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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
- 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
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
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%
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