Mecanica - Diseño de Un Horno de Crisol

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA, MECANICA Y DE MINAS

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICAPROING

TESIS:

Presentado por:Br. YURI JONNATHAN AVILES CORDOVABr. JOSE LUIS FIGUEROA ZUÑIGA

Para optar al Título Profesional de Ingeniero Mecánico

ASESOR: Ing. OMAR INCA ROCA SANCHEZ

CUSCO – PERU2010

DISEÑO DE UN HORNO DE CRISOL BASCULANTE APLICADO EN ARTESANÍA UTILIZANDO GAS

NATURAL

DEDICATORIA

A Cristo por ser la luz de mi existencia, a mi Cholita y Papi que con su incansable e inmenso amor son la alegría de mi vida y a Nano por ser el motivo de mi superación.

Yuri

A mis padres , hermanos y sobrina por su apoyo, paciencia y en especial por el gran cariño que fue mi gran empuje para seguir adelante y encaminarme al desarrollo personal y profesional prometiéndoles seguir, poniendo en práctica la educación y valores aprendidos.

Jose

PRESENTACIÓN

SEÑOR DECANO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA,

ELECTRÓNICA, MECÁNICA Y MINAS, SEÑORES CATEDRÁTICOS

MIEMBROS DEL JURADO:

Cumpliendo con las disposiciones del Reglamento de Grados y Títulos

vigentes en la Facultad, y con objeto de optar al Título Profesional de Ingeniero

Mecánico, ponemos a vuestra consideración la tesis colectiva intitulada:

“DISEÑO DE UN HORNO DE CRISOL BASCULANTE APLICADO EN

ARTESANÍA UTILIZANDO GAS NATURAL”

El cual representa el gran deseo por perennizar nuestros

conocimientos científico-tecnológicos en la materia y sea un aporte para el

desarrollo tecnológico de las personas dedicadas a la artesanía metálica..

Yuri Jonnathan José Luis

RESUMEN

El trabajo de investigación tecnológica tiene como punto de partida

aspectos fundamentales para el diseño y construcción de hornos, tales como la

descripción y clasificación de hornos metalúrgicos, elementos para su

construcción y una descripción del combustible que en este caso es el GN.

Luego se abarca el flujo térmico, los efectos del calor y movimiento de los

gases dentro de los hornos de fundición, así como los principios de la

combustión, la distribución y las pérdidas de calor dentro de los hornos.

Tomando como base los puntos tratados anteriormente se prosigue con

el tema central de la tesis, el cual es el diseño del horno de crisol utilizando GN,

con este fin, se realizaron los respectivos cálculos de ingeniería, selección de

materiales y pruebas experimentales.

En el Capítulo I detallamos los Fundamentos de la Investigación

planteando nuestra síntesis del trabajo enmarcado a contribuir en el

mejoramiento de la tecnología de la fundición como también el desarrollo

industrial de nuestra zona. En el Capítulo II tocamos los Fundamentos Teóricos

describiendo los hornos de Fundición como también sus elementos y

propiedades. En el Capítulo III vemos lo concerniente a nuestro combustible el

GN tocando sus características, composición como también los dispositivos de

regulación. En el Capítulo IV tocamos un punto importante el Flujo Térmico en

Hornos, la transferencia de calor entre los materiales de construcción y los

calores perdidos. En el Capitulo V vemos el Movimiento de Gases dentro del

horno, las diferencias de pesos específicos como la energía cinética de los

gases circulantes. En el Capítulo VI vemos lo fundamental que es el Diseño del

horno partiendo de sus dimensiones, características, y el cálculo térmico como

también los costos. En el Capítulo VII vemos el reglamento de seguridad

industrial e impacto ambiental para los hornos de fundición.

Para la construcción del horno se usaron ladrillos refractarios con alto

contenido de alúmina (70% Al2O3), y castable refractario para la tapa, de

similares características que el ladrillo. La inversión total para la construcción

del horno es de S/. 3 949.00, este monto abarca la compra de materiales y

mano de obra.

Mediante los cálculos experimentales se demostró que 0.400 kg de GN

se consumen en 10 minutos (fundición de chatarra de aluminio). Los costos de

operación para las fundiciones de 1.0 Kg de chatarra de aluminio es S/. 5.79.

La temperatura adiabática de la llama calculada para el GN es de 2 033.824ºC.

Finalmente se abarca el reglamento de seguridad industrial e impacto

ambiental referente a hornos de crisol.

Las reacciones de combustión completa del GN no producen óxidos de

azufre, óxidos de nitrógeno, ni monóxido de carbono. Los únicos gases que se

producen son dióxido de carbono y vapor de agua, los cuales no están

considerados como agentes contaminantes.

CONTENIDO

CAPITULO I

FUNDAMENTOS DE LA INVESTIGACIÓN

1.1 ANTECEDENTES

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.3 JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA

1.4 OBJETIVOS

1.4.1 OBJETIVO GENERAL

1.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1.5 HIPÓTESIS

CAPÍTULO II

FUNDAMENTO TEÓRICO

2.1 HORNOS DE CRISOL

2.2 ELEMENTOS DE CONSTRUCCIÓN DE HORNOS

2.2.1 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES UTILIZADOS EN LOS

HORNOS

2.2.2 PAREDES Y SOLERA DE LOS HORNOS

2.2.3 TAPA O PUERTAS DE LOS HORNOS

CAPÍTULO III

GAS NATURAL

3.1 CONCEPTO

3.2 CARACTERÍSTICAS

3.2.1 COMPOSICIÓN

3.2.2 CARACTERÍSTICAS TERMODINÁMICAS

3.2.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DEL GAS NATURAL

3.2.3.1 VENTAJAS DEL USO DEL GAS NATURAL

3.2.3.2 DESVENTAJAS DEL USO DEL GAS NATURAL

3.3. REACCIONES DE COMBUSTIÓN DEL GAS NATURAL

3.3.1. TEMPERATURA MÁXIMA DE LOS PRODUCTOS DE

COMBUSTIÓN

Pag.

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3.3.2 CALOR DISPONIBLE Y EFICIENCIA DEL PROCESO

3.4 QUEMADORES A GAS

3.4.1 CLASIFICACIÓN DE QUEMADORES A GAS

3.5 COMPARACIÓN DEL GAS NATURAL CON OTROS COMBUSTIBLES

3.6 NORMAS PARA LOS DISPOSITIVOS DE REGULACIÓN

3.7 NORMAS PARA EL DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO EN EL

SISTEMA DE TUBERÍAS

CAPÍTULO IV

FLUJO TÉRMICO EN HORNOS DE FUNDICIÓN

4.1 CALENTAMIENTO DE METALES EN HORNOS DE FUNDICIÓN

4.1.1 CANTIDAD DE CALOR A IMPARTIR A LA CARGA

4.1.2 INTERACCIÓN TÉRMICA EN LOS HORNOS

4.2 CAPACIDAD DE CALENTAMIENTO DE LOS HORNOS

4.2.1 EFECTO DE LA CANTIDAD DE CALOR LIBERADO

4.2.2 EFECTO DE LA CANTIDAD DE CALOR ABSORBIDO POR LA

CARGA

4.3 RENDIMIENTO DEL HORNO

4.4 DISTRIBUCIÓN DE CALOR EN LOS HORNOS

4.5 CALOR PERDIDO POR LAS PAREDES DEL HORNO

4.5.1 CALOR PERDIDO POR LAS PAREDES DEL HORNO

4.5.2 CALOR PERDIDO POR RADIACIÓN A TRAVÉS DE LAS

ABERTURAS

4.5.3 CALOR PERDIDO POR LA FUGA DE GASES

4.5.4 CALOR SENSIBLE SACADO DEL HORNO EN LOS GASES DE

COMBUSTIÓN

4.5.5 CALOR PERDIDO POR COMBUSTIÓN INCOMPLETA

4.6 REDUCCIÓN DE LAS PÉRDIDAS POR LAS PAREDES

4.7 UTILIZACIÓN DEL CALOR DE LOS GASES QUEMADOS

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CAPÍTULO V

MOVIMIENTO DE GASES

5.1 PRESIÓN EN LOS HORNOS, TAMAÑO Y SITUACIÓN DE LOS

ORIFICIOS DE SALIDA DE GASES

5.2 CANAL DE HUMOS

5.3 FLUJO DE GASES EN LOS HORNOS

5.4 CIRCULACIÓN DE LOS GASES EN LOS HORNOS

5.4.1 CAMBIO DE VOLUMEN A CAUSA DEL CAMBIO DE TEMPERATURA

5.4.2 DIFERENCIA EN EL PESO ESPECÍFICO DE GASES CALIENTES Y

FRÍOS

5.4.3 ENERGÍA CINÉTICA DE LOS GASES CIRCULANTES DEBIDO A LA

PRESIÓN DEL COMBUSTIBLE Y AIRE DE ENTRADA

5.4.4 LA PRESIÓN EN EL HORNO EN RELACIÓN CON EL TIRO DE LOS

CANALES DE HUMOS

5.4.5 UBICACIÓN DE LOS DISPOSITIVOS DE CALENTAMIENTO Y DE

COMBUSTIÓN

5.4.6 DIRECCIÓN DE LOS CHORROS DE GASES CALIENTES O DE LA

LLAMA

5.5.7 CIRCULACIÓN POR MEDIOS MECÁNICOS

CAPÍTULO VI

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL HORNO DE CRISOL

6.1 CÁLCULOS DE INGENIERÍA

6.1.1 DISEÑO DEL HORNO DE CRISOL

6.1.2 SELECCIÓN DE MATERIALES

6.1.3 VOLUMEN OPERATIVO DEL HORNO

6.1.4 QUEMADOR DEL HORNO DE CRISOL

6.1.4.1 CARACTERÍSTICAS DEL QUEMADOR

6.1.4.2 CARACTERÍSTICAS DEL VENTILADOR

6.1.5 VELOCIDAD DE AIRE SUMINISTRADO AL HORNO

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6.1.6 VELOCIDAD DE GN SUMINISTRADO AL HORNO

6.1.7 FLUJO CALORÍFICO A TRAVÉS DEL CRISOL

6.2 CÁLCULOS EXPERIMENTALES

6.2.1 CALCULO CON CHATARRA DE ALUMINIO

6.2.1.1 OBJETIVO

6.2.1.2 PARÁMETROS DE OPERACIÓN

6.2.1.3 DIAGRAMA DE FLUJO DE LA FUNDICIÓN DE CHATARRA DE

ALUMINIO

6.2.1.4 FLUJO DE COMBUSTIBLE

6.2.1.5 BALANCE DE MATERIA

6.2.1.6 BALANCE DE ENERGÍA

6.2.1.7 CÁLCULO DE LA TEMPERATURA ADIABÁTICA DE LA LLAMA

6.2.1.8 PÉRDIDAS CALORÍFICAS

6.3 MATERIALES Y COSTOS

6.3.1 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN DEL HORNO Y SUS COSTOS

6.3.2 COSTOS DE OPERACIÓN

6.3.2.1 COSTO DE LA FUNDICIÓN DE CHATARRA DE ALUMINIO

6.4 ESPECIFICACIONES DE MATERIALES DE CONSTRUCCION

6.5. SELECCIÓN DE QUEMADOR A GAS PARA EL HORNO DE CRISOL

BASCULANTE

6.6. COMPARACION DE COSTOS ENTRE HORNO CRISOL FIJO Y

HORNO CRISOL BASCULANTE

CAPÍTULO VII

REGLAMENTO DE SEGURIDAD INDUSTRIAL E IMPACTO AMBIENTAL

DEL HORNO DE CRISOL UTILIZANDO GN

7.1 REGLAMENTO DE SEGURIDAD INDUSTRIAL

7.2 IMPACTO AMBIENTAL DEL HORNO DE CRISOL UTILIZANDO GN

7.2.1 CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA Y AGENTES CONTAMINANTES

7.2.2 PREVENCIÓN DE LA CONTAMINACIÓN

CONCLUSIONES

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RECOMENDACIONES

BIBLIOGRAFÍA

PAGINAS DE INTERNET

“DISEÑO DE UN HORNO DE CRISOL BASCULANTE APLICADO EN ARTESANÍA UTILIZANDO GAS NATURAL”

CAPITULO I

FUNDAMENTOS DE LA INVESTIGACIÓN

1.1. ANTECEDENTES

En nuestra ciudad y en las provincias donde se sitúan las restos

arqueológicos, hemos visto que la mayoría de los centros manufactureros –en

especial las fundidoras la transformación de los productos lo realiza en un

taller cuyas herramientas e instrumentos de trabajo son tradicionales; es decir,

que no han variado a través del tiempo. Específicamente los artesanos

dedicados a la fabricación de artesanía de metales (como es el caso de ídolos,

pumas, tumis, etc.) utilizan crisoles de grafito, y como combustible usan el

petróleo, petróleo mezclado con aceite quemado y en algunos casos usan el

estiércol del ganado vacuno, por el cual el tiempo de fusión del metal es alto y

muy contaminante, por lo que los productos obtenidos por fundición no

alcanzan los requerimientos técnicos para su correcto aprovechamiento.

Para la realización del presente trabajo se tuvo que buscar fuentes de

información como son: textos, tesis, seminarios y otros que pueden ayudar al

desarrollo de la presente tesis. No encontrándose información alguna respeto

al tema ya que la actividad de fundición artesanal se realiza de manera

empírica y utilizando combustibles nocivos para el medio ambiente. Por lo que

1


el trabajo ayudara mucho en el diseño y rendimiento de hornos de crisol

aplicando como combustible gas natural.

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Con el desarrollo del presente trabajo, queremos dar a conocer las bondades

del uso del gas natural. De esa manera contribuir en el mejoramiento de la

tecnología de la fundición y buscar no solamente el desarrollo industrial sino

también el desarrollo socio-económico de nuestra zona y disminuir la

contaminación ambiental. Por lo que nos planteamos el siguiente problema

objeto de investigación:

¿Será técnica y económicamente posible el uso de Gas Natural como

combustible en los hornos de crisol aplicado en Artesanía?

1.3 JUSTIFICACION E IMPORTANCIA

La actividad industrial en la actualidad, demanda una mayor competitividad

para la inserción oportuna e innovadora en un mundo globalizado. En tal

sentido, se entiende que el diseño y su posterior estudio térmico de un horno

de crisol utilizando Gas Natural facilitará la fundición de metales y la

capacitación de los futuros profesionales en el área de fundición, así como

alcanzará menores costos de producción, mejor calidad de los productos y una

menor contaminación ambiental.

Y teniendo en cuenta que nuestra región, carente de una

industrialización consolidada y con escasez económica para la investigación,

es importante que se recurra a la innovación tecnológica aprovechando

recursos como el gas natural y el talento del capital humano.

2


1.4 OBJETIVOS

1.4.1 Objetivo General:

Diseñar un horno de crisol que reúna los requisitos técnicos y

térmicos que permitan fundir metales en el menor tiempo posible

utilizando un combustible que produzca una mínima

contaminación ambiental.

1.4.2 Objetivos Específicos:

Encontrar las variables adecuadas de diseño y rendimiento del

horno de crisol utilizando Gas Natural.

Evaluar técnica y económicamente los resultados de rendimiento

obtenidos.

Evaluar los aspectos de impacto ambiental que se puedan

producir en el proceso de fundición.

1.5 HIPOTESIS

“Se alcanzará un mayor rendimiento del horno de crisol utilizando un

combustible de poca contaminación y disminuyendo los costos de producción”.

3


CAPÍTULO II

FUNDAMENTO TEÓRICO

2.2 HORNOS DE CRISOL

El término hornos de fundición, abarca aquellos en los que se imparte

calor a la carga, pretendiéndose tenga lugar reacciones químicas o cambios de

estado, tal como la fusión. Tales hornos pueden denominarse “hornos de fusión

de metales”.

En el trabajo de los metales, la temperatura desempeña un papel de

gran importancia. El calentamiento de los metales, cualquiera sea su objetivo,

se realiza en hornos, que se denominan comúnmente hornos de calentamiento,

hornos de recalentamiento, hornos de recocido, hornos de tratamiento térmico

y hornos de fusión. La fusión de los metales y del vidrio, el vitrificado de los

productos cerámicos, la coquificación del carbón, la destilación del zinc y

muchos otros procesos, para los que se aporta calor, se realizan también en

hornos que sirven en la industria.

Tenemos dos tipos de horno de crisol: El de crisol fijo y el basculante.

HORNO DE CRISOL FIJO. Se usa para fundir metales férreos y no

férreos, no se usa para la fusión de acero. Los crisoles pueden ser de carburo

4


se silicio o grafito y la capacidad se especifica por puntos, la extracción del

crisol del horno, se realiza por medio de unas tenazas. Son hornos de baja

inversión pero la vida del crisol disminuye debido a que se saca el crisol

caliente a un ambiente frío que es donde se realiza la colada, o puede colarse

con cucharas en pequeñas cantidades. Normalmente los crisoles para el caso

de la fundición de bronce tienen una vida de 100 coladas, este tipo de horno se

muestra en la figura N° 2.1

21Figura 5.9.- Horno de Crisol, de Pozo (Lift Out).

HORNO BASCULANTE. Una de las principales ventajas de este tipo

de horno es el de poseer una pequeña oxidación de los elementos

componentes del metal, por consiguiente hay pequeñas modificaciones de los

componentes de la carga, el crisol no sufre daño debido a choques térmicos

debido a que se hace la colada hacia una cuchara y luego hacia los moldes.

Este tipo de horno se muestra en la figura N° 2.2

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FIG. 2.1 HORNO DE CRISOL DE


25Figura 5.11.- Horno de Crisol, Basculante.

2.2 ELEMENTOS DE CONSTRUCCIÓN DE HORNOS

Los elementos con que se construyen los hornos son simples y bien

conocidos. En la mayoría de los hornos, la carga que ha de calentarse o

fundirse se apoya sobre la solera. Para proteger las cimentaciones e impedir

que la solera se ablande, se disponen espacios abiertos debajo de esta para la

ventilación por circulación de aire; se dice en este caso que la solera esta

ventilada. El combustible y el aire entran en el horno a través de quemadores u

orificios. Los quemadores realizan la combustión en el bloque de la

mampostería de los mismos. Los productos de combustión salen el horno a

través de conductos de ventilación, pasando a través de canales de humos o

chimeneas. El hogar está rodeado por las paredes laterales, que soportan la

tapa apoyada sobre las paredes laterales o sobre la estructura externa de

acero.

El material empleado más comúnmente en la construcción de hornos

es el ladrillo refractario, que se fabrica con arcilla refractaria. Los ladrillos

refractarios se clasifican en ladrillos refractarios para grandes temperaturas

(temperaturas de fusión inferior, mayor que 1744ºC), ladrillos medianamente

refractarios (temperatura de fusión mayor que 1615ºC) y ladrillos ligeramente

refractarios.

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FIG 2.2 HORNO DE CRISOL BASCULANTE


Actualmente se dispone de ladrillos de muy diversas formas. Para

evitar un trabajo excesivo en el corte de los ladrillos, se construyen los hornos

con una multiplicidad de dimensiones de ladrillos. Para reducir las pérdidas de

calor se construyen frecuentemente los hornos con ladrillo refractario aislante o

se recubren también con material aislante, que es un material refractario

finamente dividido. Los ladrillos ligeros sirven también para colocar como

aislante detrás del ladrillo denso. Raramente se colocan los ladrillos en seco;

generalmente se colocan con una capa delgada de mortero entre ellos. Se

protegen, ocasionalmente, de la temperatura y atmósfera del horno por un

lavado, que se realiza por cepillado o por pulverizado con una pistola.

2.2.1 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES UTILIZADOS EN LOS

HORNOS

Los hornos se construyen con metales, materiales no metálicos resistentes al

calor, llamados refractarios y hormigón. Los factores externos que afectan a la

resistencia y la duración de los hornos son:

1. Temperaturas elevadas.

2. Variaciones de temperaturas.

3. La acción química de los óxidos, compuestos a base de azufre y escoria.

4. Oxígeno y otros gases o vapores a alta temperatura.

5. Las explosiones.

6. El desgaste mecánico por desplazamiento de piezas metálicas.

7. El vapor de agua.

8. La carga excesiva de las bóvedas y paredes laterales.

9. Asentamiento de las cimentaciones.

10. Las vibraciones.

Estas causas individuales se traducen en una diversidad de efectos sobre la

solera, paredes laterales y tapa.

En general, los metales se emplean en los hornos para las

resistencias eléctricas, vigas móviles, emparrillados, barras de solera, muflas,

rodillos, bandas, cadenas, frentes de horno, cuadros y umbrales de puertas.

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Los más económicos son el hierro fundido y el acero al carbono y, por

lo tanto, deben emplearse siempre que sea posible. No dan resultado si se les

expone a altas temperaturas; en primer lugar porque disminuye su resistencia

mecánica y también porque se oxidan y se queman.

Los metales que deben utilizarse en la construcción de hornos deben

satisfacer dos condiciones:

1. No deben oxidarse rápidamente.

2. No deben sufrir deformaciones permanentes notables por la

influencia de tensiones moderadas o solamente debe ser

necesario su emplazamiento después de una amplia utilización.

El horno propiamente dicho (paredes, solera y tapa), debe construirse

con refractarios, que son materiales rígidos que deben resistir la temperatura

del horno y que sean malos conductores de calor. También es necesario que

tengan poco efecto sobre ellos la atmósfera del horno y las escorias.

2.2.2 PAREDES Y SOLERA DE LOS HORNOS

La resistencia y duración de estos elementos tiene una considerable

importancia para los usuarios de hornos.

Las paredes pueden agrietarse, ceder, quemarse o derrumbarse, de

donde se deduce la utilidad de realizar un estudio de las averías más

frecuentes.

Las partes lisas, sin orificios, resisten excelentemente en los hornos

pequeños, incluso cuando la temperatura alcanza los 1260ºC. En los hornos

grandes existe una serie de causas que, unidas entre sí, crean diversos

problemas. En las paredes muy largas o muy altas de hornos de alta

temperatura, la dilatación lineal de la pared interna es notablemente diferente

de la dilatación de la pared externa. Este agrietamiento incrementa las

pérdidas de calor, pero no produce ningún daño estructural, aunque se pueda

creer que está cercano al derrumbamiento total del horno. Si por el contrario,

el horno es lo suficientemente resistente para contrarrestar la dilatación,

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pueden ocurrir diversos fenómenos. Si los ladrillos refractarios son de calidad

media, sufrirán deformaciones plásticas en la parte caliente. Si los ladrillos

están colocados muy próximos, sin juntas de dilatación, y si son de tipo

aluminosos, se producen roturas en la cara caliente. Si los ladrillos de gran

calidad no se sujetan rígidamente, y no hay juntas de dilatación, las paredes

pueden pandearse.

La solera al ser la base del horno debe ser bastante resistente y aislante

al calor. Para los hornos de crisol, son excelentes los ladrillos refractarios

utilizados en las paredes, pero es recomendable que estos sean, de mayor

espesor, debido a que soportarán el crisol conteniendo la carga que se ha de

fundir. Para el horno de crisol la solera debe estar sobre una capa de hormigón.

Los hornos modernos, deben protegerse exteriormente con placas de

acero, puesto que estos refractarios son frágiles y se vuelven quebradizos en

mayor o en menor grado, y porque generalmente se emplean aislamientos en

bloque en capas delgadas en el exterior. Hay que tener en cuenta que la

mayoría de los materiales aislantes se desintegran con el tiempo. La ventaja de

estas paredes consiste en que es posible sustituir cualquier losa sin tocar

ninguna otra; la rotura se reduce a consecuencia de la libre dilatación, y las

losas inferiores no están sometidas a las sobrecargas de peso de los ladrillos

superiores.

2.2.3 TAPA O PUERTAS DE LOS HORNOS

Las tapas o puertas de los hornos deben ser estancas, ligeras, sólidas

y resistentes al calor. El problema de esta clasificación consiste en obtener el

mayor número posible de características deseables, especialmente resistencia

mecánica y duración.

Los cuerpos metálicos de las tapas o puertas deben ser muy fuertes y

suficientemente rígidos para soportar el revestimiento refractario, sin correr el

peligro de que se resquebraje, y resistir la tendencia al alabeo debida a la

dilatación térmica. Para hacer lo más pequeñas posibles las pérdidas térmicas,

9


este revestimiento debe ser grueso y aislante, pero el peso de la tapa no debe

ser excesivo, con el fin de ofrecer poca resistencia al roce y tener escasa

inercia en los movimientos de apertura y cierre. Además, la tapa debe resistir

la acción del calor que se escapa del horno.

Los hornos de crisol no cuentan con puertas, sino más bien con una tapa

superior, la cual cuenta con un orificio o canal que sirve para la evacuación de

gases producidos en la combustión. El refractario utilizado en la tapa es un

Castable refractario.

Los Castables Refractarios son concretos u hormigones de fragua

hidráulica constituidos por un agregado granular refractario y ligantes

hidráulicos especiales que se confieren, después de fraguado, todas las

propiedades físico-químicas necesarias para resistir un trabajo térmico

prolongado. Son muy fáciles de preparar y usar, y se pueden instalar por

vaciado, vertiéndolos dentro de un encofrado como cualquier concreto, o

manualmente, usando un badilejo, o proyectándolos con pistola neumática.

Los castables convencionales fraguan al agregárseles agua, pero la

estructura hidráulica es transitoria hasta la aparición de una liga cerámica,

desarrollada por la temperatura, esto origina diferencias estructurales

escalonadas en el interior de la masa, y produce comportamientos igualmente

diferenciados, por eso, para superar esos problemas, hoy en día se ha

introducido la fabricación de castables de muy bajo cemento, que inclusive ya

no requieren del pre-mezclado con agua para su instalación.

10


CAPÍTULO III

GAS NATURAL

3.1 CONCEPTO.

Son una mezcla de hidrocarburos livianos, en estado gaseoso. Estos gases

suelen encontrarse en las capas superiores de los yacimientos petrolíferos en

condiciones normales de temperatura y presión o en yacimientos considerados

como gasíferos.

3. OBTENCIÓN

El gas natural se obtiene directamente de la tierra, sin necesidad de ningún tipo

de fabricación.

El gas natural puede surgir directamente de capas gasíferas o bien encontrarse

con el combustible liquido en capas petrolíferas.

Las capas gasíferas son aquellas en las cuales los hidrocarburos que

constituyen el gas natural se encuentran desvinculadas de yacimientos

petrolíferos.

La mezcla liquida extraída del gas se separa mediante procesos de

fraccionamiento en sus componentes: etano, gas licuado de petróleo (mejor

conocido como gas L.P.) y naftas, entre otros. Posteriormente estos

componentes encuentran uso como combustibles o como materias primas

petroquímicas.

11


Tabla 3.1: Comparación de la producción y consumo de energía a nivel

mundial.

ENERGÍA

PRODUCCIÓN

En miles de barriles

de petróleo

equivalente por día.

CONSUMO

En toneladas de

combustible

equivalente a 7 804

mega toneladas por

año.

PETROLEO 65 039 3 122 = 40%

GAS 39 916 2 107 = 27%

CARBÓN 43 395 1 795 = 23%

NUCLEAR 11 718 546 = 7%

HIDRÁULICA 13 142 234 = 3%

TOTAL 173 210 7 804 = 100%

Fuente: El Gas natural. Cáceres Graziani, Luís F., 3ra Edición, 2 002.

El Perú es un país que está haciendo uso de este recurso, pues cuenta

con reservas importantes especialmente en el departamento de Cusco. El

cuadro de las reservas probadas de gas natural en el Perú, reportadas para

fines de 1999, se puede resumir en la tabla 2.2.

Tabla 3.2: Reservas probadas de gas natural en el Perú.

ZONA RESERVAS (m3)

NOROESTE 0.005x1012

ZÓCALO CONTINENTAL

(TALARA)0.004x1012

ESTE (AGUAYTIA) 0.008x1012

SURESTE (CAMISEA Y OTROS) 0.230x1012

TOTAL 0.247x1012

Fuente: El Gas natural. Cáceres Graziani, Luís F., 3ra Edición, 2 002.

12


También podemos tener en cuenta el incremento de la producción de

gas de Camisea entre el año 2004 y 2005 (tabla 3.3):

Tabla 3.3: Producción de Gas de Camisea, 2004-2005

Fuente: Perupetro – Reporte Estadístico Minero Energético 2005.

3.2 CARACTERÍSTICAS

3.2.1 COMPOSICIÓN

La Composición del gas natural es variable, dependiendo del lugar donde se

encuentre el yacimiento. No obstante, el Metano (CH4) suele ser el principal

componente del gas natural. Están presentes también, el etano, Propano,

Butano, Pentano y otros gases existentes en menor proporción (Nitrógeno,

Bióxido de carbono y Oxigeno. Como impurezas que deben eliminarse antes de

introducido en los sistemas de tuberías, ya sea de transporte o distribución y se

encuentran, el acido sulfúrico (H2S), azufre y agua.

De acuerdo a la Norma NOM-001-SECRE-1997 Calidad del gas Natural y

dentro de sus especificaciones, describimos los siguientes.

13


Tabla 3.4: Composición del Gas Natural

Componente NomenclaturaComposición

(%)Estado Natural

Metano CH4 95,08 Gas

Etano C2H4 2,14 Gas

Propano C3H8 0,29 Gas licuable (GLP)

Butano C4H10 0,11 Gas licuable (GLP)

Pentano C5H12 0,04 líquido

Hexano C6H14 0,01 líquido

Nitrógeno N2 1,94 Gas

Gas

CarbónicoCO2 0,39 Gas

Fuente: http://www.monografias.com/gas clasificación

Tabla 3.5: Especificaciones del Gas Natural

PROPIEDAD MÉTODO UNIDADESESPECIFICACIONES

Mínimo Máximo

Poder Calorífico

bruto en base secaASTM D-1826

Kcal/m3

MJ/m38455 -

Acido sulfhídrico ASTM D-4468mg/m3

Ppm36.39 -

Azufre total ASTM D-4468mg/m3

- 6.1

Humedad.ASTM D-1142

Higrómetro

mg/m3112

Nitrógeno + bióxido

de Carbono

ASTM D-1945% Vol. 3

Contenido de

licuables

Temperatura

ASTM D-1945

ASTM D-1945

l/m3

K

% Vol.

0.059

323

0.5

14

http://www.monografias.com/gasclasificaci%C3%B3n


Oxigeno

Material solido

Libre de polvos,

gomas y de cualquier

solido que ocasione

problemas de tubería

LiquidoLibre de Agua y de

HC líquidos

Microbiológicos. Libre

Fuente: http://www.monografias.com/metalugiahornosclasificación

El gas natural no tiene color ni olor pero al tratarse de material inflamable, se le

agregan odorizantes químicos (mercaptanos), a fin que pueda ser detectado

por el olfato humano en caso de una fuga.

El gas natural es más ligero que el aire, su gravedad específica se encuentra

en el rango de 0.55 a 0.67, relativa al aire.

3.2.2 CARACTERÍSTICAS TERMODINÁMICAS

Propiedades de gas natural:

Es más ligero que el aire.

Combustión limpia.

Requiere ignición por la combustión.

Eficiente y abundante.

No tiene color ni olor.

No es absorbente.

No es corrosivo.

Componentes energéticos del gas natural antes de ser procesado:

Metano (CH4)

Etano (C2H6)

Propano (C3H8)

Butano (C4H10)

Pentanos en adelante (C5H12 a C10H22)

Formula de hidrocarburos saturados Con H2n + 2

Sus características físicas, químicas y térmicas del metano, principal

componente del GN:

15


Peso molecular: 18,00 g/m

Ebullición, -150.2 ºC

Temperatura critica -76.3 ºC

Presión critica 46.3 atmosferas.

Densidad Critica 0.151 g/cm3

Volumen critico 0.096 m3/Kg/mol.

Densidad relativa 0.6247 g/cm3

Factor de desviación (de la ley de Boyle) 50 ºF 1.002,

100ºF 1.0015

Limites explosivos % gas en el aire: inferior 5.0

Superior 15.0

m3 aire para quemar 1 m3 gas. 8.38m3

Calor de fusión 15 KJ/m

Calor especifico Kcal/Kg Cp vapor/Cu vapor, N= Cp/Cu= 1.308.

El Gas Natural:

Reduce entre 65 y 90% las emisiones contaminantes de monóxido de

carbono (CO), bióxido de carbono (CO2), partículas suspendidas totales

(PST) e hidrocarburos reactivos (HC’s).

No contiene acido sulfhídrico (H2S), plomo ni benceno.

Abate eficazmente el efecto invernadero.

Presenta una elevada eficiencia en la combustión (no emite

hidrocarburos no quemados)

Tiene un precio competitivo, respecto al de otros combustibles.

Reduce los costos de mantenimiento en vehículos que utilizan este

energético (para los cuales se requiere realizar la conversión).

Genera menor cantidad de NOx que el combustóleo, por combustión.

Se recibe por ducto y no se almacena, por lo que su manejo es muy

seguro.

Incrementa la eficiencia de los procesos de generación y cogeneración

de energía.

No forma residuos de combustión, lo que prolonga la vida útil de los

equipos.

16


3.2.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DEL GAS NATURAL

3.2.3.1 VENTAJAS DEL USO DEL GAS NATURAL

1. Disminuye el costo del gas natural (GN) en un 50%.aprox.

2. La ventaja del uso del GN es que no requiere de recipientes para

almacenarlo ya que todo el gas va por ductos, lo que proporciona

seguridad en el suministro.

3. Flujo constante del combustible, lo que garantiza una presión constante

a grandes volúmenes de combustible, eliminado problemas por efectos

climatológicos de congelación de recipientes y perdidas de presión.

4. Seguridad en el manejo, menor peligrosidad y mayor control.

5. Las instalaciones que se proyecten para gas natural, deben ser

controladas en su totalidad por la empresa distribuidora, contando con

programas de mantenimiento específico, el personal que ejecute las

instalaciones y las controle debe recibir capacitación para especializarlo.

6. Se evitan gastos exagerados en el mantenimiento de los recipientes, ya

que por norma cada 5 años hay que cambiar sus accesorios de control y

seguridad, cada 10 años se debe efectuar una prueba no destructiva de

ultrasonido al recipiente, para analizar si existe corrosión en la lamina

del envolvente, si exige cambiarlo por uno nuevo.

7. Para grandes volúmenes de consumo, se requieren grandes

capacidades de almacenamiento.

8. Con los años se van quedando residuos en los recipientes, tales como

gasolinas, aceites, mercaptanos y no hay manera de eliminarlos,

disminuyendo la capacidad de almacenamiento, además contaminan el

aire, agua y tierra, causando gran daño a la ecología.

9. Con el gas natural se elimina surtir GLP en auto tanques que causan

aumento de la vialidad, problemas de transito, peligro en choques y

volcaduras que provoquen fugas y causen pérdidas materiales y

humanas.

En síntesis el beneficio primordial en la utilización del GN es la

disminución en costos de operación, eliminando parte del personal

17


administrativo que solicita, revisa y controla el suministro de

combustible, traducido en ahorro.

3.2.3.2 DESVENTAJAS DEL USO DEL GAS NATURAL

En encuestas realizadas a usuarios en el sector domestico, comercial y de

servicios, aproximadamente en un 10% no tiene obstáculo para la utilización

del gas natural. El 90% restante menciono como principales desventajas:

1. El costo de la instalación y conversión.

2. Problemas derivados del cambio de espreas en los quemadores.

Aspecto que se soluciona con el ahorro del costo del combustible.

En usuarios del sector industrial 15% sin obstáculos y 85%.

1. El costo de conversión alto o instalación costosa.

2. Recuperación a largo plazo, que no fuese rentable.

3. Problemas con el acceso a la red.

4. Con mayor frecuencia se menciona.

5. Gas natural con menor poder calorífico.

6. Problemas de conversión en tuberías y equipo.

7. Implicación en la calidad del producto final.

8. Desconocimiento de la tecnología necesaria para utilizarlo, sobre medidas

de seguridad y equipos a instalar.

9. Inseguridad generada por el subsuelo sísmico.

10.Problemas en el suministro.

11.Obstáculos presentados por vecinos por temor a gaseoductos.

12.Arrendamiento de la unidad industrial a contar con autorización del dueño.

Todos estos obstáculos o desventajas se solucionan si se cuenta con personal

con experiencia y calificado en el manejo y uso del gas natural.

Tabla 3.6: Ventajas y desventajas del Gas Natural frente al GLP

18


GAS NATURALGAS LICUADO DE PETRÓLEO

(GLP)

Es menos pesado que el aire, en caso

de fuga se dispersa rápidamente a la

atmosfera

Es más pesado y no se diluye más

que con vientos o en grandes

cantidades de aire.

Disminuye la contaminación, ya que

no existen fugas de gas sin quemar.

Contamina en grandes cantidades

que provienen de los trasiegos, en

plantas de almacenamiento, autos de

transporte etc.

El sistema de cobro al usuario debe

ser directo de la empresa

distribuidora, sin errores ni perjuicios.

Existe deficiencias por el sistema de

cobro en litros que hacen los

distribuidores

Influye mucho que la instalación sea

proyectada correctamente por

personal capacitado.

Influye la capacidad de los

recipientes, la presión que

proporcionan los reguladores de baja,

cálculo del diámetro de tuberías, la

mayoría adolecen de un buen

proyecto y no funcionan

adecuadamente.

Para la economía Nacional, es

preferible quemar gas natural que es

más limpio.

Debe canalizarse a la petroquímica

como en los países industrializados.

Para Instalaciones industriales no

requieren grandes capacidades de

almacenamiento, eliminación de

recipientes y equipos.

Requieren grandes capacidades de

almacenamiento para recipientes de

grandes dimensiones

Fuente: Elaboración Propia

3.3. REACCIONES DE COMBUSTIÓN DEL GAS NATURAL

19


El comportamiento del calor disponible, la eficiencia de combustión y

las emisiones contaminantes, es evaluado en función del exceso de aire y la

temperatura de los gases de combustión. Se calcula el valor de la temperatura

máxima de productos y su relación con el exceso y el precalentamiento del

aire. Se establecen consideraciones energéticas y ambientales para el

perfeccionamiento de la operación de cualquier proceso de combustión

del gas natural.

Se estudian algunos parámetros influyentes en el proceso de

combustión como la relación entre la temperatura máxima de llama, el calor

disponible en los gases de combustión, la eficiencia de combustión y las

emisiones contaminantes como función del exceso de aire (relación aire-

combustible), la temperatura de los reactantes y la temperatura de los gases de

combustión. Todo esto como herramienta en la toma de decisiones tanto

económicas como ambientales.

3.3.1. TEMPERATURA MÁXIMA DE LOS PRODUCTOS DE

COMBUSTIÓN

El modelo utilizado para el análisis de combustión se basa en metano,

principal componente del gas natural, y como oxidante el aire, constituido

por oxígeno y nitrógeno. Se desprecia el argón y trazas de otros

constituyentes. Las condiciones de los reactantes, excepto en el

precalentamiento del aire, son 298,15 K y 1 atm.

La máxima temperatura que pueden alcanzar los productos de

combustión es la temperatura adiabática de llama. Es la temperatura que se

obtiene si todo el calor desarrollado durante el proceso se utiliza integralmente

para calentar los productos. El procedimiento de cálculo de la temperatura de

llama adiabática, considerando los fenómenos de disociación, se lleva a cabo

por iteracion de la temperatura de los productos hasta que se cumpla la

siguiente expresión:

H reactantes = H productos

20


En esta ecuación la Hreactantes se refiere a la entalpía del combustible y del

aire que hacen parte del proceso de combustión. Cuando toda esta energía es

empleada para elevar la temperatura de los humos de combustión, sin pérdidas

de calor hacia el medio, los productos alcanzarán una entalpía H productos

igual a la de los reactantes, y por ende, obtendrán su máxima temperatura.

3.3.2. CALOR DISPONIBLE Y EFICIENCIA DEL PROCESO

Los productos de combustión poseen una energía térmica de acuerdo a

su temperatura. Esta energía o calor disponible Qdisp, entendido como la

cantidad de energía que puede ser convertida en energía útil, es tanto mayor,

entre más fríos salen los gases de combustión del proceso de calentamiento

de una carga, lo que indica un aprovechamiento notable de la energía

térmica. El calor disponible está definido como:

Qdisp = PCS − Qgases

Donde:

PCS: es el poder calorífico superior del combustible.

Qgases: es la energía contenida en los gases de combustión

El gas natural caracterizado como metano CH4 y tiene un poder calorífico

superior de 55528 kJ/kg

Se propone el sistema de reacciones linealmente independientes siguiente, que

se llevan a cabo en el proceso de combustión:

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O (1)

2 CH4 + 3 O2 → 2 CO + 4 H2O (2)

2 C2H6 + 7 O2 → 4 CO2 + 6 H2O (3)

C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O (4)

El nitrógeno contenido en el gas natural se comporta como inerte en el proceso

de combustión, ya que la formación de óxidos de nitrógeno no afecta la

cantidad de aire necesario para la combustión ni la cantidad de gases de

combustión producidos. Sin embargo desde el punto de vista ambiental es

importante considerar la formación de dichos óxidos por la contaminación que

producen los mismos.

21


Dado que para las reacciones de combustión la constante de equilibrio es

sumamente grande, pueden considerarse a las reacciones (1) a (4) como

irreversibles y de primer orden.

3.4. QUEMADORES A GAS

El propósito del quemador es transformar la energía contenida en el

combustible en calor útil para que pueda ser aprovechado. Sin embargo para

lograr dicho objetivo se requiere tener presente ciertos aspectos como el

diseño de la cámara de combustión, el elemento a ser calentado y la forma y

dimensiones de los ductos para evacuar los productos de combustión.

En general un quemador debe tener las siguientes características:

4. Ser controlable sobre un amplio rango sin presentar interrupciones.

5. Proveer un calor uniforme sobre el área a calentar.

6. Facilitar la total reacción del combustible.

7. No permitir que se presente retrollama ni desprendimiento de llama.

3.4.1 CLASIFICACIÓN DE QUEMADORES A GAS

No existe una clasificación estándar de los quemadores a gas que sea

universalmente aceptada, por ello solamente se mencionarán. Son diversos los

criterios asumidos para presentar una clasificación de estos (Tabla 3.7).

En los quemadores industriales, la combustión de gas es

aparentemente la más sencilla, pero en realidad requiere de cuidados más

específicos que los otros combustibles. Una razón de lo anterior, es que la

llama en muchos tipos de gas tiene poca luminosidad por lo que es difícil verla

en el horno, otra es que la acumulación del gas sin quemarse por resultado de

fugas dentro del horno, o pérdida de fuego dentro del horno, o por pérdida de

fuego dentro del quemador, no lo hace visible y por tal motivo no será notado

por los operadores dando por consecuencia una explosión.

Tabla 3.7: Criterios de clasificación de quemadores a gas

22


Según la presión de

suministro.

Quemadores de muy baja presión (presión

de suministro menor igual a 1 bar).

Quemadores de presión intermedia (presión

de suministro mayor a 0.1 bar y menor a la

presión crítica).

Quemadores de alta presión (presión de

suministro mayor a la presión crítica).

Según el punto de mezcla.

Quemadores de pre mezcla.

Quemadores de pre mezcla a presión.

Quemadores sin mezcla previa o llama de

difusión.

Según el suministro de aire. Quemadores de aire forzado.

Quemadores de inducción.

Según presión de trabajo

con respecto a la

atmosférica.

Quemadores atmosféricos.

Quemadores no atmosféricos.

Fuente: Conversiones de equipos y sistemas para uso de gas en las industria;

Universidad Wiener, Tecnigas Ingenieros.

A continuación se describen algunos quemadores industriales a gas:

QUEMADORES ABIERTOS DE TIRO NATURAL

Se caracterizan por producir una presión negativa en la cámara de

combustión que causa el tiro (o aspiración) del aire necesario, usualmente a

través de obturadores ajustables colocados alrededor de las toberas de

combustible. La aspiración hacia la cámara puede ser natural (por efecto de

chimenea) o inducida por un ventilador de aspiración. El mezclado de aire

combustible puede ser deficiente, y quizás no exista control de la relación

combustible aire.

Figura 3.1: Quemador abierto de tiro natural.

23


Fuente: Conversiones de equipos y sistemas para uso de gas en industrias;

Universidad de Wiener; Tecnigas ingenieros.

QUEMADORES SELLADOS MECÁNICOS

Todo el flujo de entrada de aire usualmente es controlado por un

ventilador de inyección (ventilador de tiro forzado) que impulsa aire a través de

tubos o de una caja de aire. Estos quemadores suelen tener una mayor caída

de presión de aire en la tobera, de modo que las velocidades del aire son

mayores y por tanto son mejores el mezclado y control de la configuración de

llama. Es posible medir el flujo de aire y resulta fácil el control automático de la

relación aire combustible.

Figura 3.2: Quemador sellado mecánico y quemador integrado.



SISTEMA DE QUEMADOR CON MEZCLADO EN BOQUILLA

24


En este dispositivo se mezclan gas y aire al entrar a la cámara de

combustión. Tales sistemas permiten el uso de una amplia variedad de

relaciones aire – combustible, formas de llama y combustibles. Para procesos

que requieren ambientes especiales, pueden operar con mezclas muy ricas

(exceso de combustible 50%) o muy pobres (exceso de aire 1500%). Pueden

construirse de modo que las velocidades sean muy grandes, para mejorar aún

más la transferencia de calor por convección. En otros se usan efectos

centrífugos y de otra clase para hacer que la llama siga el contorno de una

pared refractaria adyacente, y de este mejorar la radiación por las paredes.

Las diferentes formas de llamas se muestran en las siguientes figuras:

Figura 3.3: Quemador con mezclado en tobera controlado por aire.

Figura 3.4: Quemador de alta velocidad.

Figura 3.4: Quemador de radiación por la pared.

25




3.5. COMPARACIÓN DEL GAS NATURAL CON OTROS COMBUSTIBLES

Si bien el gas natural forma parte del grupo de los combustibles fósiles,

principales causantes del dióxido de carbono que se emite a la atmósfera

generando el calentamiento global, es este el más verde de todos ellos.

Ahora bien, el conocido conjunto de los combustibles fósiles está formado

principalmente por el carbón, el petróleo y el gas natural. Lo que generalmente

no se dice es que no todos ellos son igualmente contaminantes y si bien el

óptimo sería lograr la completa eliminación del uso de estos como fuentes de

energía también sabemos que esto constituye un imposible para el corto plazo.

El gas natural constituye la opción más ambientalmente amigable dentro del

grupo de los combustibles fósiles. Emite en su combustión entre 25% y 30%

menos de dióxido de carbono (CO2) por unidad de energía producida que los

productos derivados del petróleo, y entre 40% a 50% menos que el carbón.

La siguiente tabla comparativa permite ver como el gas natural es el más verde

de los combustibles fósiles.

Tabla 3.8: Tabla de Emisiones

26

http://sustentator.org/blog-es/basicos-de-ecologa/diccionario/#co2

http://sustentator.org/blog-es/basicos-de-ecologa/diccionario/#calentamiento-globlal

http://sustentator.org/blog-es/basicos-de-ecologa/diccionario/#atmosfera


Tabla 3.9: Tabla comparativa del gas natural con otros combustibles

Fuente: http://www.monografias.com/metalugiahornosclasificación

Emisiones.

1. En comparación con la gasolina el GNC produce las siguientes

emisiones:

a. 20% de emisiones formadoras de ozono.

b. 20% de emisiones de CO.

c. 20% de emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) y aceltaidos.

d. 50% de emisiones de forma aldehídos

e. Emisiones de Benceno y butadieno son virtualmente inexistentes.

3.6. NORMAS PARA LOS DISPOSITIVOS DE REGULACIÓN

EQUIPOS DE REGULACIÓN Y MEDICIÓN

1. La Estación de Regulación de Presión y Medición Primaria

(ERPMP) utilizada para la regulación y medición centralizada del

consumo de gas del usuario deberá ser instalada de acuerdo a normas

técnicas reconocidas internacionalmente tales como CEN EN 12279,

27

http://www.sustentator.org/blog/images/image200.p


CEN EN 12186, CEN EN 1776 y AGA reportes 2, 7 y 9, o equivalentes.

El diseño, los materiales, la instalación y las pruebas de dichas

estaciones deberán ser aprobados por la entidad competente.

2. La ERPMP deberá ser instalada en el predio del usuario, tan cerca

como sea posible de la válvula de servicio (punto de entrega). El

propósito es minimizar el recorrido de la tubería que lleva la presión de

la red de distribución en el tramo entre la válvula de servicio y la

ERPMP. El distribuidor deberá siempre tener acceso a la ERPMP

para intervenir adecuadamente en caso de emergencia.

3. Se deberá también tener en cuenta lo estipulado en el

Reglamento de Distribución de Gas Natural por Red de Ductos D.S Nº

042-99-EM y sus modificaciones, con respecto a los medidores y

reguladores.

Medidores

A. En el caso de ser requeridos medidores adicionales para la

medición del gas natural seco de un equipo de consumo en

particular en la instalación interna, estos deberán cumplir con

normas reconocidas tales como CEN EN 1359 ó ANSI B109

(partes 1 y 2) para medidores a diafragma y CEN EN 12480 ó

ANSI B109.3 para medidores rotativos o equivalentes y ser

aprobados.

B. El medidor de gas debe garantizar la correcta medida del

volumen de gas que está circulando en el sistema de tuberías.

C. Los medidores deberán ser ubicados en espacios ventilados,

fácilmente accesibles para su examen, reemplazo, toma de

lecturas y adecuado mantenimiento

D. Los medidores no deberán ser ubicados donde puedan estar

expuestos a daños físicos. Los medidores serán protegidos

28


adecuadamente contra la intemperie, las salpicaduras, la

humedad, las altas temperaturas, fuentes de ignición, tráfico

vehicular etc.

Los medidores deberán ser soportados y conectados a tuberías rígidas de

manera tal que no se ejerzan esfuerzos sobre ellos.

Reguladores

En el caso de existir estaciones de regulación de presión secundarias, los

reguladores deberán cumplir con normativas internacionales reconocidas

tales como CEN EN 334 ó ANSI B109.4 o equivalentes y ser Aprobados.

Los reguladores deben ubicarse de tal forma que las conexiones

sean fácilmente accesibles para operaciones de servicio y mantenimiento.

Los reguladores no deben ser ubicados donde puedan estar expuestos a

daños físicos. Los medidores serán protegidos adecuadamente contra la

intemperie, las salpicaduras, la humedad, las altas temperaturas, fuentes

de ignición, otros similares.

Se deberán colocar los venteos de los reguladores hacia espacios

muy ventilados de acuerdo a las especificaciones de sus fabricantes.

3.7NORMAS PARA EL DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO EN EL SISTEMA

DE TUBERÍAS

Generalidades

Toda la instalación deberá estar dimensionada para conducir el

caudal requerido por los equipos de consumo en el momento de

máxima demanda. Asimismo, para las ampliaciones futuras previstas;

se debe tener en cuenta las limitaciones en la pérdida de carga y la

velocidad, indicadas más adelante.

29


El diseño debe incluir la ubicación y trazado del sistema de tuberías de

la instalación con todos los accesorios, el dimensionamiento de los

diferentes tramos y derivaciones, la capacidad necesaria para cubrir la

demanda y la ubicación del punto de entrega de gas, entre otros.

Los elementos de la instalación a partir de los reguladores se diseñarán

considerando la presión máxima a que pueden estar sometidos teniendo

en cuenta el valor de las sobrepresiones que pueden ocurrir ante

defectos de funcionamiento de las respectivas válvulas de regulación

y la acción de los sistemas de protección previstos (válvulas de

seguridad por alivio o por bloqueo).

Condiciones básicas para el dimensionamiento

El dimensionamiento de la tubería de gas natural seco depende entre

otros de los siguientes factores:

A. Máxima cantidad de gas natural seco requerido por los equipos

de consumo.

B. Demanda proyectada futura, incluyendo el factor de

Simultaneidad

C. Caída de presión permitida entre el punto de suministro y los

equipos de consumo.

D. Longitud de la tubería y cantidad de accesorios.

E. Gravedad específica y poder calorífico del gasnatural

seco

F. Velocidad permisible del gas.

El tramo de tubería comprendida entre la válvula de bloqueo de servicio

del distribuidor de gas y la entrada a los reguladores de la Estación de

Regulación de Presión y Medición Primaria, se calculará con una caída

de presión máxima no superior al 10 % de la presión mínima de

suministro.

30


Los tramos de la red interna comprendidos entre dos etapas de

regulación se calcularán con una caída máxima del 50 % de la presión

regulada al comienzo de esos tramos. El cálculo de estos tramos deberá

garantizar las condiciones mínimas de presión y caudal requerido por

los equipos de consumo ubicados aguas abajo.

Los tramos de tubería que alimentan directamente los equipos de

consumo, serán calculados de la misma forma que el item anterior y el

cálculo de estos tramos deberá garantizar las condiciones mínimas

de presión y caudal requerido por el equipo de consumo.

En todos los puntos de la instalación la velocidad de circulación del gas

deberá ser siempre inferior a 30 m/s, para evitar vibraciones y ruidos

excesivos en el sistema de tuberías.

Para el dimensionamiento de las tuberías, se admitirán fórmulas de

cálculo reconocidos, las cuales deben considerar el rango de

presión de cálculo. Los datos obtenidos deberán responder por lo

menos, a las exigencias de:

1. La fórmula de Poole para presiones hasta un máximo de 5 kPa

(5mbar)

Q = √(D5 * h)/2*s*l

Donde:

Q caudal en m3/h (condiciones estándar)

D diámetro en cm.

h pérdida de carga en mm. de columna de H2O

s densidad relativa del gas

l longitud de tubería en metros, incluyendo la longitud

equivalente de los accesorios que la componen. Véase

tabla10 para longitudes equivalentes

2. La fórmula de Renouard simplificada para presiones en el rango de 0

31


kPa a 400 kPa (0 bar a 4 bar); válida para Q/D < 150

PA2 – PB

2 =48600 s L Q1.82/D4.82

Donde:

PA y PB: presión absoluta en ambos extremos del tramo, en kg/cm2

s: densidad relativa del gas.

L: longitud del tramo en km, incluyendo la longitud

equivalente de los accesorios que la componen.

Q: caudal en m3/h (condiciones estándar)

D: diámetro en mm.

32


CAPÍTULO IV

FLUJO TÉRMICO EN HORNOS DE FUNDICIÓN

4.1 CALENTAMIENTO DE METALES EN HORNOS DE FUNDICIÓN

4.1.1 CANTIDAD DE CALOR A IMPARTIR A LA CARGA

Si han de calentarse y/o fundirse metales o cuerpos sólidos en un

horno, primero debe generarse (liberarse o desprenderse) calor en el mismo,

luego se transmite al material y luego a la carga.

Para una clara compresión del proceso de calentamiento y/o fundición

se recomienda comenzar por las propiedades físicas del material que se ha de

calentar o fundir.

El calor que ha de impartirse a la carga es igual al producto del peso de

la carga por la elevación de la temperatura y por el calor específico medio de

la carga.

Si se emplea el horno para el calentamiento de materiales, en los que

las temperaturas elevadas producen reacciones químicas, deberán tenerse en

cuenta los calores específicos y de reacción, que podrán obtenerse en tablas

de ingeniería química.

33


4.1.2 INTERACCIÓN TÉRMICA EN LOS HORNOS

En la figura 4.1 se muestra en forma de diagrama el flujo de calor en un

horno, representando un horno que se calienta por los productos de

combustión.

Los elementos superficiales de las paredes y de la carga, como 3 y 6, se

calientan por convección por los gases calientes que fluyen a lo largo de las

paredes y de la carga. Una molécula de estos gases, tal como la que se indica

por 9, radia en todas direcciones, por ejemplo a 2 y a 8. Estos elementos

superficiales radian en todas las direcciones posibles, por ejemplo a 1, 5 y 7

desde 3 y a 4 desde 7, Etc.

Figura 4.1: Representación en forma de diagrama de la transmisión del

calor en el interior de la cámara de un horno.

.

Fuente: Hornos industriales; Trinks, W.; Mawhinney, M. H.; tomo I; 1975, P.65.

De la figura 4.1 se desprende que cada partícula de los productos de la

combustión, así como cada elemento de las superficies de las paredes y de la

carga, radian en todas direcciones posibles. Este hecho hace extremadamente

dificultoso el cálculo exacto de la transmisión de calor en un horno que se

calienta por medio de un combustible. La prueba de la exactitud de esta

afirmación está proporcionada por las muy numerosas e influyentes variables, a

saber: temperatura, composición y velocidad de los productos de combustión,

espesor de la carga de gases entre las paredes y la carga, relación entre la

34


superficie de la pared y la superficie expuesta de la carga, y las emisividades

de las paredes y la carga.

4.2 CAPACIDAD DE CALENTAMIENTO DE LOS HORNOS

La capacidad de calentamiento de un horno se expresa generalmente

por el peso del metal que puede calentar y/o fundir en la unidad de tiempo a

una determinada temperatura, en el punto más frío de la carga, y sin que se

produzca un sobrecalentamiento del resto de la misma. Puesto que el costo

del horno es aproximadamente proporcional a su tamaño, tiene importancia a

capacidad de calentamiento por unidad de volumen. La capacidad de

calentamiento específico se expresa de las dos formas siguientes:

Peso . calentado .( Kg)hora . x . volumen . del . horno (m3 ) ; Ecuación 4.1 ó por:

Peso . . calentado .(Kg )hora .. x . . superficie . . de .. la . . solera .(m2) Ecuación 4.2

Ninguna de estas relaciones constituye una medida perfecta de la

capacidad de calentamiento, la cual se establece por los dos ejemplos

siguientes: en el recocido de grandes depósitos, el volumen del horno debe ser

suficientemente amplio para recibir el depósito y dejar espacio para la

circulación de los gases de combustión. En consecuencia, la capacidad de

calentamiento por unidad de volumen es pequeña.

La capacidad de calentamiento depende de varios factores, como son

la cantidad de calor liberado, la cantidad de calor transmitido a la carga y la

cantidad de calor conducido al punto más frío de la carga.

35


4.2.1 EFECTO DE LA CANTIDAD DE CALOR LIBERADO

La cantidad de calor liberado varía con el tipo de equipo de generación

de calor.

En los hornos en los cuales se queman combustibles el calor liberado se

expresa, generalmente, en unidades de calor liberado por unidad de volumen y

por unidad de tiempo. En la práctica, el calor liberado se expresa en Kcal/m3

/h

ó Kcal/m3

/s. En estrecha relación con la cantidad de calor liberado está el

término “longitud de llama”. Para hornos de solera abierta y cubas para vidrio,

la longitud de la llama significa la distancia entre el quemador y el punto donde

se extingue la llama. En los hornos industriales, la longitud de llama indica la

distancia entre el quemador y el punto en que se ha completado la combustión,

al menos en un 95%. En condiciones normales del horno, la combustión no es

completa, si no se suministra un exceso de aire. La forma de considerar el final

de la combustión cuando se ha realizado el 95% de ella, también se llama

volumen de combustión. La longitud de llama depende del tipo de combustible

y tipo de dispositivo de combustión, empleados, y va de 25,4 mm. a 12 m.

El volumen de combustión y la longitud de llama se indican en las

figuras 4.2 y 4.3. Los croquis muestran quemadores de gas geométricamente

semejantes. El quemador más amplio (fig. 4.2) produce una llama larga. Si se

coloca un solo quemador grande en el centro de una pared de horno, se

estropea el espacio que rodea al quemador, en lo que se refiere a espacio de

combustión. Por el contrario, muchos quemadores pequeños (fig. 4.3) utilizan la

superficie de pared completa, trabajando con llamas más cortas. Asimismo en

estas figuras se muestra el aire al mezclarse con el combustible en la entrada

del quemador. Si se mezcla el aire y el combustible antes del quemador

(premezcla), se produce la combustión más rápidamente, necesitándose

menos volumen de combustión que en los hornos con mezcla de aire y

combustible. Finalmente, si se precalienta el aire de combustión, la combustión

se realiza aún más rápidamente.

36


Figura 4.2: Mal aprovechamiento del espacio de combustión por un

quemador excesivamente grande.

Fuente: Hornos industriales; Trinks, W.; Mawhinney, M. H.; tomo I; 1975, P.65

Figura 4.3: Buen aprovechamiento del espacio de combustión por medio

de cuatro quemadores pequeños de igual capacidad que la de la figura 3.2


El término “condición de combustión” representa las combinaciones de

diversos elementos y requiere cierto juicio para su empleo apropiado. Pueden

servir como guía las siguientes explicaciones:

Condición de combustión 1. Mezcla muy mala del aire y del

combustible, combustible grueso, aire frío, inclusión de espacio en el que no

tiene lugar la combustión con la denominación “volumen de combustión”.

37


Condición de combustión 2. Mezcla mala de combustible y aire,

regular utilización del volumen de la cámara de combustión, combustible

grueso, aire frío. También condiciones iguales a la 1, excepto el aire que está a

260º C.

Condición de combustión 3. Buena mezcla de combustible y de aire,

buena utilización de la cámara de combustión, atomización muy fina, aire frío.

Condiciones similares a 2, pero con aire a 260º C.

Condición de combustión 4. Mezcla completa (o premezcla) de aire y

de combustible, utilización perfecta de la cámara de combustión, atomización

muy fina del combustible, Aire a 260º C. Condiciones idénticas a la 3, pero el

aire a 538º C.

Condición de combustión 5. Mezcla completa (o premezcla) de aire y

de combustible, utilización perfecta del espacio de combustión, atomización

muy fina del combustible, aire a 538º C. También descarga desde muchos

quemadores pequeños.

Condición de combustión 6. El combustible premezclado y el aire

que sale de orificios pequeños poco separados se proyectan contra las

superficies refractarias, que actúan como catalizadores y aceleran la

combustión.

Tabla 4.1: Producción de Calor en las diferentes condiciones de

combustión


38


4.2.2 EFECTO DE LA CANTIDAD DE CALOR ABSORBIDO POR LA

CARGA

Puesto que la cantidad de calor que puede liberarse a temperaturas

suficientemente elevadas es amplia en los hornos industriales, el problema de

calcular la capacidad del horno puede estudiarse sobre la base de la

transmisión de calor a la carga y de la igualación de la temperatura dentro de la

misma.

Con una cantidad adecuada de calor liberado, y a una temperatura lo

suficientemente elevada, la capacidad del horno está afectada por las

siguientes variables:

1. La temperatura de las paredes del horno cuando se introduce la carga fría.

2. La temperatura que se ha de calentar la carga.

3. La temperatura de los productos de combustión.

4. La emisividad de los productos de combustión.

5. L a emisividad de las paredes.

6. La emisividad de la carga.

7. La relación de la superficie de las paredes a la superficie de la carga.

8. El espesor de la capa de los productos de combustión.

9. La conductividad térmica de la carga (incluyendo los espacios vacíos).

10. La uniformidad de la temperatura deseada en el producto.

11. El espesor de la carga.

12. Las dimensiones del horno (superficie de la solera y volumen).

13. Velocidades de los gases en el horno.

Es evidente que no se puede concretar la relación del calentamiento

con todas esas variables en una sola ecuación. Los ingenieros han construido

tablas y gráficos para diversas combinaciones que se les presentan en la

práctica en los diversos tipos de hornos y materiales.

39


Puede decirse, en términos generales, que la transmisión del calor a la

carga determina la capacidad de calentamiento de material delgado, mientras

que la igualación de temperaturas dentro de la carga determina la capacidad de

calentamiento para cargas de gran espesor, que posean baja conductividad

térmica.

4.3 RENDIMIENTO DEL HORNO

El término “rendimiento” se utiliza en su verdadero sentido, al aplicarse

a los hornos industriales, se refieren al costo de calentamiento por unidad de

peso de producto terminado o listo para el siguiente proceso u operación. El

rendimiento térmico de los hornos se expresa por la siguiente relación:

Calor . .cedido . .a .. la . .carg aCalor . .en ..el ..combustible ..consumido . . para . . calentar .. la . . carg a x 100% Ecuación 4.3

En los hornos eléctricos, el denominador de esta relación es

reemplazado por el valor térmico de la energía eléctrica consumida. En la

práctica de los hornos de calentamiento y/o fusión es bastante corriente utilizar

los términos litros de aceite/tonelada de acero o metros cúbicos de gas/

toneladas de acero, Etc.

El “costo de procesamiento” incluye no solamente el costo del

combustible, sino también, el costo de la calefacción y el costo de la

explotación del horno, la amortización de este, los costos de mantenimiento y

reparación, el costo de generación de una atmósfera protectora y el costo de

las piezas estropeadas o rechazadas por cualquier motivo. Además, incluye el

costo de la manipulación del material dentro y fuera del horno.

Los rendimientos de las calderas son del orden del 60 al 90%, e

incluso superiores, los rendimientos de los hornos industriales son algunas

veces tan bajos como 5% en los hornos de combustión, y mucho más en los

eléctricos si se incluye el rendimiento térmico de la energía eléctrica en esta

comparación.

40


4.4 DISTRIBUCIÓN DE CALOR EN LOS HORNOS

Para una comprensión de la distribución del calor en un horno simple

deberá consultarse la figura 4.4. La mayor parte del calor se libera en la zona

de combustión a la izquierda y se desplaza, de allí, a la derecha. El paso de

calor a la carga se indica por las flechas, 1. Pero el calor se desplaza en todas

direcciones; algo pasa a través de las paredes del horno y a través de la solera,

como se indica por las flechas 3, incrementando la temperatura de estas

partes. Otra porción se pierde en el ambiente por radiación y convección desde

la superficie exterior de las paredes o por conducción al suelo, flecha 2. Se

transmite calor por radiación a través de grietas u otras aberturas, flecha 4; los

gases del horno salen por la puerta 5, frecuentemente, quemándose al aire

libre y llevando calor. Se pierde calor cada vez que se abre la puerta.

Figura 4.4: Flujo calorífico en los hornos.


El primer paso para conseguir que la fracción de calor total que pasa a

la carga sea tan grande como sea posible con un calentamiento correcto, para

41


esto se requiere la solución de dos problemas: primero, determinación de las

pérdidas de calor y los métodos de reducirla, y segundo, determinación de la

cantidad de combustible o de energía eléctrica que se necesita para calentar

y/o fundir una cantidad dada de metal a una determinada temperatura y en un

horno dado.

4.5 CALOR PERDIDO POR LAS PAREDES DEL HORNO

4.5.1 CALOR PERDIDO POR LAS PAREDES DEL HORNO

El calor perdido por el exterior de las paredes del horno constituye uno

de los problemas sobresalientes que afectan a la economía de los hornos y que

deben examinarse ampliamente. Las pérdidas por las paredes, durante el

funcionamiento continuo de un horno, son diferentes de las pérdidas por las

paredes del mismo horno, si éste funciona de manera intermitente. Se

examinan primeramente las pérdidas por las paredes durante el funcionamiento

continuo.

a) PÉRDIDAS POR LAS PAREDES DURANTE EL FUNCIONAMIENTO

CONTINUO

La temperatura de los productos de combustión excede de la

temperatura interior de la pared. La temperatura de los productos de

combustión es raramente conocida a causa de las dificultades que se

presentan en la medida de la temperatura de los gases. La temperatura de la

cara interior de la pared puede medirse fácilmente y es conocida generalmente.

La temperatura de la pared desciende rápidamente al aproximarse a su

superficie exterior, donde la temperatura excede ligeramente la del aire

ambiente. La pérdida de calor para una superficie de pared dada y para una

determinada temperatura del horno es menor si la pared es más gruesa, si se

construye con un material más aislante o si la superficie exterior de la pared es

de tal naturaleza que no da calor con rapidez al medio ambiente.

42


b) PÉRDIDAS POR LAS PAREDES DURANTE EL FUNCIONAMIENTO

INTERMITENTE

Las pérdidas de calor examinado anteriormente se presentan durante

la marcha uniforme e ininterrumpida. En la práctica real, los periodos de

funcionamiento alternan con tiempos de parada. Durante el tiempo de parada el

calor almacenado en los refractarios durante el tiempo de funcionamiento se

disipa gradualmente, principalmente por convección y radiación desde la pared

fría. Además, cierta cantidad de calor es extraída por el aire que fluye a través

del horno. La disipación del calor almacenado es una pérdida, porque debe

impartirse el calor perdido como mínimo a los refractarios en el próximo periodo

de funcionamiento.

Es extremadamente difícil estimar las pérdidas de calor por la

circulación de aire a través de las aberturas de los quemadores y de las

rendijas de las puertas cerradas incompletamente. Sin embargo, es posible

estimar las pérdidas de calor almacenado que se produce por radiación y

convección desde la cara fría mientras está parado el horno caliente.

Sin cálculo resulta evidente que, cuando existen cortos periodos de

funcionamiento y grandes periodos de parada, es preferible utilizar paredes

delgadas de refractarios aislantes, porque se almacena en ellos poco calor. La

pérdida de calor por disipación del calor almacenado en los refractarios se

determina por la relación de tiempo de funcionamiento a tiempo de parada y

por la longitud del ciclo.

Para calcular estas pérdidas podemos hacer uso de la ecuación:

Q =

2 π . L(T 1−T 4 )ln (r2/r1 )/k A+ ln(r3 /r2 )/k B+ ln(r 4/r3 ) /kC Ecuación 4.4

43


Aplicando la ecuación para un horno de crisol, el cual consta de dos

capas (ladrillo refractario y cubierta metálica) obtenemos:

Q =

2 π . L(T1−T 3 )ln (r2/r1 )/k A+ ln(r3 /r2 )/k B Ecuación 4.5

Donde:

Q: Pérdida calorífica.

L: Longitud del horno con forma cilíndrica.

KA: Conductividad térmica (ladrillo refractario).

kB: Conductividad térmica (cubierta metálica).

T1: Temperatura en la cara interior del ladrillo refractario.

T2: Temperatura en la cara exterior del ladrillo refractario (o interior de la

Cubierta metálica).

T3: Temperatura en la exterior de la cubierta metálica.

r1: Radio interior del ladrillo refractario.

r2: Radio exterior del ladrillo refractario (o interior de la cubierta metálica).

r3: Radio exterior de la cubierta metálica.

Figura 4.5: Flujo de calor a través de dos secciones cilíndricas.

Fuente: Elaboración Propia.

4.5.2 CALOR PERDIDO POR RADIACIÓN A TRAVÉS DE LAS

ABERTURAS

44


El espesor finito de la pared ocasiona que se obstruyera la radiación

directa de una medida que depende de la relación del espesor de la pared al

ancho de la abertura. Por otro lado, los bordes de la abertura se calientan por

la radiación que reciben y vuelven a radiar una parte de este calor al exterior.

La re radiación compensa la reducción de la radiación directa.

J. D. Keller, usando de referencia la radiación de cuerpos negros según

la temperatura del horno (grafico 4.1), construyó un grafico para calcular la

radiación a través de aberturas de forma diversa (grafico 4.2), el cual relaciona

la fracción diámetro-espesor de la abertura, para obtener el factor de radiación

total. Luego el factor de radiación total obtenido (grafico 4.2) se multiplica por

la radiación del cuerpo negro (grafico 4.1) para obtener así la radiación total a

través de la abertura.

Figura 4.6: Representación esquemática de la radiación del calor a través

de una abertura.


Los valores obtenidos por este investigador aparecen en el gráfico 3.2

para aberturas de diversas formas.

45


Gráfico 4.1: Radiación del cuerpo negro en función de la temperatura (ºC.)

Gráfico 4.2: Radiación a través de aberturas de forma diversa, expresada

como fracción de la radiación de una superficie libremente expuesta que

tenga la misma superficie que la sección transversal de la abertura.

46



En los hornos de elevada temperatura con paredes gruesas, pueden

observarse semiaberturas. A menos que el enlace sea muy resistente, los

ladrillos del interior del horno se dilatan de manera considerable, mientras que

las capas exteriores dilatan muy poco. A través de las rendijas que se producen

por esta causa, pueden observarse los ladrillos interiores al rojo. Si se tiene la

misma impresión de que el operador puede ver en interior del horno a través

de la rendijas. Los ladrillos interiores al rojo radian una considerable cantidad

de calor a través de las rendijas más o menos anchas.

4.5.3 CALOR PERDIDO POR LA FUGA DE GASES

Las pérdidas de calor que se producen por los gases que salen por la

tapa del horno, se producen por radiación y convección. Son pequeñas en los

hornos eléctricos. En los hornos con combustible se presenta invariablemente

una cierta pérdida de calor, porque estos hornos funcionan con una presión

interior al nivel de la solera en la cámara de calentamiento. La razón de este

método de funcionamiento estriba en que una pequeña pérdida de los gases,

que salen al exterior, es menos perjudicial que la oxidación (y enfriamiento) que

se produce por la infiltración del aire al interior del horno. Si la tapa está

montada herméticamente, la pérdida necesaria no supera el 2% del calor total

aportado al horno. Con un montaje holgado de las puertas y con la llama o los

chorros de gases proyectándose contra las mismas, la pérdida puede alcanzar

el 8% e incluso superar este valor.

Debe hacerse una distinción entre la cantidad de gases que escapan

por las puertas y el calor disponible sacado por estos gases. Si la combustión

se ha completado en el interior del horno, no existe prácticamente pérdida de

calor en los hornos discontinuos al escapar los gases por las puertas. Por otro

lado, si la combustión no ha sido completada, existe una pérdida de calor,

porque los gases completan su combustión fuera del horno.

47


4.5.4 CALOR SENSIBLE SACADO DEL HORNO EN LOS GASES DE

COMBUSTIÓN

En los hornos de combustión, existen otras causas de pérdidas de

calor, las cuales se indican en la figura 3.4 por la flecha 7. Estas pérdidas se

producen por la energía calorífica que los productos de combustión sacan del

horno, ya sea en forma potencial, como combustible sin quemar, o en forma

cinética, como calor sensible. Al calor sensible puede añadirse el calor latente

del vapor de agua.

La composición química del combustible tiene influencia sobre la

pérdida de calor (pérdidas por chimenea) que estamos examinando. En los

hornos de baja temperatura, del orden de 538ºC, las pérdidas de humos (calor

extraído por los productos de combustión) son poco afectados por la naturaleza

del combustible. A temperaturas más elevadas, del orden de 1 315ºC, la

diferencia en la economía del combustible es notoria. La diferencia se produce

por la variación de las temperaturas de las llamas que pueden alcanzarse con

los diferentes combustibles. Una medida de la temperatura máxima está

constituida por la temperatura adiabática de la llama (ideal o teórica). La

temperatura adiabática de la llama se define como la temperatura que se

alcanza quemando el combustible a presión constante con temperatura del aire

ambiente y en un recipiente aislado térmicamente. En los hornos nunca se

alcanzan las temperaturas ideales de la llama, porque se radia calor mientras

tiene lugar la combustión. Sin duda, es interesante comparar las temperaturas

adiabáticas de la llama. Si se ha de calentar un metal a la temperatura

adiabática de la llama, el consumo del combustible sería infinitamente grande y

el tiempo de calentamiento infinitamente largo.

4.5.5 CALOR PERDIDO POR COMBUSTIÓN INCOMPLETA

48


En muchos hornos industriales salen los combustibles sin que se haya

realizado la combustión completa. Para reducir la oxidación de la carga, los

horneros mantienen a veces los hornos con atmósferas cargadas de humo.

Con una relación de combustible-aire teóricamente correcta, no se

completa la combustión a menos que el combustible y el aire estén

completamente mezclados. Aún con un exceso de aire se encuentra en

ocasiones combustible en los gases quemados. Por lo tanto, la cantidad de

calor perdido de esta manera, no depende solamente del tipo de quemador y

horno, sino de los requisitos de funcionamiento.

Los combustibles industriales, a excepción del coque y gas de horno

alto, contienen hidrocarburos. En las etapas iníciales de la combustión se

forman compuestos, tales como CHnOH. Con exceso de aire, estos

compuestos se oxidan a CO2 y H2O. Con un suministro de aire insuficiente (ya

sea completa o localmente), los productos finales son CO2, CO, H2O, H2 y

metano. Si se enfrían los productos de combustión parcial se forma hollín.

4.6. REDUCCIÓN DE LAS PÉRDIDAS POR LAS PAREDES

La combustión a través de puertas poco herméticas constituye una

parte de las pérdidas por las paredes.

Las paredes de los hornos construidas con ladrillos refractarios

aislantes y cubiertas en una carcasa de acero, reducen el flujo de calor al

ambiente.

Las pérdidas se reducen aún más por la inserción de bloques de fibra

entre el refractario aislante y la cubierta de acero.

La economía del calor no significa necesariamente un ahorro de dinero,

puesto que los gastos fijos del costo del aislamiento pueden exceder del costo

de combustible que se ahorra; aunque esto es un caso muy raro, debe de

tenerse en cuenta.

Otro factor que reduce la utilidad del aislamiento es su empleo en

paredes que están sujetas a frecuentes reparaciones. Algunos ejemplos

clásicos son los hornos que están cerca de martillos de forja y los hornos que

49


se calientan demasiado rápidamente después de una parada prolongada. En

esto casos se producen roturas. Ningún aislamiento puede justificarse

económicamente cuando son necesarias costosas reparaciones.

4.7 UTILIZACIÓN DEL CALOR DE LOS GASES QUEMADOS

La necesidad de reducir las pérdidas de humos conduce a los dos

métodos siguientes de economía del calor:

a) Precalentamiento de la carga fría por los gases quemados.

b) Precalentamiento del aire de combustión (y de algunos combustibles).

50


CAPÍTULO V

MOVIMIENTO DE GASES

5.1 PRESIÓN EN LOS HORNOS, TAMAÑO Y SITUACIÓN DE LOS

ORIFICIOS DE SALIDA DE GASES

En relación con las condiciones de presión en los hornos deben

observarse dos reglas importantes, como sigue:

a) En el calentamiento de los metales, la presión en la cámara de

calentamiento debe ser la atmosférica o algo superior a esta, con

cualquier tasa de calentamiento.

b) Cuanto más baja es la temperatura de calentamiento del material

mayor es la necesidad de una circulación completa de los gases en la

cámara de calentamiento.

La razón por la que debe existir presión atmosférica en la cámara de

calentamiento para conseguir un funcionamiento correcto, es obvia. Si fuera

mayor que la atmosférica, saldrían llamas o gases calientes por las aberturas y,

si fuese más pequeña, entraría aire por las puertas y el material sería oxidado.

En hornos de cierta altura es imposible tener presión atmosférica en

todos los niveles, porque el horno forma una chimenea (columna de gases

calientes). Es evidente que debe existir una diferencia entre la presión de la

51


atmósfera y la presión del horno en algún nivel del horno, presentándose la

cuestión de la “distribución de la diferencia de presión en el horno”. Para

impedir el acceso de aire, la presión en el horno excede casi invariablemente

desde la presión atmosférica desde la solera, siendo el exceso en este punto

muy pequeño, mientras que el exceso de presión en la coronación de la

bóveda es mucho mayor, dependiendo de la altura y temperatura del horno.

Los operarios del horno prueban la presión que prevalece en el mismo al nivel

de la solera observando la salida de una llama o gas caliente por un agujero de

observación en una puerta del horno.

La condición deseable de tener un exceso de presión de la solera se

mantiene fácilmente si los productos de combustión salen cerca de la misma.

Cada canal de humos es una chimenea que introduce aire frío en el

horno cada vez que se abre una puerta del horno, a menos que entre en acción

simultánea un registro. El aire que entra no es perjudicial si se dispone el

registro cerca de la puerta, porque en este caso el aire entra en el canal de

humos en derivación a través del respiro.

El control automático de la presión del horno, con un registro en cada

canal de humos, es complicado y costoso. Por esta razón, los ingenieros de

hornos han inventado medios para el control semiautomático. Uno consiste en

disponer un agujero pequeño ajustable en la parte inferior de cada canal de

humos, fuera del horno. El otro medio consiste en construir canales de humos

con ladrillos refractarios muy delgados. El propósito de cada artificio es el

mismo, es decir, producir menos tiro con calentamiento bajo, que el que se

produce en el horno cuando está calentado a plena potencia.

Con el fin de sobredimensionar ligeramente los respiros y canales de

humos, deben determinarse las dimensiones que se necesitan para un

consumo de calefacción máximo. Las dimensiones requeridas son función del

volumen y temperatura de los productos de combustión que fluyen en la unidad

de tiempo, y de la pérdida admisible de la carga.

52


En consecuencia, el volumen de gases quemados que pasan a través

de los respiros y canales de humos por unidad de tiempo se conoce con

exactitud suficiente, si se conocen el calor liberado en la unidad de tiempo y la

temperatura de los gases quemados. Un canal de humos muy corto puede

considerarse como un respiro.

5.2 CANAL DE HUMOS

Los hornos calentados por gas o aceite no necesitan chimeneas, sino

solamente canales de humos cortos, en los que se refiere a su funcionamiento.

Los productos de combustión se descargan por los canales de humos cortos en

la nave de trabajo. Si no se desea su presencia, se puede disponer una

campana o un recogedor con una salida a través del tejado. Las chimeneas

son necesarias en los hornos con regenerador, cualquiera sea el combustible y

también en muchos hornos con recuperador.

Aunque parezca una reiteración, se debe indicar de nuevo que debe

existir una ligera presión en el horno y que en el trabajo de los hornos de

calentamiento y/o fusión la chimenea o canal de humos no tiene otra función

que la de evacuar los productos de combustión. Solamente se necesita una

fracción muy pequeña de su capacidad productora de tiro. En consecuencia, la

chimenea puede ser de cualquier altura, mientras sea lo suficientemente alta

para atravesar el tejado y elevarse por encima de los edificios de los

alrededores para evitarlos tiros hacia atrás o remolinos en su interior.

5.3 FLUJO DE GASES EN LOS HORNOS

Es conveniente examinar el movimiento de las corrientes que ceden

calor. La regla es que un gas caliente, mientras mayor sea su corrido cederá

mayor calor dentro del horno. Para comprender esta regla véase la figura 4.1.

53


Figura 5.1: Flujo de una corriente subdividida de gases.


Supongamos que los ladrillos están fríos, y que los gases calientes que

se elevan desde el quemador ceden calor a los ladrillos y a la carga.

Supongamos que una corriente, por ejemplo la (1), tiene un recorrido mayor

que el resto; por consiguiente, cederá más calor y calentará más las zonas

adyacentes. Si otra corriente, por ejemplo la (2), tiene un menor recorrido,

entonces cederá menos calor que la corriente (1) y calentará el horno

deficientemente.

5.4 CIRCULACIÓN DE LOS GASES EN LOS HORNOS

Existe cierta diferencia entre el flujo de gases y la circulación de gases.

Los productos de combustión pueden fluir directamente desde el quemador al

respiro o pueden ser obligados a pasar por la misma zona dos o más veces

sucesivamente, siendo este último caso cuando verdaderamente circulan.

Existen cuatro causas principales de la circulación de los gases en los

hornos:

1. Cambio de volumen a causa de un cambio de temperatura.

2. Diferencia en el peso específico de los gases calientes y fríos.

54


3. Energía cinética de los gases circulantes, debida a la presión de

combustible y de aire de entrada.

4. Presión en el horno, en relación con el tiro de los canales de humos.

Los medios para dar dirección a la circulación son los siguientes:

1. Emplazamiento de los dispositivos de combustión.

2. Dirección de los gases calientes o llama.

3. Emplazamiento de los respiros de salida.

4. Ventiladores.

5.4.1 CAMBIO DE VOLUMEN A CAUSA DEL CAMBIO DE TEMPERATURA

El volumen de un peso dado de un gas es proporcional a la temperatura

absoluta, si la presión permanece constante; así ocurre en la práctica de los

hornos. Este factor en si mismo afecta poco a la circulación de los gases en el

horno, pero aumenta e intensifica sin duda alguna la acción de la causa 3. El

incremento de volumen durante la combustión ayuda en gran manera al llenado

de los espacios de combustión y canales de humos con calor y llama y a

producir un flujo uniforme de gases a través de la cámara de calefacción,

aunque la mezcla de aire y combustible pueda entrar en el horno en chorros

independientes.

5.4.2 DIFERENCIA EN EL PESO ESPECÍFICO DE GASES CALIENTES Y

FRÍOS

Esta diferencia produce el bien conocido efecto de chimenea. Es muy

beneficiosa si se usa en forma apropiada, pero es perjudicial si se permite que

actúe de determinada forma. Es beneficiosa porque introduce el aire en el

horno a través de los regeneradores o recuperadores dispuestos en bajo.

Lleva los productos de combustión a la cámara de calefacción desde los

hogares dispuestos en bajo. Prácticamente constituye el único agente que

produce la circulación en el interior de las muflas y hornos calentados

55


eléctricamente. Obliga al calor y a la llama a buscar la bóveda del horno y

pasar sobre la carga a fundir, la cual se halla a una atmósfera más fría.

5.4.3 ENERGÍA CINÉTICA DE LOS GASES CIRCULANTES DEBIDO A LA

PRESIÓN DEL COMBUSTIBLE Y AIRE DE ENTRADA

El hecho de que el aire o el gas o el aceite entren en el horno con una

velocidad considerable (que es necesario para producir la mezcla y la presión a

nivel de la solera), proporciona uno de los medios más valiosos para efectuar

una rápida circulación en el horno, suponiendo que éste tiene la forma

adecuada para dirigir los gases y mantener la circulación. Una corriente de gas

muy pequeña puede mantener una circulación perpetua en una cámara circular

con un agujero central, tal como se ve en la figura 5.2.

Figura 5.2: Circulación mantenida por un pequeño chorro.


5.4.4 LA PRESIÓN EN EL HORNO EN RELACIÓN CON EL TIRO DE LOS

CANALES DE HUMOS

La acción de la diferencia de presiones es tan evidente que necesita

poca atención. Los fluidos se desplazan siempre de las regiones de alta

presión a las de baja, a no ser que la diferencia de presión se produzca por el

peso de una columna superpuesta de fluido. Para una densidad dada de

56


fluido, se produce un flujo más rápido, cuanto mayor sea la diferencia de la

presión. Esta última proposición es tan simple que puede esperarse que todos

los ingenieros de hornos la tengan en cuenta, aunque se produzcan errores por

no considerarla.

5.4.5 UBICACIÓN DE LOS DISPOSITIVOS DE CALENTAMIENTO Y DE

COMBUSTIÓN

Los hornos pueden tener calefacción lateral, según la dirección y

recorrido que se desee dar a la llama. Los quemadores pueden disponerse

encima o debajo de la carga. Puede variarse el número de quemadores. Las

resistencias y los tubos radiantes pueden colocarse encima o debajo de la

carga. La multiplicidad de disposiciones es tan elevada que no permite un

examen exhaustivo.

En algunos hornos que se calientan por resistencias o tubos radiantes,

se obtiene la circulación por medios mecánicos. Si no existen tales medios se

produce en estos hornos una débil circulación.

5.4.6 DIRECCIÓN DE LOS CHORROS DE GASES CALIENTES O DE LA

LLAMA

En pocos casos se obtendrá un funcionamiento satisfactorio al dirigir las

llamas hacia y entre la carga que se ha de fundir. Existe el peligro de que las

lenguas de las llamas alcancen la carga y se produzca oxidación, porque la

llama es signo de combustión incompleta. Generalmente, la mejor solución es

dirigir los gases calientes a lo largo de una pared refractaria y desviarlos de tal

manera que vuelvan hacia atrás, de la carga o alrededor de éste.

57


Figura 5.3: Circulación de los gases calientes a lo largo de la pared

refractaria del horno.

Fuente: Elaboración Propia

5.5.7 CIRCULACIÓN POR MEDIOS MECÁNICOS

Los medios mecánicos pueden producir la circulación de productos de

combustión o de atmósferas protectoras que se calientan por resistencias

eléctricas o por tubos radiantes.

Si se invierte periódicamente la dirección del flujo del gas o aire se

incrementa la uniformidad de temperatura para un tiempo de calentamiento

determinado, y se acorta el tiempo de calentamiento para una uniformidad

dada.

58


CAPÍTULO VI

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL HORNO DE CRISOL

6.1 CÁLCULOS DE INGENIERÍA

6.1.1 DISEÑO DEL HORNO DE CRISOL

Tomando en cuenta las clasificaciones de hornos metalúrgicos

considerados anteriormente, vemos por conveniente optar por un horno de las

siguientes características:

Primero: El calor debe producirse por combustión de GN.

Segundo: El material a fundir será cargado de manera discontinua.

Tercero: El horno deberá ser construido con una baja inversión.

Cuarto: Se deberán fundir tanto metales férreos como no férreos.

En consecuencia, el horno será clasificado como “Horno de Crisol

Basculante”. El cual será construido con las siguientes dimensiones:

DIMENSIONES INTERIORES

Diámetro = 250 mm. = 0.250 m.

Altura = 400 mm.= 0.400 m

DIMENSIONES EXTERIORES

59


Diámetro = 520 mm. = 0.520 m.

Altura = 510 mm. = 0.510 m.

6.1.2 SELECCIÓN DE MATERIALES

Para la construcción del horno de crisol se emplearon ladrillos

refractarios con alto contenido de alúmina (70% Al2O3), que son más

refractarios y más resistentes a la acción de fundentes que los ladrillos de

arcilla y sus propiedades varían en proporción directa aproximada con el

contenido de alúmina. Estos ladrillos tienen una resistencia excepcional a la

desintegración, principalmente la ocasionada por cambios bruscos de

temperatura, y poseen una gran resistencia mecánica y constancia de volumen

a temperatura de trabajo. Los ladrillos con 60% o más de Al2O3 son muy

resistentes a determinadas acciones corrosivas, inclusive la causada por

cenizas de carbón, petróleo, madera, bagazo y aún escorias básicas.

Tabla 6.1: Características del ladrillo refractario empleado en la

construcción del horno

CLASE MARCA

TEMPERATURA

TIPICA

TRABAJO

USOS Y APLICACIONES

70%

Al2O3

REPSA

ALUSITE 1750ºc

Hornos rotatorios de cal y cemento,

calderos, hornos metalúrgicos.

*Según norma ASTM C-27

Fuente: www.repsa.com.pe.ladrillosrefractarios/altocontenidoalumina.htm

El castable usado en la construcción de la tapa tiene las siguientes

características:

Tabla 6.2: Características del castable refractario empleado en la

construcción de la tapa del horno

60

http://www.repsa.com.pe.ladrillosrefractarios/altocontenidoalumina.htm


MATERIAL

BASE

MARCA % DE AGUA

NECESARIA

TEMPERATURA

TÍPICA

TRABAJO

USOS Y

APLICACIONES

Alúmina

Repsa

Castable

de

Alta

Alúmina

9 1650ºc

Conos de

quemadores, hornos

metalúrgicos,

refinerías de

petróleo, calderos

Fuente: www.repsa.com.pe.ladrillosrefractarioscon/altocontenidoalumina

Los metales que deben utilizarse en la construcción de la cubierta

metálica deben satisfacer dos condiciones:

1. No deben oxidarse rápidamente.

2. No deben sufrir deformaciones permanentes notables por la

influencia de tensiones moderadas o solamente debe ser

necesario su emplazamiento después de una amplia utilización.

Existen diversos aceros que cumplen estas condiciones, pero tomando

en cuanta el aspecto económico, optamos por usar el acero ASTM A 36.

6.1.3 VOLUMEN OPERATIVO DEL HORNO

De la ecuación:

Volumen total del horno = π.r2.L

Donde:

r = radio interior del horno (0.125m).

L = Longitud del hogar (altura) (0.400m).

Reemplazando en ecuación, se tiene:

Volumen total del horno = 0.0196m3

61


Tomando el 75% del volumen total del horno se obtiene el Volumen

operativo del horno, que es igual a:

Volumen operativo del horno = 0.0196m3 x 0.75

Volumen operativo del horno = 0.0147 m3

6.1.4 QUEMADOR DEL HORNO DE CRISOL

6.1.4.1 CARACTERÍSTICAS DEL QUEMADOR

Tomando en cuenta las clasificaciones consideradas

anteriormente, vemos por conveniente optar por un quemador de las siguientes

características:

Primero: La relación Aire-Combustible debe ser controlada.

Segundo: La presión en la cámara de combustión debe ser negativa

Tercero: Debe producir una llama adecuada.

Fig. 6.1: Esquema del quemador usado en el horno de crisol con GN

Fuente: Elaboración propia.

62


En la fabricación del quemador se utilizo un tubo de hierro fundido para

la entrada de aire y otro tubo de acero para la entrada de gas, como se observa

en la figura.

- Orificio de alimentación de GN : 1/8 Pulg.

- Orificio de alimentación de aire : 2 Pulg.

- Cámara de mezclado aire-GN : 810cm3.

- Orificio de salida de la llama : 2 Pulg.

6.1.4.2 CARACTERÍSTICAS DEL VENTILADOR

El suministro de aire para la combustión del GN en el horno de crisol se

realiza utilizando un ventilador centrífugo de paletas radiales, con diámetro de

suministro de aire de 2 pulgadas, y con un motor eléctrico de 0.5 HP de

potencia. Cabe señalar que el ventilador se usa además de que proporcione

aire para la combustión, para darle la longitud y dirección a la llama, de tal

manera se produzca el efecto centrífugo logrando que la llama siga el contorno

de la pared refractaria adyacente, y de este modo mejorar la radiación por las

paredes.

Fig. 6.1: Esquema del quemador usado en el horno de crisol con GN

Fuente: Fundición Medrano.

63


6.1.5 VELOCIDAD DE AIRE SUMINISTRADO AL HORNO

De datos recopilados en fundiciones artesanales se encontró que 0.400

Kg de GN requieren 6.543 Kg de aire, los cuales se consumen en un tiempo de

10 minutos (fundición de chatarra de aluminio tabla).

v =

cA

Donde:

v : Velocidad de suministro de aire (m/min.).

c : Caudal de aire requerido (0.513 m3/min.).

Se sabe que:

6.543 Kg Aire x

1 . mol .. Aire29 . Kg . . Aire x

22 . 4 .m3 .. Aire1 . mol .. Aire = 5.054 m3 Aire

c =

5. 054 .m3 . . Aire10 ..min = 0.505 m3 / min.

A: Área de la sección de alimentación de aire (0.00203 m2).

Reemplazando en ecuación se tiene:

v =

0 .505 .m3 /min0 .00203 .m2

v = 248.966

mmin = 4.149

mseg

6.1.6 VELOCIDAD DE GN SUMINISTRADO AL HORNO

Teniendo los siguientes datos experimentales:

Caudal = 0.400 Kg / 10 min. (Fundición de chatarra de Al) = 0.04 Kg/min.

64


m =

0 .364 Kg10 min = 0.0364

Kgmin ; Para el metano.

0.0364

Kg .min

CH 4x

1. . mol .CH 4

16 . Kg .CH 4 x

22 . 4 m3 CH 4

1. mol . CH 4 = 0.051

m3

minCH 4

m =

0 .025 Kg10 min = 0.0025

Kgmin ; Para el etano.

0.025

Kg .min

C 2 H6x

1. . mol .C2 H6

30 . Kg .C2 H6 x

22 . 4 .m3 C2 H6

1 . .mol . C 2 H6 = 0.002

m3

minC2 Halignl ¿ 6 ¿¿ ¿

Sección de suministro de GN = π . r2

Sección de suministro de GN = π (0.00075 m)2 = 1.767x 10-6 m2

De la ecuación, calculamos la velocidad de GN suministrado al horno:

Para el metano:

0 .051 . .m3 . CH 4 /min

1. 767x 10-6 . m2 = 28862.478 m/min. = 481 m/seg.

Para el etano:

0 .002 . .m3 . C2 H 6 /min

1 .767x 10-6 . m2 = 1131.862 m/min. = 18.864 m/seg.

6.1.7 FLUJO CALORÍFICO A TRAVÉS DEL CRISOL

Para calcular el flujo calorífico a través del crisol usamos la ecuación:

Q = 2 π L k

T 1−T 2

ln (r2/r1 )

Donde:

65


Q : Conducción de calor a través del crisol (Kcal / hr).

L : Longitud (altura del crisol) (0.320 m).

k : conductividad térmica del crisol (1.371 Kcal / hr.m.K).

T1 : Temperatura al interior del crisol (1963 K).

T2 : Temperatura al exterior del crisol (285.5 K).

r1 : Radio exterior del crisol (0.125 m).

r2 : Radio interior del crisol (0.09 m).

Q = 2π x 0.2m x 1.371 Kcal / hr.m.K

(1963−285. 5 )Kln (0. 125/0 . 09 )

Q = 14076.5

Kcalhr

6.2 CÁLCULOS EXPERIMENTALES

Los cálculos experimentales se realizaron para las fundiciones de

chatarra de aluminio.

6.2.1 CALCULO CON CHATARRA DE ALUMINIO

6.2.1.1 OBJETIVO

Lograr la fundición de un kilogramo de chatarra de aluminio,

determinando las variables para el óptimo funcionamiento del horno de crisol

con GN.

EQUIPOS Y MATERIALES

- Horno de crisol con GN

- Gas Natural

- Pirómetro.

66

HORNODE

FUSIÓN


- Crisol de grafito.

- Equipo de seguridad personal.

- Balanza.

- Cronometro.

- Equipo de fundición.

- Chatarra de aluminio.

- Cloruro de sodio.

6.2.1.2 PARÁMETROS DE OPERACIÓN

Tiempo de fusión.

Temperatura de fusión.

Consumo de GN.

Aire suministrado.

Peso del material a fundir.

6.2.1.3 DIAGRAMA DE FLUJO DE LA FUNDICIÓN DE CHATARRA DE

ALUMINIO

Se tiene el diagrama de flujo del horno:

Chatarra de Al Gases de Combustión

Gas GN Tocho de Al

Aire Húmedo Escoria

67


6.2.1.4 FLUJO DE COMBUSTIBLE

Cabe señalar previamente que para la fusión de la chatarra de aluminio

se recabaron datos experimentales que para la fusión de Al se emplearon

0.400 Kg de GN (CH4; 90.87% y C2H6; 6.19%), con un tiempo de fusión de 10

minutos.

Se tiene el flujo másico del propano y del butano para la fusión del

aluminio:

m =

364 g10 min = 36.4

gmin ; Para el metano.

m =

25 g10 min = 2.5

gmin ; Para el etano.

6.2.1.5 BALANCE DE MATERIA

Se tienen las reacciones de combustión completa del GN (CH4; 90.87%

y C2H6; 6.19%):

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O …………….a

2C2H6 + 7O2 4CO2 + 6H2O……………..b

También reaccionan el aluminio y el cloruro de sodio que es usado

como escorificante:

4Al + 3O2 2 Al2O3…………………………………….c

4NaCl + O2 2Na2O + 2Cl2………………d

El O2 requerido para que ocurran las reacciones es:

364g CH4 x

2(32 g . O2)16 g .CH 4 )

= 1 456 g O2.

68


25g C2H6 x

7(32 g .O2 )2(30 g . C2 H 6 ) = 93.3 g O2.

5 g Al x

3(32 g . O2 )4 (27 g . Al ) = 4.444g O2.

10 g NaCl x

32 g . O2

4 (59 g . NaCl) = 1.356 g O2.

Sub total: 1551.1 g O2 = 1.551 Kg O2.

Considerando que la combustión necesita un 20% de exceso de O2, se

obtiene el O2 total requerido para la combustión:

(1551.1)0.20 = 303.22 g O2 en exceso.

Total: 1861.32 g O2 = 1.861 Kg O2

El porcentaje en peso del O2 y N2 en el aire es el siguiente:

O2 : 23.2%

N2 : 76.8%, entonces el contenido de N2 en el aire es:

1861.32g O2 x

76 . 8 g . N2

23 . 2 g .O2 = 6161.61g N2., entonces la cantidad de aire seco para

la combustión es: 8022.931 g = 8.022 Kg aire seco

Las cantidades de los gases que se generan de las combustiones:

De la reacción del metano:

CO2: 364g CH4 x

(44 g . CO2 )44 g . CH 4 = 1001 g CO2.

69


Vapor de H2O: 364g CH4 x

2(18 g . H2O)16 g .CH 4 = 819 g H2O.

De la reacción del etano:

CO2: 25g C2H6 x

4 (44 g .CO 2 )2(30 g .C2 H 6 ) = 73.3 g CO2.

Vapor de H2O: 25g C2H6 x

4 (18 g . H2O)2(30 g . C2 H 6 ) = 45 g H2O.

Total de CO2: 1074.3 g = 1.074 Kg

Total de vapor de H2O: 864 g = 0.864 Kg

En el Cusco las condiciones ambientales son:

Presión atmosférica: 512 mm Hg.

Porcentaje de humedad: 60%.

Temperatura media del ambiente: 12.500ºC.

Presión del agua a 12ºC: 10.500 mm Hg.

Entonces la presión del agua a 12ºC y con un porcentaje de humedad

del 60% es:

10.500mm Hg x 0.600 = 6.300 mm Hg. Luego, la presión del aire seco es 512 –

6.300 = 505.700 mmHg.

La cantidad de vapor de agua que entra en la reacción:

6 .300 mmHgx (8022. 931 g .aire )512 mmHg = 98.719 g de vapor de agua en el aire.

La escoria que se produce de las reacciones es:

70


De la reacción (c) se tiene: 5g Al x

2(102 g . Al2 O3 )4 (27 g . Al ) = 9.444 g Al2O3.

De la reacción (d) se tiene: 10 g NaCl x

2(62 g . Na2 O )4(59 g . NaCl ) = 5.254g Na2O.

Total de escoria = 14.698 g.

El cloro que sale con los gases de combustión es:

De la reacción (d) se tiene: 10g NaCl x

2(36 g . Cl2 )2(59 g . NaCl) = 6.102g Cl2.

Tabla 6.3: RESUMEN DEL BALANCE DE MATERIA DE LA FUNDICIÓN DE

ALUMINIO.

ENTRADA (g) SALIDA (g)

Al = 1 000 Tocho Al = 995

NaCl = 10 Cl2 = 6.102

O2 requerido = 1551.1 CO2 = 1074.3

O2 exceso = 303.22 O2 exceso = 310.22

GN = 400 Escoria: Al2O3 9.444 + Na2O 5.254

N2 = 6161.61 N2 = 6161.61

Vapor de agua = 98.719 Vapor de agua: 962.719

TOTAL = 9524.649 TOTAL = 9524.649


6.2.1.6 BALANCE DE ENERGÍA

Con la ayuda del diagrama de flujo del Horno de fusión, empezamos a

realizar el balance de energía tomando como referencia la temperatura a

condiciones normales (25ºC). La temperatura a la que entran la materia prima,

el aire y el GN es 12.5ºC, que es la temperatura media de la ciudad del Cusco.

71


De la misma forma el producto, la escoria y los gases de combustión salen a

una temperatura de 750ºC.

Chatarra de Al: 12.5ºC Gases de Combustión: 750ºC

Gas GN: 12.5ºC Tocho de Al: 750ºC

Aire Húmedo: 12.5ºC Escoria: 750ºC

Seguidamente hacemos la diferencia entre las sustancias que generan

calor y las que la absorben:

EXOTÉRMICOS :

Reacción de combustión del CH4: WΔ HR= -QR.

Δ HR=Δ HProductos-Δ HReactantes

Δ HR = 2(Δ HRH2O) + (Δ HRCO2) - Δ HRCH4 - 2(Δ HRO2)

Δ HR = 2(-3.211) + (2.137) – (-13.187) – 2(0)

HR = - 8.902

Kcalg

QR = 364g x (- 8.902

Kcalg ) = -3240.328 Kcal.

Reacción de combustión de C2H6: WΔ HR= -QR. ;

72

HORNODE

FUSION



Δ HR = 6(Δ HRH2O) + 4(Δ HRCO2) – 2(Δ HRC4H10) - 7(Δ HRO2)

Δ HR = 6(-3.211) + 4(2.137) – 2(-12.267) – 7 (0)

Δ HR = -13.816

Kcalg

QR = 25g x (-13.816

Kcalg ) = -345.4 Kcal.

Reacción de oxidación de Al: WΔ HR= -QR; Δ HR=Δ HProductos-Δ HReactantes

Δ HR = 2(Δ HRAl2O3) - 4(Δ HRAl) - Δ HRO2

Δ HR = 2(-3.922) – 4(0) – (0)

Δ HR = -7.844

Kcalg

QR = 5g x (- 7.844

Kcalg ) = -39.220 Kcal.

Reacción de oxidación del NaCl: WΔ HR= -QR.


Δ HR = 2(Δ HRCl2) + 2(Δ HRNa2O) – 4(Δ HRNaCl) - Δ HRO2

Δ HR = 2(0) + 2(1.604) -4(5.051) – (0)

Δ HR = -16.996

Kcalg

73


QR = 10 g x (- 16.996

Kcalg ) = -169.960 Kcal.

TOTAL: - 3794.908 Kcal.

ENDOTÉRMICOS:

Calentamiento del Al: W C (T0 – T1) = QC

Qc= 1 000g x0.217

calg . ºC (25-12.5)ºC = 2 712.500 cal.

Calentamiento del NaCl: W C (T0 – T1) = QC.

Qc = 10g x0.200

calg . ºC (25-12.5)ºC = 25cal.

Calentamiento del aire seco: W C (T0 – T1) = QC.

Qc= 8022.931 g x0.240

calg . ºC (25-12.5)ºC= 24068.793 cal.

Calentamiento del vapor de agua: W C (T1 – T0) = QC

QC = 98.719 g x0.500

calg . ºC (25-12.5)ºC = 616.993 cal.

Calentamiento del metano: W C (T1 – T0) = QC.

Qc = 364g x 0.72

calg . ºC (25-12.5)ºC = 32776 cal.

Calentamiento del etano: W C (T1 – T0) = QC.

Qc= 25g x0.53

calg . ºC (25-12.5)ºC= 165.625 cal.

Subtotal: 46.559 Kcal.

Fusión del aluminio: WΔ HF = QF

74


= 995g x 94.500

calg = 94 027.500 cal.

Subtotal = 94.028 Kcal.

Calentamiento del Al: W C (T2 – T0) = QC.

QC = 995g x0.217

calg . ºC (750-25)ºC = 156 538.375 cal.

Calentamiento del Al2O3: W C (T2 – T0) = QC.

QC=9.444g x 0.239

calg . ºC (750-25)ºC= 1 636.409 cal.

Calentamiento del Na2O: W C (T2 – T0) = QC

QC = 5.254g x 0.225

calg . ºC (750-25)ºC = 857.059cal.

Calentamiento del O2: W C (T2 – T0) = QC.

QC= 303.22 g x0.220

calg . ºC (750-25)ºC= 48363.59 cal.

Calentamiento del N2: W C (T2 – T0) = Q

QC = 6161.61 g x 0.220

calg . ºC (750-25)ºC = 982776.795 cal.

Calentamiento del CO2: W C (T2 – T0) = QC.

QC = 1074.3 g x 0.210

calg . ºC (750-25)ºC = 163562.175cal.

Calentamiento del Cl2: W C (T2 – T0) = QC.

75


QC = 6.102g x 0.120

calg . ºC (750-25)ºC = 530.874 cal.

Calentamiento del vapor agua: W C (T2 – T0) = QC.

QC= 962.719 g x0.500

calg . ºC (750-25)ºC= 348985.638 cal.

Subtotal: 1703.250 Kcal.

TOTAL: 1843.837 Kcal.

Donde:

W : Peso (g).

Δ HR : Calor latente de reacción (cal/g)

QR : Calor de reacción (cal, Kcal.)

C : Calor específico (cal/g ºC)

T0 : Temperatura a condiciones normales (ºC).

T1 : Temperatura inicial (ºC).

T2 : Temperatura final (ºC).

QC : Calor de calentamiento (cal)

Δ HF : Calor latente de fusión (cal/g)

Tabla 6.4: RESUMEN DEL BALANCE DE ENERGÍA EN LA FUNDICIÓN DE

ALUMINIO.

PRODUCIDOS (Kcal.) CONSUMIDOS (Kcal.)

Metano = -2421.692 Calentamiento: 12.5 -25ºC= 46.559

76


Etano = -345.4 Fusión del aluminio = 94.028

Aluminio = -39.220 Calentamiento: 25 – 750ºC = 1703.250

Cloruro de sodio = -169.960 Total = 1843.837

Total = -2976.272 Rendimiento = 61.95%

Pérdidas = 1132.435


6.2.1.7 CÁLCULO DE LA TEMPERATURA ADIABÁTICA DE LA LLAMA

Para el cálculo de la temperatura adiabática de la llama, se comienza

por los balances de materia y energía para el combustible, suponiendo que; el

GN se combustiona con oxígeno teóricamente requerido y que el aire es

completamente seco, y también se supone que no se agregan ni fundentes ni

escorificantes, por lo tanto, la temperatura adiabática de llama se calcula de la

siguiente manera:

BALANCE DE MATERIA

Oxígeno teóricamente requerido:

364g CH4 x

2(32 grO2 )16 g .CH 4 = 1456 g O2.

25g CH6 x

7(32 g . O2 )2(30 g . CH 6 ) = 93.3 g O2

Total : 1549.3 g = 1.549 Kg.

Nitrógeno teóricamente requerido:

77


1549.3 g O2 x

76 . 8 g . N2

23 . 2 g .O2 = 5128.717 g N2 = 5.128 Kg N2.

CO2 y H2Ovapor teóricamente producido:

De la reacción del metano:

CO2: 364g CH4 x

(44 g . CO2 )16 g .CH 4 = 1001 g CO2.

Vapor de H2O: 364 g CH4 x

2(18 g . H2O)16 g .CH 4 = 819 g H2O.

De la reacción del etano:

CO2: 25g C2H6 x

4 (44 g .CO 2 )2(30 g . C2 H 6 ) = 73.3 g CO2.

Vapor de H2O: 25 g C2H6 x

6 (18 g . H2O)2(30 g . C2 H 6 ) = 45 g H2O.

Tabla 6.5: RESUMEN DEL BALANCE DE MATERIA PARA EL CÁLCULO

DE LA TALL.

ENTRADAS (g) SALIDAS (g)

GN: CH4 = 364

C2H6 = 25

Gases: CO2 = 1074.3

N2 = 5128.717

H2Ovapor = 864

Aire seco: O2 = 1549.3

78


N2 = 5128.71

TOTAL = 7067.01 TOTAL = 7067.01


BALANCE DE ENERGÍA

Calor producido por el GN:

Reacción de combustión del CH4: WΔ HR= -QR. ;


Δ HR = 2(Δ HRH2O) + (Δ HRCO2) - Δ HRC3H8 - 2(Δ HRO2)

Δ HR = 2(-3.211) + (2.137) – (-13.187) – 2(0)

Δ HR = -8.902

Kcalg

QR = 364g x (- 8.902

Kcalg ) = -3240.328 Kcal.

Reacción de combustión de C2H6: WΔ HR= -QR. ;


Δ HR = 6(Δ HRH2O) + 4(Δ HRCO2) – 2(Δ HRC4H10) - 7(Δ HRO2)

Δ HR = 6(-3.211) + 4(2.137) – 2(-12.267) – 7(0)

Δ HR = - 13.816

Kcalg

79


QR = 25g x (-13.816

Kcalg ) = -345.4 Kcal.

Total: 3585.728 Kcal.

Calor consumido por los gases:

Calentamiento del N2: W C (TALL – T0) = Q

QC = 5128.71 g x 0.220

calg . ºC (TALL -25)ºC

= 1128.316 cal TALL - 28207.9 cal

Calentamiento del CO2: W C (TALL – T0) = QC.

QC = 1074.3 g x 0.210


= 225.603 cal TALL - 5640.075 cal

Calentamiento del vapor agua: W C (TALL– T0) = QC.

QC=864 g x 0.500


= 432 cal TALL - 10800cal

Total: 1785.919 cal TALL -44647.975 cal

= 1.785 Kcal TALL – 44.647 Kcal

1.785 Kcal TALL – 44.647 Kcal = 3585.728 Kcal (calor total producido).

Despejando TALL; se tiene:

80


TALL = 2033.824 ºC.

6.2.1.8 PÉRDIDAS CALORÍFICAS

PÉRDIDAS POR CONDUCCIÓN:

Las pérdidas caloríficas a través de las paredes del horno se calculan

utilizando la ecuación 3.2:

Qcond =

2 π . L(T1−T 3 )ln (r2/r1 )/k A+ ln(r3 /r2 )/k B

Donde:

Qcond : Pérdida calorífica (Kcal /hr.).

kA : Conductividad térmica del ladrillo(0.403 Kcal / hr.m.K).

kB : Conductividad térmica del Acero (44.990 Kcal / hr.m.K).

T1 : Temperatura de la pared interior del horno (1 023 K).

T3 : Temperatura de la pared exterior del horno (353 K).

r1: Radio interior del crisol (0.09 m).

r2: Radio exterior del crisol (o interior de la cubierta metálica), (0.125 m).

r3: Radio exterior de la cubierta metálica (semejante a r2), (0.125 m).

Qcond =

2π .x . 0. 32 .m .(1023−353 ). Kln (0. 125/0 . 09 )/0.403 . Kcal /m .hr .K+ ln(0 .125 /0. 125 )/44 .990 . Kcal /m .hr . K

Qcond = 1652.604

Kcalhr

PÉRDIDAS POR CONVECCIÓN:

Las pérdidas por convección se calculan usando la ecuación 2.4

Qconv = h As (Ts - T∞)

81


Donde:

h: Coeficiente de transferencia de calor por convección, 1.713 Kcal / hr.m2 ºC.

As: Área superficial a través de la cual tiene lugar la convección, 1.037m2.

Ts: Temperatura de la superficie, 80ºC.

T∞: Temperatura del fluido, 12.5ºC.

Qconv = 1.713 Kcal / hr m2 ºC x 1.037m2 (80 – 12.5) ºC

Qconv = 119.906

Kcalhr

PÉRDIDAS POR RADIACIÓN:

Las pérdidas por radiación se calculan usando la ecuación 2.5:

Qrad = ε σ As (Ts4 – Talred

4)

Donde:

σ : Constante de Stefan – Boltzmann (5,67x10-8 W / m2 K4).

ε : Emisividad (0.17) .

As : Área superficial (1.037 m2).

Talred : Temperatura del rededor (285.5 K).

Ts : Temperatura superficial (353 K).

Qrad = 0.17 x 5,67x10-8 W / m2 K4 x 1.037 m2 (3534 – 285.54)K4

Qrad = 88.796 w x

0 .857 . Kcal /hr1. w = 76.098

Kcalhr

Las pérdidas por radiación a través del orificio de salida de

gases, se calcula utilizando los gráficos:

Sea el diámetro del orificio: D = 0.10 m.; el espesor del mismo:

S = 0.13 m. y la temperatura del horno ¿750ºC.

Entonces:

82


Se deduce que la radiación por metro cuadrado y por hora a 750ºC es

365

Kcalhr

La relación del ancho del orificio al espesor de la pared es:

DS =

0 .13 . m0 .13 . m = 1.00

Entonces el factor total de la radiación es 0.55, por lo tanto la radiación

real es:

365

Kcalhr x 0.52 = 189.8

Kcalhr

Hallando la relación de entrada y salida de gases tenemos:

Entrada:

Flujo másico y volumétrico de combustible GN: 2.4 Kg/h= 3.18 m3/h

Flujo volumétrico y másico de aire: 30.3 m3/h x 1.2 Kg/ m3 = 36.36 Kg/h

Caudal volumétrico total de aire y combustible: 33.48 30.3 m3/h

Salida (gases de combustión) a 750ºC

Caudal volumétrico de CO2: (6.44 Kg/h)/(1.12 Kg/m3) = 5.75 m3/h

Caudal volumétrico de N2: 30.768 Kg/h/(0.83 Kg/m3) = 37.98 m3/h

Caudal volumétrico de H2O: 5.184 Kg/h/(0.80 Kg/m3) = 5.76 m3/h

Caudal volumétrico total de salida de gases de combustión = 49.49 m3/h

Por tanto el caudal volumétrico de gases de combustión es mayor que el

caudal volumétrico de los componentes de ingreso de combustión

6.3 MATERIALES Y COSTOS

83


6.3.1 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN DEL HORNO Y SUS COSTOS

TABLA 6.6 Cantidad y costo de los materiales del horno de crisol

MATERIALES CANTIDAD COSTO (S/.)

Ladrillos refractarios 75 unidades 787.50

Castable refractario 20 Kg. 72.50

Plancha de acero (1/8”) 1.20m. x 2.40m. 240.00

Tubo de hierro fundido (2”) 60 cm. 24.00

Ventilador 1 unidad 90.00

Balón de gas 1 unidad 480.0

0

Válvulas y mangueras de gas 1 unidad 75.0

0

Mano de Obra, transporte y

Otros

730.0

0

Armazón (angular 2x2x1/4) 450.00


TOTAL: S/. 3949.00

6.3.2 COSTOS DE OPERACIÓN

6.3.2.1 COSTO DE LA FUNDICIÓN DE CHATARRA DE ALUMINIO

Para sacar los costos de operación de la fundición de aluminio,

recurrimos al flujo de combustible para tal fin:

m =

364 g10 min ; Para el metano.

m =

25 g10 min ; Para el etano.

El costo promedio del GN como referencia en la ciudad de Lima es de

S/.2.48 por kilogramo. Entonces el costo de operación es:

84


Costo de operación = mGN X

S / .Kg

mGN: Suma de los flujos másicos del metano y del etano (

gmin ).

S / .Kg : Costo en nuevos soles por kilogramo de GN.

=

364 g10 min +

25 g10 min =

389 g10 min

=

789 g10 min x

1 Kg1000 g x

S / .2 . 481. Kg

Costo de operación = 0.965

S / .10 min x

60 min1 hr = 5.79

S / .hr .

Costo de operación = 5.79

S / .hr .

6.4 ESPECIFICACIONES DE MATERIALES DE CONSTRUCCION

En la tabla 6.7 se mencionan los materiales utilizados en el diseño del

horno de crisol basculante.

TABLA 6.7: Materiales utilizados para el diseño del horno de crisol basculante.

Nombre Tipo de material

Carcasa Acero ASTM A36

Soportes Acero ASTM A36

Chimenea Acero ASTM A36

Eje Acero al cromo-níquel

Rodamiento rígido de bolas 6306

Quemador Acero ASTM A36

Ventilador Aleación aluminio-Manganeso

6.4.1 CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES

85


6.4.1.1. MATERIALES BASICOS

a) Acero ASTM A36

a.1) Composición química.

Específicamente se uso el acero A36 en la especificación SAE (Society of

automotive Engeeneering) y en la especificación ASTM (American society for

testing materials) un 1020.

La composición química del acero se muestra en la tabla 6.8

TABLA 6.8: Composición química del acero A36

Carbono (C) 0,26% máx.

Manganeso (Mn) No hay requisito

Fósforo (P) 0,04% máx.Azufre (S) 0,05% máx.Silicio (Si) 0,40% máx.

Cobre (Cu) 0,20% mínimoa.2) Propiedades mecánicas

De igual forma, en la tabla 6.9 se muestra las propiedades mecánicas del acero A36.

TABLA 6.9: Propiedades mecánicas del acero A36

Límite de fluencia mínimo Resistencia a la Tracción

Mpa psi psi Mpa

min. máx. min. Máx.

250 36000 58000 80000 400 550

6.4.1.2 MATERIAL DE APORTE

Para el presente trabajo se uso el electrodo E-6011, cuya composición

química y propiedades mecánicas se muestran en las tablas 6.10 y 6.11

TABLA 6.10: Composición química de E-6011

86


C Mn Si P S

0.08-0.15 0.40-0.60 0.18-0.25 0.01 0.01

TABLA 6.11: Propiedades mecánicas de E-6011

6.5. SELECCIÓN DE QUEMADOR A GAS PARA EL HORNO DE CRISOL

BASCULANTE

Para la selección del quemador, este se realiza en base a los datos

obtenidos, entre estos tenemos:

Caudal de GN (Combustible) : 0.4 Kg/10 min = 2.4 Kg/h

Velocidad de suministro de aire : 4.149 m/seg.

Caudal de aire requerido : 0.513 m3/min = 30.78 m3/h

Teniendo en cuenta el caudal de GN requerido se ha seleccionado el siguiente

quemador a gas:

Marca : Joannes

Modelo : AZ 4

A continuación detallaremos el quemador con su respectiva ficha técnica:

TABLA 6.12: Características técnicas del quemador utilizado

87


TABLA 6.13: Dimensiones y pesos del quemador utilizado

TABLA 6.14: Curvas de Funcionamiento para AZ 4 (Presión en cámara de

combustión vs Potencia)

88


Para mayor especificación del quemador a gas utilizado, se adjunta el

catalogo completo en el anexo 10.

6.6. COMPARACION DE COSTOS ENTRE HORNO CRISOL FIJO Y HORNO

CRISOL BASCULANTE

Para la fusión de 1 Kg. de Aluminio

a) HORNO CRISOL FIJO:

Tabla 6.15 Costo de utilización de GN en Horno de crisol Fijo

PROCEDIMIENTO CANTIDAD COSTO UNIT. COSTO TOTAL

Temp. De Fusión 750 ºC

Consumo de Combustible 3.72 Kg. S/0.0965 x min. S/ 1.45 (15 min.)

Tiempo de fusión 15 min.

Manipulación 2 Personas S/0.0833 x min. S/ 1.2495 (15 min.)

TOTAL S/ 2.70

b) HORNO CRISOL BASCULANTE:

Tabla 6.16 Costo de utilización de GN en Horno de crisol Fijo

89


PROCEDIMIENTO CANTIDAD COSTO UNIT. COSTO TOTAL

Temp. De Fusión 750 ºC

Consumo de Combustible 2.48 Kg. S/0.0965 x min. S/ 0.965 (10 min.)

Tiempo de fusión 10 min.

Manipulación 1 Persona S/0.04167 x min.

S/ 0.4167 (10 min.)

TOTAL S/ 1.38

c) MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Y COSTOS DEL HORNO DE

CRISOL FIJO Y BASCULANTE

TABLA 6.17 Cantidad y costo de los materiales del horno de crisol Fijo





Quemador 1 unidad 390.00


Mano de Obra, transporte y Otros 1 230.00

TOTAL 3 072.50

Fuente: Elaboración propia

TABLA 6.18 Cantidad y costo de los materiales del horno de crisol Basculante





Tubo de hierro fundido (2”) 60 cm. 24.00

Ventilador 1 unidad 90.00

Balón de gas 1 unidad 480.00


Mano de obra, transporte y otros 1540.00

TOTAL 3 949.00


90


Para la realización del siguiente cuadro hicimos una comparación de costos

tanto de construcción como de uso de GN en los dos tipos de horno de crisol

(Fijo y Basculante), para lo cual se llego a la conclusión de que la recuperación

de costo del horno de crisol basculante en relación al fijo es en un tiempo de 3

a 4 meses, esto se debe al ahorro de combustible y a la disminución de

pérdidas de calor en el horno de crisol basculante.

91


CAPÍTULO VII

REGLAMENTO DE SEGURIDAD INDUSTRIAL E IMPACTO

AMBIENTAL DEL HORNO DE CRISOL UTILIZANDO GN

7.1 REGLAMENTO DE SEGURIDAD INDUSTRIAL

Mediante el Decreto Supremo Nº 42-F del 22 de Mayo de 1964, se

aprueba el “Reglamento de Seguridad Industrial”, el cual dice:

DECRETO SUPREMO Nº 42-F

TITULO PRELIMINAR

Art. I Toda persona natural o jurídica que se encuentre comprendida dentro

de las actividades señaladas en el Artículo 2º de la “LEY DE

PROMOCION INDUSTRIAL” Nº 13270 y Artículo 4º de su

Reglamento, está obligada a dar cumplimiento a las disposiciones

contenidas en el presente Reglamento de Seguridad Industrial.

Art. II. Igualmente estarán obligadas a dar cumplimiento a estas

disposiciones, aquellos establecimientos que se dediquen a las

actividades incluidas en la División -8- Servicios de la “Clasificación

Internacional Uniforme de todas las Actividades Económicas” de las

Naciones Unidas, que por la naturaleza de sus operaciones

92


industriales la Dirección de Industrias y Electricidad los considere

susceptibles de estar comprendidas dentro de este Reglamento, por

implicar riesgos de accidentes.

Art. III Los fabricantes de maquinarias y equipo industrial, cuidarán de que

las máquinas y equipos que construyan, estén dotados de los

correspondientes dispositivos de seguridad, que garanticen los fines

del presente Reglamento.

Art. IV. Este Reglamento tiene por objeto dictar las normas y demás

disposiciones pertinentes para la debida aplicación del Artículo 157º

de la Ley de Promoción Industrial Nº 13270, prevenir los accidentes

derivados de las actividades señaladas en los Artículos I y II y

sometiendo al régimen del Reglamento a tales actividades, con

miras a:

a) Garantizar condiciones de seguridad a los trabajadores

(empleados y obreros) en todo lugar en que éstos desarrollan sus

actividades.

b) Salvaguardar la vida, salud e integridad física de los

trabajadores y terceros, mediante la prevención y eliminación de

las causas de accidentes.

c) Proteger las instalaciones y propiedades industriales, con el

objeto de garantizar las fuentes de trabajo y mejorar la

productividad; y

d) Obtener todas las ventajas derivadas de un adecuado régimen

de seguridad industrial.

Art. V. Se entiende por “Seguridad Industrial” el conjunto de actividades de

orden técnico, legal, humano, económico, etc., que tiene por objeto

ayudar a los trabajadores y empleadores a prevenir los accidentes

industriales, controlando los riesgos inherentes a cualquier tipo de

ocupación y conservar el local, materiales, maquinarias y equipos de

la industria.

Art. VI. Para los efectos de la aplicación del presente Reglamento, se

tendrán como básicas las siguientes denominaciones:

93


a) DIRECCIÓN : Se entenderá que se menciona a la

Dirección de Industrias y Electricidad.

b) INSPECCIÓN : Las ordenadas y efectuadas por la Dirección

en los establecimientos con el objeto de comprobar el

cumplimiento del presente Reglamento; y las que deben

realizar por su propia cuenta el Industrial en sus maquinarias

y equipos.

c) INSPECTOR : El funcionario o persona autorizada por la

Dirección para llevar a cabo las inspecciones.

d) ACCIDENTE : Todo acontecimiento eventual, previsible o

imprevisible, que pueda causar daños materiales o lesiones

personales y que ocurra dentro de las horas de trabajo, en el

trabajo y como consecuencia del trabajo.

e) LESIÓN : El daño o daños personales que sufra un

trabajador como consecuencia de, o durante su trabajo.

TITULO PRIMERO: DISPOSICIONES GENERALES

CAPITULO I: FORMA DE APLICACIÓN DEL REGLAMENTO

SECCIÓN PRIMERA: ORGANISMOS COMPETENTES

Art. 1: De conformidad a lo dispuesto por el Art. 157º de la "Ley de

Promoción Industrial No 13270”, el control de la aplicación del

presente Reglamento y demás disposiciones de Seguridad Industrial

vigentes, o por establecerse, es de competencia de la Dirección de

Industrias y Electricidad, por intermedio de sus dependencias y

funcionarios ejecutivos.

Art. 2: Serán igualmente organismos competentes en materia de Seguridad

Industrial, de acuerdo con las funciones que les señala el presente

Reglamento, las siguientes entidades:

a) La Comisión Nacional de Seguridad Industrial.

b) El Instituto Nacional de Normas Técnicas Industriales y

Certificación.

c) El Ministerio de Trabajo y Asuntos Indígenas.

94


d) El Ministerio de Educación Pública.

e) El Instituto de Salud Ocupacional.

TITULO OCTAVO: HORNOS Y SECADORES

CAPITULO I

SECCIÓN PRIMERA: DEFINICIONES Y CONDICIONES GENERALES

Art. 650: En este Reglamento, los términos siguientes, tienen el significado

que se expresa a continuación:

a) El término "horno" se asigna a toda estructura o cámara

construida principalmente de una armazón de acero revestida de

material refractario y generalmente empleada para fundir

minerales o metales o someterlos a la acción continua de un

calor intenso.

b) El término "horno para secar" o “secador” se asigna a toda

estructura o cámara calentada, construida usualmente de

materiales refractarios o de acero de materiales refractarios,

empleada para calcinar o quemar productos de piedra o de

arcilla.

c) El término "horno para cocer", se asigna a toda cámara

calentada, construida de ladrillo, de piedra o de metal, empleada,

para hornear productos de panadería, machos y moldes de

fundición y artículos o superficies esmaltadas, laqueadas o

pintadas.

d) El término "alto horno", se asigna a todo horno alto, vertical

cilíndrico construido de ladrillos refractarios o de piedra y

reforzada exteriormente por cascos de acero, y en el cual la

reacción del material es forzada por el tiro de aire precalentado y

a presión, con el fin de obtener metal en bruto por medio de la

fundición del mineral mezclado con coque o con otro combustible

adecuado y fundente, e incluye los accesorios necesarios para

dichas operaciones.

e) El término "cubilote" se asigna a toda horno consistente en un

cilindro vertical de acero, forrado con materiales refractarios,

95


rematado por una chimenea para extraer los gases de

combustión y en el cual la reacción del material es forzada por

una corriente de aire comprimido, para fundir hierro en bruto con

coque y con fundentes adecuados para las fundiciones o para

emplearse con los hornos para fabricar acero.

f) El término "horno para fabricar acero", se asigna a todo horno

empleado para refinar hierro en bruto o mezcla de hierro en bruto

y desechos de acero, agregando generalmente algún fundente

para eliminar el oxígeno, fósforo o azufre del metal, para la

fabricación de acero, incluyendo los accesorios necesarios para

tales operaciones.

g) El término "Horno Siemens Martín" se asigna a todo horno

horizontal, estacionario, o de báscula para fabricar acero,

construido de una armazón revestida de material refractario y en

el cual se pasa por la parte superior de las cargas una corriente

de gases quemantes procedentes de combustibles sólidos,

líquidos, o gaseosos y están provisto de regeneradores para los

gases.

h) El término "convertidos Bessemer", se asigna a todo horno para

fabricar acero, consistente en un casco de acero vertical, de

forma cilíndrica o de pera, revestido de refractario con fondo

desmontable y soportado, en los lados opuestos del cuerpo por

muñones que descansan en una armazón, para poderlo inclinar

hacia adelante o hacia atrás, para cargarlo o para vaciarlo y en el

cual se pasa a través de la carga de hierro bruto fundido, un tiro

de aire forzado para descarburar y eliminar las impurezas.

i) El término "horno de crisol" se asigna a un horno construido de

material refractario, provisto en la parte superior de cavidades

para insertar los crisoles.

j) El término "horno de arco eléctrico", se asigna a todo horno para

fabricar acero, fijo o de báscula, generalmente formado por un

casco de acero cilíndrico o elíptico, revestido de material

refractario, provisto en la parte superior, de aberturas para

insertar dos o más electrodos que se elevan o bajan

96


automáticamente, a fin de mantenerlos a una distancia adecuada

de la carga que se funde o refina por medio de la energía

calorífica procedente de los arcos.

k) El término "horno de recocer", se asigna a todo horno

reverberativo, regenerativo, recuperativo o de otro tipo, empleado

para:

- Recalentar uniforme y gradualmente, a temperaturas

predeterminadas, lingotes, platinas, changotes, zamarras,

barras para laminación de acero o piezas forjadas, para

formarlos mecánicamente en productos de acero laminados o

forjados; o

- Calentar productos de acero laminados o forjados a

temperaturas predeterminadas adecuadas, para destemplar,

endurecer, templar o para otros procedimientos de tratamiento

por calor.

l) El término "Horno para ladrillo y cerámica", se asigna a todo

horno vertical, cilíndrico con tiro de aire hacia arriba o hacia

abajo, con techo cónico o abovedado u horno tipo de túnel con

tiro de aire horizontal, provistos ambos tipos de una caja de fuego

en la parte inferior y que es empleado para cocer ladrillos,

tuberías para alcantarilla, terracota, tejas y productos cerámicos.

m) El término "horno giratorio para cemento, cal, yeso, dolomita o de

aglomerado", se asigna a todo cilindro giratorio, horizontal, de

acero, ligeramente inclinado, forrado de material refractario,

soportado en llantas que giran sobre rodillos de fricción y que es

empleado en la fabricación de cemento, cal, yeso, dolomita o de

aglomerado.

n) El termino "horno para secar o secador", se asigna a toda

estructura cerrada, provista de puertas y que se emplea para

secar y para sazonar madera cortada u otros productos de

madera.

o) El término "horno para machos y para secar moldes", se asigna a

todo horno usado en las fundiciones para cocer machos de arena

o moldes de arena.

97


p) El término "hornos de esmalte, laca o pintura", se asigna a todo

horno usado para secar artículos recién esmaltados, laqueados o

pintados.

SECCIÓN SEGUNDA: CONDICIONES GENERALES

Art. 651: Los espacios cerrados en las proximidades de los altos hornos o de

las tuberías de gas, estarán construidos de tal manera que el gas no

pueda acumularse en ellos. No se usará en esos lugares ningún

aparato calentador que emplee como combustible gas de los altos

hornos.

Art. 652: Los pisos alrededor de los hornos y de los secadores, serán de

materiales incombustibles, libres de obstrucciones y limpiadas tantas

veces como sea necesario, para procurar y mantener condiciones de

trabajo seguras.

Art. 653: Los pisos en o alrededor de los hornos y de los secadores y las

carrileras inmediatamente continuas, sobre las cuales transiten los

operarios frecuentemente, serán firmes y a nivel con la parte

superior de los rieles.

Art. 654: Cuando se empleen pisos de planchas de acero alrededor de los

hornos y secadores, las planchas estarán estiradas y serán

suficientemente pesadas para que no se desplacen fácilmente.

Art. 655: Los fosos y otras aberturas en los pisos de los hornos secadores,

cuando no estén en uso, estarán protegidos por cubiertas o por

barandillas.

Art. 656: Las carrileras y sus accesorios, utilizados para el transporte de los

calderos para escoria y para hierro, serán cuidadosamente

conservados para evitar sacudidas y descarrilamientos.

Art. 657: Cuando las puertas que se elevan verticalmente en los hornos y

secadores estén contrapesadas, se tendrá en cuenta lo siguiente:

a) Los cables de los contrapesos serán de material de resistencia

adecuada y resistente a altas temperaturas,

b) Los contrapesos y los cables estarán encerrados en toda la

tensión de su recorrido.

98


c) Los contrapesos elevados estarán resguardados de modo que no

puedan caer sobre alguna persona en el caso de que el cable se

rompa: y

d) Las puertas que se eleven verticalmente, estarán construidas de

tal manera que la puerta no caiga si la fuerza motriz cesa o el

mecanismo de suspensión se rompe.

Art. 658: Los hornos y, secadores estarán provistos de:

a) Plataformas y pasillos convenientes en todos los sitios elevados

donde los operarios tengan que ir a diario o frecuentemente para,

ejecutar sus trabajos; y

b) Accesos apropiados y seguros a las plataformas, por medio de

escaleras o de escalerillas permanentes, de construcción sólida

resistente al fuego o por medio de ascensores.

Art. 659: Las plataformas, los pasajes y las escaleras de los hornos y

secadores, estarán provistos, por todos los lados abiertos, de

barandillas y con panales de hasta. 6" de altura, con el fin de evitar

la caída de herramientas y equipos de reparación de las plataformas.

Art. 660: A los trabajadores les estará prohibido entrar en los hornos y

secadores cuando la temperatura del aire exceda 50°C (122° F),

exceptuando los casos de emergencia, para lo cual se tomarán las

precauciones especiales.

Art. 661: Cuando los hornos y secadores emitan humos, gases, emanaciones

en cantidad tal que sean dañinos u ofensivas a la salud o a los ojos

de los operarios, se deberá disponer de campanas y conductos de

aspiración u otros medios eficaces para eliminarlos.

Art. 662: No se permitirá que los trabajadores, visitantes u otras personas

miren al interior de los hornos encendidos, a menos que estén

protegidos por gafas o viseras protectoras que absorban cualquier

radiación dañina.

Art. 663: Los operarios de los hornos y secadores estarán provistos y usarán

ropa y equipo de protección adecuada conforme a los requisitos del

Título "Equipo de Protección Personal".

Art. 664: Las tuberías abastecedoras de gas de los hornos y secadores

encendidos a gas serán herméticas y equipadas con:

99


a) Puertas de explosión; y

b) Válvulas de cierre de seguridad que permitan cortar el

abastecimiento de combustible que serán si es posible,

automáticas, para los casos que deje de funcionar el

abastecimiento de gas o aire, de la tubería principal de gas o del

tiro de aire.

Art. 665: Las tuberías abastecedoras de petróleo de los hornos y secadores

encendidos por este combustible, estarán provistas de dispositivos

automáticos que detengan el abastecimiento del petróleo cuando la

presión baje demasiado para mantener la llama en los quemadores.

Art. 666: La presencia de válvulas de cierre de seguridad automáticas en las

tuberías de abastecimiento de combustible, no dispensará al

operador de mantener una constante vigilancia en el abastecimiento

de combustible.

Art. 667: Todas las instalaciones de hornos, deberán controlarse desde un

puesto de mando central, situado de tal manera que permita la

operación a distancia y evite que los trabajadores estén expuestos a

peligro.

Art. 668: Antes de que sean encendidos los hornos y secadores se cuidará de

realizar un examen detenido de los mismos, para asegurarse de que

todos sus accesorios y aparatos están en buen estado de

funcionamiento, tales como, equipo de abastecimiento de aire,

chimeneas, equipo de abastecimiento de combustible, etc.

Art. 669: Cuando los hornos y secadores pequeños sean encendidos por

antorchas de mano, éstas estarán equipadas con pantallas y serán

de largo suficiente para evitar quemaduras.

Cuando se aplique la antorcha a los quemadores y se abra la válvula

de abastecimiento de combustible, el abastecimiento de aire se

abrirá para producir una ligera corriente y se mantendrá en

funcionamiento hasta que desaparezca el peligro de que se apague.

Art. 670: Ninguna persona se detendrá o pasará delante de las puertas

durante la operación de encendido.

Art. 671: En caso de que los quemadores de petróleo, gas o carbón de los

hornos y secadores se apaguen accidentalmente, o que se

100


interrumpa el abastecimiento de combustible, las válvulas de

abastecimiento de combustible se cerrarán y la cámara de

combustión deberá ventilarse a fondo antes de encender de nuevo

los quemadores.

Art. 672: Los hornos y secadores eléctricos, así como sus accesorios

dispositivos, aditamentos circuitos, se construirán, instalarán y

conservarán de acuerdo con los requisitos del Título Quinto.

CAPITULO II: CONDICIONES ESPECÍFICAS DE SEGURIDAD PARA LOS

DIVERSOS TIPOS DE HORNOS

SECCIÓN SEXTA: HORNOS DE CRISOL

Art. 784: Los hornos de crisol verticales con planchas de bóveda, que estén a

una altura de más de 30 cm. (12 pulgadas) sobre el piso, estarán

equipados con plataformas:

a) Construidas de metal o de otro material resistente al fuego.

b) De suficiente anchura.

c) Extendidas a lo largo del frente y costados del horno a nivel con

la bóveda.

d) Libres de toda obstrucción.

Art. 785: Cuando los compresores y las bombas de petróleo para una batería

de hornos de crisol alimentados con petróleo no estén conectadas a

la misma fuente de fuerza motriz, se instalará una válvula de

compuerta de accionamiento manual o automático en la línea

abastecedora principal de petróleo, de manera que, en caso de que

falle el aire, el abastecimiento de petróleo para todos los hornos,

pueda ser detenido inmediatamente.

Art. 786: Los crisoles estarán depositados en lugares calientes y secos y

serán inspeccionados a fondo, para investigar rajaduras o fallas

antes de ser usados; serán cargados cuidadosamente sin causar

daños a los fondos o a las paredes laterales, calentados lentamente

y levantados solo con tenazas de forma y tamaño apropiados.

101


Art. 787: La extracción de crisoles será llevada a cabo por un suficiente

número de hombres, de tal manera que se eviten esfuerzos

indebidos a los trabajadores.

TITULO DÉCIMO TERCERO: EQUIPO DE PROTECCIÓN PERSONAL

CAPITULO I: ROPA DE TRABAJO, VESTIDOS PROTECTORES,

MANDILES,

SECCIÓN PRIMERA: ROPA DE TRABAJO

Art. 1254: Cuando se seleccione ropa de trabajo se deberá tornar en

consideración los riesgos a los cuales el trabajador pueda estar

expuesto y se seleccionará aquellos tipos que reduzcan los riesgos

al mínimo.

Art. 1255: No se usarán prendas de vestir sueltas, desgarradas o rotas, ni

corbatas, ni cadenas de llaveros o de relojes, cerca de maquinaria

en movimiento.

Art. 1256: Las camisas con mangas cortas deberán usarse con preferencia a

las camisas con mangas enrolladas.

Art. 1257: No se deberá llevar en los bolsillos objetos afilados o con puntas, ni

materiales explosivos o inflamables.

Art. 1258: Las personas expuestas a polvos inflamables, explosivos o tóxicos,

no usarán ropa que tenga bolsillos, bocamangas o partes vueltas

hacia arriba que puedan recoger dichos polvos.

Art. 1259: El uso y condición del calzado será, regulado cuando sea necesario.

En aquellos casos en que el calzado ordinario no sea apropiado, los

empleadores proveerán calzado, botas, zapatos fuertes u otros

medios convenientes de protección.

SECCIÓN SEGUNDA: VESTIDOS PROTECTORES

Art. 1260: Los vestidos protectores y capuchones para los trabajadores

expuestos a sustancias, corrosivas u otras sustancias dañinas,

serán:

102


a) A prueba de líquido o gas, de acuerdo con la naturaleza de la

sustancia o sustancias empleadas; y

b) De construcción y material tal, que sean aceptados por la

autoridad competente.

Art. 1261: Los vestidos de amianto para protección en aquellos lugares donde

pueda ocurrir fuego o explosión súbita durante operaciones de

urgencia, consistirán en una prenda de vestir completa, con su

capuchón, guantes o botas adheridas.

Art. 1262: Los vestidos protectores y overoles para los trabajadores expuestos

a sustancias radioactivas, serán:

a) De material lavable.

b) Diseñados de tal manera que cubran otras ropas en el cuello y

muñecas.

c) De largo adecuado; y

d) Lavados o renovados por lo menos una vez por semana.

SECCIÓN TERCERA: MANDILES

Art. 1263: No se deberán usar mandiles cerca de partes giratorias de

movimiento alternativo de máquina.

Art. 1264: Los mandiles para los trabajadores empleados cerca de llamas

abiertas, fuegos y objetos incandescentes, o que manipulen metal

fundido, serán confeccionados de material resistente al fuego y

tendrán petos.

Art. 1265: Los mandiles para los trabajadores que manipulen líquidos

corrosivos, tales como ácidos o cáusticos, serán confeccionados de

caucho natural o sintético u otro material resistente a la corrosión y

tendrán petos.

Art. 1266: Los mandiles para los trabajadores expuestos a sustancias

radioactivas, serán confeccionados de caucho o de otro material a

prueba de agua y además tendrán petos.

Art. 1267: Los mandiles de plomo para la protección contra los rayos X

deberán cubrir la clavícula, todo el esternón y la mayor parte del

pecho en el frente y por debajo de éste se extenderán, alrededor de

103


todo el cuerpo de 30 a 40 cm. (12 a 16 pulgadas), por debajo de la

cintura.

La protección suministrada por los mandiles de plomo, será por lo

menos igual a la proporcionada por plomo de 1 mm. (0.04 pulgada)

de espesor.

CAPITULO II: OTRAS PROTECCIONES ESPECÍFICAS

SECCIÓN PRIMERA: PROTECCIÓN DE LA CABEZA

Art. 1271: Los trabajadores deberán usar cascos de seguridad en los lugares o

zonas donde exista el peligro de caída de materiales u objetos o

donde estén expuestos a sufrir golpes en la cabeza.

Art. 1272: Los cascos de seguridad serán fabricados de material resistente,

liviano e incombustible. El material de los cascos para electricistas y

personal que trabaje en o cerca a equipo eléctrico o líneas de

tensión, además de los requisitos ya mencionados, será no

conductor de la electricidad.

Art. 1273: Cuando se use cascos de seguridad, deberá tenerse especial

cuidado en mantener la cabeza separada del casco mismo,

mediante el ajuste correcto de las bandas de soporte.

Art. 1274: Es obligatorio el uso de redecilla, pañuelos ajustados o gorras

especiales a las operarias que trabajen en la vecindad de

maquinaria en movimiento. De preferencia el material de estos

implementos de seguridad será incombustible.

SECCIÓN SEGUNDA: PROTECCIÓN DE LA VISTA

Art. 1275: Todos los trabajadores que ejecuten cualquier operación que pueda

poner en peligro sus ojos, dispondrán de protección apropiada para

estos órganos.

Art. 1276: Los anteojos protectores para trabajadores ocupados en

operaciones de picado, remachado, recalcado y operaciones

similares que pueda producir el desprendimiento de partículas en

104


forma violenta, estarán provistos de lunas resistentes a este tipo de

impactos y en conformidad con las normas de la autoridad

competente.


operaciones de fundición, forja, tratamiento térmico de metales, etc.,

se ajustarán a las condiciones de impacto fuerte y altas

temperaturas y a las normas establecidas por la autoridad

competente.


operaciones que requieran el empleo de sustancias químicas

corrosivas o similares, serán fabricados de material blando que se

ajuste a la cara, resistente al ataque de dichas sustancias,

incombustibles y construidos de tal manera que impida el ingreso por

cualquier lado, de las sustancias indicadas y estarán de acuerdo con

las normas establecidas por la autoridad competente.


operaciones en donde se pueda producir o produzca gases o

emanaciones peligrosas, serán de material flexible, resistente a

dichos gases, no deberán tener aberturas de ventilación y se

ajustarán a las normas establecidas por la autoridad competente.

Art. 1280: Las gafas protectoras, los capuchones y las pantallas protectoras

para los trabajadores ocupados en soldadura por arco, soldadura

oxiacetilénica, trabajos en hornos o en cualquier otra operación

donde sus ojos puedan estar expuestos a deslumbramiento, deberán

tener lentes o ventanas filtros, conforme a las normas de absorción

señaladas en el Reglamento de Higiene Industrial.

Art. 1281: Los trabajadores cuya vista requiera el empleo de lentes correctores

y necesiten usar protectores, serán provistos de anteojos que

puedan ser superpuestos a sus lentes correctores sin disturbar su

ajuste.

Art. 1282: El uso y tipo de anteojos, estará de acuerdo con la clase de

operación que se realice. En este sentido, su empleo será obligatorio

en las siguientes operaciones:

105


a) USO DE ESMERILES, inclusive si dichos esmeriles están

provistos de defensas de vidrio.

b) PICADO, corte o perforación de piedra, ladrillo, concreto, brea

dura, fierro fundido, acero, bronce, metal antifricción o cualquier

otro metal o material que pueda despedir partículas.

c) EN TRABAJO DE VACIADO DE METAL FUNDIDO, en el

manipuleo de productos asfálticos o químicos.

d) EN EL MANIPULEO DE METALES en forma de polvo o sin polvo

o donde exista peligro de partículas pequeñas volantes.

e) USO DE AIRE PARA LIMPIEZA de polvo o partículas metálicas.

f) RASQUETEADO o limpieza de superficies metálicas.

g) PRUEBA o ajuste de vidrios a nivel.

h) EN LA EXTRACCIÓN DE BANDAS de metal de materiales

encajonados o asegurados con las mismas.

i) EN EL MANIPULEO a granel de azufre, litargirio u otros polvos

nocivos.

j) EN SOLDADURA ELÉCTRICA los hombres expuestos a los

rayos de arco eléctrico deberán usar anteojos especiales.

k) MANIPULEO DE ÁCIDOS, soda cáustica, cal o productos

químicos similares.

l) EN SOLDADURA AUTÓGENA

m) EN TRABAJOS DE REMACHADO y calafateado en general.

n) EN TRABAJOS DE MADERA (sierra, torno, etc.) donde pueda

existir peligro de pequeñas partículas volantes.

o) EN TRABAJOS DE PICO sobre tierra dura o roca.

p) EN MEZCLAS DE MATERIALES REFRACTARIOS.

q) En LIMPIEZA DE CALDEROS, hornos y chimeneas.

r) EN TRABAJOS DE ARENADO o similares.

s) EN CUALQUIER TRABAJO en que partículas extrañas puedan

herir los ojos.

106


SECCIÓN TERCERA: PROTECCIÓN DE LOS OÍDOS

Art. 1283: Los hombres que trabajen en lugares de ruido intenso y prolongado

deberán usar tapones de oído.

Art. 1284: Los tapones de oído:

a) Serán limpiados diariamente a menos que se descarten cada vez

que se usen; y

b) No deberán ser transferidos de un usuario a otro sin esterilizarlos.

Art. 1285: Los resguardos para la protección de los oídos contra chispas, metal

fundido, partículas u otros cuerpos extraños, consistirán en una

malla fuerte, ligera en peso e inoxidable, debidamente montada y

mantenida en su lugar por medio de un resorte ajustable, de acero

usado alrededor de la cabeza, o en un dispositivo protector

equivalente.

Art. 1286: Cuando los dispositivos para la protección de les oídos no se usen,

deberán conservarse en recipientes cerrados, protegiéndolos contra

daños mecánicos y contaminación por aceite, grasa u otras

sustancias.

SECCIÓN CUARTA: PROTECCIÓN PARA MANOS Y BRAZOS

Art. 1287: Cuando se seleccionen guantes, se deberán tomar en consideración

los riesgos a los cuales el usuario pueda estar expuesto y a la

necesidad del movimiento libre de los dedos.

Art. 1288: No usarán guantes los trabajadores que operen taladros, prensas

punzonadoras u otras máquinas en las cuales la mano pueda ser

atrapada por partes en movimiento.

Art. 1289: Los guantes, mitones, hojas de cuero o almohadillas para los

trabajadores que manipulen objetos con bordes agudos o abrasivos,

estarán confeccionados de material fuerte, y cuando sea necesario,

provistos de refuerzos especiales.

Art. 1290: Los guantes para los trabajadores empleados en el corte o

deshuesado de carne, pescado, etc., serán confeccionados de malla

de acero.

107


Art. 1291: Los guantes, mitones y mangas protectoras para los trabajadores

que manipulen metales calientes, serán confeccionados de amianto

u otro material apropiado, resistente al calor.

Art. 1292: Los guantes y mangas protectoras para las personas ocupadas en

trabajos eléctricos, serán confeccionados de caucho u otro material

apropiado conforme a las normas de resistencia dieléctrica

aceptadas por la autoridad competente.

Art. 1293: Los guantes para trabajadores que manipulen sustancias corrosivas,

tales como ácidos o cáusticos, serán confeccionados de caucho

natural, caucho sintético o películas plásticas flexibles y su

resistencia a la corrosión se ajustara a las normas aceptadas por la

autoridad competente.

Art. 1294: Los guantes para proteger a los trabajadores contra la acción de

sustancias tóxicas, irritantes o infecciosas:

a) Cubrirán tanto como sea posible del antebrazo.

b) Cerrarán bien ajustados en el extremo superior.

c) No tendrán ni la más ligera quebradura.

Cuando se desgarren durante el trabajo, se reemplazarán

inmediatamente.

Art. 1295: Los guantes de plomo para la protección contra los rayos X deberán

suministrar una protección sin solución de continuidad; por todos los

lados y deberán estar provistos de mangas que cubran por lo menos

la mitad del antebrazo.

La protección suministrada por los guantes de plomo, será por lo

menos igual a la proporcionada por plomo de 0.55 mm. (0.02

pulgadas) de espesor.

En vista del peso de dichos guantes, se deberán usar aquellos que

sean del tipo más ligero y más flexible.

SECCIÓN QUINTA: PROTECCIÓN PARA LOS PIES Y LAS PIERNAS -

POLAINAS DE SEGURIDAD

Art. 1296: Las polainas de seguridad para los trabajadores que manipulen

metales fundidos, estarán confeccionadas de amianto u otro material

108


apropiado, resistente al calor y se extenderán hasta la rodilla y

ajustarán de tal manera que eviten la entrada de metal fundido.

Las polainas de seguridad para los trabajadores que estén

expuestos a salpicaduras ligeras o a chispas grandes, o que

manipulen objetos toscos o afilados, estarán confeccionadas de

cuero, cromo u otro material de suficiente dureza.

Art. 1297: Deberán usarse protectores de canilla de suficiente resistencia,

cuando los trabajadores empleen hachas, azuelas y herramientas

similares.

CALZADO

Art. 1298: Se usarán protectores de pie, botas o zapatos de seguridad en

aquellas operaciones tales como apilamiento de lingotes de hierro y

troncos o donde se manipule material pesado.

Art. 1299: El calzado para los trabajadores que manipulen líquidos corrosivos,

tales como ácidos y sustancias cáusticas, deberán ser

confeccionados de caucho, cuero, cuero tratado especialmente,

madera u otro material apropiado, resistente a la corrosión.

Art. 1300: El calzado para los trabajadores que manipulen metales fundidos o

líquidos calientes o corrosivos:

a) Ajustará al pie y al tobillo estrechamente, de manera que el

material manipulado no pueda penetrar entre el tobillo y el

calzado; y

b) No tendrá ojales para cordones, que puedan dar entrada a

líquidos o metales fundidos.

Art. 1301: Las botas de seguridad tendrán punteras de acero o de otro metal,

conforme a las normas de resistencia aceptadas por la autoridad

competente.

Art. 1302: El calzado para los trabajadores ocupados en trabajos eléctricos, no

deberá tener ajustes de metal y tendrá suelas y tacones clavados

con clavijas de madera o cosidos.

109


7.2 IMPACTO AMBIENTAL DEL HORNO DE CRISOL UTILIZANDO GN

7.2.1 CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA Y AGENTES CONTAMINANTES

A lo largo de los tiempos, las condiciones ambientales de nuestro

planeta han ido cambiando como consecuencia de la acción de múltiples

factores, tanto internos como externos.

En los primeros años del siglo XXI nos encontramos en un mundo en el

que muchas condiciones ambientales han ido cambiando de forma más o

menos rápida, y entre estas , las que más se hacen notar son aquellas sobre

las que el hombre ha influido de una manera o de otra.

Los parques de vehículos automóviles han crecido enormemente, pero

al mismo tiempo se ha avanzado mucho en la mejora de la calidad de los

combustibles, en la combustión en los motores, en el rendimiento de los

motores y en la reglamentación de las emisiones.

Las industrias que emitían gases a la atmósfera avanzaron mucho en

el control de sus emisiones y, de todas maneras, la mayoría se trasladaron a

zonas industriales ad hoc. Por otra parte, la reglamentación se desarrollo

enormemente y el control actualmente es infinitamente superior al de épocas

anteriores.

Las calefacciones (o mas bien sus calderas) cambiaron de combustible

en su inmensa mayoría, y hoy priman el gas natural, el fuel o la electricidad.

El medio natural sufre asimismo desde hace años unas agresiones

sobre la composición normal de su atmósfera que se pueden ilustrar con

infinidad de casos:

Plomo de origen atmosférico en los hielos de Groenlandia desde 1960.

Emisiones de SO2 a partir de los años 60.

110


Lluvias ácidas sobre lagos y masas forestales del centro y norte de

Europa a partir de los años 60.

Depósitos ácidos en el contorno de las grandes instalaciones de

combustión en España a partir de mediados del decenio de los 70.

Contaminación de vegetación y fauna en el contorno de ciertas vías de

gran circulación.

Emisión accidental de dioxina en 1976, en una fábrica de triclofenol,

provocando miles de muertes en aves y en ganado porcino. Asimismo

aparecieron malformaciones congénitas.

En la guerra del Golfo en 1991, el ejército Iraquí incendió 600 pozos de

petróleo, provocando una gravísima contaminación atmosférica y daños

en las zonas agrícolas y sobre las reservas de agua en la zona.

Lo mismo podemos decir de la industria siderurgica, de la del aluminio

o de multitud de industrias químicas. Y de tratamientos fitosanitarios en las

actividades agroforestales.

En los países desarrollados Estados Unidos, Unión Europea, Japón,

etc., la normativa y la tecnología han permitido reducir muy considerablemente

las emisiones a la atmósfera, tanto en las industrias como en las ciudades.

Muchos países de economías emergentes se encuentran en pleno desarrollo,

con poca o ninguna legislación al respecto, y, en todo caso, si la hay casi

nunca se cumple, por lo que el conjunto de sus emisiones a nivel industrial

crece considerablemente. Las diferencias básicas con la situación anterior son

que los países desarrollados contaminan menos a nivel unitario pero igual o

más a nivel urbano o de conjuntos industriales, a causa del crecimiento.

Los órganos supranacionales e internacionales han desarrollado

normativas, convenios y protocolos a los que mal que bien se van adhiriendo

los países, aunque el de Kyoto siga siendo rechazado por algunos países

111


importantes como Estados Unidos, Australia, Italia y otros, y otros muchos

entre ellos España no lo hayan firmado todavía por considerar que las

limitaciones a las emisiones de CO2 reducen la capacidad competitiva de su

industria al respecto a la de los países que carecen de control técnico o

legislativo.

Los grupos científicos y ecologistas, cuya opinión o no existía o no

pesaba en los años 70, han pasado un notable protagonismo , y gracias a

ellos la postura de la sociedad ante estos problemas es ahora enormemente

sensible.

Tabla 7.1: CLASIFICACIÓN Y FUENTES DE LOS CONTAMINANTES

ATMOSFÉRICOS

Fase Agente Fuente

Partículas

Sólidas o

Líquidas

Metales pesados.

Compuestos minerales.

Compuestos orgánicos

naturales.

Compuestos orgánicos

de síntesis.

Compuestos radiactivos.

Aerosoles.

Polvo extraterrestre, industrias.

Volcanes, erosión eólica, relaves,

aguas acidas.

Industrias, combustiones.

Combustiones, incineración de

residuos, plaguicidas, incendios,

industrias.

Centrales nucleares, explosiones

nucleares, uso de compuestos

radiactivos (medicina, investigación).

Combustiones, aglomeraciones

urbanas.

Monóxido de carbono.

Anhídrido carbónico.

Hidrocarburos y otros

Combustión en vehículos, volcanes,

emisiones de seres vivos.

Respiración de los seres vivos,

combustiones (combustibles fósiles),

volcanes.

112


Compuesto

s

Gaseosos

compuestos orgánicos.

Compuestos de azufre.

Compuestos de

nitrógeno.

Derivados halogenados.

Combustión de vehículos, industria

petroquímica, industria química,

incineración de residuos, vegetales,

bacterias.

Combustibles, combustiones, suelo,

industria minera, volcanes, bacterias.

Combustibles, combustiones,

industrias (abonos), bacterias.

Suelos, vegetales, industrias

extractivas o de elaboración (flúor,

cloro), combustiones (plásticos).

Fuente: Tratado de la Contaminación Atmosférica; Seoánez Calvo, Mariano, 2

000, P.86.

7.2.2 PREVENCIÓN DE LA CONTAMINACIÓN

Los países desarrollados necesitan enormes cantidades de energía,

para mantener la producción de materiales, para sustentar el confort de la

población y para los transportes. Parte de esa energía proviene del consumo

de combustibles que se consumen en centrales termoeléctricas, en las

calderas de calefacción, en los transportes, y en las demás industrias.

Todos los combustibles deben ser procesados de manera que por una

parte se obtenga un rendimiento en su uso y por otra se eviten al máximo las

emisiones de productos no deseados (SOX, NOX, etc.).

Tabla 7.2: Normas EPA de calidad del aire (U.S. Environmental Protection

Agency)

Agente

Norma 24hr

Concentración (en ppm, salvo para

partículas sólidas)

µg / m3 ppm Fondo Urbana

Oxidantes 59 0.03 0.02 0.03

113


Partículas

sólidas 150 37µg/m3 120 µg/m3

Óxidos de Azufre 266 0.1 0 0.05

Oxido Nitroso 400 0.2 0.001 0.04

Monóxido de

Carbono 7800 7 0.1 7

Fuente: Tratado de la Contaminación Atmosférica; Seoánez Calvo, Mariano, 2

000, P.848.

Evidentemente, lo ideal es el tratamiento en la fuente (y si es antes

mejor), por lo que suministrar combustibles de buena calidad medioambiental

debida a mejoras y tratamientos es muy deseable.

De acuerdo a las Normas de Calidad del Aire de la Agencia

Norteamericana de Protección Ambiental (tabla 6.2), y tomando en cuenta las

reacciones de combustión del horno de crisol utilizando GN, podemos afirmar

que no se produce algún tipo de contaminación que sea nociva al medio

ambiente.

114

CONCLUSIONES

1. El uso del GN como combustible es técnica y económicamente posible

aplicable en hornos de fundición.

2. La utilización del GN disminuye considerablemente la contaminación

ambiental ya que los residuos de combustión son mínimos.

3. El Gas Natural reduce considerablemente costos de operación como

también alarga la vida útil de los equipos por ser menos nocivo.

4. El horno que se diseño esta clasificado como “Horno de Crisol

Basculante”, el cual utiliza GN como combustible. Su costo de

construcción es de S/. 3 949.00 en total.

5. El Horno de Crisol Basculante facilita la colada de los metales fundidos

como también alarga la vida útil del Crisol.

6. Los refractarios seleccionados para la construcción del horno de crisol

con GN fueron; ladrillos refractarios de alto contenido de alúmina (70%

Al2O3) “Repsa Alusite” ; y “Castable Refractario Repsa” para la tapa.

7. El calculo que se realizó para fundir chatarra de aluminio arrojó los

siguientes resultados:

- Cantidad de chatarra de aluminio (peso) = 1 Kg.

- Consumo (GN) = 0.400 Kg

- Consumo de aire (para combustión) = 8.022 Kg = 6.23 m3.

- Tiempo = 10 minutos.

- Temperatura alcanzada = 750ºC.

- Costo de operacion = S/. 5.79

8. Las reacciones de combustión del GN (metano y etano), sólo producen

Dióxido de Carbono y Vapor de agua. Estas sustancias no son

consideradas como agentes contaminantes según las Normas EPA y por

lo tanto no se considera los porcentajes que se producen al realizar una

fundición.

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

2C2H6 + 7O2 4CO2 + 6H2O

RECOMENDACIONES

1. Para reducir las pérdidas a través de las paredes, se pueden utilizar

materiales aislantes entre el ladrillo refractario y la cubierta metálica.

2. El rendimiento térmico del horno de crisol utilizando GN puede ser

incrementado instalándose equipos que aprovechen el calor de los

productos de combustión (recuperadores y regeneradores de calor). Los

recuperadores y regeneradores de calor son usados para precalentar la

carga, el aire de combustión y el combustible.

3. Se debería hacer un precalentamiento del horno, del crisol y si es

posible de la carga, puesto que así se mejorará el tiempo de fusión.

4. Se deben cumplir todas las normas de seguridad en ambientes

industriales.

5. Se deberá tener un programa de mantenimiento para comprobar el

estado y la operatividad del horno de crisol.

6. Las reparaciones se deben realizar consultando las especificaciones

técnicas de los proveedores de refractarios.

7. Se deberá considerar dentro del plan de mantenimiento la verificación

periódica de las instalaciones de Gas (Medidores, reguladores y

tuberías).

8. Se deberá de contar con un plan de contingencias en caso de

accidentes, el cual deberá tener los implementos necesarios para el

manejo y control del Gas Natural.

ANEXOS

ANEXOS

ANEXO 1: PROPIEDADES TÉRMICAS DE ALGUNOS ELEMENTOS Y

MATERIALES.

SustanciaPeso específico

kgf/dm3

Punto de

fusión

(°C)

Punto de

ebullición

(°C)

Valor

(calorífico )

kcal/mh°C

Calor

específico

kcal/kg°C

Acero ~7,85 ~1350 2500 40 á 50 0,110

Aluminio 2,6 658 ~2200 180,0 0,216

Aluminio

bronce

7,7 1040 ~2300 110,0 0,104

Alúmina 0.239

Arcilla

refractaria

1,8 á 2,2 ~2000 2900 0,40 0,210

Arena seca 1,2 á 1,6 ~1550 2600 0,28 0,190

Caliza 1,8 á 2,8 . . 0,13 á 0,2 0,217

Cloruro de

sodio

0.200

Cobre fundido 8,8 1083 2310 320.0 0,094

Cobre laminado 8,9 1083 2310 320,0 0,094

Cobre puro 8,93 1083 2310 320 0 0,094

Concreto –

acero

2,4 . . 0,7 á 1, 0,210

Cuarzo ~2,6 ~ 1550 2590 0,94 0,190

Diamante 3,5 . (3540) 7,2 0,0795

Duraluminio 2,8 650 2000 111,0 0,220

Estaño lámina 7,3 á 7,5 232 2200 55,0 0,060

Hierro fundido 7,8 ~1200 . 40,50 0,110

Hierro óxido 5,1 1565 . 0,50 0,160

Hierro puro 7,86 1530 ~3000 40 á 50 0,109

Ladrillo 1,4 á 1,6 . . 0,7 0,220

Latón fundido 8,4 á 8,7 900 á 980 ~2300 70 á 90 0,092

Latón laminado 8,5 á 8,6 900 á 980 ~2300 75 á 100 0,092

Níquel 8,8 1452 2400 45,0 0,110

Oro 19,33 1064 2610 265,0 0,031

Petróleo 0,80 -70 150 á 300 0,137 0,500

Plata 10,5 960 2000 360,0 0,056

Porcelana 2,2 á 2,5 1670 . 0,7 á 0,9 0,220

Sodio 0,98 97,5 880 115,0 0,300

Vanadio 0,6 1715 . . 0,120

Vidrio fibra 0,1 á 0,2 . . 0,03 á 0,06 0,200

Zinc colado 6,86 419 920 95,0 0,090

Zinc laminado 7,15 419 920 91,0 0,090

Fuente:

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/fusion/fusion.htm

http://www.sapiensman.com/conversion_tables/

peso_especifico_gases.htm

http://www.fisicanet.com.ar/fisica/termodinamica/tb01_calor.php

ANEXO 2: PROPIEDADES TÉRMICAS DE ALGUNOS ELEMENTOS Y

SUSTANCIAS.

Elemento

Peso

específico

Punto de

fusión

Punto de

evaporació

n

Índice

calorífico

Calor específico

kcal/kgºC

kgf/m3 ºC ºC Aire = 100 Cp Cv

Ácido

sulfúrico1,54 -83 -60,3 . . .

Aire ,

atmósfera1,293 -220 -195 100 0,240 0,170

Amoníaco 0,77 -78,3 -33,7 90 0,530 0,410

Argón 1,78 -190 -186 72 0,130 0,080

Azufre 3,41 -112 46 28 0,160 0,130

Butano 2,70 -135 1 . 0,055

Cloro 3,22 -100 -34 65 0,120 0,070


http://www.sapiensman.com/conversion_tables/peso_especifico_gases.htm

http://www.sapiensman.com/conversion_tables/peso_especifico_gases.htm


Dióxido de

carbono1,96 -57 -78,5 60 0,210 0,150

Dióxido

sulfúrico2,93 -73 -10 72 0,150 0,200

Helio 0,18 -272 -268,9 . 1,250 0,760

Hidrógeno 0,09 -258 -253 733 3,410 2,420

Metano 0,72 -184 -164 127 0,530 0,410

Monóxido de

carbono1,25 -211 -190 95 0,250 0,180

Neón 0,9 -249 -246 198 0,250 0,150

Nitrógeno 1,25 -210,5 -195,7 100 0,220 0,160

Oxígeno 1,43 -219 -183 101 0,220 0,160

Ozono 2,14 -251 -112 . .

Peróxido de

sodio0.225

Propano 2,02 -190 -45 . 0,058

Vapor de

agua a 100 ºC0,81 0 100 75 0,500 0,350

Fuente:

Metallurgical problems. Tablas de calor específico. Butts, Allison.

http://www.es.wikipedia.org/wiki/Butano

http://www.terra.es/personal6/jgallego2/selectividad/quimica/Termoquimica.htm

http://www.sapiensman.com/conversion_tables/peso_especifico.htm

ANEXO 3: COEFICIENTES DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA DE ALGUNOS

MATERIALES Y ELEMENTOS.




MATERIAL/

ELEMENTO

CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

Km

W/mºK

Acero 47 – 58

Aluminio 209.300

Aire 0.020

Agua 0.580

Bronce 116 – 186

Cobre 373.100 – 385.500

Grafito 6.0

Estaño 64

Hierro 1.700

Ladrillo 0.800

Ladrillo refractario 0.470 – 1.050

Madera 0.130

*Multiplicar por 0.857 para convertir a Kcal / m hr K

Fuente: http://www.es.wikipedia.0rg/wiki/coeficiente_ac_ t%c3%A9rnica.

ANEXO 4: CONDICIONES ATMOSFÉRICAS EN LA CIUDAD DEL CUSCO

Punto de ebullición agua 89ºC

Presión atmosférica 512 mm Hg

Porcentaje de humedad 60%

Temperatura media del ambiente 12.500ºC

Presión del agua a 12ºC 10.500 mm Hg

Fuente

http://www.minen.gob.pe/archivos/dgaam/estudios/capI_resumenejecutivo.pdf

http://www.swisscontact.org,pe/PRAL/01_karsten_kunchet.pdf

http://www.patrimonio.iveroamerica.org/patrimonio_tangible_ciudad.shtml

ANEXO 5: CATÁLOGO DE PRODUCTOS “REPSA”


Ladrillos

Ladrillos de Arcilla

Refractaria.

Ladrillos Refractarios con

Alto Contenido de

Aluminio.

Ladrillos Refractarios de

Sílice.

Ladrillos Refractarios

Básicos.

Masas

Morteros Refractarios.

Castables Refractarios.

Plásticos Refractarios.

Apisonables Refractarios.

Proyectables Refractarios.

LADRILLOS DE ARCILLA REFRACTARIA

http://www.repsa.com.pe/9proyectables.htm

http://www.repsa.com.pe/8apisonables.htm

http://www.repsa.com.pe/7plasrefractarios.htm

http://www.repsa.com.pe/6casrefractarios.htm

http://www.repsa.com.pe/5morefractario.htm

http://www.repsa.com.pe/4basico.htm

http://www.repsa.com.pe/4basico.htm

http://www.repsa.com.pe/3silice.htm

http://www.repsa.com.pe/3silice.htm

http://www.repsa.com.pe/2alumina.htm



http://www.repsa.com.pe/1arcilla.htm

http://www.repsa.com.pe/1arcilla.htm

TABLA "A"

LADRILLOS DE ARCILLA REFRACTARIA

CLASE* MARCA CPE(1) TEMP(2)

TIPICA

TRABAJO

USOS Y

APLICACIONES(3)

ALTA

REFRACTARIEDA

D

KERO 31-31

1/2

1450 Cámaras de tostación y

secado, calderos,

crisoles, cucharas

metalúrgicas.

REPSA 31

1/2

1500 Cámaras de

combustión, caladeros

incineradores, hornos

metalúrgicos, hornos de

vidrio, de cerámica y

enlozado.

REPSA

18

31

1/2

1500 Cubilotes, hornos de

cal, hornos de cemento,

hornos metalúrgicos.

SUPER

REFRACTARIEDA

D

REPSA

ALAMO

33-34 1600 Hornos rotativos,

hornos de cal, hornos

de cemento, de vidrio,

de enlozado,

recuperadores de calor.

REPSA

VARNO

N

33-34 1600 Hornos de cal, hornos

de cemento, de vidrio,

regeneradores y

recuperadores de calor.

REPSA

ALADIN

33-34 1650 Hornos metalúrgicos,

cucharas de trasvase,

cámaras de tostado.

* Según norma ASTM C-27

(1) Cono Pirométrico Equivalente

(2) Temperatura aplicada a una sola cara del ladrillo, en °C

(3) Para un mejor uso se recomienda consultar con SERVICIOS

TECNICOS de REPSA

LADRILLOS REFRACTARIOS CON ALTO CONTENIDO DE ALÚMINA

TABLA "B"

LADRILLOS REFRACTARIOS DE ALTA ALUMINA

CLASE

*

MARCA CPE(1) TEMP(2)

TIPICA

TRABAJO

USOS Y APLICACIONES(3)

50%

Al2O3

REPSA

DIALITE

34 1600 Paredes de calderos,

regeneradores y

recuperadores de calor, horno

de cal y cemento y vidrio.

REPSA 61-

65

34 1600 Cucharas para trasvase de

acero, carros torpedos, artesas

de colada continua.

60%

Al2O3

REPSA

ANCHOR

35 1700 Hornos rotatorios de cal y

cemento, calderos bagaceros,

hornos metalúrgicos de

recalentamiento.

REPSA

UFALA

35 1700 Altos hornos y estufas de altos

hornos, carros torpedos,

tanques de vidrio, hornos de

inducción.

REPSA

ALADIN 60

35 1700 Cucharas de trasvase de

acero líquido.

70%

Al2O3

REPSA

ALUSITE

36 1750 Zonas de sinterización de

hornos de cemento y de

calcinación de hornos de cal,

bóvedas de hornos eléctricos,

hornos de recalentamiento.

REPSA 36 1750 Bóvedas de hornos eléctricos

ALUSA de arco, cucharas metalúrgicas

de trasvase, hornos rotatorios.

REPSA

ALADIN 70


acero líquido.

80%

Al2O3

REPSA

CORALITE

37 1770 Hornos rotatorios de cemento,

metalúrgicos, bóvedas de

horno eléctricos de arco.

REPSA

ALADIN 80


acero líquido.

85%

Al2O3

REPSA 9 –

61

1800 Hornos de fundición de

aluminio, reactores para negro

e humo y reactores para

fertilizantes sintéticos.

REPSA

CORAL BP

1800 Hornos de fundición y

refinación de aluminio, hornos

eléctricos de inducción con y

sin núcleo.

90%

Al2O3

REPSA

KORUNDAL

XD

1850 Altos hornos, artesas de

colada continua, hornos de

inducción sin núcleo,

regeneradores de hornos de

vidrio y hornos de negro de

humo.


(1) Cono Pirométrico Equivalente

(2) Temperatura aplicada a una sola cara del ladrillo, en °C


TÉCNICOS de REPSA

LADRILLOS REFRACTARIOS DE SÍLICE

TABLA "C"

LADRILLOS REFRACTARIOS DE SILICE

CLASE MARCA

TEMP(1)

TIPICA

DE

TRABAJO


ALTA

REFRACTARIEDA

D

REPSA

STAR1700

Hornos de vidrio con y sin

recuperación, hornos eléctricos,

operaciones metalúrgicas ácidas

reverberos de cobre. Baterías de

coquización.

SUPER

REFRACTARIEDA

D

REPSA

VEGA1705

Super estructura y bóveda de

hornos de vidrio, reverberos de

cobre, hornos eléctricos de arco.


(1) Aplicada a una cara de ladrillo en °C


TECNICOS de REPSA

LADRILLOS REFRACTARIOS BÁSICOS

TABLA "D" LADRILLOS REFRACTARIOS

CLASE* MARCA TIPO

%Mgo

MINIMO


MAGNESITA

REPSA

HARCON

98 96 Paredes superiores de

hornos eléctricos de arco.

REPSA

NULINE

98 96 Revestimiento de hornos

convertidores L-D, zonas

más agresivas de hornos

eléctricos de arco.

REPSA

OXILINE

KLP (3)

98 96 Revestimiento de hornos

convertidores L-D

REPSA

OXIBAK H

98 96 Protección de seguridad y

hornos convertidores L-D

regeneradores de calor,

hornos eléctricos de arco.

REPSA

REPMAG B

95 91 Paredes inferiores sub-

solera y línea de escoria de

hornos eléctricos de acería,

reverberos de cobre.

REPSA

MAGNEL:(4)

90 86 Zona de clinquerización de

hornos rotatorios de

cemento

MAGNESITA-

CROMO

REPSA

NUCON

80(5)

80 75 Puntos calientes de hornos

eléctricos de arco, zona de

clinquerización de hornos

rotativos de cemento.

REPSA

MAGNEX

H(5)

70 65 Uso general en hornos

siderúrgicos, paredes

superiores de hornos

eléctricos de arco.

REPSA

MAGNEX (5)

60 55 Bóvedas de reverberos de

cobre.

REPSA

NUCON

60(5)

60 55 Paredes superiores y

bóvedas de hornos

eléctricos de arco, zona de

clinquerización de hornos

rotatorios de cemento,

hornos reverberos y

convertidores de cobre

REPSA 50 45 Paredes y emparrillado de

NUCON

50(5)

regeneradores de hornos

de vidrio; reverberos,

convertidores de cobre.

CROMO-

MAGNESITA

REPSA

CHROMEX

BG

40 35 Paredes de regeneradores

de hornos de vidrio, hornos

reverberos y convertidores

de cobre.

REPSA

CB-20

30 25 Uso general de ladrillos

básicos, hornos

metalúrgicos de cobre,

plomo, zinc, fundiciones no

ferrosas.

REPSA

CHROMEX

30 25 Fundiciones de metales no

ferrosos, hornos de

recalentamiento,

regeneradores de hornos

de vidrio.

* Clasificación y contenido mínimo de MgO según norma ASTM C-

455

(1) Contenido mínimo de Cr2O3 en el mineral cromita.

(2) Par un mejor uso se recomienda consultar con SERVICIOS

TECNICOS de REPSA.

(3) Ladrillos Magnesia - Carbón.

(4) Ladrillos Magnesia - Espinela.

(5) Ladrillo también fabricados en la versión "METALKASE" (con

funda metálica).

CASTABLES REFRACTARIOS

TABLA "E"

CASTABLES REFRACTARIOS

MARCA MATERI

AL BASE

CANT.(1)

REQUERI

DA

% DE

AGUA

NECESA

RIA

TEM

P

TIPI

CA

DE

US

O(2)

USOS

TIPICOS(3)

DE RESISTENCIA MECÁNICA NORMAL

CASTABL

E REPSA

ARCILLA

1825 15 1370 Tapas de

calderos,

incineradore

s, paredes

de calderos

acuotubular

es

bagaceros.

REPSA

CASTABL

E

STANDAR

D

ARCILLA

1825 15 1370 Calderos

pirotubulare

s, calderos

acuotubular

es,

incineradore

s, cámaras

de fuego.

REPSA

BAFFLE

MIX

ARCILLA

1825 15 1370 Construcció

n de

deflextores

de calderos

acuotubular

es tipo

Sterling.

REPSA

CASTABL

E SUPER

ARCILLA

1875 15 1480 Incineradore

s, cámaras

de

combustión,

calderos

bagaceros,

tapas de

crisoles.

REPSA

HARCAST

ARCILLA

2002 12 1540 Destilación

primaria de

petróleo,

carros

cerámicos,

hornos de

recalentami

ento.

REPSA

CASTABL

E ALTA

ALUMINA

ALUMINA

2160 09 1650 Conos de

quemadores

, hornos

metalúrgico

s, refinerías

de petróleo,

calderos.

REPSA

CASTABL

E 1-76

ALUMINA

2340 14 1760 Hornos de

inducción,

conos de

quemador,

hornos

metalúrgico

s.

REPSA

CHROME

CROMO-

MAGNES

2089 08 1600 Mantenimie

nto de

PAK ITA paredes y

bóvedas de

hornos

metalúrgico

s, hornos de

fundición.

REPSA

CASTABL

E CROMO

CROMIT

A

2675 11 1420 Fogón de

calderos

bagaceros,

hornos de

forja y

recalentami

ento.

DE ALTA RESISTENCIA MECÁNICA

REPSA

CASTABL

E EXTRA

ARCILLA

1940 14 1315 Pases de

calderos

pirotubulare

s, tapas de

hornos de

crisol,

chutes de

secadores.

REPSA

HARCAST

ES

ALUMINA

2300 13 1590 Refinería de

petróleo,

hornos de

recalentami

ento,

enfriadores

de clinquer.

REPSA

CASTABL

E 2-72

ALUMINA

2160 11 1590 Conos de

quemador,

hornos

metalúrgico

s, y de

tratamiento

térmico.

REPSA

CASTOLA

ST G

ALUMINA

2530 10 1800 Hornos

rotatorios de

cemento,

enfriadores

de clinquer,

reactores

químicos.

REPSA

CASTABL

E CROMO

ES

CROMIT

A

2580 12 1370 Hornos de

plomo,

calderos,

hornos de

tratamiento

térmico.

(1) En kilogramos por metro cúbico.

(2) En grados centígrados y aplicados a una sola cara.


TECNICOS de REPSA

FORMATO ESTANDAR DE LADRILLOS

RECTANGULA

R (STRAIGHT)

229x114x63

mm

9"x4 1/2" x2 1/2

PEQUEÑO(SMALL

)

229x89x63 mm

9"x3 ½"x 2 1/2"

JABON

(SOAP)

229x57x63

mm

9"x2 1/4"x2

1/2"

DIVIDIDO

(SPLIT)

229x114x32

mm

9"x4 1/2"x 1

1/4"

229x114x51

mm

9"x4 1/2"x 2"

ARCO(ARCH)

N°1 229x114x(63-

54) mm

9"x4 1/2"x(2 1/2"-2

1/8")

N°2 229x114x(63-

44) mm

9"x4 1/2"x(2 1/2"-1

3/4")

CUÑA (WEDGE)

N°1-X 229x114x(63-

57) mm

9"x4

1/2"x(21/2"-21/4")

N°1 229x114x(63-48)

mm

9"x4 1/2"x(2

1/2"-1 7/8")

N°2 229x114x(63-38)

N°3 229x114x(63-

25) mm

9"x4 1/2"x(2 1/2"-

1")

mm

9"x4 1/2"x(2

1/2"-1 1/2")

LLAVE (KEY)

N°1 229x(114-102)x63

mm

9"x(4 1/2"-4")x 2

1/2"

N°2 229x(114-89)x63

mm

9"x(4 1/2"-3 1/2")x 2

1/2"

N°3 229x(114-76)x63

mm

9"x(4 1/2"-3")x 2

1/2"

N°4 229x(114-57)x63

mm

9"x(4 1/2"-2 1/4")x 2

1/2"

BISEL CANTO

(FEATHEREDGE)

229x114x(63-3)

mm

9"x4 1/2"x(2 1/2" -

1/8")

JAMBA

(JAMB)

229x114x63

mm

9"x4 1/2"x2

1/2"

CUELLO(NECK)

229x114x(63-

16)mm

9"x4 1/2"x (2 1/2"-

5/8")

BISEL LONGITUDINAL

(END SKEW)

48° (229-171)x114-63

mm

(9"-6 3/4")x 4 1/2"x

2 1/2")

60° (229-192)x 114x63

mm

(9"-7 9/16)x 4 1/2" x

2 1/2"

BISEL LATERAL

(SIDE SKEW)

48° 229x(114-57)x63

mm

9"x(4 1/2"-2 1/4")x 2

1/2"

ARRANQUE(EDGE

SKEW)

229x(114-38)x63 mm

9"x(4 1/2"-1 1/2")x 2

1/2"

Fuente http://www.repsa.com.pe/productos.htm

Anexo 6: Valores típicos del coeficiente de transferencia de calor

por convección

Tipo de

Convección

Convecció

n libre de

gases

Convecció

n libre de

líquidos

Convección

forzada de

gases

Convección

forzada de

líquidos

Ebullición y

condensació

n

h, (W / m2

ºC) de 2 a 25

de 10 a 1

000 de 25 a 250

de 50 a 20

000

2 500 a 100

000

Fuente: Transferencia de Calor; Yunus A. Çengel; 2003.

Anexo 8: Emisividades Superficiales de Algunos Materiales

MATERIAL TEMPERATURA (k) ε

Al (lámina comercial)

Cu (lámina comercial)

Fe fundido

Acero (lámina comercial)

Ladrillo refractario

400

300

300

500 – 1200

1200

0.09

0.02

0.44

0.20 – 0.32

0.75

Fuente: Transferencia de Calor; Yunus A. Çengel; 2003.

Anexo 9: Caracteristicas de soldaura utilizada E-6011

Anexo 10: Catálogo del quemador a gas utilizado en el horno de crisol basculante

BIBLIOGRAFÍA

Cáceres Graziani, Luís F.:

“El gas natural”

Lima - Perú, 2 002.

Castillo Neyra, Percy:

“Operación y mantenimiento de calderos

industriales”.

Lima – Perú, 2 001.

Himmelblau, David M.:

“Balances de materia y energía”, 4ta edición

México D.F. – México, 1 992.

Manrique, José A.:

“Transferencia de calor”

Harla Ediciones

Monterrey – México, 1 983.

Seoánez Calvo, Mariano:

“Tratado de la contaminación Atmosférica”

Ediciones Mundi Prensa

Madrid – España, 2 002

Trinks, W.; Mawhinney, M. H.:

“Hornos industriales”, tomo I

Bilbao – España, 1 975.

“Hornos industriales”, tomo II

Bilbao – España, 1 976.

PAGINAS EN INTERNET


http://www.es.wikipedia.0rg/wiki/coeficiente_ac_ t%c3%A9rnica.


http://www.globalsu.net/es/revista/may03.htm

http://www.minen.gob.pe/archivos/dgaam/estudios/capI_resumenejecutivo.pdf

http://www.mintra.gob.pe/contenidos/sst/reglamento_seguridad_industrial2.doc

http://www.mityc.es/GN

http://www.monografias.com/metalugiahornos

http://www.monografias.com/trabajos12/funycol/funycol.shtml

http://www.mtas.es/insht/ntp/ntp-209.htm


http://www.repsa.com.pe










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http://www.mintra.gob.pe/contenidos/sst/reglamento_seguridad_industrial2.doc



MATRIZ DE CONSISTENCIAÁMBITO DE ESTUDIO PROBLEMA JUSTIFICACIÓN E

IMPORTANCIACONCLUSIONES RECOMENDACIONES

Para poder facilitar la valoración del estudio, se ha realizado una delimitación del campo de investigación, teniendo en cuenta diferentes

GEOGRÁFICO:El presente estudio de investigación ha sido elaborado principalmente para la Ciudad del Cusco como también para otras provincias que poseen gran demanda en artículos artesanales.FUNCIONALSe han tenido en cuenta varios campos de investigación desde el punto de vista funcional: sector productivo como actividad económica.OCUPACIONALEn el ámbito ocupacional, se considera que son beneficiarios directos del estudio, todos aquellos trabajadores cuyas ocupaciones se desarrollan en el área de artesanía de metales.

¿Será técnica y económicamente posible el uso de Gas Natural como combustible en los hornos de crisol aplicado en Artesanía?

La actividad industrial en la actualidad, demanda una mayor competitividad para la inserción oportuna e innovadora en un mundo globalizado. En tal sentido, se entiende que el diseño y su posterior estudio térmico de un horno de crisol utilizando Gas Natural facilitará la fundición de metales y la capacitación de los futuros profesionales en el área de fundición, así como alcanzará menores costos de producción, mejor calidad de los productos y una menor contaminación ambiental.Y teniendo en cuenta que nuestra región, carente de una industrialización consolidada y con escasez económica para la investigación, es importante que se recurra a la innovación tecnológica aprovechando recursos como el gas natural y el talento del capital humano.

1. El uso del GN como combustible es técnica y económicamente posible aplicable en hornos de fundición.

2. La utilización del GN disminuye considerablemente la contaminación ambiental ya que los residuos de combustión son mínimos.

3. El Gas Natural reduce considerablemente costos de operación como también alarga la vida útil de los equipos por ser menos nocivo.

4. El horno que se diseño esta clasificado como “Horno de Crisol Basculante”, el cual utiliza GN como combustible. Su costo de construcción es de S/. 3 949.00 en total.

5. El Horno de Crisol Basculante facilita la colada de los metales fundidos como también alarga la vida útil del Crisol.

6. Los refractarios seleccionados para la construcción del horno de crisol con GN fueron; ladrillos refractarios de alto contenido de alúmina (70% Al2O3) “Repsa Alusite” ; y “Castable Refractario Repsa” para la tapa.

7. El calculo que se realizó para fundir chatarra de aluminio arrojó los siguientes resultados:

- Cantidad de chatarra de aluminio (peso) = 1Kg. - Consumo (GN)=0.400 Kg- Consumo de aire (para combustión)= 8.022 Kg = 6.23 m3.- Tiempo=10minutos. - Temperatura alcanzada= 750ºC.- Costo de operación= S/. 5.798. Las reacciones de combustión del GN (metano y

etano), sólo producen Dióxido de Carbono y Vapor de agua. Estas sustancias no son consideradas como agentes contaminantes según las Normas EPA y por lo tanto no se considera los porcentajes que se producen al realizar una fundición.

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O 2C2H6 + 7O2 4CO2 + 6H2O

1. Para reducir las pérdidas a través de las paredes, se pueden utilizar materiales aislantes entre el ladrillo refractario y la cubierta metálica.2. El rendimiento térmico del horno de crisol utilizando GN puede ser incrementado instalándose equipos que aprovechen el calor de los productos de combustión (recuperadores y regeneradores de calor). Los recuperadores y regeneradores de calor son usados para precalentar la carga, el aire de combustión y el combustible.3. Se debería hacer un precalentamiento del horno, del crisol y si es posible de la carga, puesto que así se mejorará el tiempo de fusión.4. Se deben cumplir todas las normas de seguridad en ambientes industriales.5. Se deberá tener un programa de mantenimiento para comprobar el estado y la operatividad del horno de crisol.6. Las reparaciones se deben realizar consultando las especificaciones técnicas de los proveedores de refractarios.7. Se deberá considerar dentro del plan de mantenimiento la verificación periódica de las instalaciones de Gas (Medidores, reguladores y tuberías).8. Se deberá de contar con un plan de contingencias en caso de accidentes, el cual deberá tener los implementos necesarios para el manejo y control del Gas Natural.

OBJETIVO GENERALDiseñar un horno de crisol que reúna los requisitos técnicos y térmicos que permitan fundir metales en el menor tiempo posible utilizando un combustible que produzca una mínima contaminación ambiental

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Encontrar las variables adecuadas de diseño y rendimiento del horno de crisol utilizando Gas Natural.Evaluar técnica y económicamente los resultados de rendimiento obtenidos.Evaluar los aspectos de impacto ambiental que se puedan producir en el proceso de fundición

ANTECEDENTESEn nuestra ciudad y en las provincias donde se sitúan las restos arqueológicos, hemos visto que la mayoría de los centros manufactureros –en especial las fundidoras la transformación de los productos lo realiza en un taller cuyas herramientas e instrumentos de trabajo son tradicionales; es decir, que no han variado a través del tiempo. Específicamente los artesanos dedicados a la fabricación de artesanía de metales (como es el caso de ídolos, pumas, tumis, etc.) utilizan crisoles de grafito, y como combustible usan el petróleo, petróleo mezclado con aceite quemado y en algunos casos usan el estiércol del ganado vacuno, por el cual el tiempo de fusión del metal es alto y muy contaminante, por lo que los productos obtenidos por fundición no alcanzan los requerimientos técnicos para su correcto aprovechamiento.

HIPÓTESIS“Se alcanzará un mayor rendimiento del horno de crisol utilizando un combustible de poca contaminación y disminuyendo los costos de producción”.

METODOLOGIA :Quisiéramos mencionar que el presente trabajo es un estudio de investigación tecnológica, por lo que se utilizara la siguiente metodología. ANÁLISIS Y SÍNTESIS.- Por este método se fundamentara teóricamente el presente trabajo haciendo uso de la bibliografía existente.MÉTODO ANALITICO.- Se ejecutaran cálculos relacionados al diseño y análisis térmico.

Mecanica - Diseño de Un Horno de Crisol

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