Instrumentación industrial

Instrumentación industrial

Los procesos industriales exigen el control de la fabricación de los diversos productos obtenidos. Los procesos son muy variados y abarcan muchos tipos de productos: la fabricación de los productos derivados del petróleo, alimenticios, e industria cerámica, las centrales generadoras de energía, la siderurgia, los tratamientos térmicos, la industria papelera, la industria textil, etc.

En todos estos procesos es absolutamente necesario controlar y mantener constantes algunas magnitudes, tales como la presión, el caudal, el nivel, la temperatura, el PH, la conductividad, la velocidad, la humedad, el punto de rocío, etcétera. Los instrumentos de medición y control permiten el mantenimiento y la regulación de estas constantes en condiciones más idóneas que las que el propio operador podría realizar.

Instrumentación electrónica

Es la parte de la electrónica, principalmente analógica, que se encarga del diseño y manejo de los aparatos electrónicos y eléctricos, sobre todo para su uso en mediciones. La instrumentación electrónica se aplica al sensor y procesar la información proveniente de variables físicas y químicas, a partir de las cuales realiza el monitoreo y control de procesos, empleando dispositivos y tecnologías electrónicas.

Instrumentación industrial

Un sistema de instrumentación es una estructura compleja que agrupa un conjunto de instrumentos, un dispositivo o sistema en el que se mide, unas conexiones entre estos elementos y por último, y no menos importante, unos programas que se encargan de automatizar el proceso y de garantizar la repetibilidad de las medidas.

Es el grupo de elementos que sirven para medir, convertir, transmitir, controlar o registrar variables de un proceso con el fin de optimizar los recursos utilizados en éste. Es el conocimiento de la correcta aplicación de los equipos encaminados para apoyar al usuario en la medición, regulación, observación, transformación, ofrecer seguridad, etc., de una variable dada en un proceso productivo.

Las variables de control de procesos a medir o controlar pueden ser: Caudal, Caudal másico, Caudal volumétrico, Presión, Temperatura, Nivel, Nivel de líquidos, Nivel de sólidos, Velocidad, Peso, Humedad, Punto de rocío, Variables químicas: pH, Conductividad eléctrica.

El elemento clave

El elemento clave fundamental de un sistema de instrumentación, está en la medición, acto de percibir y asignar un valor específico a una variable física. Dicha variable física es la variable medida. Un sistema de medición es una herramienta utilizada para cuantificar la variable medida.

Como el elemento primario en la medición de la variable del proceso, tenemos el elemento sensor. La función del sensor es percibir y convertir la entrada (variable física) percibida por el sensor, en una variable de la señal de salida. El sensor es un elemento físico que emplea algún fenómeno natural por medio del cual sensar la variable a ser medida. El transductor, convierte esta información censada en una señal detectable, la cual puede ser eléctrica, mecánica, óptica, u otra. El objetivo es convertir la información censada en una forma que pueda ser fácilmente cuantificada.

La confiabilidad y precisión son, fundamentales en la instrumentación de campo. En las plantas, estos dispositivos de medición y control están conectados a un sistema de control que proporciona señales utilizadas para operar a distancia o de forma automatizada solenoides, válvulas, reguladores, disyuntores o relés. El sensor es el elemento clave en todo sistema de instrumentación; su función es percibir y convertir la variable física percibida en una variable de la señal de salida; el transductor convierte la información del sensor en una señal detectable para poder cuantificarla.

Evolución

En sus principios Las mediciones se efectuaban localmente. Los Sistemas de Instrumentación y Control eran dispositivos manuales mecánicos y no existía la transmisión. Todo se realizaba con el operador trabajando junto al proceso. No existían métodos formales ni modelos matemáticos para poder controlar las variables: predominaban los métodos heurísticos, mediante el ensayo y el error o la causa y el efecto.

A inicios del siglo 20, continuó la evolución de sistemas más confiables. Se construyeron los primeros servomecanismos, se utilizaron los primeros dispositivos neumáticos y se desarrollaron los primeros analizadores. Con respecto a los Sistemas de control, se desarrollaron los primeros controladores industriales que utilizaban aproximaciones a los algoritmos Proporcional-Integral-Derivativos (PID).

Entre los años 1940 Y 1950. Las plantas alcanzaron grandes capacidades de producción, aumentando su tamaño y complejidad. En este periodo se desarrollaron los primeros instrumentos electrónicos, basados principalmente en potenciómetros. Se construyeron los primeros transmisores y las primeras celdas de presión diferencial.

Actualidad

La innovación mecánica y la producción en masa, la instrumentación y su desarrollo fueron una tecnología exponencial clave de apoyo en Los desarrollos de instrumentos a nivel sensor han involucrado tanto al sector mecánico, como al químico, mientras que la transmisión de valores ha hecho uso de las industrias electrónicas forjando los avances a través de la tercera revolución industrial usando electrónica y computadoras para avanzar en el análisis del procesamiento de datos de señal. A medida que entramos en el período apodado la cuarta revolución industrial, Inteligencia Artificial, Grandes Datos y más.

Tratamiento térmico del acero

Tratamiento térmico del acero

El tratamiento térmico en el material es uno de los pasos fundamentales para que pueda alcanzar las propiedades mecánicas para las cuales está creado. Este tipo de procesos consisten en el calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado sólido para cambiar sus propiedades físicas. Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil. La clave de los tratamientos térmicos consiste en las reacciones que se producen en el material, tanto en los aceros como en las aleaciones no férreas, y ocurren durante el proceso de calentamiento y enfriamiento de las piezas, con unas pautas o tiempos establecidos.

Los tratamientos térmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con las constantes innovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste como a la tensión. Los principales tratamientos térmicos son:

Temple: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior Ac (entre 900-950 °C) y se enfría luego más o menos rápidamente (según características de la pieza) en un medio como agua, aceite, etc.

Revenido: Solo se aplica a aceros posterior de templados, para disminuir ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura máxima y velocidad de enfriamiento.

Recocido: Consiste básicamente en un calentamiento hasta la temperatura de austenización (800-925 °C) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. También facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que produce el trabajo en frío y las tensiones internas.

Normalizado: Tiene por objetivo dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido.

Tratamiento termoquímico del acero

Los tratamientos termoquímicos son tratamientos térmicos en los que, además de los cambios en la estructura del acero, también se producen cambios en la composición química de la capa superficial, añadiendo diferentes productos químicos hasta una profundidad determinada. Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento y enfriamiento controlados en atmósferas especiales.

Entre los objetivos más comunes de estos tratamientos está, aumentar la dureza superficial de las piezas, dejando el núcleo más blando y tenaz; disminuir el rozamiento aumentando el poder lubrificante; aumentar la resistencia al desgaste; aumentar la resistencia a la fatiga o aumentar la resistencia a la corrosión.

Cementación (C): Aumenta la dureza superficial de una pieza de acero dulce, aumentando la concentración de carbono en la superficie. Se consigue teniendo en cuenta el medio o atmósfera que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento. El tratamiento logra aumentar el contenido de carbono de la zona periférica, obteniéndose después, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial, resistencia al desgaste y buena tenacidad en el núcleo.

Nitruración (N): Al igual que la cementación, aumenta la dureza superficial, aunque lo hace en mayor medida incorporando nitrógeno en la composición de la superficie de la pieza. Se logra calentando el acero a temperaturas comprendidas entre 400 y 525 °C dentro de una corriente de gas amoníaco más nitrógeno.

Cianuración (C+N): Endurecimiento superficial de pequeñas piezas de acero. Se utilizan baños con cianuro, carbonato y cianato sódico. Se aplican temperaturas entre 760 y 950 °C.

Carbonitruración (C+N): Al igual que la cianuración, introduce carbono y nitrógeno en una capa superficial, pero con hidrocarburos como metano, etano o propano; amoníaco (NH3) y monóxido de carbono (CO). En el proceso se requieren temperaturas de 650 a 850 °C y es necesario realizar un temple y un revenido posterior.

Sulfinización (S+N+C): Aumenta la resistencia al desgaste por acción del azufre. El azufre se incorpora al metal por calentamiento a baja temperatura (565 °C) en un baño de sales.

Endurecimiento del acero

El proceso de endurecimiento del acero consiste en el calentamiento del metal de manera uniforme a la temperatura correcta y luego enfriarlo con agua, aceite, aire o en una cámara refrigerada. El endurecimiento produce una estructura granular fina que aumenta la resistencia a la tracción (tensión) y disminuye la ductilidad. El acero al carbono para herramientas se puede endurecer al calentarse hasta su temperatura crítica, la cual se adquiere aproximadamente entre los 790 y 830 °C, lo cual se identifica cuando el metal adquiere el color rojo cereza brillante. Cuando se calienta el acero, la perlita se combina con la ferrita, lo que produce una estructura de grano fino llamada austenita. Cuando se enfría la austenita de manera brusca con agua, aceite o aire, se transforma en martensita, material que es muy duro y frág

Hornos por convección

 ¿Qué es un horno de convección?

Un horno de convección,  es un horno asistido por ventiladores para hacer circular el aire caliente y calentar más rápido que un horno tradicional. En lugar de depender solo del calor irradiado por elementos calefactores. El horno de convección esparce el aire caliente y envuelva los alimentos o materiales y los caliente más uniformemente.

Funcionamiento

Los hornos de convección funcionan de manera eficiente porque están equipados con tecnología de ventilador que hace circular activamente el aire caliente en el horno alrededor de los alimentos, creando una temperatura uniforme y cocinando cada superficie con el mismo calor.

Este sistema de aire en movimiento y de igual calor también ayuda a asegurar que la parte inferior no caliente las piezas más y se queme mientras que la parte superior no calienta lo suficiente, una ocurrencia frecuente en muchos hornos regulares.

Diferencia entre hornos convencionales y convección

La fuente de calor en un horno regular es estacionaria, por lo general se irradia desde un elemento de calentamiento en la parte inferior del aparato, mientras un horno de convección un ventilador hace circular el aire caliente por todo el lugar. Los hornos de convección también se pueden utilizar como hornos convencionales con sólo desconectar el ventilador, teniendo las dos opciones disponibles.

¿Horno de convección a gas o eléctrico?

Ambos hornos convencionales y de convección pueden ser calentados con gas o electricidad, la diferencia está en la distribución de calor. Todo dependerá del rubro en el que te encuentres, un horno de conveccion a gas muchas veces será de mayor utilidad para grandes procesos industriales, en cambio un horno de conveccion eléctrico se adecua a diferentes espacios,

En un horno de convección industrial  pasan varias cosas y una de ellas es que los ventiladores cambian la dirección el aire y su velocidad. La distribución del calor, garantiza una cocción perfecta de cualquier material y en un tiempo mucho menor que en un horno convencional.

La convección 

es una de las tres formas de transferencia de calor (conducción, convección y radiación) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales, la evaporación del agua o fluidos. La convección en sí es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido. Por ejemplo, al calentar el agua en una cacerola, el agua que entra en contacto con la base de la cacerola asciende al calentarse, mientras que el agua de la superficie desciende por los lados al enfriarse, y ocupa el lugar que dejó la porción caliente.

La transferencia de calor implica el transporte de calor en un volumen y la mezcla de elementos macroscópicos de porciones calientes y frías de un gas o un líquido. Incluye también el intercambio de energía entre una superficie sólida y un fluido o por medio de una bomba, un ventilador u otro dispositivo mecánico (convección mecánica, forzada o asistida).

En la transferencia de calor libre o natural, un fluido es más caliente o más frío. El contacto con una superficie sólida, causa una circulación debido a las diferencias de densidades que resultan del gradiente de temperaturas en el fluido.

La transferencia de calor por convección se expresa con la Ley del enfriamiento de Newton:

¿Qué es un horno de convección?

Principalmente se utiliza para hornear, cocer, calentar o asar alimentos. Por el contrario, el horno de convección logra crear una temperatura uniforme para que no se distribuya la temperatura de manera aleatoria, sino que sus ventiladores consiguen que la temperatura sea la misma, en cada rincón del horno.11 ago. 2017

¿Qué es conveccion y ejemplos?

Aquí una serie de ejemplos de convección: La transferencia de calor de una estufa. Los globos aerostáticos, que se mantienen en el aire por medio del aire caliente. ... El secador de manos o de pelo, que transmiten calor por convección forzada.

Pasos para usar un horno de convección

1. La clave de los hornos de convección es que la comida se cocina gracias a como se reparte el aire. ...
2. Además debes asegurarte que las bandejas con la comida no toquen las paredes del horno para que el aire circulado

Convección

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Este artículo o sección necesita referencias que aparezcan en una publicación acreditada. Este aviso fue puesto el 22 de octubre de 2012.

Movimiento por convección

Convección aire en un hornillo

La convección es una de las tres formas de transferencia de calor (conducción, convección y radiación) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales, la evaporación del agua o fluidos. La convección en sí es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido. Por ejemplo, al calentar el agua en una cacerola, el agua que entra en contacto con la base de la cacerola asciende al calentarse, mientras que el agua de la superficie desciende por los lados al enfriarse, y ocupa el lugar que dejó la porción caliente.

La transferencia de calor implica el transporte de calor en un volumen y la mezcla de elementos macroscópicos de porciones calientes y frías de un gas o un líquido. Incluye también el intercambio de energía entre una superficie sólida y un fluido o por medio de una bomba, un ventilador u otro dispositivo mecánico (convección mecánica, forzada o asistida).

En la transferencia de calor libre o natural, un fluido es más caliente o más frío. El contacto con una superficie sólida, causa una circulación debido a las diferencias de densidades que resultan del gradiente de temperaturas en el fluido.

La transferencia de calor por convección se expresa con la Ley del enfriamiento de Newton:

${\displaystyle {\frac {dQ}{dt}}=hA_{s}(T_{s}-T_{\inf })}$

siendo:

• ${\displaystyle h}$, el coeficiente de convección;
• ${\displaystyle A_{s}}$, el área del cuerpo en contacto con el fluido;
• ${\displaystyle T_{s}}$, la temperatura en la superficie del cuerpo;
• ${\displaystyle T_{\inf }}$, la temperatura del fluido lejos del cuerpo.

Índice

• 1La convección en la atmósfera
• 2Comportamiento de un fluido cualquiera en la transferencia de calor
• 3Intercambiadores de calor
• 4Véase también

La convección en la atmósfera[editar]

La convección en la atmósfera terrestre involucra la transferencia de enormes cantidades del calor absorbido por el agua. Forma nubes de gran desarrollo vertical (por ejemplo, cumulus congestus y, sobre todo, cumulonimbos, que son los tipos de nubes que alcanzan mayor desarrollo vertical). Estas nubes son las típicas portadoras de tormentas eléctricas y de grandes precipitaciones. Al alcanzar una altura muy grande (por ejemplo, unos 12 o 14 km) y enfriarse bruscamente por la baja temperatura atmosférica a dicha altura, pueden producir tormentas eléctricas, granizadas e intensas lluvias, ya que las gotas de lluvia van aumentando de tamaño al ascender violentamente y luego se precipitan hacia el suelo bien sea en estado líquido o en estado sólido. Pueden tener forma de un hongo asimétrico de gran tamaño; y a veces se forma en este tipo de nubes una estela que semeja una especie de yunque (anvil's head, como se conoce en inglés).

El proceso que origina la convección en el seno de la atmósfera terrestre es sumamente importante y genera una serie de fenómenos fundamentales en la explicación de los vientos y en la formación de nubes, vaguadas, ciclones, anticiclones, precipitaciones, etc. Todos los procesos y mecanismos de convección del calor atmosférico obedecen a las leyes físicas de la termodinámica. De estos procesos es fundamental el que explica el ciclo del agua en la naturaleza o ciclo hidrológico. Casi todos los fenómenos antes nombrados tienen que ver con este último mecanismo. La subsidencia es el fenómeno inverso a la convección, por el cual, el aire a gran altura se enfría considerablemente y forma una zona anticiclónica que desciende por su mayor densidad trayendo hacia la superficie terrestre aire frío y seco, que puede dar origen a remolinos de polvo y hasta tornados cuando se ponen en contacto con una zona de convección.

También se denomina ciclo hidrológico (o ciclo del agua) al recorrido del agua en la atmósfera por la capacidad que tiene el agua de absorber calor y cederlo gracias a la capacidad que tiene de transformarse de un estado físico a otro. A grandes rasgos, el ciclo hidrológico funciona de la siguiente manera: los rayos solares calientan las superficies de las aguas marinas y terrestres las cuales, al absorber ese calor, pasan del estado líquido al gaseoso en forma de vapor de agua. El vapor asciende hasta cierta altura y al hacerlo, pierde calor, se condensa y forma las nubes, que están constituidas por gotas de agua muy pequeñas que se mantienen en suspensión a determinada altura. Cuando esta condensación se acelera, por el propio ascenso de la masa de nubes (convección), se forman nubes de mayor desarrollo vertical, con lo que las gotas aumentan de tamaño y forman las precipitaciones, que pueden ser tanto sólidas (nieve, granizo) como acuosas (lluvia), dependiendo de la temperatura. Estas precipitaciones pueden caer tanto en el mar como en las tierras emergidas. Por último, parte del agua que se precipita en los continentes e islas pasa de nuevo a la atmósfera por evaporación o produce corrientes fluviales que llevan de nuevo gran parte de las aguas terrestres a los mares y océanos, con lo que se cierra el ciclo, el cual vuelve a repetirse.

Comportamiento de un fluido cualquiera en la transferencia de calor[editar]

Cuando un fluido cede calor sus moléculas se desaceleran por lo cual su temperatura disminuye y su densidad aumenta siendo atraídas sus moléculas por la gravedad de la tierra.

Cuando el fluido absorbe calor sus moléculas se aceleran por lo cual su temperatura aumenta y su densidad disminuye, lo que lo hace más liviano.

El fluido más frío tiende a bajar y ocupa el nivel más bajo de la vertical y los fluidos más calientes son desplazados al nivel más alto, creándose así los vientos de la tierra.

La transferencia térmica convectiva consiste en el contacto del fluido con una temperatura inicial con otro elemento o material con una temperatura diferente En función de la variación de las temperaturas, variarán las cargas energéticas moleculares del fluido, y los elementos interactuantes del sistema realizarán un trabajo, donde el que tiene mayor energía o temperatura se la cederá al que tiene menos temperatura. Esta transferencia térmica se realizará hasta que los dos tengan igual temperatura; mientras se realiza el proceso las moléculas con menor densidad tenderán a subir y las de mayor densidad bajarán de nivel. Las moléculas que se encuentran en las capas inferiores aumentan su temperatura.

Intercambiadores de calor[editar]

Artículo principal: Intercambiador de calor

Un intercambiador de calor es un dispositivo construido para intercambiar eficientemente el calor de un fluido a otro, tanto si los fluidos están separados por una pared sólida para prevenir su mezcla, como si están en contacto directo. Los cambiadores de calor son muy usados en refrigeración, acondicionamiento de aire, calefacción, producción de energía, y procesamiento químico. Un ejemplo básico de un cambiador de calor es el radiador de un coche, en el que el líquido de radiador caliente es enfriado por el flujo de aire sobre la superficie del radiador.

Las disposiciones más comunes de cambiadores de calor son, flujo paralelo, contracorriente y flujo cruzado. En el flujo paralelo, ambos fluidos se mueven en la misma dirección durante la transmisión de calor; en contracorriente, los fluidos se mueven en sentido contrario y en flujo cruzado los fluidos se mueven formando un ángulo recto entre ellos. Los tipos más comunes de cambiadores de calor son, de carcasa y tubos, de doble tubo, tubo extruido con aletas, tubo de aleta espiral, tubo en U, y de placas. Puede obtenerse más información sobre los flujos y configuraciones de los cambiadores de calor en el artículo intercambiador de calor.

Cuando los ingenieros calculan la transferencia teórica de calor en un intercambiador, deben lidiar con el hecho de que el gradiente de temperaturas entre ambos fluidos varía con la posición. Para solucionar el problema en sistemas simples, suele usarse la diferencia de temperaturas media logarítmica (DTML) para determinar estadísticamente un valor medio de la temperatura. En sistemas más complejos, el conocimiento directo de la DTML no es posible y en su lugar puede usarse el método de número de unidades de transferencia (NUT).

METALURGIA

Metalurgia

La metalurgia es la técnica de la extracción y tratamiento de los metales a partir de minerales metálicos y transformarlos.​ También Conjunto de instalaciones y empresas que se dedican a la extracción y transformación de los metales. La metalurgia estudia y controla de calidad de los procesos de producción de aleaciones. La metalurgia es la rama que aprovecha la ciencia, la tecnología, el arte y habilidad de obtener metales y minerales industriales, partiendo de sus minas y sus menas, de una manera eficiente, económica y con resguardo del ambiente, a fin de adaptar dichos recursos en beneficio del desarrollo y bienestar de la humanidad.

Ingeniera en metalurgia

La ingeniería metalúrgica es la rama de la ingeniería que se encarga de tratar los elementos metálicos y no metálicos contenidos en los minerales mediante procesos físicos y químicos, para destinarlos finalmente a la producción de aleaciones utilizando estos elementos.

Metalurgia extractiva

La metalurgia extractiva es el área de la metalurgia en donde se estudian y aplican operaciones y procesos para el tratamiento de minerales o materiales que contengan una especie útil (oro, plata, cobre, etc.), dependiendo el producto que se quiera obtener, se realizarán distintos métodos de tratamiento.

Etapas de la metalurgia extractiva

Transporte y almacenamiento.

Conminación.

Clasificación.

Separación del metal de la ganga

Purificación y refinación.

¿Qué es una mena en metalurgia?

Es un mineral del que se puede extraer un elemento, un metal generalmente, por contenerlo en cantidad suficiente para ser aprovechado. Así, se dice que un mineral es mena de un metal cuando mediante minería es posible extraer ese mineral de un yacimiento y luego mediante metalurgia obtener el metal de ese mineral. 

Metalurgia de polvos: Se define como la técnica de producción de polvos de un metal para poder emplearlos en la elaboración de objetos útiles.

Procesos de Metalurgia de polvos

Como principales procesos se tienen el compactado y sinterizado. El compactado consiste en preparar adecuadamente mezclas de polvos, a temperatura ambiente o a temperatura elevada y a una presión considerablemente alta. Se obtiene un comprimido manipulable, pero relativamente frágil, al que se le llamara aglomerado verde.  El sinterizado es la operación donde el aglomerado verde es expuesto a una fuente de calor inferior al punto de fusión del metal en atmósferas inertes. Este proceso le otorga las resistencias mecánicas que se requieren.

Aplicaciones de la Metalurgia de polvos

Se pueden aplicar en la elaboración de metales compuestos, combinaciones de metales-no metales, metales refractarios. Por ejemplo: magnetos, filtros de metal, escobillas para motor.

HORNO DE INDUCCIÓN

Calentamiento por inducción

El calentamiento por inducción es el proceso de calentamiento de un objeto eléctricamente conductor (generalmente un metal) por inducción electromagnética, a través de calor generado en el objeto. Un calentador de inducción consta de un electroimán, y un oscilador electrónico que pasa a una alta frecuencia de corriente alterna (AC) a través del electroimán. En el interior del conductor llamado corrientes de Foucault (Se produce cuando un conductor atraviesa un campo magnético variable, o viceversa).

 Las corrientes parásitas que fluyen a través de la resistencia del material lo calientan por calentamiento Joule (si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor) En ferromagnéticos y ferromagnéticas materiales,) como el hierro, el calor también puede ser generado por magnéticos de histéresis pérdidas. La frecuencia de los usados de corriente depende del tamaño del objeto, tipo de material, de acoplamiento (entre la bobina de trabajo y el objeto a ser calentado) y la profundidad de penetración.

Una característica importante del proceso de calentamiento por inducción es que el calor se genera dentro del objeto en sí mismo, en vez de por una fuente de calor externa a través de la conducción de calor. De este modo los objetos se pueden calentar muy rápidamente. También se utiliza en estufas de inducción para recipientes de calentamiento de los alimentos; esto se llama de cocción por inducción.

Horno de inducción

Un horno de inducción es un horno eléctrico en el que el calor es generado por la inducción eléctrica de un medio conductivo (un metal) en un crisol, alrededor del cual se encuentran enrolladas bobinas magnéticas.

Ventajas

1.- 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.

2.- Otra de sus ventajas es la capacidad para generar una gran cantidad de calor de manera rápida.

Componentes

Los principales componentes de un sistema de calentamiento por inducción son: el cuerpo de bobinas, conformado por las bobinas de fuerza (donde como están dispuestas físicamente es donde hay mayor agitación del baño líquido) y por las bobinas de refrigeración, la fuente de alimentación, la etapa de acoplamiento de la carga, una estación de enfriamiento, el material refractario que protege a las bobinas del baño líquido y la pieza a ser tratada.

Las fundiciones más modernas utilizan este tipo de horno y cada vez más fundiciones están sustituyendo los hornos eléctricos 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.

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.

Presión Interna en un Horno Industrial

Control de presión interna en Hornos Industriales

Es común que cuando nuestros clientes refieren tener problemas de uniformidad de temperatura o elevado uso de combustible, siempre señalamos como posible causa un desajuste en sus equipos de combustión.

Sin embargo muy frecuentemente el problema está relacionado con la presión interna del horno, lo cual suele ser más sencillo de ajustar para resolver este problema.

En esta ocasión queremos hablarte sobre la importancia del uso de dampers y/o controles automatizados de presión interna para regular esta variable en tus hornos industriales.

Dámper de presión interna, controles automático, variadores, persianas. Motores servo, Motores de velocidad variable son algunos componentes utilizados para un control preciso de la presión interna en un horno.

Normalmente la medición de presión interna del horno, sin quitarle importancia al instrumento utilizado es realizada a la altura de la zona de descarga de material fundido del horno.

OBJETIVOS

- Mantener una presión específica, normalmente neutra o ligeramente positiva (aunque en algunos casos se busca una negativa).

- Evitar infiltraciones de aire en distintas partes del horno que puedan ocasionar problemas en la uniformidad de temperatura y un consumo innecesario de combustible.

- Prevenir altas presiones que creen fugas de calor que resulten dañinas para los equipos y sean peligrosas para la seguridad del personal.

BENEFICIOS

Estos componentes proporcionan grandes beneficios como:

Mayor uniformidad de temperatura

Ahorros de combustible

Evitan daños al equipo por sobrepresión

Mayor seguridad para el personal y operarios

DAMPERS

Son un componente similar a una válvula de tamaño grande y se utilizan para controlar la entrada / salida de gases en un horno industrial, permitiendo un manejo preciso de la presión interna.

Si bien el uso de dámper es una de las formas más populares, económicas y prácticas de controlar la presión, también existen otras alternativas como:

Uso de cortinas de aire 

Sistemas de extracción forzada con ventilador usando un variador de frecuencia, con lo cual se modifica el volumen de gases extraídos del horno.

Aconsejamos su uso cuando no se cuenta con extractores, sin embargo, en caso contrario no es necesario duplicar esta función y solo se debe agregar un variador de frecuencia para controlar la presión. 

CONTROL DUAL (Emergencia)

También existen sistemas duales de control de presión interna con la finalidad de utilizarse en caso de emergencia  tales como:

- El control automático de persianas, donde abriendo y cerrando con un servo motor es controlado la salida de gases del horno.

- Un variador de frecuencia para un motor de velocidad variable. En caso de fallo de las persianas, estas son colocadas en una posición fija y el variador de frecuencia ajusta su velocidad del motor forzando a los gases a salir de manera controlada.

- Por último, en el caso de hornos con regeneradores donde un canal es usado para entrada de aire de combustión y otro de salida de gases, ante la posibilidad de no tener un sistema de control de presión interna automático, en aquellos casos donde la presión sea una variable critica para la operación y seguridad física de la estructura del horno y el personal de operaciones.

Dejando el regenerador momentáneamente  fuera de servicio.  Los gases de salida del horno son expulsados a través de compuertas colocadas antes de la entrada al regenerador. Quedando el regenerador fuera de servicio mientras es solucionado el control automático de presión interna

Materiales de construcción

Son utilizados distintos materiales en su fabricación dependiendo de la temperatura en los procesos:

- En temperaturas debajo de los 400°C - 500°C, normalmente es utilizados materiales de acero.

-En altas temperaturas desde 800°C hasta 1500°C, podríamos seguir usando acero, pero normalmente los sistemas de dampers son a base de materiales refractarios cerámicos:

Fabricados con una combinación de carburo de silicio y alta alúmina

Excelente resistencia a las altas temperaturas

Menor necesidad de mantenimiento.

Recuperador y Regenerador de calor (HORNOS)

Recuperador yRegenerador de calor (HORNOS) 

Los procesos en hornos industriales un problema son las pérdidas de energía o calor. Con tecnología convencional alrededor del 70% del calor entrada se pierde aunque los gases de combustión a temperaturas de una ronda de 1300 ° C. Las medidas de ahorro de energía, por tanto, juegan un papel importante especialmente para procesos de alta temperatura (temperaturas de 400 a 1600 ° C.

Quemadores recuperadores y regeneradores se han desarrollado para la recuperación directa de calor residual a través de precalentamiento de aire de combustión de entrada al horno.

QuemadoresRecuperadores

 Un recuperador de calor es un intercambiador de calor que extrae calor de los gases residuales del horno para precalentar el aire entrante de la combustión. Comparado con sistemas de combustión de aire frío, de un recuperadores pueden esperarse lograr ahorros de energía de alrededor del 30%. Sin embargo, normalmente sólo precalentar el aire hasta un máximo de 550-600 ° C.

Quemadores de recuperación pueden ser utilizados en procesos de alta temperatura (700 ° C-1100).

a través del sistema de ventilación mecánica de dicho aire, mediante un intercambiador que pone en contacto el aire interior que se extrae con el del exterior que se introduce, sin que se mezcle el aire de los dos circuitos. Disponiendo además de filtros que reducen el nivel de contaminantes y mejorando considerablemente la calidad de dicho aire.

Beneficios

Bajo nivel de contaminación, en ningún momento  el aire de los dos circuitos. Reduciendo el nivel de contaminantes y mejorando considerablemente la calidad de dicho aire.

Desventajas

Menor rendimiento que intercambiadores de calor regenerativos.

Altos costos de inversión.

Quemadores Regenerativos

Quemadores regenerativos operan en pares y trabajan en el principio del almacenaje del calor a corto plazo utilizando regeneradores de calor de un material refractario, un material que  conserva su resistencia y no se  funde a altas temperaturas. . Para lograr esto el aire caliente de salida del horno se pone en contacto con el medio de almacenamiento de calor, mientras en otro canal o entrada  ingresa  de aire frio entra al horno pasando a través del material refractario ya precalentado en un clico anterior que absorbe el calor.

 NOTA: Esta transferencia  o reversa del horno de ingresar aire frio por un canal y salir los gases calientes por otro canal del horno, Los dos flujos están separados y fluyen al mismo tiempo, es realizado cíclicamente o repetitiva con tiempos programados y simultáneos. La duración del ciclo dependerá del tamaño del regenerador y material a fundir

 Se recuperan entre 85 -90% del calor de los gases residuales del horno; por lo tanto, se puede precalentar el aire entrante de la combustión a muy altas temperaturas de hasta 1000°-1500 °C

 Podría  operar el horno a temperatura de funcionamiento. Una gama de temperaturas de  desde 800 a 1500 ° C. Consumo de combustible puede reducirse hasta un 60%.

Beneficios

Las ventajas de un regenerador durante un recuperador intercambiador de calor (contra-flujo) es que tiene un área de superficie mucho mayor para un volumen dado, que proporciona un volumen de intercambiador reducida para una caída de densidad de energía, la eficacia y presión dada. Esto hace que un regenerador más económico en términos de materiales y de fabricación, en comparación con un recuperador equivalente.

Desventajas

La principal desventaja de los regeneradores  es que siempre hay algo de mezcla de las corrientes de flujo de aire, y que no puede ser completamente separado. Hay un arrastre inevitable de una pequeña fracción de resido del flujo salientes en el ciclo anterior  

El calentamiento constante y enfriamiento que tiene lugar en intercambiadores de calor regenerativos pone mucha tensión en los componentes del intercambiador de calor, que puede causar el agrietamiento o avería de los materiales.