FACULTAD DE INGEIERIA INDUSTRIAL
OPERACIONES UNITARIAS
Integrantes:
Catagua Luis
Delgado Lucia
Mera Jorge
Pico Leonardo
EQUIPOS QUE BASAN SU FUNCIONAMIENTO EN LA TRANSFERENCIA DE CALOR
INTRODUCCION
Todas aquellas personas involucradas en los sectores
empresariales e industriales saben de antemano
que uno de los elementos más importantes, y de los objetivos centrales es la producción en masa, es decir una
producción rápida, económica y con calidad en los productos finales. En el caso de los sectores industriales, la
producción en masa no sólo depende
del personal, sino de la maquinaria y de la tecnología con que cuente este elemento; en caso de que la industria no
cuente con estos elementos, pueden tener la certeza de que los productos finales
no lograrán satisfacer las necesidades de los consumidores modernos. En el caso de las
industrias que requieren de altas temperaturas
para producir sus productos finales, debemos decir que la implementación
de un horno industrial, o de varios,
es indispensable y prácticamente una obligación si se pretende satisfacer las necesidades y hacer que el negocio
crezca, y, por lo tanto, que las ganancias sean mucho
mayores.
Es por ello que los hornos poseen un sinfín
de procesos, industriales o no, que requieren de la correcta manipulación del calor,
desde la simple elaboración de pan
hasta la fundición de metales necesitan de la aplicación de calor controlado.
TEMA
DEFINICION DE HORNOS DE PROCESOS
Un horno de proceso se define típicamente como un horno industrial que utiliza calor
para producir cambios
químicos y de estado en los materiales, básicamente es un intercambiador
de calor, en el que, el calor liberado procedente de una corriente de combustible es intercambiado a través de
tubos de aceros hacia otra corriente de fluido, obteniendo así condiciones de presión y temperatura en el fluido
calentado (Cortes, s.f.). El mecanismo de calentamiento puede dispararse directamente cuando el material
está en contacto o muy cerca del combustible, o dispararse
indirectamente cuando el calor es transportado por un intercambiador al material que se va a calentar.
Los diseños de hornos de proceso a menudo utilizan carbón,
petróleo o una mezcla de gases como fuente de
combustible.
Cada horno trabajará de diferente manera, según su uso y
diseño. Sin embargo, existen puntos
que todos tienen en común en cuestión de funcionamiento. Los materiales son introducidos en la zona de trabajo, misma que
se encuentra aislada del entorno por medio de bóvedas.
1.-Ya sea con la quema de combustible o mediante el consumo eléctrico, la temperatura al interior del horno aumenta.
Los niveles de este aumento
suelen ser regulados previamente a través de un
panel de control.
2.-El calor incrementa la temperatura
de la zona de trabajo y comienza a circular dentro de ella.
3.-El material, que tiene una
temperatura menor a la del horno, absorbe el calor que circula en el horno.
Los hornos son definidos en función de su capacidad de
suministro de calor (DUTY), medida en millones de Kcal/hora en millones de BTU/hora.
Ejemplo para la mayoría de los hornos instalados en la
industria petrolera, la capacidad suele oscilar entre 10 y 350 MM de Btu/hr.
Características de los hornos
Aunque cada horno industrial cuenta con diferentes
características, todos presentan una serie de elementos
constructivos en común vienen en varias configuraciones según el espacio
disponible en el piso. Cada horno está diseñado
para regular y equilibrar las temperaturas y el flujo de aire para ayudar
a producir un acabado de la más alta calidad.
Los hornos de proceso están hechos de una construcción resistente con paneles
aislados para promover
una solución altamente
eficiente para sus productos de alta producción.
Ejemplo:
El horno industrial a gas cuenta con cámaras de combustión
donde los quemadores forman el calor,
en algunos casos se suprime este elemento y la quema de combustibles se hace directamente en la zona de trabajo
del horno.
Los hornos se encargan
de producir calor y mantenerlo dentro de un compartimento capaz
de contenerlo y circularlo. La energía calorífica es el origen del
funcionamiento de los hornos y suele obtenerse directamente de la combustión de diferentes materiales o a través
de la aplicación de
electricidad.
En términos generales, podemos hablar de los siguientes objetivos de los hornos industriales:
·
Incrementar exponencialmente la temperatura de un
cuerpo
·
Fundir materiales pesados
o de estructura dura, como los metales
·
Ablandar materiales para un tratamiento posterior
ESQUEMA DE UN HORNO DE PROCESOS.
Los hornos Industriales cuentan con válvulas,
difusores y otro tipo de cierres que permite regular las corrientes de gases en el
horno industrial y sus conductos, algunos están equipados con instalaciones que permiten aprovechar el calor de
los gases de escape, conocidos como regeneradores y recuperadores.
Partes de un horno.
Los hornos
se dividen generalmente en tres partes:
1.- Zona radiante.
En la zona radiante se encuentran los quemadores y es donde
los gases de combustión están a mayor
temperatura.
2.-Escudo o banco de choque.
El escudo del horno
corresponde a las primeras 2 o 3 filas de tubos en el banco de convección. Donde finaliza La zona radiante
y comienza el banco de convección los gases aceleran, pero aún están muy calientes.
3.-Zona o banco de convección.
Luego del escudo los gases llegan al
banco de convección. Estos gases están más fríos que en la zona radiante y por lo tanto la capacidad de emisión
de radiación térmica es menor. La zona de convección se diseña para absorber la mayor cantidad
de potencia que aún disponen los gases aprovechando la transferencia de calor
por convección.
Los cimientos.
Son el apoyo directo en el suelo,
que previamente se ha aprobado
como adecuado para la instalación de un horno industrial y son
la parte que sostiene todas las
piezas que compondrán al horno.
Las paredes.
Estás tienen la capacidad de proteger el horno industrial
de pérdidas de calor, impide la salida
de gases y la succión del aire atmosférico al interior del horno. Las paredes
del horno normalmente están
construidas con elementos exteriores, como láminas metálicas de acero
u aluminio, y el interior es de aislantes
de fibras.
La cámara de combustión.
Es una de las partes más importantes de un horno
industrial, soporta temperaturas muy elevadas,
es impermeable a los gases calientes de alta presión que se encuentran en la parte superior
de la zona de trabajo.
Los quemadores.
Es el elemento que genera el calor, el quemador está
compuesto por una etapa de inyección de aire y una etapa de combustión.
La etapa de inyección generalmente tiene un ventilador
proporcionará aire fresco rico en oxígeno para lograr
una buena combustión.
La etapa de seguridad.
Incluye un proceso de barrido, el cual consiste en inyectar
aire fresco por un periodo de tiempo
para barrer la presencia de gases y evitar una explosión al generarse la chispa
de ignición por la bujía.
La chimenea.
Tiene la función de sacar los gases de combustión de la cámara,
para permitir la renovación del aire
y poder obtener una buena combustión.
La juntas térmicas.
Las juntas del horno industrial tienen que poder compensar
la dilatación del horno por el calor, de manera que se garantice
la integridad del mismo.
El esqueleto metálico.
Sujeta todos los componentes del horno industrial y es la
estructura que absorbe los esfuerzos
transmitiéndolos a los cimientos. A esta estructura metálica se le montan los accesorios adicionales.
Los difusores.
Después de la cámara de combustión los difusores son tal vez el elemento
más importante de un horno.
Están formados por ventiladores que hacen circular
el aire caliente
a través de conductos.
Tipos de pernos/Stud.
Son cilindros soldados sobre la pared exterior
del tubo. El material normalmente es acero al carbono (Carbon steel, CS) por lo que
limita la temperatura al que pueden estar expuestos
para permitir un tiempo de vida útil razonable por degradación térmica o excesiva
oxidación.
Tipo aleta(fin).
En general las aletas van soldadas
transversalmente al tubo 11, y la bibliografía indica cerca de 5 aletas por pulgada lineal de tubo. Existen tubos
aletados continuos o con aleta aserrada
para aliviar dilataciones de la misma que redundan en esfuerzos sobre el tubo o sobre
la misma aleta, deformándolas.
Placa de tubos.
Normalmente construida del mismo material
que los soportes de tubos en la zona radiante.
La placa de tubos es el soporte estructural del banco de convección y es
una parte clave de la integridad del banco de convección y de todo el
horno.
CLASIFICACION DE HORNOS DE PROCESOS
El diseño de un horno,
en cuanto a forma y capacidad, es una característica determinante para la elección de un modelo,
pero no es el único
factor importante, pues tanto la fuente de energía que lo hace funcionar como el rango
de temperatura que puede llegar a alcanzar
intervienen en que el proceso
de horneado resulte
eficaz o no. Hablando específicamente de la temperatura de un horno industrial podemos notar que
tiene rangos variables según el fin
para el que fue fabricado y la compañía que lo manufacturó, esta temperatura se puede ajustar con un termostato dependiendo de las características del material a hornear y del tipo de reacciones químicas
o efectos físicos que se desea producir con el calentamiento.
Se clasifican en cuatro
grupos principales
•
La
carga se encuentra
en contacto íntimo
con el combustible y los productos de combustión. Horno cubilote.
•
La
carga está aislada
del combustible, pero en contacto
con los productos
de la combustión. Horno
hogar abierto.
•
La
carga se encuentra aislada tanto del combustible como de los productos de la combustión.
•
Hornos eléctricos. Pueden
ser de tipo acero o
de inducción.
Existen diferentes tipos de hornos industriales,
generalmente segmentados según su tipo de energía
y su forma de procesarla.
Horno de reverbero.
El horno de reverbero es
un tipo de horno generalmente rectangular, cubierto por una bóveda
de ladrillo refractario y con chimenea, que refleja (o reverbera) el calor producido en un sitio independiente del hogar donde se hace la lumbre. Es
utilizado para realizar la fusión
del concentrado de cobre y separar
la escoria, así como para la fundición de mineral y el refinado o la fusión de metales de
bajo punto de fusión como el aluminio. Tales
hornos se usan en la producción de cobre, estaño y níquel, en la
producción de ciertos hormigones y cementos y en el reciclado del aluminio. Los hornos de reverbero se utilizan para la fundición tanto de metales
férreos como de metales no férreos, como cobre latón,
bronce y aluminio. La capacidad de los hornos de reverbero es muy variable
y oscila entre
los 45 Kg a los 1000 Kg que tienen los empleados para la fusión de
metales no férreos, hasta los 80 Tm que tienen los mayores
empleados para la fusión.
Hornos rotativos.
Los hornos rotativos
están formados por una envoltura
cilíndrica de acero, de eje sensiblemente
horizontal, que termina con dos estructuras, una en cada extremo. En uno de los extremos está situado el quemador
y en el otro la salida de los gases quemados,
que generalmente pasan por un sistema de recuperación de calor para
precalentar el aire de soplado antes
de ser evacuados por la chimenea. Todo el interior del horno está revestido con un material refractario. El
combustible puede ser gas, gasoil o carbón pulverizado.
Los hornos rotativos se han considerado como hornos de reverbero perfeccionados, ya que además de calentarse la carga por el contacto
de las llamas y gases
y por la radiación de a bóveda caliente, se calienta también por el
contacto directo con la parte superior
del horno, que al girar queda bajo la carga.
Con esto se consigue un notable acortamiento del tiempo de fusión, pues
se logra evitar el efecto aislante de la capa de escorias, que flota sobre
el baño, que en los hornos
de reverbero ordinarios dificulta el calentamiento de la masa del metal. La
capacidad de los hornos rotativos
para la fusión de los metales varía ordinariamente entre los
50 Kg y las 5 Tm aunque se han llegado a construir hornos para la fabricación
del acero de hasta 100 Tm. También se
construyen hornos oscilantes que no llegan a girar, sino solamente oscilar
de un lado a otro. Los hornos rotativos se emplean para fundir toda clase de metales y aleaciones, como cobre, bronce,
latón, aluminio, fundiciones, maleables, aceros, etc., y para la incineración o calcinación.
Hornos de crisol.
Los crisoles son recipientes de arcilla mezclada
con grafito y otras substancias, provistos de tapa
para cierre hermético, que una vez cargados
y cerrados se caldean en los denominados
hornos de crisoles,
utilizando como elemento calefactor gas, gasoil o electricidad. La fusión en crisoles es uno de los
procedimientos más antiguos y sencillos para elaborar metales, y todavía se emplea, y probablemente se empleará
siempre por la economía de su
instalación sobre todo para fundir pequeñas cantidades. Los hornos de crisoles
se construyen para el caldeo de un
solo crisol, cuya parte superior sobresale del horno. Si los hornos son fijos se extrae el caldo con cuchara, pero también se construyen hornos de crisol basculantes. En los que la colada
resulta más cómoda. La ventaja de los hornos de crisol, tanto fijos como basculantes, es que la carga queda totalmente aislada
y, por tanto, no se altera su composición
por efecto de los gases producidos en la combustión.
Hornos eléctricos.
Los hornos eléctricos tienen grandes ventajas
para la fusión de los metales, siendo
las más destacadas las siguientes:
•
Puede controlarse la velocidad de
elevación de temperatura, y mantener esta entre límites muy precisos, con regulaciones completamente automáticas.
•
La carga queda por completo libre de contaminación del gas combustible.
•
Puede controlarse perfectamente la
atmósfera en contacto con la masa fundida, haciéndola
oxidante o reductora a voluntad, e incluso en algún tipo de horno puede operarse
en vacío.
•
Tienen mayor duración los
revestimientos que en los demás tipos Se
instalan en espacio reducido.
•
Su operación se realiza con mayor higiene que la de los hornos
otros tipos.
Los tipos fundamentales de hornos eléctricos son los que a continuación se indican
Hornos eléctricos de arco:
Los hornos eléctricos de arco están formados por una cuba
de chapa de acero revestida de material
refractario, provista de electrodos de grafito o de carbón amorfo.
Los electrodos de carbón
amorfo se forman en el mismo horno, llenando las camisas que llevan los porta-electrodos de una mezcla
formada por antracita, coque metalúrgico, coque de petróleo y grafito amasados
con alquitrán. El arco salta
entre los electrodos por intermedio del baño, y aunque se construyen monofásicos, generalmente son trifásicos. Los hornos eléctricos de arco se emplean en baños de sales y para la fusión de acero,
fundición de hierro, latones, bronces, aleaciones de níquel, etc.
Hornos eléctricos de inducción:
En los hornos
eléctricos de inducción, el calor se genera por corrientes inducidas
por una corriente alterna. Hornos
electrónicos. En los hornos
electrónicos el calor se produce por la vibración
molecular del cuerpo
que se trata de calentar
cuando es sometido a un fuerte
campo de radiaciones electromagnéticas de muy alta frecuencia
(frecuencias de radio).
Hornos eléctricos de resistencia:
Los hornos eléctricos de resistencia son aquellos en que la
energía requerida para su calentamiento es de tipo eléctrico y procede de la resistencia óhmica directa de las piezas
o de resistencias eléctricas dispuesta en el horno que se calienta por
efecto joule y ceden calor a la carga por
las diversas formas de transmitir el calor.
Según donde se ubique las resistencias los hornos pueden
ser calefacción por la parte inferior superior lateral o por extremo.
APLICACION EN LAS INDUSTRIAS
Entre los procesos que se pueden hacer con un horno industrial
en diferentes materiales se encuentran: secado de lacas, estañado, porcelanato, laqueado, esmaltado y calorización; recocido de aluminio, latón,
cobre, alpaca, acero,
chapas, alambres de níquel y vidrio; calentamiento de metales para
laminación, normalizado de acero, forja de aleaciones,
cianuración, templado de acero, cementación; fusión de acero, y vidrio, soldadura de tubos, entre muchos otros. La
temperatura de los hornos industriales debe variar
según el uso que se le vaya a dar y de acuerdo con los efectos que producen,
así como el diseño y fuente de
energía que utilizan para operar se clasifican en distintos grupos. A grandes rasgos encontramos
hornos especiales para producir efectos físicos y hornos para producir
efectos químicos.
La utilización de horno en las industrias puede tener
diferentes objetivos, como el tratamiento
térmico de un material, el recubrimiento de piezas con sustancias, como pintura,
vidrios y esmaltes; elevar la temperatura del material
para que se den las reacciones químicas que se necesitan para obtener otro producto.
Las funciones de procesamiento que van desde la reducción
de mineral de hierro a su forma más maleable,
arrabio, a la fabricación de acero, fundición de metales y tratamiento térmico
de metales básicos.
Fundición:
Uno de los usos más
comunes de los hornos industriales es el proceso de la metalurgia extractiva, o fundición. El proceso de fundición suele consistir en la fabricación de piezas a partir de derretir un material e
introducirlo en un molde. Allí el material derretido se solidifica y adquiere la forma del molde.
Siderurgia:
A través de la siderurgia se pueden conferir
diversos tratamientos al hierro para conseguir distintas aleaciones y tipos de minerales. Se trata del proceso que consiste en la extracción y la utilización de hierro se usan hornos para fundir chatarra,
para el laminado, la forja y la extrusión de diferentes metales.
En la industria del
vidrio y la cerámica se utilizan hornos rotativos y tipo túnel para fabricar piezas, para hacer fusión de
vidrio y fibras cerámicas, para fijar pigmentos, vitrificar, esmaltar y fundir
materiales.
Industriales en la metalurgia:
Las funciones de
procesamiento que van desde la reducción de mineral de hierro a su forma más maleable, arrabio,
a la fabricación de acero,
fundición de metales
y tratamiento térmico
de metales básicos.
HORNOS DE PROCESOS Y CALENTADORES DE CRUDO Y DE GAS
Hornos y calentadores de fuego directo y unidades de
recuperación de calor para las industrias del petróleo, gas, petroquímica y energía. El diseño, suministro y construcción de los
hornos de proceso y WHRU están diseñados bajo API 560 u otras normas internacionales dirigidas al mercado de los hidrocarburos.
Estos equipos son utilizados en aplicaciones en plantas de destilación al vacío, plantas
de hidrocraqueo,
hidrotratamiento, coquizadores, calentadores de carga, etc. en refinerías, GTL, LNG,
FPSO metanol / plantas de hidrógeno, producción
petrolera, etc.
Los hervidores son intercambiadores de calor que se utilizan
normalmente para proporcionar calor al fondo de las
columnas de destilación industrial. Hierven el líquido del fondo de una columna de destilación para generar vapores que
se devuelven a la columna para
impulsar la separación por destilación. El calor suministrado a la columna por el hervidor en la parte inferior de
la columna es eliminado por el condensador en la parte superior de la columna.
El funcionamiento adecuado del hervidor es vital para una
destilación eficaz. En una columna de destilación clásica típica, todo el vapor que impulsa
la separación proviene del hervidor.
El hervidor recibe una corriente líquida del
fondo de la columna y puede vaporizar
parcial o
completamente esa corriente. El vapor suele proporcionar el calor necesario
para la vaporización.
HORNOS TIPO "PLATFORMING":
En este caso los tubos tienen forma de U invertida y se colocan
longitudinalmente en una sección
tipo cabina con los quemadores en línea bajo los tubos, en este caso el caudal
se divide en múltiples pasos,
normalmente tantos como tubos en forma de U se tengan, con grandes
colectores a la entrada y a la salida del proceso.
HORNO AL VACIO:
Los hornos de vacío son una forma muy eficaz de eliminar el
exceso de humedad de una sustancia
mediante el efecto combinado de una temperatura elevada y una presión reducida. Cuando se reduce la presión en torno a la sustancia, se produce más evaporación a menor temperatura. Si se realiza
el secado a mayor temperatura, al reducir la presión
la evaporación será más
rápida.
El horno
de vacío controla
la temperatura deseada,
mientras que la bomba de vacío reduce
la presión dentro de la cámara del horno. Algunas aplicaciones comunes
para los hornos de vacío son los
procesos de secado y curado en industrias como la farmacéutica, textil, papelera, cerámica y de caucho. Además,
los hornos de vacío forman parte de
un importante proceso para eliminar
los disolventes de los extractos botánicos.
Hay muchas ventajas a la hora de instalar un horno de
aceite térmico. Los sistemas que utilizan
medios térmicos son capaces de operar a temperaturas muy elevadas (los fluidos sintéticos se pueden calentar
hasta 800°F/427°C en algunos casos) pero no necesitan altas
presiones para mantener
las temperaturas. Esto significa que los hornos
de aceite térmico
tienen beneficios de seguridad significativos sobre las calderas de agua y vapor.
Los riesgos de formación de incrustaciones, corrosión y
heladas son también fácilmente evitables.
Muchas opciones para operaciones automáticas están también disponibles y pueden
ayudar a mantener
los costos de operación al mínimo. Aumentando los estándares de seguridad
reducirá los costos de operación
de su empresa al mínimo.
CONCLUSIONES
El motivo de que hoy podamos tener mayor productividad lo
hace posible el uso de maquinarias en la industria.
Los hornos industriales ofrecen una gran cantidad de beneficios a quienes los implementan;
generalmente, son mecanismos que ofrecen ventajas muy importantes sobre cualquier otro tipo de aparato o máquina que se encuentre
en la industria destinada a producir calor. Básicamente, la primera característica que es
necesaria destacar del horno industrial es que es un tipo de equipo que se calientan muy rápido, mucho
más que cualquier otro tipo de artefacto de esta
naturaleza. Asimismo, es importante destacar que este tipo de hornos funcionan de una manera mucho más eficaz,
tan eficaz, que miles de industrias, como la petroquímica, en su uso más común en todo el mundo, han implementado esta tecnología
porque han comprobado la efectividad
de estos.
BIBLIOGRAFIA
CarboSystem.
(s.f.). Obtenido de https://carbosystem.com/tipos-de-hornos-industriales/ Colindres, D. (2016). Slideplayer. Obtenido
de https://slideplayer.es/slide/3917082/
powdertronic.
(s.f.). Obtenido de powdertronic: https://powdertronic.com/componentes de- un-horno-industrial/
POWDERTRONIC.
(11 de Noviembre de 2015). Obtenido de https://powdertronic.com/horno- industrial-tipos-y-usos-02/
QuimiNet. (9 de 05 de 2012). Obtenido de https://www.quiminet.com/articulos/los-hornos- industriales-en-sus-diferentes-procesos-2731520.htm
Roblas, M. C. (s.f.). e-archivo.uc3m.es.
Obtenido de https://e archivo.uc3m.es/bitstream/handle/10016/22776/PFC_miguel_angel_cortes_roblas_20
14.pdf?sequence=1&isAllowed=y
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