HORNOS INDUSTRIALES

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  Y Los hornos industriales son equipos o dispositivos utilizados en la industria, en los que se calientan las piezas o elementos colocados en su interior por encima de la temperatura ambiente. El objeto de este calentamiento puede ser muy variado, como por ejemplo: ëY |lcanzar la temperatura necesaria para que se produzcan las reacciones químicas para la obtención de un determinado producto. ëY ambios de estado (fusión de los metales y vaporización). ëY |blandar los elementos para una operación de conformado posterior. ëY mratar térmicamente para impartir determinadas propiedades. ëY ÷ecubrir las piezas con otros elementos, operación que se facilita frecuentemente operando a temperatura superior a la del ambiente (vitrificado de los productos cerámicos). c
Y Y

 Y La energía calorífica requerida para el calentamiento de los hornos puede proceder de: 
Y 

Y producidos en la combustión de combustibles sólidos, líquidos o gaseosos que calientan las piezas por contacto directo entre ambos o indirectamente a través de tubos radiantes o intercambiadores en general. c
Y
    en diversas formas: ëY |rco voltaico de corriente alterna o continua ëY Vnducción electromagnética ëY |lta frecuencia en forma de di electricidad o microondas ëY ÷esistencia óhmica directa de las piezas

Ô Y
YcYY Ô ÔY   YY Y

  Y  en el producto, que a su vez pueden dividirse en:   Y
Y

,   Y
Y  Yy   Yc    Y Y

YYYYÔ Y  YY Y

  Y  en el producto como: ëY ÷educción sin fusión ëY ausiones reductoras ëY ‘interización ëY alcinación ëY mostación Este tipo de hornos imparte el calor a la carga para elevar la temperatura de ésta,e produciendo una reacción química o cambio de estado, tal como fusión o vaporización.  

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Y

   cY e acuerdo a los ampos de |plicación:    Y 
 Y   Y
Y  Y   Y
Y
YY  Y
 
Y   Y
Y   Y   Y 
Y  Y   Y   Y Y   Y
Y
 YY  Y


 Y Yc
 Y Los hornos eléctricos son equipos que operan a temperatura superior a la ambiental y que calientan piezas en su interior por acción directa o indirecta del flujo eléctrico, es decir, del movimiento de electrones en el seno de un material.  YÔY 
  Y ëY pueden obtenerse temperaturas muy elevadas hasta de 3500º en algunos tipos de hornos eléctricos. ëY puede controlarse la velocidad de elevación de temperatura, y mantener esta entre límites muy precisos, con regulaciones completamente automáticas. ëY La carga queda por completo libre de contaminación del gas combustible. ëY puede controlarse perfectamente la atmósfera en contacto con la masa fundida, haciéndola oxidante o reductora a voluntad, e incluso en algún tipo de horno puede operarse en vacío. ëY mienen mayor duración los revestimientos que en los demás tipos de hornos. ëY ‘e instalan en espacio reducido. ëY ‘u operación se realiza con mayor higiene que la de los hornos otros tipos. Y  YY     YY Los tipos fundamentales de hornos eléctricos son los que a continuación se indican.  Y  Y
    Y
YY Los hornos eléctricos de arco están formados por una cuba de chapa de acero revestida de material refractario, provista de electrodos de grafito o de carbón amorfo. YYYYYY Y  Y
    Y
Y   Y En los hornos eléctricos de inducción, el calor se genera por corrientes inducidas por una corriente alterna. Las cualidades de los hornos eléctricos de inducción son: ëY ‘u rendimiento es muy elevado, por generarse calor únicamente en la masa metálica a fundir. ëY Las corrientes electromagnéticas que circulan por el metal producen movimientos en la masa fundida, que uniformizan su composición. ëY La temperatura puede regularse con gran precisión.

 

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ëY on estos hornos es posible fundir en vacío ëY Las perdidas por volatilización y oxidación son muy reducidas. ‘e distinguen tres clases de hornos de inducción:   Y

   Y  Y
    Y
Y

 Y  Y
Y  
 Y   Y
 Y Y

Y Y
Y

YY El calentamiento posee energía eléctrica puede realizarse por las siguientes técnicas:

ÔY

 Y
Y

Y  
 Y pueden ser metálicas o no metálicas. ‘e disponen en las paredes laterales, bóveda o solera unos conductores eléctricos a los que se aplica una tensión, operando como resistencias puras. e este modo, se calientan por efecto Joule y emiten calor a la pieza por radiación. Y YYYYYYYYYY Y 

YY   Y ‘e basa en el fenómeno de inducción de corriente alterna en una pieza metálica envuelta en una bobina. El calentamiento de la pieza se debe al efecto Joule.



YYY
   YYY
Y

 Y 
Y En el caso de arco eléctrico, el calor se desprende por paso de la corriente eléctrica entre los electrodos y la carga, alcanzándose temperaturas superiores a 3000 º. Y



Y 
 YY

 Y onsiste en la aplicación directa sobre la pieza de unas mordazas a las que se somete una tensión eléctrica adecuada, generándose calor por efecto Joule. 
Y
 Y    Y El horno de lecho fluidificado contiene un lecho de polvo de material refractario fundido en el que se sumergen las piezas metálicas, calentándose muy rápidamente por conducción. 
Y  Y
    Y

Y
Y 

Y Es el espacio físico donde se calienta la pieza. puede adoptar muchas formas distintas dependiendo del tipo de horno eléctrico, pero en todos ellos se encuentra revestida por un aislante térmico.  

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 Yc    Y ëY 

 : |quí tenemos elemento metálico (Nir), no metálico (carburo de silicio, grafito), especiales (cromita de lantano) ëY c
  Y ‘on necesarios en los hornos de arco eléctrico, y suelen estar construidos en grafito. YYYYYYY Yc!YcYY Y 
Y

 Y
 Y Y 

Y  Y 1.Y |sumir: ܳ ൌ ʹ ‫݋݅݀݁݉݋ݎܲ݋݆ݑ݈ܨ כ‬ ߙ ‫ܿܣ כ‬௣ ‫ ܨ‬ൌ Ͳǡͷ͹ por lo tanto, Ȉܳ ߙ ‫ܿܣ כ‬௣ ‫ܨ כ‬ 2.Y Êtilizar aigura 19.14 atos: '

Ȉொ

ఈ‫כ‬஺௖೛ ‫כ‬ி

'memperatura promedio del tubo ‘e obtiene la temperatura de los gases de combustión en el tornallamas. 3.Y alcular el calor liberado por el combustible Ȉܳ ݁ൌ ൈ ͳͲͲ ܳி ‘e despeja ܳி , y este es el valor necesario.

4.Y antidad de combustible ö ൌ 5.Y álculo del aire requerido

ܳி ܲ

$݅‫ ݋݀݅ݎ݁ݑݍ݁ݎ݁ݎ‬ൌ  ö ‫݁݀݋ݏ݁ܿݔ݁ כ‬$݅‫݁ݎ‬ 6.Y álculo cantidad de vapor de atomización ö
஺௉ ൌ  ö ‫ܸ כ‬௔௧  

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!.Y Balance térmico

ܳ ൌ ܳி ൅ ܳ஺ ൅ ܳௌ ൅ ܳோ െ ܳௐ

ÂY ܳௌ puede despreciarse ÂY ܳோ Ù 0, no existe recirculación de gases de combustión. por lo tanto, ܳ ൌ ܳி ൅ ܳ஺ െ ܳௐ

ܳ஺ ൌ $݅‫݋݀݅ݎ݁ݑݍ݁ݎ݁ݎ‬ ൈ ݁݊‫ݐ‬$݈‫݌‬G$ሺ‫ܪ‬ሻ$‫ݎ݁݌݉݁ݐ‬$‫ݎݑݐ‬$݀݁‫ܿ݁ݎ݌‬$݈݁݊‫ݐ‬$݉݅݁݊‫݈݁݀݋ݐ‬$݅‫݁ݎ‬ ‫ ܪ‬ൌ ‫݌ܥ‬οܶ ' ‫݌ܥ‬$‫ݎ݁݌݉݁ݐ‬$‫ݎݑݐ‬$݀݁‫ܿ݁ݎ݌‬$݈݁݊‫ݐ‬$݉݅݁݊‫݈݁݀݋ݐ‬$݅‫݁ݎ‬ οܶ ൌ ሺ‫ݎ݁݌݉݁ݐ‬$‫ݎݑݐ‬$݀݁‫ܿ݁ݎ݌‬$݈݁݊‫ݐ‬$݉݅݁݊‫݈݁݀݋ݐ‬$݅‫ ݁ݎ‬െ ͸Ͳí‫ܨ‬ሻ ܳௐ ൌ ʹΨܳி

8.Y álculo del calor de los gases de combustión que salen de la sección de radiante ܳீ ൌ ‫ܪ‬ሺö ൅ $݅‫ ݋݀݅ݎ݁ݑݍ݁ݎ݁ݎ‬൅ ö
஺௉ ' ‫݌ܥ‬$‫ݎ݁݌݉݁ݐ‬$‫ݎݑݐ‬$݈݀݁‫݃ݏ݋‬$‫݅ݐݏݑܾ݉݋ܿ݁݀ݏ݁ݏ‬ó݈݊݁݊݁‫݊ݎ݋ݐ‬$݈݈$݉$‫ݏ‬ 9.Y álculo del calor total

ܳw ൌ ܳ െ ܳீ

10.Yeterminación de la superficie total del tubo ‫ ܣ‬ൌ ߨ ‫ܦ כ‬௘௫௧ ‫ܮ כ‬ 11.YNúmero estimado de tubos
௧ ൌ

ܳ ‫ܣ כ ݋݅݀݁݉݋ݎܲ݋݆ݑ݈ܨ‬

12.YEquivalente de la superficie plana fría ‫ܥܣ‬௣ ൌ ‫ݐݏ݅ܦ‬$݊ܿ݅$݀݁ܿ݁݊‫݋ݎݐ‬$ܿ݁݊‫ܮ כ ݋ݎݐ‬

Este valor debe ser corregido mediante el valor de ߙ, el cuál se obtiene de la figura 19.11 por medio de la relación:

஽௜௦௧௔௡௖௜௔ௗ௘௖௘௡௧௥௢௔௖௘௡௧௥௢ ஽೐ೣ೟

on el valor de ߙ, obtenemos el valor de ߙ ‫ܥܣ כ‬௣ , que representa el área de cada tubo y posteriormente el valor de ߙ ‫ܥܣ כ‬௣ ‫
כ‬, que representa el área total para todos los tubos. 13.Y‘uperficie del refractario  

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‫ ܣ‬ൌ ʹ ‫ܮ כ‬௛௢௥௡௢ ‫݄ כ‬௛௢௥௡௢ ‫ܣ‬௅ ൌ ʹ ‫ܮ כ‬௛௢௥௡௢ ‫݄ כ‬௛௢௥௡௢ ‫ܣ‬

ோ

ൌ ͻǤ͹ͻ ‫ܮ כ‬

‫ܣ‬௉௬஻ ൌ ʹ ‫ܮ כ‬

௔௕௘௭௔௟

‫ ܣ‬ൌ ‫ ܣ‬൅ ‫ܣ‬௅ ൅ ‫ܣ‬

ோ

‫ܮכ‬

൅ ‫ܣ‬௉௬஻

‫ܣ‬ா ൌ ‫ ܣ‬െ ߙ ‫ܿܣ כ‬௣

onde: ‫ ܣ‬Es el área de los cabezales.

‫ܣ‬௅ Es el área de los largueros.

‫ܣ‬

ோ

Es el área de los torn llamas.

‫ܣ‬௉௬஻ Es el área de piso y bóveda.

‫ ܣ‬Es el área total.

‫ܣ‬ா Es el área efectiva del refractario.

14.Y Longitud de la trayectoria media $ó݊݀݁݀݅݉݁݊‫ ݊݁݉ݑ݈݋ܸ݋ݏ݁݊݋݅ݏ‬ൌ ‫ܮ כ ܮ‬௛௢௥௡௢ ‫݄ כ‬௛௢௥௡௢ ʹ ‫ܮ‬w ൌ ‫ כ‬యඥ‫ܦ‬௘௫௧ ‫ܮ כ‬௛௢௥௡௢ ‫݄ כ‬௛௢௥௡௢ ͵ 15.YEmisividad del gas |sumiendo una cantidad de humedad del aire del 50% y un exceso de aire del 25%(o el exceso indicado), procedemos a calcularlas presiones parciales del ‫ܱܥ‬ଶ (‫ܱܥ݌‬ଶ ) y del ‫ܪ‬ଶ ܱ (‫ܪ݌‬ଶ ܱ), utilizando las aiguras 19.12 y 19.13. alculamos los valores de: ‫ܱܥ݌‬ଶ ‫ܪ݌‬ଶ ܱ ൅ ‫ܱܥ݌‬ଶ

ሺ‫ܪ݌‬ଶ ܱ ൅ ‫ܱܥ݌‬ଶ ሻ ‫ܮ כ‬w on estos valores, en la aigura 19.12 y 19.13 obtenemos el valor del % de corrección para determinar la Emisividad del Gas mediante la ecuación:

 

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ሺ‫ݍ‬௖ ൅ ‫ݍ‬௪ ሻ Êீ ൌ ቈ ሺ‫ݍ‬௕ ሻ

െ ሺ‫ݍ‬௖ ൅ ‫ݍ‬௪ ሻ  ͳͲͲ െ Ψ‫݅ܿ݁ݎݎ݋ܥ‬ó݊ ‫כ‬൤ ൨ െ ሺ‫ݍ‬௕ ሻ  ͳͲͲ 



Los valores de ‫ݍ‬௖ ,‫ݍ‬௕ y ‫ݍ‬௪ , se determinan por radiación. para esto, tenemos que: ܶ ସ ‫ݍ‬௫ ൌ ͲǤͳ͹͵ ‫߳ כ‬௫ ‫ כ‬൬ ൰ ͳͲͲ onde:

X es una forma general, pero se puede reemplazar por c,b,w m Es la temperatura la que se desea conocer el calor emitido, en este caso se debe calcular a dos temperaturas: a ܶீ y a ܶௌ ߳௫ Es el coeficiente de emisividad. (para el caso de ‫ݍ‬௕ ǡ ߳௕ es 1)

÷eemplazando los valores calculados, obtenemos el valor de Êீ . 16.Yaactor total de intercambio ‘e utiliza la aigura 19.15 con los valores de Êீ y con el valor de: ‫ܣ‬ா ߙ ‫ܥܣ כ‬௉ ‫ܣ‬ா ൌ ‫ܣ‬ோ

‘e obtiene el factor total de intercambio, a Êtilizamos las aigura 19.14 para obtener la temperatura de los gases de combustión en el tornallamas, utilizando los valores de:

Obtenemos ܶீ .

Ȉܳ ‫ܶݕ‬ௌ  ߙ ‫ܥܣ כ‬௉ ‫ܨ כ‬

    

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 Y 
 La temperatura es un factor importante en el mantenimiento de la calidad de los alimentos, así como del confort de personas y animales. En este tema nos referiremos a la conservación de alimentos en cámaras de refrigeración, indicando cuáles son las posibles ganancias o pérdidas de calor (cargas térmicas) que se producen en las mismas. -Y

 
    La refrigeración es una técnica que se ha desarrollado con el transcurso del tiempo y el avance de la civilización; al igual que la mayoría de las ciencias y técnicas, ha sido el resultado de las necesidades que la misma sociedad va creando a medida que avanzan los inventos en diferentes campos. lasificación según la aplicación: 1. ÷efrigeración doméstica. 2. ÷efrigeración comercial. 3. ÷efrigeración industrial. 4. ÷efrigeración marina y de transporte. 5. |condicionamiento de aire de ³confort´. 6. |ire acondicionado automotriz !. |condicionamiento de aire industrial. 8. riogenia. [Y  

 



  




 

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YcY  Y Y ‘egún sea el material o materiales aislantes, puede calcularse la transmisión de calor entre el exterior y el interior de la cámara, a partir de la expresión ya conocida: QÙ Q/t Ù Ê | ǻm onde Ê es el coeficiente global de transmisión. En su cálculo suele despreciarse la contribución por convección a ambos lados, así como el aislamiento producido por los materiales de construcción externos a la cámara. La aportación de ambos al valor de Ê es pequeña y además la simplificación realizada permite realizar los cálculos con mayor margen de seguridad ya que suponemos una transmisión de calor mayor que la real.

Y
Y Y
Y
 
  Y ‘e denomina carga de enfriamiento o de refrigeración a la velocidad con la que es preciso retirar calor desde un recinto para bajar su temperatura hasta un valor deseado.    YY    Y ‘e incluyen aquí las pérdidas frigoríficas, es decir, las pérdidas de calor, que se producen por transmisión a través de las paredes de la cámara. ‘erá necesario conocer la diferencia de temperaturas, la superficie de cada pared, el espesor del aislante en cada pared y el tiempo (generalmente se toma como base un día, es decir, 24 horas). ‘e utiliza entonces directamente la expresión para la transmisión del calor: Q Ù e (|/d) ǻm t

   YY
  Y
Y 
Y El aire de la cámara frigorífica debe ser renovado periódicamente con una frecuencia que depende del tipo de producto que se almacene. La expresión a utilizar será, por tanto, la siguiente: *

Q Ù n m ǻh a

a

‘iendo: n Ù Número de renovaciones de aire al día. * maÙ masa de aire que entra en la cámara ; ma Ù V/v V Ù Volumen interno de la cámara. * v Ù Volumen específico del aire que entra. * ǻh Ù iferencia de entalpías entre el aire externo y el interno. Y   Y Y   Y para completar el cálculo de cargas pueden estimarse otras cargas térmicas de menor importancia, entre las que destacamos: 
  



En definitiva, la contribución por el calor desprendido por los ventiladores será:  

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Q ÙptóQ ÙVq v

v

v

Y   Y Llamaremos carga total ó Y  Y  Ya la suma de todas las cargas producidas en un día (24 horas): Q Ù Q + Q + Q + Q + Q + Q kJ/día m

t

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v

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Y Y Y Y Y YY

Y

Y Y YY Y Y Y