Horno de inducción

Es un horno eléctrico en el que el calor es generado por calentamiento por la inducción eléctrica de un medio conductivo (un metal) en un crisol alrededor del cual se encuentran enrolladas bobinas magnéticas, La corriente es de alta frecuencia y la bovina es enfriada por agua. Estos hornos se cargan con piezas sólidas de metal, chatarra de alta calidad o virutas metálicas.El principio de calentamiento de un metal por medio de la inducción fue descubierto por Michael Faraday en 1831 mientras se encontraba experimentando en su laboratorio. Una ventaja del horno de inducción es que es limpio, eficiente desde el punto de vista energético, y es un proceso de fundición y de tratamiento de metales más controlable que con la mayoría de los demás modos de calentamiento. Otra de sus ventajas es la capacidad para generar una gran cantidad de calor de manera rápida. También que el campo eléctrico que circula por el metal fundido crea una acción de agitación que es útil en la producción de aleaciones metálicas. Los principales componentes de un sistema de calentamiento por inducción son: la bobina de inducción, la fuente de alimentación, la etapa de acoplamiento de la carga, una estación de enfriamiento y la pieza a ser tratada.1

Las fundiciones más modernas utilizan este tipo de horno y cada vez más fundiciones están sustituyendo los altos hornos por los de inducción, debido a que aquellos generaban mucho polvo entre otros contaminantes. El rango de capacidades de los hornos de inducción abarca desde menos de un kilogramo hasta cien toneladas y son utilizados para fundir hierro y acero, cobre, aluminio y metales preciosos. Uno de los principales inconvenientes de estos hornos es la imposibilidad de refinamiento; la carga de materiales ha de estar libre de productos oxidantes y ser de una composición conocida y algunas aleaciones pueden perderse debido a la oxidación (y deben ser re-añadidos).El rango de frecuencias de operación va desde la frecuencia de red (50 ó 60 Hz) hasta los 10 KHz, en función del metal que se quiere fundir, la capacidad del horno y la velocidad de fundición deseada - normalmente un horno de frecuencia elevada (más de 3000 Hz) es más rápido, siendo utilizados generalmente en la fundición aceros, dado que la elevada frecuencia disminuye la turbulencia y evita la oxidación. Frecuencias menores generan más turbulencias en el metal, reduciendo la potencia que puede aplicarse al metal fundido.En la actualidad los hornos de frecuencia de línea (50 ó 60 Hz, según país) han quedado en desuso, ya que los mismos poseían muy poca eficiencia energética y además cargaban con un alto coste de mantenimiento, dado que contenían una gran cantidad de elementos electromecánicos. En las últimas décadas (aproximadamente desde finales del 70') se han incorporado equipos de estado sólido, conformados en su etapa de potencia con componentes tales como tiristores (diodos SCR) y transistores de potencia tipo IGBT, con lo que el rendimiento y eficiencia de estos equipos ha aumentado considerablemente.Un horno para una tonelada precalentado puede fundir una carga fría en menos de una hora. En la práctica se considera que se necesitan 600 kW para fundir una tonelada de hierro en una hora.Un horno de inducción en funcionamiento normalmente emite un zumbido, silbido o chirrido (debido a la magnetostricción), cuya frecuencia puede ser utilizada por los

operarios con experiencia para saber si el horno funciona correctamente o a qué potencia lo está haciendo.Hay dos tipos de hornos de inducción. El primero es sin núcleo y el segundo se llama canal. El horno de inducción sin núcleo consta de bobinas de cobre que están protegidos por un escudo de acero que se mantienen refrigeradas por circulación de agua.  Una capa de material refractario se coloca por encima de las bobinas y se calienta a la temperatura deseada. Un crisol se dispone por encima de los refractarios. El metal que se funde se coloca dentro de la placa y el calor producido por la carga electromagnética funde el material.El horno de inducción de canal también puede ser llamado un horno de inducción básico. Funciona de manera muy similar al horno sin núcleo, a excepción de la adición de un núcleo caliente. hornos de canal se han encontrado útiles en la fusión de metales de baja temperatura de fusión.

Vista frontal del tablero de control.

Vista interior del tablero de control electronico y fuerza. En la mitad izquierda se ubica el convertidor AC/DC conformado por un puente controlado por tiristores SCRs. En la mitad derecha se tiene el convertidor DC/AC (Inversor), equipado con SCRs y conforman el generador de Media Frecuencia (MF). En la parte inferior se ubica el reactor del sistema de corriente continua. En la parte superior al centro se ubica el rack de cuatro tarjetas de control electrónico

Preparacion del crisol: primero se procede a barnizar y encintar las espiras de los extremos de la bobina inductora

En esta toma se observa el bobinado inductor recubierto con material especial.

A continuacion se ha forrado el interior del bobinado, previamente preparado, con tela de vidrio, el cual servira de base para proceder a colocar el material refractario y a la vez el molde metalico interior (formaleta) que sirve para dar la forma interior del crisol..

concluido el trabajo de colocar el material refractario en el interior del crisol. La formaleta ya esta completamente fijada y todo esta listo para proceder a la primera fusion de sinterizado del refractario, el cual es un proceso que esta regido por una curva de calentamiento de aproximadamente de 12 horas.

Se procede a arrancar el Horno y a partir de los 60kw ya tenemos el fondo del crisol al rojo vivo.

se procede al llenado progresivo con metal. Se puede apreciar las altas temperaturas producidas en el crisol.

Aqui se aprecia las chispas producidas durante el ingreso de material frio al crisol. Se continua gradualmente con el cargado de material completo para continuar con el proceso de sinterizado.

se espera que transcurra el tiempo necesario para completar el sinterizado, luego del cual se procedera a vaciar en los moldes y depositos de reserva habiendo culminado de esta forma el proceso de sinterizado siguiendo la curva de temperatura correspondiente

se procede al vaciado en el deposito de transporte hacia los moldes o recipientes de descarga.

Termocuplas

Una termocupla básicamente es un transductor de temperaturas, es decir un dispositivo que convierte una magnitud física en una señal eléctrica. Está constituida por dos alambres metálicos diferentes que unidos, desarrollan una diferencia de potenciad eléctrica entre sus extremos libres que es aproximadamente proporcional a la diferencia de temperaturas entre estas puntas y la unión. Este fenómeno se conoce comoEfecto Seebeck, quien en 1821 estudió su comportamiento. Este efecto permite calibrarla Termocupla para usarla como un Termómetro.

Se suelen fabricar con metales puros o aleaciones (caso más común) y la característica

más notable es que son empleadas para medir temperaturas en un rango noblemente

grande comparadas con otros termómetros. Valores típicos del rango están entre 70 K y

1700 K, pudiéndose llegar en algunas circunstancias con aleaciones especiales hasta los

2000 K.

Una termocupla, en rigor, mide diferencias de temperaturas y no temperaturas absolutas.

Esto hace necesario el uso de una temperatura de referencia, por lo que suele emplearse

un baño de agua con hielo (0º C). El empleo de termocuplas para medir temperaturas

esta fundamentado en el efecto seebeck que a su vez es una combinación de dos efectos:

el Thompson y el Peltier.

A menudo de forma errónea se generaliza designando a cualquier sensor de temperatura con el termino TERMOCUPLA sin embargo hay que tener presente que existen una gran cantidad sensores con diferentes características. Existe una gran variedad de tipos de Termocuplas (Tipo K, Tipo J, Tipo E, Tipo T, Tipo R, Tipo S) con distintas configuraciones, sin embargo, el 90% de las termocuplas usadas son del tipo J y K.

VENTAJAS· Económicas y muy robustas,· Muy fáciles de encontrar en el mercado· Cubren amplios rangos de temperatura (-180 a 1370ºC)

DESVENTAJAS

· No tienen una alta precisión (+/- 0.5ºC· No pueden extenderse a mas de 10 ó 20 mts del indicador por las interferencias de corriente y por el costo del cable· Su vida útil se reduce considerablemente al ser expuestas a atmósferas oxidantes.

Pirómetros

Un pirómetro en un instrumento utilizado para medir, por medios eléctricos, elevadas temperaturas por encima del alcance de los termómetros de mercurio. Este término abarca a los pirómetros ópticos, de radiación, de resistencia y termoeléctricos.

Los pirómetros de radiación se fundan en la ley de Stefan - Boltzman y se destinan a medir elevadas temperaturas, por encima de 1600 °C mientras que los pirómetros ópticos se fundan en la ley de distribución de la radiación térmica de Wien y con ellos se han definido puntos por encima de 1063 °C en la Escala Internacional de Temperaturas.

    Las medidas pirométricas, exactas y cómodas, se amplían cada vez más, incluso para temperaturas relativamente bajas (del orden de 800 °C)  

La temperatura del acero al rojo se puede medir mediante un pirómetro de radiación (el instrumento cilíndrico con cables, que vemos a la derecha. Se enfoca la radiación térmica en un par térmico, donde se genera una corriente eléctrica que se registra en un amperímetro graduado para medir en él directamente las temperaturas.

PIRÓMETROS DE RADIACIÓN

Los pirómetros de radiación se fundamentan en la ley de Stefan - Boltzman que dice que la energía radiante emitida por la superficie de un cuerpo negro aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura absoluta del cuerpo, es decir

W = T4

donde

W (potencia emitida) es el flujo radiante por unidad de área, es la constante de Stefan - Boltzman (cuyo valor es 5.67 10-8 W / m2 K4) y T es la temperatura en Kelvin

Desde el punto de vista de la medición de temperaturas industriales, las longitudes de onda térmicas abarcan desde las 0.1 micras para las radiaciones ultravioletas, hasta las 12 micras para las radiaciones infrarrojas.

Pirometro de radiacion

USOS

    El pirómetro de radiación se puede recomendar en los casos siguientes:

1. donde un par termoeléctrico sería envenenado por la atmósfera de horno

2. para la medida de temperaturas de superficies

3. para medir temperaturas de objetos que se muevan

4. para medir temperaturas superiores a la amplitud de los pares termoeléctricos formados por metales comunes

5. donde las condiciones mecánicas, tales como vibraciones o choques acorten la vida de un par termoeléctrico caliente

6. cuando se requiere gran velocidad de respuesta a los cambios de temperatura.

    Este pirómetro reemplaza al pirómetro óptico cuando se desea registrar y vigilar las temperaturas superiores a 1600 C. Esta sustitución requiere que la fuente sea lo suficientemente grande para llenar el campo del pirómetro de radiación. 

PIRÓMETROS ÓPTICOS

Se basan en la ley de distribución de la radiación térmica de Wien. m = A / T, donde A = 0.2897 si m viene en cm.

    La longitud de onda correspondiente al máximo de potencia irradiada en forma de radiaciones comprendidas en un intervalo infinitamente pequeño de longitudes de onda es inversamente proporcional a la temperatura del cuerpo negro.

    En la medición de temperaturas con estos pirómetros hacemos uso de una característica de la radiación térmica: el brillo. El brillo de la radiación en una banda muy estrecha de longitudes de onda emitidas por una fuente, cuya temperatura ha de medirse, es confrontado visualmente con el brillo, en la misma banda, de una fuente calibrada.

Esquema de un pirómetro óptico

Pirómetro optico

Bibliografía

http://www.aprendizaje.com.mx/Curso/Proceso1/Temario1_III.html#once

http://www.plazatecnologica.com/reportes/tableros/hinduccion/

http://www.ehow.com/about_5061491_electric-induction-furnace.html

http://translate.google.com/translate?hl=es&langpair=en|es&u=http://www.life123.com/home-garden/heating-cooling/furnaces/How-Does-an-Induction-Furnace-Work.shtml

METRING C.A. Telfs: (0286) 994.17.66 / 717.2050 Fax: (0286) 994.54.77 E-Mail: ventas@metring.com - web: www.metring.com

http://fisica.ru/dfmg/teacher/archivos//sensores_termocupla.pdf

http://solucionesdobin.com/index2.php?option=com_content&do_pdf=1&id=40

http://www.galeon.com/termometria/pirometros.htm

http://www.industriaynegocios.cl/Academicos/AlexanderBorger/Docts%20Docencia/Seminario%20de%20Aut/trabajos/2001/Automatizaci%F3n/piropticos.htm