Partes del horno.-

El horno esta constituido de 5 partes principales. Que se detalla a continuación:

1. -LA CARCAZA.-

Se ha construido de acero al carbono de 1/8" de espesor suficientemente resistente a las

tensiones térmicas y mecánicas del proceso en si.

La forma es paralepipeda . Se adopto esta forma por la facilidad en la construcción y por la

distribución de calor.

2. EL REVESTIMIENTO.-

Se emplearon los ladrillos refractarios, que contienen muchos poros pequeños, las cuales

se les denomina ladrillos refractarios ligeros El material básico es arcilla refractaria semi-

acida.

los ladrillos refractarios ligeros, son apropiados para temperaturas e la cara caliente de sd

871°C(o menos) hasta I648°C

Ladrillos estándar (9",41/2",2 1/2"), utilizados para la construcción total del horno.

RESISTENCIAS ELECTRICAS.- Gran numero de hornos se calienta por conversión de la

energía eléctrica en calor.

Se emplean diferentes materiales para la construcción de resistencias eléctricas para

calefacción.

Para este caso se utilizo la resistencia eléctrica: kanthal por sus buenas propiedades y

comprende aleación de hierro, cromo y aluminio. Alta resistencia a la oxidación

4.16.4. - CAMARA DE CALENTAMIENTO.-

Los factores predominantes que han prevalecido para su diseño son

-Volumen de material ha tratar -Elementos de calentamiento!

resistencias)

4.16.5. -1NTRDMENTO DE MEDIDA DE CONTROL.

4.16.5.1 PIROMETRO - Constituido de 3 partes:

- Termopares

hilos

Aparato indicador de tensión

4.17.-Secuencia del Diseño.-

Para el ensamblaje general del horno se siguió una secuencia lógica de pasos de acuerdo

al diseño de sus diferentes partes, a continuación detallarnos paso por paso este diseño.

En la carcaza

1.- cubierta inferior y laterales:

diseñar: dar medida a la carcaza.

Corlar

Esmerilar rebabas

Soldar

Inspeccionar medidas.

2. - Cubierta superior.

medir

cortar

esmerilar rebabas.

Inspeccionar medidas.

3. - Cubierta laterales y frontal de la

puerta.

medir

corta

r

esmerilar rebabas

inspeccionar medidas

soldar

En la cámara del horno:

L- liase del horno

Acoplar

Lijar

Colocar aislante y refractario con mortero

Asentar Inspeccionar 2.- Paredes del horno,

acoplar

- lijar

colocar aislante y refractario con mortero

asentar

inspeccionar.

3. - Bóveda.

acoplar -

lijar.

Colocar el aislante y el refractario con mortero.

Asentar

Inspeccionar.

4. - Resistencias

medir

cortar

espira

r

inspeccionar medidas.

4.18.- Ensamble general.

Para el tablero de control.

diseñar la caja

instrumentos de control de temperatura

colocar el instrumento de medición de temperatura en su caja

Luego de haber hecho todos estos pasos ya tenemos el horno semi acabado

Solamente ciarle un retoque final siguiendo los siguientes pasos:

esmerilar toda la cubierta

sacar toda la escoria de la soldadura pintar taladrar agujeros de entrada de cables

de

resistencias y termopar

instalación y ubicación de termopar.

Prueba eléctrica

Prueba de eficiencia

Inspecciona final

HOJA DE ESPECIFICACIONES HORNO

ELECTRCO DE MUFLA

IDENTIFICACIÓN

Nombre y detalle Horno eléctrico de mufla Diseñador S. R.C.C

Planta Taller de tratamientos térmicos Fecha Junio 2001

Función Todo tipo de tratamiento térmico

Unidades 0J.

Datos de Diseño

Temperatura máxima de operación 1300"C Capacidad

máxima del horno 2O0O0cm 3 Operación Discontinua

Datos de Construcción

Dimensión 60 * 60 * 65 cm Tipo Eléctrico de m ulla ( resistencia)

Cámara interna 24.5 * 41 * 26 cm

Aislante 7IQ73cm 3

Ladrillo refractario tipo estándar 631adrillos Carcaza :

Acero 1/8" : 7441.22cm J Instrumento de medida

Piròmetro Potencia del horno 5.3kvv Resistencia

islanthal Numero de espiras 700

* Calculo del volumen total de horno y del volumen de la cámara

Sabemos que las dimensiones requeridas para el horno son:

-Altura (H) -65.Ocm. -Ancho(A)

=60.Ocm. -Profundidad!

L)=60.0cm.

Las dimensiones para las cámaras son.

-Altura (h)=24.5cm. –Ancho (a)

~26.0cm. -Profundidad (l)-

4l.0cm.

Calculo del volumen total del horno! Vt) y el volumen de la cámara (Ve) Vt = (65.Ocm)

(60.0cm)(60.0cm) - 234(.)00cm1 Ve - (24.5cm)(26.0cm)(41 .Ocm)- 261 17cnr

4.1. -Criterios de Diseño.

a) .- Capacidad .- Las medidas temas para el diseño del horno están en base a unos

20000cm de volumen de material! 1 50 Kg. de acero aproximadamente).

b) .- Metal o aleación a tratarse .- Define I de final de calentamiento (aceros para

tratamientos térmicos).

C).- Forma de las piezas .- Define el método de manipulación de las piezas el horno

4.2. -Calculo de los Volúmenes de los Materiales a Osar 4.2.1-

Calculo del volumen del Aislante (Para cada bloque)

V4.2.2. -Caleulo del Aislante para el Bloque 1

Corresponde a la parte inferior del horno ( vista frontal)

-Altura = 16.Ocm. -

Ancho = 60.Ocm -

Profundidad - 60.Ocm.

Vi= I6.0*60.0*60.0=57600cm3 Para lo cual se considera un espesor de lcm

de aislante debido a que el flujo de calor es menor en este bloque.

VAI - Vi (15*59.0*59.0)cm3 VA:

5385cm3

4.2.3. -Calculo del Aislante en el bloque 11

Corresponde a la parte intermedia del cuerpo del horno ( vista frontal) -

Altura = 24.5cm. -Ancho = I7cm. -Profundidad = 4 I .Ocm.

Para lo cual se considera un espesor de 6.Ocm debido a que la transmisión de calor es

mayor en este bloque . VAII -2i(6.Ü)(24.5)(41.Ü)

VA» - I2054cm3

4.2.4.-Calculo del Aislante en el Bloque lil

Corresponde a la parte superior del cuerpo del horno ( vista frontal ) es decir la parte

superior ( techo ) de la cámara.

-H-24.5cm.

-A = 60.0cm.

-L = oO.Ocm.

Para lo cual se considera un espesor de 6.0em. de aislante en la cubierta.

VAIII = (6.0)(60)(60) ; 3(6)( 18.5X60)

VAin = 41580cni'

4.2.5.- Calculo del Aislante en el Bloque IV

Corresponde a la parte posterior de la cámara sin incluir la base ni el techo. -

Altura = 24.5cm -Ancho - 60.0 cm. -Profundidad = 19.0cm. Se considera un

espesor de 6.0 cm de aislante. V.MV = 6*24.5*60 + 2(6)( 1 1 )(24.5) VAIV - 12054

cm-5

Luego calculamos el volumen total del material aislante (VA).

VA=VAI+ VAII-I- VAHI-I- VAIV

VA- (5585 h 12054+41580+ 12054)cm'

VA=71073cm-

4.3.- Calculo del Volumen Disponible para el Refractario

VT - VA+VC+CR

Donde: VT = volumen total del horno.

V

VA=

VC=

VR = Volumen total del refractario.

VR= VT-VC-VA

VR - (234000-26117-71073 )cm3 VR - 1368

10cm5.

Pero el volumen del refractario corresponde al volumen del ladrillo refractario y el

volumen del mortero.

4.4.-Calculo de los Porcentajes de Ladrillo Refractario y Mortero

Teniendo ea cuenta un espacio ínter, ladrillo de 5mm podemos sobre dimensionar el

tamaño de un ladrillo al ser cubierto por mortero: -L = 23.5cm. -A - I2.5cm -11 -

7.5cm.

Con estas nuevas dimensiones calculamos el Nuevo volumen del ladrillo:

VI.R ■■■ A*FPL VLR =( 12.5*7.5*23.5)cm 3

VLR - 2203.125cnr volumen del ladrillo recubierto Las

medidas estándares del ladrillo refractario son:

V

T = (11.5*22.5*6.5)cm3

VL -1681.875 cm3 Donde:

V

L = Vol. Ladrillo standar. VIVI

- Vol. Mortero

Entonces: VM = VLR- VL

Reemplazando:

VM = (22003.125-

1681.875)cnv VM-521.25 cm'

Calculo de los porcentajes en volumen :

*% MORTERO = 521.2 5* 100-23.66%

2203.125

*%LADRELO =-- 1681. 875*100 = 76.34%

2203.125

4.5. -Calculo del Volumen del Ladrillo Refractario y del Morter

VT=

= 0.7634(VR) VMT-

0.2366(VR)

Donde:

VR= Volumen total del refractario.

VLT= Volumen total del ladrillo refractario.

VMT = Volumen total de! mortero.

Reemplazando:

VLT -= 0.7634( 13681 Ocm

>104440.75crrC VMT- 0.2366( I 36810cmT) -

32369.25cnv

4.6. -Calculo del Numero de Ladrillos Refractarios a Lsar

N° LADRILLOS- VLT

VE

II

Nü LADRILLOS = 104440.75cm 3 =62.1 ladrillos

168L875cm3

Entonces: Nü de ladrillos a usar = 63 ( ladrillo refractario tamaño estándar) 4.7.-

Calculo del Volumen de Material a Usar en la Parte Frontal del Horno :

65

48 D

Considerando como un solo bloque tenemos

VAF= (8*48*65)cm3 VAF-24960

Donde VAF : Volumen del aislante en la parte Frontal del horno.

Entonces para la plancha de acero de la parte Frontal del homo tenemos:

Espesor: 1/8" = 0.3 ! 8cm.

L= (6+8+48+8 + 6)cm - 76cm. Vol.

Plancha - (0.3 1 8)(7ó)(65)cnr

Vol. Plancha - 1570.92 cm'. 4.8.-CaIculo de la Plancha de

Acero para el Resto de la Carcaza. -Volumen lateral.

VL= 2(52*65*0.3 I 8) - 2 ! 49.7cm' -

Volumen posterior. VP=

(60*65*0.318) - 1240cm1 -Volumen

superior e inferior .

VSP-2 (60*65*0.3 I 8 Y - 2480.4cnr

Volumen total - 1570.92 vi 149.7+1240.2-2480.4-7441.22CM3

4.9 Calculo de la Perdida de Calor

Ti Re frac

Ta Aislante

Tb Acero Te

A B C

KA l.| Kcal/m hVC

KB

KC

Considerando un estado estacionario:

qt KA (Ti - Ta) = ICB(Ta-

Tb) - KC(Tc - Tb)

YA YB YC

qt = 2545 Kcal/m2~h Calculando el area interna : A 1=2(24.5*41 ) +4(26*41 ) =6273cm: Calculando el area externa : A2-4(óü*65)+2(60*60)-2280Ücin2 para la relación 22800 -3.63 6273entonces como que 2 se debe de usar la ecuación Al- .11* .42*,7.6At - ;'6273*22800*;r/6 •• 0.865nr Hntonces obtenemos la perdida de calo total: Qpc = (0.865) (2545 Kcal/m2-h) Qpc - 2202.38 Kcal/h

4.10 Calculo de la Potencia

W= 100 L D T

Donde:

W= Potencia total del homo (Watts) L =

Longitud de la cámara (Pulg.) D =

Diámetro interno (Pulg.) T = espesor del

aislante (Pulg.)

W = IQOf 16.14)( 13) = 4662.67 Watts.

4.5

mas un 15% de desigualdad.

W = 4662.67 + 0.1 5(4662.67) = 5362Watts. Por tanto el

horno esta diseñado para una potencia de :

W = S.3KW

4.11.- Calculo del diámetro del alambre para la resistencia eléctrica.

Selección del tipo de alambre: Para nuestros requerimientos necesitamos lograr una

temperatura hasta 1300 °C por lo que escogemos la resistencia KANTHAL

Diámetro del alambre:

d - 1 3,/(H'/v)2r( Tip

donde:

d = diámetro del alambre (mm)

V = Tensión (voltios)

R = Resistividad en Q-mm2/m. A 20°C

Ct= Factor de temperatura de KANTHAL a 1200°C

P= carga superficial del elemento de calentamiento = 8Watts/cm*

Datos:

W = 5300 Watts.

V = 220 Voltios.

Ct 1.04(1000-1300°C) R =

1.45 Q mm /m P - 8

Watts/cm2 d - l.6mm.

4.12.-Además calculamos la resistencia y la corriente máxima necesaria :

- I - Y_ ,

R

- W - V ! = RI2

- R^zMZ

WCt

- R- (22Üvf - 8.87Q

5300Walls( 1.04)

luego :

[ = ??nv = 25.05 Amp. 8.78

Q

de tablas obtenemos la resistividad ® (kanthal) = 0.72 1 fi/m.

Peso por unidad de longitud(kanthal) = 14 3gr/m

4.13CnlcuIo delà Longitud de ln Resistencia :

Para evitar el recalentamiento , el elemento debe de trabajar a una potencia menor a

la calculada (5300w)

Consideramos = 5000W

Entonces:

R ZLLT.()Y = 9.31 Q

5000(1.04) 1 -

5000(1.04 1 = 24Amp.

220

4.14.- Longitud de la Resistencia Convertida en Espiras (Lr)

Lr = 8 3 I = 12 91 m

0.721

Pr- 14.3(12.91) = I84.65gr. Ltotal =

espiras + extremos. Ltotal - 12.91 + 0.8

= 13.71 m Ptotal - 184.65+14.3(0.8) =

I96.09gr

(otra forma de calcular la longitud del alambre e en gráficas)

4.15.-Caleulo del Diámetro y el Numero de Espiras.

d( resist.) = l.ómm D( espiras) - 8

mm.( propuesto) Dimensiones en e

1 área: Largo del canal = 31 ümm.

Separación entre canales = 45mm.

N° de canales = 4.

N° total de canales 4(3) = 12.

pLuego:

X- longitud disponible de calentamiento.

X= 12(3l0mm)+ll(40mm)= 4l60mm

Ll =•' longitud de alambre a ser usado - 1371 Ümm.

Diámetro promedio de espiral =D-d = 8-1.6 =6.4mm

LONGITUD DEL ESPIRAL ESTIRADO = 6.4* =20.1mm.

N° ESPIRAS - Ll . = 13710mm

Longitud estirado de espira 20.1 inm

Se considera un factor de segundad de 2%

N = 700 ESPIRAS

Si S. Paso o nexo entre espiras S ~ X = 4160mm = 5.9

N 700

Según el fabricante S debe de ser mayor que 2d : •

como 5.9> 2(1.6)

5.9>3.2 Cumple por tanto se acepta el diámetro

propuesto de la espira = 8mm.