horno de inducción
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD INGENIERIA MECÁNICA
HORNOS DE INDUCCIÓN
CURSO: TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA
PROFESOR: Villavicencio Chávez, Manuel
ALUMNO: Paredes Rúa, Ricardo Martin
CÓDIGO: 20122538J SECCIÓN: “A”
LIMA - PERUMayo – 2016
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ÍNDICE
Introducción……………………………………………………………………………………2
Consideraciones generales……………………………………………………………….….3
Descripción del sistema de refrigeración……………………………………………………4
Cálculos y evaluación técnica………………………………………………………………...9
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INTRODUCCIÓN
Un método para lograr la fundición de metales, con bajo impacto ambiental consiste en la
utilización de un horno de inducción de media frecuencia; este equipo requiere, para su
operación adecuada, el suministro estable de energía eléctrica y agua en su enfriamiento,
acordes a su diseño.
Se trata de un sistema electromagnético, las bobinas de inducción, que pueden utilizar
corrientes con frecuencias muy variadas, inducen el movimiento de los electrones de los
átomos metálicos y éste movimiento genera calor, por ello las piezas se calientan, pero
también se magnetizan, en algunos casos, por ello es necesario desmagnetizarlas con
otras bobinas que generan otra inducción desmagnetizante, situadas a la salida de
la unidad. Este procedimiento se utiliza tanto para el calentamiento de metales en
procesos de forja como para el endurecimiento superficial de piezas de acero, el efecto
que produce la inducción depende del rango de la frecuencia utilizada.
HORNO DE INDUCCIÓN
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Especificaciones del horno de fusión de metales
Es un tipo de horno de inducción sin núcleo, donde la bobina de cobre encierra una capa
de material refractario (sílice) alrededor de toda la longitud interior del horno. Una
corriente eléctrica a través de la bobina crea un campo magnético que penetra al
refractario y rápidamente funde el material de carga metálica.
Dicha bobina usa agua de enfriamiento circulando a través de esta. La siguiente figura da
un corte de este tipo de hornos
Para que funcione el horno, se requiere de una fuente que le suministre energía, Esta lo
hace mediante 4 mangueras de poder, en cuyo interior están 2 conductores de cobre
desnudo enfriados por agua
En el sistema de enfriamiento a partir del 70% de carga de diseño, se adicionan (según la
fundición) de 3 a 5 marquetas de hielo al depósito de agua fría de la fuente de poder,
opera el acondicionador de aire de 18000 Btu (5.2718 kwh) de capacidad.
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El acondicionador de aire compensa parcialmente los requerimientos de la temperatura
del aire interno de la fuente.
Del manual de operación se desprende que el sistema de enfriamiento debe subministrar
agua a una temperatura no mayor a los 40°C con una presión de 30psi a 60psi ,
Adicionalmente el aire interior de la fuente no debe superar los 32.2°C y 80% de
humedad.
El equipo a enfriar se encuentra constituido por dos partes
1.- La fuente de poder
2.- Bobina de inducción
El sistema inicial de agua de enfriamiento está conformado por 2 circuitos
independientes .Ambos conformados por: reservorio (tanque) de agua fría, bomba,
tuberías como se muestra en la figura.
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El calor fluye de la carga térmica al agua de enfriamiento y de esta al intercambiador (en
adelante radiador), lo cual disipa el calor transferido, el agua enfriada va al depósito y
mediante una bomba es suministrada a la carga térmica para completar el ciclo
Esquema de refrigeración
Para explicar de una manera más didáctica, a los 2 subsistemas, se emplea los siguientes
diagramas simplificados:
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Datos de entrada de la fuente de poder
800V, 3 , 60Hz, 567 A
Datos de salida de la fuente de poder
2000V, 1 ,1000Hz ,497 A, 350 kw
Capacidad del horno
1000 kg de aleación ferrosa
En el horno de inducción cada bobina tiene 25 espiras de tubo de cobre tipo k
∅=1' ' ,∅ exterior=966mm,altura1.4m
Tales como se muestra en la siguiente figura
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Conectores
Cálculos:
Teniendo en consideración:
Caudal requerido por las mangueras de poder operativo
Caudal 1.807 GPM
Caudal 0.000118 m3/s
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Evaluación técnica del horno
fuente de poder con lecturas tomadas al 70% de potencia
punto de lectura voltaje ampere # de fases Hz kilowatts Cos(∅ )acometida 800 360 3 60 500 1
salida 2000 178 1 1000 429 1
Rendimiento determinando experimentalmente = %86.4
Asumir que se labora con un promedio de 4 horas
Energía entregada al horno = 429kw * 4horas
Energía entregada al horno = 1716kwh
Para determinar la energía requerida para fundir al acero, uso valores promedios. Son
300 kg de acero, su calor especifico es de 0.21 kcal/kgC°, cuando esta fundido su entalpia
de fusión es 63.7 kcal/kg.
Q = 1000*0.21*(1620-28) + 1000*63.7 = 398020 kcal
Q= 119406*(1 kwh/860 kcal) = 462.814 kwh
Energía requerida para fundir el acero 462.814 kwh
La escoria, en promedio 80 kg requiere energía para su fusión. La entalpia promedio de
ella es de 390 kcal/kg .Entonces la energía a emplear será:
Q = 80 kg * 390 kcal/kg = 31200kcal
Q= 31200*(1 kwh/860 kcal) = 36.2791 kwh
Energía empleada para fundir la escoria 36.2791 kwh
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Un punto importante que no debemos obviar es la energía perdida por radiación, esta es
importante debido a que el horno no posee tapa. La energía requerida será:
Q = α∗(σ∗T 4)*A*t
α=¿ Factor de forma
σ=¿ Factor de radiación
T = temperatura K
A = área expuesta m2
t=¿ Tiempo en horas
Q = 4.18*10-8*18934*3.14*(0.42/4)*1.5*4 = 404501kcal
Q = 404501kcal*(1kwh/860kcal) = 470.35kwh
Energía perdida por radiación = 470.35 kwh
La energía disipada en la bobina es:
Q = 110 kwh *4 h =440 kwh
Energía perdida por disipación en la bobina = 440 kwh
Al sumar las pérdidas calculadas y luego restarlas de la energía entregada, se determina
la energía perdida por el calentamiento de los elementos susceptibles a la inducción,
dentro del campo de acción del campo magnético. Este será:
Perdidas por inducción = 1716 –(462.81+36.27+470.35+440)
Perdidas por inducción = 306.57kwh
Eficiencia del horno = Potencia útil / Potencia entregad
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Eficiencia del horno = 462.811716 =0.26 = 26%
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