecia los implementos utili4ados para reali4ar las

pruebas del prototipo0


52/68

)ig0 : Implementos para reali4ar las pruebas del %orno

)ig0 F : Termmetro anlogo para altas temperaturas

,RUE(AS DE CO',ORTA'IENTO DE) ,ROTOTI,O

7as pruebas se reali4aron en condiciones controladas mediante

e+perimentacin ' tabulacin de datos0

,rue7! de resin de $!s ti3! del encendido del 5ue3!dor

*ara determinar la presin mnima que se requiere para la .lama dentro de la

b&eda del %orno( se e.ectu &arios intentos e+perimentales mediante la &ariacin de

la presin de entrada al quemador0

7os resultados obtenidos se indican en la siguiente tabla

;risoles

*istola trmica

/uantes

Mscaraprotectora

*in4a paracrisol

;amisa deltermmetro

Termmetro


53/68

Tie3o,resin

&!sTe31

E>teriorTe31

interior Te31 Condicioneshorno horno Chi3ene!


54/68

Tabla 1. Pruebas encendido del quemador

El comportamiento del encendido del horno a bajas

presiones del gas se estabiliza a una presin mnima de

0.5 Bar, condicin en la cual permite suministrar oxgeno

con el aire impulsado por el venterol. Es decir que para

iniciar el funcionamiento del horno es necesario disponer

mnimo de la presin antes indicada, logrando estabilizar

la llama de color azulada y con flujo semi laminar en

forma de espiral como nos muestra la figura 25. La

vlvula de control del flujo del gas tiene un apertura

ptima de de vuelta.

)ig0 " orno encendido con .lujo semi laminar ' llama de color a4ul

,rue7!s de co3ort!3iento t8r3ico del horno

7as pruebas del comportamiento trmico del %orno se reali4aron a

condiciones ptimas encontradas en el anlisis e+perimental de encendido citado

anteriormente0


55/68

Teniendo una presin del gas de @ 3ar( la &l&ula de apertura de gas a de

&uelta ' la &entana de succin de aire del &enterol cerrada( se midieron las

temperaturas alcan4adas en las di.erentes paredes del %orno para comparar el la

di.erencia de temperatura terica impuesto en el dise,o ' la prctica obtenido en laspruebas0

Tie3oTe31

E>teriorTe31

interiorTe31

e>terior Te31Te31

interiorTe31

e>terior Condicioneshorno horno t!! Chi3ene! )!drillo )!drillo


56/68

)ig0 K *letina de cobre ' crisol

En la .igura N se obser&a el material cobre en estado slido a una

temperatura apro+imada de J!! Z;( temperatura a la cual se inicia la trans.ormacin

de estado slida a lquido0 En la .igura O se puede apreciar el estado del metal a

punto de .undirse( despus de ! minutos en contacto con la .lama( obser&ndose

que el cobre est en estado lquido a una temperatura apro+imada de @@!! Z;

Temperatura de .usin del cobre @!O! Z;0

)ig0 N ;obre al rojo &i&o )ig0 O : ;obre parcialmente

.undido

El colado de la .undicin se reali4 en un molde de acero para lograr una

.orma de pastilla( como se obser&a en la .igura J0


57/68


58/68

ANLISIS DEL COMPORTAMIENTO TRMICO DEL HORNO

;on los datos recopilados durante las pruebas se reali4aron los siguientes

anlisis del comportamiento trmico del %orno0

TE',ERATURA DE O,ERACI+N DE) 0ORNO

7as temperaturas en el interior del %orno siguen la con.iguracin de la cur&a

que se indica en la .igura ( la tendencia del incremento de temperatura &ara desde

un campo de subida rpida durante los primeros minutos de operacin para luego

e+perimentar una estabilidad de incremento paulatino %asta llegar a los @!! Z;0

Te3er!tur! intern! del horno 2s1 Tie3o de "uncion!3iento

!

!!

F!!

K!!

O!!

@!!!

@!!

@F!!

! " @! @" ! " E! E" F! F" "! "" K!

t (min)

T

(C)

)ig0 $iagrama del comportamiento trmico en el interior del %orno


59/68

AN/)ISIS DE )A DIFERENCIA DE TE',ERATURAS EN )AS ,AREDES

7os datos constantes en la tabla describen la &ariacin de temperatura en las

di.erentes paredes constituti&as del %orno( como son la pared interior del ladrillo

re.ractario( la pared e+terior de dic%o ladrillo( la pared e+terior del %orno0

Te31E>terior

Te31E>terior

Te31interior

Di"erenci! deTe3er!tur! en el

l!drillo

Di"erenci! deTe3er!tur! en l!

3!nt!

0 orno )!drillo 0orno re"r!ct!rio !isl!nte


60/68

Te3er!tur! en l!s !redes del horno 2s1 tie3o

!

!!

F!!

K!!

O!!

@!!!

@!!

@F!!

t (min)

T

(C)

Temp0 e+ter ior Temp0 Manta Temp0 Interior ladr illo

)ig0 $iagrama del comportamiento trmico en las paredes del %orno

ERRORES ,ORCENTUA)ES DE )A DIFERENCIA DE TE',ERATURAS

7os errores porcentuales son re.eridos a los datos impuestos en las %iptesis

' F sobre la reduccin de las prdidas de calor para el ladrillo re.ractario ' para la

manta .ibra cermica( a temperaturas de re.erencia interna del %orno de@!!!Z; '

e+terna del %orno

! Z;( comparados con los datos e+perimentales de la tabla a una temperatura del

%orno del @! Z; ' e+terior de ! Z;0

*ara el ladrillo re.ractario

XO0@

K"O0K"K"@!!

@!!

Z@!!!

Z@!!!

e+pZ@!!!

=

=

=

C

C

terica

erimentalterica

C

e

e

T

TTe

*ara la .ibra cermica


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XJ0@

N!

F0O"N!@!!

@!!

Z@!!!

Z@!!!

e+pZ@!!!

=

=

=

C

C

terica

erimentalterica

C

e

e

TTe

7os &alores de los errores porcentuales pueden deberse a las condiciones de

medicin tericas de los datos de la conducti&idad trmica de los materiales

utili4ados ' al dise,o trmico unidimensional sobre la condicin trmica real

tridimensional que presenta el prototipo0 En todo caso( los &alores e+perimentales

obtenidos presentan un ma'or porcentaje de di.erencias de temperaturas .rente a los

esperados segUn %iptesis de dise,o( por ende el %orno presenta una ma'or

e.iciencia prctica que lo esperado0


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ANLISIS DE COSTOS DEL PROTOTIPO

7os costos de materiales ' equipos empleados en la construccin del prototipo

corresponden al detalle indicado en la siguiente tabla0 7os costos de .abricacin de

%ornos con pro'eccin comercial pueden mejorarse( con la optimi4acin del uso de

los materiales0

Costos de "!7ric!cin del rototioC!ntid!d Descricin ,recio unit!rio ,recio tot!l

@ ;risol K ilos N(@ N(@

F! 7adrillo re.ractario @(KN KK(O

@ 5enterol elctrico @@!&0 J(KO J(KO@ 5l&ula reguladora de presin F F

@ 5l&ula .lujo de gas @N @N

@ Tanque de gas F F

@ Quemador ! !

@ Termocupla con indicador !! !!

@ Manta aislante $1RA37A6ET NO NOF *er.iles angulares de acero !+!+!( (" @F

@ *lanc%a de Acero mm espesor F! F!

@ 3arra de acero AISI @!! " "F Rodamientos (" @!@ ;%umacera de pared F F

F Ruedas (" @!

@ Material para soldar " g " "

@ Mecani4ado planc%a barolado ! !

@ Mecani4ado mecanismo ele&acin tapa "! "!

@ Soldadura mano de obra "! "!

*intura para altas temperatura F @

Total 836,61


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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONC)USIONES

1. El costo de produccin en serie del prototipo est al

alcance para aplicaciones artesanales e investigativas,

en virtud de que la construccin unitaria experimental

no tiene costos excesivos.

2. El prototipo debe funcionar obligatoriamente con un

flujo de aire para suministrar el oxgeno para una

combustin ptima.

3. Para tener temperaturas controladas menores a 700C

es necesario controlar el flujo de aire predeterminado

en el venterol.

4. Para temperaturas comprendidas entre 700 y 900 C,

el flujo de aire constante es suministrado con una

abertura del 25% de la ventana de succin del

venterol.

5. Para temperaturas mayores a 900C es necesario

abrir la ventana de succin del venterol entre el 50 y el

75 %.


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6. La presin optima de presin del gas es de 1 Bar.

7. Con un dimetro del orificio de evacuacin de 30 mm,

el horno tiende a apagarse, por lo que, el dimetro del

orificio de evacuacin fue diseado y construido en 50

mm.

8. La temperatura mxima en el exterior del horno

asciende hasta los 40 C cuando el horno en su

interior tiene aproximadamente 1000C, lo cual

corrobora los datos de diseo tericos.

9. Dentro del horno el gradiente de temperatura entre la

cara interior del ladrillo refractario tiene una reduccin

de temperatura de un 69%, las diferencias de

temperaturas a travs de la fibra de aislamiento tiene

una reduccin aproximada del 80 %, lo que quiere

decir que el sistema de aislamiento utilizado

concuerda con las exigencias tericas.

10. La emisin de calor a travs del ducto de la

chimenea se disipa a una altura de 1.5 m sobre el filo

de la chimenea a una temperatura promedio de 40 C,


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lo cual indica que el horno puede funcionar en

ambientes con una altura de techo hasta de 3 metros

de altura. En todo caso la recomendacin es ubicar al

horno en un ambiente que tenga una ventilacin

media.

RECO'ENDACIONES1H

@0 Se recomienda trabajar por lo menos con dos personas adiestradas( para la

utili4acin del prototipo0

0 7le&ar ropa ' 4apatos adecuados para trabajos de laboratorio0

a0 1tili4ar guantes ' mandil

b0 1tili4ar ga.as o mscara protectora0

c0 Tener a la mano e+tintor de incendios0

0 Se debe reali4ar un mantenimiento plani.icado del %orno en las siguientes

partes

a0 5l&ulas de presin

b0 Quemador

c0 ;mara de combustin mampostera de las paredesd0 Sistema de ele&acin de la tapa

e0 Recubrimiento de la tapa aislamiento trmico0

F0 *ara la operacin del %orno es necesario seguir una secuencia descrita

posteriormente( la cual puede constituir un manual preliminar de operacin

aplicablea una .utura comerciali4acin


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a0 conectar el tanque del gas a la manguera de alimentacin ' situarlo a

una distancia prudencial que da la longitud de la manguera0

b0 )ijar en la &l&ula reguladora de presin mnimo !0" 3ar0

c0 Abrir ligeramente la &l&ula de alimentacin del gas ' encender la.lama0

d0 Abrir la &l&ula de alimentacin de gas de &uelta ' encender el

&enterol con la &entana de succin de aire cerrada0

e0 ;olocar el crisol con el material a .undir0

.0 ;errar la tapa ' dejar .uncionar al %orno durante @" minutos para

%omogeni4ar la temperatura interior ' contar el tiempo necesario para

.undir el metal que de acuerdo al proceso e+perimental de pruebas es

de ! minutos para .undir aluminio( ' de F" a "! minutos para .undir

cobre0

g0 ;on el %orno .uncionando abrir la tapa ' e+traer el crisol para el

colado( esto con el propsito de mantener por ms tiempo la

temperatura en el crisol0

%0 *ara apagar el %orno se debe cerrar primeramente la alimentacin del

gas ' luego apagar el &enterol0

i0 ;errar la tapa del %orno ' dejarlo en.riar naturalmente0

"0 *ara mejorar el sistema de .uncionamiento del %orno se debe proponer la

automati4acin del sistema de encendido ' del control de temperatura( as

como el uso de mtodos de adquisicin de datos para las medidas de las

temperaturas en las di.erentes partes constituti&as del %orno0


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