Practica No. 4 Horno Eléctrico

 

 

Horno Eléctrico 

Lab ora oratorio torio de O peraciones U nitar nitarias ias II

Elizabeth A. Garcia Hdez 100037605

Si Cada Día Coges Coges un Puñ ado de Arena Form aras una M ontaña BUDDA

 

 

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE SANTO DOMINGO (UASD) FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA

 Asignatura:  Asignatu ra: LAB ORATORIO DE O PERACIONES UNI UNITARIAS TARIAS II

Profesor: DOM INGO AMPARO AMPARO

Informe:

N O. 4 H orno orno Eléctrico

HORN O E L EC EC T RI C O  

2

 

Índice Resum esumen en Ej Ejeecutiv utivoo ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... .. 5 Int ntrroducc ucción ión .... ...... ..... ..... ...... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ... 6 Marco rco T Teeórico ico ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... .. 8 SECADO ................................................................................................. 8 CLASIFICACION CLASIFICA CION DE LAS OPERACIONE OPERACIONESS DE SECADO..... SECADO......... ........ ........ ....... ... 8 SECADO SECA DO CONTIN CONTINÚO ÚO ................... .......... ................... ................. ................. ................... .................. ............... ...... 10 HORNOS .............................................................................................. 12 TIPOS DE HORNOS............................................................................ 13 Cubilotes ............................................................................................. 13 Horno de rever reverbero. bero. ................... .......... ................... ................. ................. ................... .................. ................. ............ .... 14 Hornos rotativos. ................................................................................. 14 Hornos de crisoles. .............................................................................. 15 Hornoss eléctricos. Horno eléctricos. ................... ......... ................... ................. ................. ................... ................... ................... ................ ...... 15 Form rmuulas las a U Usa sarr ...... ..... ..... ..... ...... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..18 ..18 Marco rco C Con oncceptu eptuaal ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... .21 .21 Objetivos ...................................................................................22 Hipótesis ...................................................................................23 Pro roccedi edimiento ento ........ ..... ...... ..... ...... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... .23 .23 Diaagram Di rama de de Flu Flujjo ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... .24 .24 Dattos .............................. .............................. ........................... 25 Da Cálculos ....................................................................................26 Resultados .................................................................................30 Análisis Económico ......................................................................31 Conc Co nclu lusio sione ness & Recom ecomeendac ndacion iones es .. .... .. .. .... .. .. .... .... .. .. .... .... .. .. .... .. .. .... .... .. .. .. .... .... .. .. .... .... .. .. .... .... .. .. 32 Aprendizaje ...............................................................................33 HORN O E L EC EC T RI C O  

3

 

Análisi lisiss de Riesgo esgo ...... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... .34 .34 HAZOP ................................................................................................. 34 FTA (Fault (Fault Tree Analysi Analysis) s) ................... ......... ................... ................. ................. ................... ................... ................ ....... 35 TOP EVENTS .................................................................................... 35  ANALISIS FTA ........  ANALISIS .... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ 37 ETA (Ev (Event ent Tree Tree Analys Analysis)........ is).................. ................... ................. ................. ................... ................... ................ ....... 40  ANALISIS  ANALIS IS ETA........ .... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ 40 CCA (Cause (Cause and and Consequ Consequenc encee Analysis Analysis)) ................... ......... ................... ................. ................. .............. ..... 43 Ref efer eren enccias ias Bibl Biblio ioggrá ráffica icas .... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..46 Anexos .....................................................................................47 Gráficos.................................................................................................. 47 Equipo ................................................................................................... 48

HORN O E L EC EC T RI C O  

4

 

Resumenn Ejecutivo  Resume En el informe que se presenta a continuación se evaluaran varios parámetros referentes a los que son los hornos como equipos industriales, se realizarán ensayos de secados para distintas muestra de una mezcla de harina de maíz con cierto porcentaje de humedad . En este se desarrollaran las ideas y conceptos claves es el diseño de un horno, los parámetros de diseño que que se deben deben tomar en cuenta los ensayos y l as gráficas que servirán de parámetro guías para el diseño del mismo. En el ensayo que se re reaalizó en el laboratorio laboratorio de ingen ingeniería iería química que la (UASD) se obtuvieron los datos mediante el secado de una mezcla y se obtuvieron unde proceso secado y pesado de las muestras, obteniendo mediante así el rango pesadodecon el tiempo de duración de la muestra en el horno.

HORN O E L EC EC T RI C O  

5

 

Introducción En general, el secado de sólidos consiste en separar pequeñas cantidades de agua u otro líquido de un material sólido con el fin de reducir el contenido de líquido residual hasta un valor aceptablemente bajo. El secado es por lo común la etapa final de una serie de operaciones y, con frecuencia, el producto que se extrae de un secador está listo para ser empaquetado. El agua u otros líquidos pueden separarse de los sólidos de 'manera mecánica mediante prensas o centrífugas, o bien de modo térmico mediante evaporación. Este informe trata sobre el secado por vaporización térmica, Por lo general, resulta más barato eliminar líquidos por métodos mecánicos que por métodos térmicos, y por esta razón es aconsejable reducir el contenido de líquido tanto como sea posible antes de alimentar el material a un secador térmico.

HORN O E L EC EC T RI C O  

6

 

Planteamiento Planteamie nto del Pr Problema oblema   1.  A medida que que aumentan los taps aumenta aumenta el calor en el el horno?

2.  La temperatura es directamente proporcional al número de taps. 3.  Uno de los factores más importantes durante el proceso es o mejor dicho son los orificios de escape?

Justificación

1.  Los taps. Aumentan la intensidad de corriente en las resistencias, por tanto a medida que estos aumentes aumentara el calor, ya que las resistencias son las que dan vida a este. 2.  Si cada vez que aumentan los taps aumenta el calor en el horno, también aumentara la temperatura, por lo que si son directamente proporcionales. 3.  Los orificios de escape ocupan un lugar muy importante en es proceso debido a que ellos permiten el paso de los vapores vapores o gases caliente que se producen producen durante el secado. secado.

HORN O E L EC EC T RI C O  

7

 

Marco Teórico Teórico SECADO El contenido de líquido de una sustancia seca varía de un producto a otro . En ocasiones, el producto no contiene líquido, líquido, por lo que recibe el nombre de totalmente seco;  pero  pero lo más frecuente es que el producto contenga algo de líquido. La sal de mesa seca, por ejemplo, contiene 0.5% de agua, el carbón seco 4% y la caseína seca 8%. El secado es un término relativo y sólo significa que hay una reducción del contenido de líquido desde un valor inicial hasta algún valor final aceptable. Los sólidos que se secan presentan diferentes formas - escamas, gránulos, cristales, polvos, hojas o láminas continuascontinuas - y poseen propi propiedades edades muy diferentes. El líquido que ha de vaporizarse puede estar sobre la superficie del sólido, como en el secado de cristales salinos, completamente en el interior del sólido, como en el caso de eliminación del solvente de una lámina de un polímero, o parte en el exterior y parte en el interior. interior . La alimentación de algunos secadores es un líquido en el que está suspendido el sólido en forma de partículas partícu las o en solución solución.. El producto que se seca puede soportar temperaturas elevadas o tal vez requiera un tratamiento suave a temperaturas bajas o moderadas. Esto da lugar a que en el mercado exista un gran número de tipos de secadores comerciales. Las difer di ferencias encias residen fundamentalment fundamentalmentee en e n la man manera era en que los sólidos se mueven en la zona de secado y en la for fo rma en la que se transfiere el calor. CLASIFICACION DE LAS OPERACIONES DE SECADO Las operaciones de secado pueden clasificarse ampliamente según que sean por lotes o continúas. Estos términos pueden aplicarse específicamente desde el punto de vista de la sustancia que está secando. SECADO POR LOTES El secado por lotes es una operación relativamente cara; en consecuencia se limita a operaciones a pequeña escala, a plantas piloto y a trabajos de investigación, y para secar materiales valiosos cuyo costo total será poco alterado por el costo agregado en la operación de secado. HORN O E L EC EC T RI C O  

8

 

Secadores directos Secadores La construcci6n de estos secadores depende en gran medida de la naturaleza de la sustancia que se va a secar. Los secadores de platos, llamados también secadores de gabinete, de compartimiento o de anaqueles, se utilizan para secar sólidos que deben sujetarse sobre platos. Pueden incluir materiales pastosos, como la torta de filtro húmeda de los filtros2e prensa, sólidos en terrones que deben esparcirse sobre platos y materiales similares. Secadores indirectos

Los secadores de anaqueles al vacío son secadores de platos cuyos gabinetes, hechos de fierro colado o de acero, se ajustan con puertas que cierran perfectamente, de forma que pueden operarse a presiones inferiores a la atmosférica. No se pasa ni se recircula aire a través de estos secadores. Los platos que contienen el sólido por secar, descansan sobre anaqueles huecos a través de los cuales se pasa agua tibia o vapor, a fin de proporcionar el calor necesario para la evaporación de la humedad. El calor se conduce hasta el sólido a través del metal de los anaqueles y platos. Después de cargar y sellar, el aire en el secador se evacua mediante una bomba de vacío mecánica o un eyector de vapor; luego se continúa la destilación de la humedad. Los vapores generalmente pasan hasta un condensador, en donde se licuan y se recolectan; sólo el gas no condensable se saca de la bomba. Secado por congelamiento (secado por sublimación) Las sustancias que no pueden calentarse ni siquiera a temperaturas moderadas, como alimentos y ciertos fármacos, pueden secarse mediante este método. La sustancia que se va a secar generalmente se congela mediante exposici6n a airemuy frío y se coloca en una cámara de vacío, en donde la humedad se sublima  y se bombea bombea mediante eyectores eyectores de vapor vapor o bombas mecánicas mecánicas de de vacío. Un método alternativo de congelamiento es la evaporación instantánea al vacío de parte de la humedad; no obstante los alimentos que no son rígidos en el estado no congelado pueden dañarse con este procedimiento.

HORN O E L EC EC T RI C O  

9

 

SECADO CONTINÚO El secado continuo ofrece las ventajas siguientes: generalmente el equipo necesario es pequeño en comparación con la cantidad de producto; la operación se integra fácilmente con la fabricación química continua, sin necesidad del almacenamiento intermedio; el producto tiene un contenido más uniforme de humedad, y el costo de secado por unidad de producto es relativamente pequeño. Como en el caso del secado por lotes, la naturaleza del equipo que se utiliza depende bastante del tipo de material que se va a secar. Pueden utilizarse el secado directo o indirecto y algunas veces los dos. Secadores de tún Secadores tú nel Estos secadores directos son básicamente adaptaciones del secador de camión para la operación continua. Consisten en túneles relativamente largos a través de los cuales se mueven camiones camiones cargados cargados con platos llenos del ssóólilido do que se  va a secar, secar, en contacto contacto con con una corrient corrientee de gas para evaporar evaporar la hume humedad. dad. Los Los camiones pueden empujarse continuamente a través del secador mediante una cadena móvil, a la cual se encuentran unidos. En un arreglo simple, los camiones cargados se introducen periódicamente por uno de los lados del secador, mientras cada camión se desplaza al anterior hacia el otro lado. El tiempo de residencia en el secador debe ser lo suficientemente grande como para reducir al valor deseado el contenido de humedad del sólido. Para operaciones a temperaturas relativamente bajas, generalmente se calienta el gas mediante aire calentado con vapor; ahora bien, para temperaturas más elevadas  y especialmente especialmente para productos productos qque ue no necesitan necesitan mantenerse mantenerse escrup escrupulosament ulosamentee limpios, se puede utilizar el gas de combustión producido por la combustión de un combustible. Puede utilizarse el flujo en paralelo o a contracorriente del gas y del sólido; en algunos casos, ventiladores dispuestos a lo largo de los lados del túnel soplan el gas a través de los camiones en flujo tangencial. La operación puede ser básicamente adiabática o el gas puede calentarse con espirales de calentamiento a lo largo de su trayectoria a través del secador; en este caso, la operación puede ser básicamente a temperatura constante. Parte del gas puede reciclarse, como en el caso de los secadores por lotes, para economizar calor. Es posible utilizar los secadores de tipo túnel para cualquier material que pueda secarse sobre platos: cristales, tortas de filtración, pastas, cerámicass y sim cerámica si milares.

HORN O E L EC EC T RI C O  

10

 

Secadores Secador es de tipo ti po turbo turbo (base rrota otatoria) toria) Los s6lidos que generalmente pueden secarse sobre platos, como materiales en polvo o granulares, lodos y pastas pesadas, sólidos en perlas o cristalinos, pueden secarse en forma continua en un secador de tipo turbo, una forma de secador directo. El seca se cador dor tiene una serie de platos anular anulares es arreglados rreglados en e n un eje e je vertical. vertical. Éstos É stos giran lentamente (de unas cuantas revoluciones a 60 RPS alrededor de un eje  vertical. Cada plato ttiene iene una ran ranura, ura, lo mismo que un rastrillo nivelador nivelador para esparcir el sólido. El sólido se alimenta por la parte superior y se esparce sobre el plato superior, hasta un espesor uniforme; al girar el plato, el sólido se empuja por la ranura mediante un rastrillo de rodillo separado y cae al siguiente plato. De esta forma, mediante el giro, al ser esparcido sobre cada plato, el sólido continúa hasta el punto de descarga en el fondo del secador.  secador.   Secadores de circulación transversal Los sólidos granulares pueden arreglarse en lechos delgados para la circulación transversal del gas; si es necesario, las pastas y tortas de filtración se pueden preformar en gránulos, lentejas o fideos, como se describió en el caso de los secadores por lotes. Secadores rotatorios Forman un grupo muy importante de secadores; son adecuados para manejar materiales granulares de flujo libre que pueden arrojarse sin temor de romperlos. El sólido por secar se introduce continuamente en uno de los extremos de un cilindro giratorio, como se muestra, mientras que el aire caliente fluye por el otro extremo. El cilindro está instalado en un pequeño ángulo con respecto a la horizontal; en consecuencia, el sólido se mueve lentamente a través del aparato. Dentro del secador, unos elevadores que se extienden desde las paredes del cilindro en la longit l ongitud ud total del secado s ecadorr levantan el sólido y lo riegan rieg an en una cortina móvil a través del aire; así lo exponen completamente a la acción secadora del gas.

HORN O E L EC EC T RI C O  

11

 

Secadores rotatorios por circulación transversal Los secadores del tipo indicado en la figura 12.22 combinan las características de los secadores de circulaciones transversales y rotatorias. El secador directo que se muestra, el Roto-Louvre n21, consta de un tambor cónico que gira lentamente con celosías para sostener el solido que se está secando y para permitir la entrada del aire caliente debajo del sólido. El gas calient calientee sólo se admite a aquellas celosías celosías que q ue están por debajo del lecho de sólido. Básicamente no se tiene un esparcimiento del sólido a través de la corriente del gas; en consecuencia, ocurre un empolva miento mínimo. A temperaturas tanto bajas como elevadas, el aparato es satisfactorio para el secado de los l os mismos mismos materiales materiales que gene g eneralmente ralmente se trata tr atann en un seca se cador dor rotatorio. Secadores de tambor Los materiales fluidos y semifluidos, como soluciones, lodos, pastas y suspensiones, pueden secarse en secadores indirectos; un ejemplo de tales secadores, es el secador de tambor de inmersión de la alimentación. Un tambor metálico giratorio, calentado internamente con vapor, se sumerge en un tanque que contiene la sustancia por secar; una película delgada de la sustancia se retiene sobre la superficie del tambor. El espesor de la película se regula mediante un cuchillo repartidor, como se muestra; al ir girando el tambor, la humedad se evapora en el aire que lo rodea mediante el calor transferido a través del metal del tambor. HORNOS Entendemos por hornos industriales los 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. Hay que señalar que esta definición, aparentemente clara, no lo es tanto en la práctica, ya que es frecuente utilizar otros términos tales como: Estufas, para hornos que operen a baja temperatura pero sin definir esta, normalmente hasta 500-600ºC. En reali realidad dad el término estufa es tufa se apli aplica ca a un determinado tipo de construcción con doble o triple calderería (la exterior, la intermedia para sujetar el aislamiento y la de canalización de aire o humos).

HORN O E L EC EC T RI C O  

12

 

Sin embargo, este tipo de construcción se aplica cada vez más a mayores mayores temperaturas, invadiendo claramente el campo tradicional de lo que se entendía por hornos industriales. Por otro lado, se sigue denominando horno de revenido a un equipo que realiza este tratamiento aunque sea a 180ºC. (muy frecuente en piezas de automóvil cementadas y templadas) y aunque su diseño sea idéntico al tradicional de una estufa. Secaderos (también denominados, cuando sea realiza por eleva e levación ción de la temperatura, temperatura, estufas de secado). La temp te mperatura eratura de secado puede ser elevada y adoptar una técnica de construcción similar a la de los hornos. Para evitar ambigüedades en este estudio denominaremos hornos a todos aquellos equipos o instalaciones que operan, en todo o en parte del proceso, a temperatura superior a la ambiente, realizándose el calentamiento de forma directa sobre las piezas (inducción, perdidas dieléctricas, resistencia propia) o de forma indirecta por transmisión de calor de otros elementos (resistencias eléctricas, tubos radiantes eléctricos o de combustión, hornos de llamas, etc.). Esta transmisión de calor puede realizarse por llamas (lecho fluidificado), convección (hornos con fuerte recirculación de los humos, del aire o de la atmósfera protectora sobre las piezas) y radiación (de resistencias, de tubos radiantes, de llamas o de las paredes refractarias interiores).Únicamente consideramos los hornos industriales, es decir, los utilizados en todo tipo de industria, dejando fuera los hornos domésticos, por ejemplo. TIPOS DE HORN HORNOS OS En este apartado nombrare esencialmente los hornos de fusión de metales aunque existen otros tipos de hornos utilizados en la industria. Cubilotes Los cubilotes son hornos cilíndricos verticales compuestos de una envoltura de chapa de acero dulce de 5 a 10mm. de espesor, con un un revestim revesti miento interior de mampostería refractaria de unos 250mm. De espesor. El horno descansa sobre cuatro columnas metálicas denominadas pies de sostén del cubilote.

HORN O E L EC EC T RI C O  

13

 

El fondo de los cubilotes modernos lleva que se abren después de las coladas, para vaciar todas las escorias acumuladas allí. En el frente y a nivel del fondo llevan los cubilotes un agujero denominado piqueta de colada, para la extracción del metal fundido. A este agujero va adosado un canal de chapa con revestimiento refractario, que conduce el metal en estado líquido a las cucharas de colada o al antecrisol. Horno de reverbero. Los hornos de reverbero se utilizan para la fundición de piezas de grandes dimensiones, tanto de metales férreos como de metales no férreos, como cobre latón, bronce y aluminio. Los hornos de reverbero son de poca altura y gran longitud. En uno de los extremos se encuentra el hogar donde se quema el combustible, y en el extremo opuesto la chimenea. Las llamas y productos de la combustión atraviesan el horno y son dirigidos, por la bóveda de forma adecuada hacia la solera del horno, donde está situada la carga del metal que se desea fundir. Hornos rotativos. Los hornos rotativos están formados por una envoltura cilíndrica de acero, de eje sensiblemente horizontal, que termina con dos troncos de cono, uno en cada extremo. En uno de los extremos está situado el quemador y en el otro la salida de los gases quemados, que generalmente pasan por un sistema de recuperación de calor para precalentar el aire de soplado antes de ser evacuados por la chimenea. Todo el interior del horno está revestido con un material refractario. El combustible puede ser gasoil o carbón pulverizado. Los hornos rotativos se han considerado como hornos de reverbero perfeccionados, ya que además de calentarse la carga por el contacto de las llamas y gases y por la radiación de a bóveda caliente, se calienta también por el contacto directo con la parte superior del horno, que al girar queda bajo la carga. Con esto se consigue un notable acortamiento del tiempo de fusión, pues se logra evitar el efecto aislante de la capa de escorias, que flota sobre el baño, que en los hornos de reverbero ordinarios dificulta el calentamiento de la masa del meta me tal.l.

HORN O E L EC EC T RI C O  

14

 

La capacidad de los hornos rotativos para la fusión de los metales varía ordinariamente entre los 50 kg. y las 5 Tm. Aunque se han llegado a construir hornos para la fabricación del acero de hasta 100 Tm. Los hornos pequeños se hacen girar, y los hornos grandes mecánicamente, También se construyen hornos oscilantes que no llegan a girar, sino solamente oscilar de un lado a otro Los hornos rotativos se emplean para fundir toda clase de metales y aleaciones, como cobre, bronce, latón, aluminio, fundiciones, maleables, aceros, etc. Hornos de crisoles. Los crisoles so recipientes de arcilla mezclada con grafito y otras substancias, provistos de tapa para cierre hermético, que una vez cargados y cerrados se caldean en los denominados hornos de crisoles, utilizando como combustible carbón o, más modernamente, gasoil. La fusión en crisoles es uno de los procedimientos más antiguos y sencillos para elaborar metales, y todavía se emplea, y probablemente se empleara siempre por la economía de su instalación sobre todo para fundir pequeñas cantidades. Los hornos de crisoles clásicos eran de tipo de foso, y se colocaban en ellos los crisoles rodeados de carbón, a una distancia mínima de 10cm. de las paredes del horno. Pero los hornos de crisoles más modernos se construyen para el caldeo de un solo crisol, cuya parte superior sobresale del horno. Si los hornos son fijo fijoss se se extra extr ae el caldo con cuchara, pero también también se construyen hornos de crisol basculantes. En los que la colada resulta más cómoda. En estos tipos de hornos se calienta primero el crisol vacío, hasta que llega al rojo cereza y después se carga. La ventaja de los hornos de crisoles modernos, tanto fijos como basculantes, es que la carga queda totalmente aislada, y por tanto, no se altera su composición por efecto de los gases producidos en la combustión. Hornos eléctricos. Los hornos eléctricos tienen grandes ventajas para la fusión de los metales, siendo las más destacadas las siguientes: 



  Pueden obtenerse temperaturas muy elevadas hasta de 3500ºC en algunos tipos de hornos eléctricos.   Puede controlarse la velocidad de elevación de temperatura, y mantener esta entre límites muy precisos, con regulaciones completamente

automáticas. HORN O E L EC EC T RI C O  

15

 







 

  La carga queda por completo libre de contaminación del gas combustible.   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.   Tienen mayor duración los revestimientos que en los demás tipos de hornos.   Se instalan en espacio reducido.   Su operación se realiza con mayor higiene que la de los hornos otros tipos.

Los tipos fundamentales de hornos eléctricos son los que a continuación se indican. Hornos eléctricos de arco Los hornos eléctricos de arco están formados por una cuba de chapa de acero revestida de material mat erial refracta r efractario, rio, provista gr afito ito ohorno, de carbón carbón amorfo. Los electrodos de carbón amorfodeseelectrodos forman ende el graf mismo llenando las camisas que llevan la porta electrodos de una mezcla formada por antracita, cok metalúrgico, cok de petróleo y grafito amasados con alquitrán. Hornos eléctricos de inducción En los hornos eléctricos de inducción, el calor se genera por corrientes inducidas por una corriente alterna. Se distinguen tres clases de hornos de inducción: 

  Hornos de baja frecuencia.

Enucida estos en ho elalcalor se trata produce produce por el que efecto efe cto joule joulecomo de ola arrollamiento corriente ind inducida ehornos n rnos el met meta que se de fundir, actúa com secundario de un transformador. Los primeros modelos estaban formados por un crisol en forma de anillo que constituía la es espira pira del se secundario cundario de de un transformador, cuyo primario estaba conectado a la red.   Hornos de alta frecuencia. En los hornos de alta frecuencia el calor lo producen las corrientes de Foucault, ordinariamente consideradas como parásitas, inducidas en el metal, que actúa como núcleo de un solenoide o arrollamiento primario. Estos hornos están formados por un crisol refractario que contiene el metal, rodeado de un 

arrollamiento de tubo de cobre por el que circula una corriente de alta HORN O E L EC EC T RI C O  

16

 

frecuencia, que crea un campo magnético variable, calentándose la masa de metal contenida en el crisol por las corrientes de Foucault inducidas por el campo magnético. El tubo de cobre del arrollamiento que rodea el crisol está refrigerado por agua que circula en su interior. En general las frecuencias de las corrientes eléctricas para la alimentación de este tipo de hornos, varia de 300 a 30000 ciclos por segundo, producidas por osciladores de tubos catódicos. La potencia del horno  y por tanto, tanto, la temperatura, temperatura, se regula va variando riando la frecuencia. frecuencia. Hornos eléctrico Hornos e léctricoss de resistencia r esistencia En los hornos eléctricos de resistencia, el calor está producido por el efecto  Joule al circular circular una corrient corrientee eléctrica por por una resistencia. resistencia. Se Se fabrican dos clases de hornos de este tipo para fusión de metales, que son los siguientes: Hornoss eléct e léctricos ricos de crisol.   Horno Estos hornos están formados por un crisol rodeado por cintas o varillas de aleaciones de níquel-cromo de alta resistividad que se calienta fuertemente al circular por ellas la corriente eléctrica. Estos hornos sólo se emplean para fundir aleaciones de bajo punto de fusión, como las de soldadura, tipos de imprenta, aleaciones antifricción para cojinetes y aleaciones de aluminio. 

Hornoss eléctricos de reverbero. reverbero.   Horno Se construyen actualmente dos clases de hornos, de resistencia metálica y de resistencia de grafito. En los hornos eléctricos de resistencia metálica, se produce el calor al circular la corriente eléctrica por resistencias de aleación níquel-cromo de gran sección, alojadas en la bóveda del horno. Estos hornos se utilizan exclusivamente para aleaciones cuya temperatura de fusión sea inferior a 1000ºC. 

Los hornos eléctricos de resistencia de grafito, están formados por una envuelta cilíndrica, por cuyo eje horizontal, pasa una barra de grafito, que se calienta al circular por ella la corriente eléctrica. Estos hornos son oscilantes, lo que permite bañar con el metal liquido todo el revestimiento refractario y aprovechar así, directamente, el calor acumulado por este. Los hornos de resistencia de grafito se emplean para la fusión de fundiciones especiales y aleaciones de cobre a temperaturas que pueden llegar hasta los 1350ºC.

HORN O E L EC EC T RI C O  

17

 

Formulas Formu las a Usar  Áreaa interna del horno Áre

              Área externa externa del horno

              Calculo de las resistencias  A= πr2

        

R 1200°C 1200°C = CT* R  25°C 25°C   Calculo de la Longitud de la resistencia

       

 

Pérdida de Calor por cada TAP

                      HORN O E L EC EC T RI C O  

18

 

Calor de Radiación por cada TAP QRad= Єσ (T r4-To4)*A ext  ext   QT1= Q1+Qrad  Calor perdido por cada TAP QP1= P-QT1  Eficiencia

      Perdida

      Cantidad de humedad inicial de la muestra muestra 4 MC i Pérdida por secado: (LOD):  (LOD):  % LOD = (Peso final de agua X 100%) / Peso Final Contenido de Humedad después del secado (MC): % MC = (Peso final de agua X 100%) / Peso Inicial de harina

HORN O E L EC EC T RI C O  

19

 

Relación entre LOD y MC LOD = MC / (1+ MC) MC = LOD / (1-LOD) Humedad libre ( Xf) Xf = MC- LOD Tiempo de Secado  Secado  Tiempo de secado= 5min para cada muestra en un tap Cálculo de la carga de sólido en las bandejas (Ls/A) Ls/A=r s·Zs  Cálculo de área total de bandejas (At) del Horno Secador  At = L / (Ls/A) (Ls/A) Cálculo del área de una bandeja (Ab)  (Ab)    Ab =A x L Cálculo del número de bandejas necesarias (Nb)  (Nb)   Nb = At / Ab

HORN O E L EC EC T RI C O  

20

 

Marco Co Conceptual nceptual  Co ntenido de humedad en base base húmeda.

El contenido de humedad de un sólido o solución generalmente se describe en función del porcentaje en peso de humedad; a menos que se indique otra cosa, se sobr s obreentiende eentiende que está expresado en base húmeda, húmeda, es decir, como co mo (kg humedad/kg sólido húmedo) 100 = [kg humedad/(kg sólido seco + kg humedad)]100 = 100X/(1 + x). Co ntenido de humedad base seca.

Se expresa como kg humedad/kg sólido seco = X. Porcentaje de humedad, base seca = 100X. x*. Es el contenido de humedad de una sustancia que está en el equilibrio con una presión parcial dada del vapor. Hum edad en el equilibrio equilibrio

Hum edad ligada. ligada.

Se refiere a !a humedad contenida en una sustancia que ejerce una presión de  vapor en en el equilibrio equilibrio menor que la del líquido líquido puro puro a la misma temperatu temperatura. ra. Hum edad no ligada.

Se refiere a la humedad contenida en una sustancia que ejerce una presión de  vapor en en el equilibrio equilibrio igual a la del del líquido puro puro a la misma misma temperatura. temperatura. Hum edad libre. libre.

La humedad libre es la humedad contenida por una sustancia en exceso de la humedad en el equilibrio: X - x*. Sólo puede evaporarse la humedad libre; el contenido de humedad libre de un sólido depende de la concentración del  vapor en en el gas.

HORN O E L EC EC T RI C O  

21

 

Objetivos Generales Diseñar un horno con los parámetros obte Diseñar ob tenidos nidos en el ensayo.

Específicos. Trazar curva de op Trazar operació eraciónn del horn horno. o. Determinar Deter minar pa parámet rámetros ros ooperat perativos. ivos. Realizar Real izar cál cálculos culos nneces ecesarios arios para el diseño del horno

HORN O E L EC EC T RI C O  

22

 

Hipótesis  A medida que aumenten au menten lo loss taps aumenta aumentara ra la temperatura en el ho ho rno La humedad humedad en llaa muestra ddisminuir isminuiráá a m medi edida da que duren má máss tiempo en el horno.

Procedimiento 1.  Se realizara una mezcla de harina con cierto % de agua 2.  Se separara la mezcla en 10muestras diferentes 3.  Se pesaran pesaran cada mu muestr estraa ante antess de introduc introducirlas irlas al horno horno 4.  Se introducirán las mezclas al horno 5.  Se sacara sacara una mu muest estra ra cada 5 min 1.  Cada vez que se saque saqu e una muestra dse de debb er eráá pesar para calcular el agua perdida

HORN O E L EC EC T RI C O  

23

 

Diagrama de Flujo 

HORN O E L EC EC T RI C O  

24

 

Datos 

Datos del horno

2000Watts 115Volt(AC) Phase 1 Cycle 50/60 (48x33x43)cm

Tap

Temperatura(°C)

Tiempo de Calentamiento (Min.)

1

90

4

2

100

8

3

107

12

4

112

16

5

116

20

6

118

24

7

128

28

8

134

32

9

136

36

Muestras de Muestras Harina de Maíz

Peso inicial (gr)

Temperatura de salida sali da (°C)

Peso final(gr)

1

140.6 140.6

62

133.9 133.9

9.5

1.5

2

109.6 109.6

70

104.2 104.2

8.8

1.2

3

148.8 148.8

67

136.9 136.9

9.3

1.2

4

133

90

108.3 108.3

8.5

1.4

5

138.5 138.5

115

102 102.9 .9

9.4

1.3

6

133.7 133.7

117

98

9.5

1.2

7 8

129.6 129.6 137.7 137.7

120

96.3 101.4 101.4

9.6 10

1.2 1.3

9

141.3 141.3

79.2

9.2

1.4

10

127

61.2

10.5

1.2

HORN O E L EC EC T RI C O  

Diámetro(cm) Altura(cm)

25

 

Cálculos Áreaa interna del Áre del horno

                       Área externa externa del horno

                             Calculo de las resistencias

             π   R  = C * R  =1.045( ) =2.36     

1200°C 1200°C

T

25°C 25°C

Calculo de la Longitud de la resistencia

                 

HORN O E L EC EC T RI C O  

26

 

Pérdida de Calor por cada TAP

                                              Calor de Radiación por cada TAP



           QRad= Єσ (T r4-To4)*A ext  ext       QT1= Q1+Qrad=517.6

 

 

Calor perdido por cada TAP

   QP1= P-QT1  Eficiencia

          

HORN O E L EC EC T RI C O  

27

 

Perdida

         Cantidad de humedad inicial de la muestra muestra 4 MC i =  = (38.95 X 100%)/ 100%)/ 63.65=61.20 63.65=61.20  %

Pérdida por secado: (LOD):  (LOD):  % LOD = (38.95 X 100%) / 108.3=. 35.97

Contenido de Humedad después del secado (MC): % MC = (38.95 X 100%) / 69.35=56.17

Relación entre LOD y MC LOD = MC / (1+ MC)=0.5617/ (1+ 0.5617)=0.3597 MC = LOD / (1-LOD) = 0.3597/ (1-0.3597)

Humedad libre ( Xf) Xf = MC- 56.17-35.97 = 20.2

HORN O E L EC EC T RI C O  

28

 

Tiempo de Secado  Secado  Tiempo de secado= 5min para cada muestra en un tap

                        

Cálculo de la carga de sólido en las bandejas (Ls/A) Ls/A=r s·Zs=450kg/m3*0.015m=6.75kg/m2

Cálculo de área total de bandejas (At) del Horno Secador  At = L / ( Ls/A)=1kg Ls/A)=1kg/6.75k /6.75kg/m g/m 2=0.15m2 

Cálculo del área de una bandeja (Ab)  (Ab)    Ab =A x L=0.456mx0 L=0.456mx0.297m .297m=0.13 =0.1354m 54m2 

Cálculo del número de bandejas necesarias (Nb)  (Nb)   Nb = At / Ab=0.15 m2 /0  /0.1354 .1354m m2=1.1 bandejas aprox. 2bandejas

HORN O E L EC EC T RI C O  

29

 

Resultados Muestras de Harina de Maíz 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Muestras de Muestras Harina de Maíz

Peso

Peso

Humedad

Peso

Peso

Inicial agua (gr)

Inicial harina (gr)

inicial

final(gr)

Final agua (gr)

Peso inicial (gr)

140.6 140.6 109.6 109 .6 148.8 148 .8 133 138.5 138 .5 133.7 133 .7 129.6 129 .6 137.7 137 .7 141.3 141 .3 127

Peso final harina (gr)

67.29 52.45 71.22 63.65 66.29 63.99 62.03 65.90 67.63 60.78

Porciento después despu és de secado

73.31 57.15 77.58 69.35 72.21 69.71 67.57 71.80 73.67 66.22

Perdida por secado

91.79 91.79 91.79 91.79 91.79 91.79 91.79 91.79 91.79 91.79

Humedad después despu és de secado

133.9 133.9 104.2 104.2 136.9 136.9 108.3 108.3 102.9 102.9 98 96.3 101.4 101.4 79.2 70

60.59 47.05 59.32 38.95 30.69 28.29 28.73 29.60 5.53 3.78

MC

LOD

1 2 3 4 5 6 7 8

73.31 57.15 77.58 69.35 72.21 69.71 67.57 71.80

90.04 89.71 83.29 61.20 46.29 44.21 46.31 44.92

45.25 45.16 43.33 35.97 29.82 28.87 29.83 29.19

82.65 82.34 76.45 56.17 42.49 40.58 42.51 41.23

82.65191483 82.34175815 76.45318023 56.17294098 42.49334269 40.58003322 42.51161403 41.23196054

120.989 120.9893324 3324 121.445 121.4450629 0629 130.799 130.7990063 0063 178.021 178.0216564 6564 235.330 235.3309805 9805 246.426 246.4266095 6095 235.229 235.2298361 8361 242.530 242.5303058 3058

9 10

73.67 66.22

8.17 6.22

6.98 5.40

7.50 5.71

7.500873445 5.711757262

1333.178072 1750.774681

HORN O E L EC EC T RI C O  

30

 

Análisis Económico Costo Cos to por Mano de Obra Empleados

Cantidad Cantid ad

Salario Mensual Sueldo por hora

Tiempo de Operación (hrs.)

Costo (RD )

Gerente de Operaciones Ingeniero de Proceso Supervisor del proceso Operadores

1

RD$50,000

RD$69

3

RD$208.32

1

RD$30,000

RD$42

3

RD$125.01

1

RD$20,000

RD$28

3

R RD$83.34 D$83.34

7

RD$10,000

RD$14

3

RD$291.69

Total:

RD 708.36

Costo por Materiales Cantidad Cantid ad (onz.)

Precio por Onz

Costo (RD )

Harina

56

RD RD$1.43 $1.43

RD RD$80.00 $80.00

Agua

22.62

RD$0.01

RD$0.23

Total:

RD 80.23

Total: RD 788.59  788.59 

HORN O E L EC EC T RI C O  

31

 

Conclusiones

Recomendaciones

Los hornos modernos trabajan a tensiones comprendidas entre los 125 y 500  voltios, obteniéndos obteniéndosee dentro de de cada tensión tensión la regulación regulación de la intensidad y, y, por tanto, de la potencia del horno, por el alejamiento o acercamiento de los electrodos al baño, lo que se realiza automáticamente. La temperatura en los hornos continuos es prácticamente constante en cada zona a lo largo del del tiempo, tiemp o, y la temperatura de la carga varia a lo lo largo del del horno desde la entrada hasta la salida. En los hornos intermitentes la temperatura de la carga varía a lo largo del tiempo, pero se mantiene relativamente constante en todo el horno en un instante dado.

Recomendaciones

Utilizar guantes para el cambio de cada bandeja para evitar posibles incidentes. Colocar los lotes de material en una lámina específica para controlar las posibles pos ibles ambi ambigüedades güedades en las mediciones mediciones de las las pérdidas de de humedad.

HORN O E L EC EC T RI C O  

32

 

Aprendizaje Entre mis conocimientos mencionar los siguientes: adquiridos en esta práctica se pueden Los hornos de reverbero se utilizan para la fundición fun dición de piezas de grandes dimensiones, tanto de metales me tales férreos como de metales met ales no fférreos érreos,, como cobre latón, bronce y aluminio. El consumo consumo de en energía ergía de un proces procesoo en un ho horno rno industr industrial ial es una de sus características características pprin rincipales. cipales.

HORN O E L EC EC T RI C O  

33

 

Análisis de Riesg Riesgoo  HAZOP Es un examen formal y sistemático, que se centra esencialmente en un proceso o sistema de una instalación industrial, que identifica, de forma cualitativa, los peligros, fallos y problemas de operabilidad, y evalúa las consecuencias de una mala operación. ANALISIS HAZOP

 

HORN O E L EC EC T RI C O  

34

 

FTA (Fault Tree Analysis) Se centra en un accidente particular o fallo principal de un sistema (top event, los cuales son situaciones específicas de peligro que han sido identificadas anteriormente a través de otras técnicas PHA, como HAZOP) y proporciona un modelo gráfico (utiliza símbolos de la lógica Booleana (puertas AND, OR)) que muestra las combinaciones de fallos del equipo y errores humanos (causas) que pueden producir el fallo principal del sistema (top event).

TOP EVENTS Subsistema/Nodo 1: Panel de Control Eléctrico   Electrocución/Incendio

  Causas    Alto voltaje   Falta de regulación de voltaje   Error humano. o  Consecuencias   Daños a equipo   Riesgo de salud. o

  

 

Subsistema/Nodo 2: Controles de Taps   Intensidad de Corriente no C ontrolada

  Causas   Control o Válvula Corrida o  Consecuencias   No Poder Operar el equipo o





HORN O E L EC EC T RI C O  

35

 

Subsistema/Nodo 3: Bandejas ateria eria Prima   Per dida de M at

  Causas   Mala Montura de la Bandeja o  Consecuencias equipo    Daño al equipo  Económicas    Pérdidas Económicas  o



 

Subsistema/Nodo Subsi stema/Nodo 4: Orificios de Escape de Vapor   Incendio

  Causas   Impedimento de evacuación del calor o  Consecuencias   Daños de Equipo   Pérdidas Económicas o



 

Subsistema/Nodo 5: Resistencias   Fundición

  Causas   Sobre-Amperaje o  Consecuencias   Daños a equipo   Pérdidas Económicas o



 

HORN O E L EC EC T RI C O  

36

 

ANALISIS FTA Nodo 1

Electrocución / Incendio

Error

Falta de regulacion

humano

de voltaje

Alto Voltaje

HORN O E L EC EC T RI C O  

37

 

Nodo 2 Intensidad de Corriente no Controlada

Control o Válvula Corrida

Nodo 3 Perdida de Materia Materia Prima

Mala Montura de la Band Bande ea

HORN O E L EC EC T RI C O  

38

 

Nodo 4 Incendio

Impediment o de Evacuación

Nodo 5 Fundición

SobreAmperaje

HORN O E L EC EC T RI C O  

39

 

ETA (Event Tree Analysis) Analysis) Técnica que muestra gráficamente las posibles consecuencias de un accidente provocado por un suceso iniciador (un fallo específico del equipo o error humano). Dichas consecuencias se definen a través del establecimiento de las relaciones entre el suceso iniciador y los sucesos posteriores (secuencia de un accidente) accident e) que conducen conducen al accidente, ccidente, teniendo teniendo en cuenta cuent a la respuesta de los l os sistemas de seguridad y de los operadores.

ANALISIS ETA E TA Nodo 1

Suceso

Daños Equipo

Daños Humanos

Perdidas

Nivel de

Económicas

Consecuencias

Si  

Alto

Si   Si

No 

Alto No Si

Si  Si 

Alto

Si

Electrocuc ión / Incendio

No   No

No No

No

HORN O E L EC EC T RI C O  

Medio

Medio Bajo Bajo

40

 

Nodo 2

Suceso Iniciador

Daños Equipo

Perdida de Mater Materia ia Prima

Pérdidas Económicas

Nivel de Consecuencias

Si  

Alto

Si   Si

No 

Alto No Si

Si  Si 

Alto

Si

Intensidad No Controlad a

Nodo 3

Medio

No   No

No No

Medio Bajo

No

Bajo

Nodo 3

Suceso Iniciador

Daños Equipo

Mala Fabricación

Pérdidas Económicas

Nivel de Consecuencias

Si  

Alto

Si   Si

No 

Alto No Si

Si  Si 

Alto

Si

Perdida de Materia Prima

No   No

No No

No

HORN O E L EC EC T RI C O  

Medio

Medio Bajo Bajo

41

 

Nodo 4

Suceso Iniciador

Daños Equipo

Daños Humanos

Pérdidas Económicas

Nivel de Consecuencias

Si  

Alto

S i  Si

No 

Alto No Si

Si  Si 

Alto

Si

Incendio

Medio

No   No

No No

Medio Bajo

No

Bajo

Nodo 5

Suceso Iniciador

Daños Equipo

Mal Uso

Pérdidas Económicas

Nivel de Consecuencias

Si   Si   Si

Alto No 

Alto No Si

Si  Si 

Alto

Si

Fundición

No   No

No No

No

HORN O E L EC EC T RI C O  

Medio

Medio Bajo Bajo

42

 

CCA (Cause (Caus e and and Conse Consequ quence ence Analysis) Analysis) Técnica que combina el razonamiento deductivo del FTA y el razonamiento inductivo del ETA, obteniéndose como resultado, una técnica que relaciona las consecuencias de los accidentes y las causas de los mismos.

ANALISIS CCA Nodo 1

Alto Voltaje

Daños Equipo

Error Humano Humano

Electrocución / Incendio Cables quemados

Voltaje No Regulado egul ado

HORN O E L EC EC T RI C O  

Riesgo de Salud

43

 

Nodo 2 Válvula Corrida

Daños Equipo

Error Humano Humano

Intensidad No Controlada Resistencias quemadas

Riesgo de Salud

Nodo 3

Mala Montura

Daños Equipo

Error Humano Humano

Perdida de Materia Pri Prima ma

Mala Fabricación

HORN O E L EC EC T RI C O  

Perdidas Perdi das Económicas

44

 

Nodo 4 No Evacuación de vapores

Daños Equipo

Error Humano Humano

Incendio Cables quemados

Riesgo de Salud

Nodo 5

Alto Voltaje

Daños Equipo

Pérdidas Económicas

Error Humano Humano

Fundición Cables quemados

Sobre-Am SobreAmperaje peraje

HORN O E L EC EC T RI C O  

Riesgo de Salud

45

 

Referencias Bibliográficas Operaciones Unitarias en Ingeniería Química, Sexta Edición [Warren L McCabe, Julian C Smith, Peter Peter Harriott] 19/10 19/10/2012, /2012, 4:38pm Operaciones de transferencia de, Segunda Edición, masa Robert Treybal, 19/10/2012, 6:30pm D. Kern, 1999, Procesos de Transferencia de Calor, Compañía Editorial Continental, S.A., Trigésima Primera Reimpresión Manual LaboratoriodedeTecnología Procesos Químicos Operaciones (Institutodel Universitario “Alonso Gamero” Rep.Unitarias II Bolivariana de Venezuela) Universidad Autónoma de Santo Domingo (UASD), Hornos, Manual de Lab. de Operaciones Unitarias

HORN O E L EC EC T RI C O  

46

 

Anexos  Gráficos T iempo vs . Temp er erat atura ura 36 33 30

27

n i 24 m21 p 18 m e 15 T

t vs T Potencial (t vs T)

12

9 6

3 0 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95100 95100105110115120125130135140145

Te mperat mperatura ura (ºC)

HORN O E L EC EC T RI C O  

47

 

Equipo

HORN O E L EC EC T RI C O  

48