Informe de Sinterizacion

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

Determinación De La Transferencia Transferencia De Calor En El Horno Microondas A Diferentes Potencias, Durante El Proceso De Sinterizado. I.

RESME! Se estudio el manejo de las funciones del horno microondas para el procesos de sinterizado y también conocer cómo funciona en si el horno microondas. Se determino la transferencia de calor en el horno para potencias determinadas de trabajo (20, 40, 60 y 0 !" en el cual se coloco en el horno dos probetas en las cuales durante el tiempo de #0 minutos $ue estu%o prendido el horno y operando en sus cuatro potencias. &dem's se calculo el flujo de calor en el recipiente aislante. Se pudo obser%ar $ue las probetas loraron parcialmente una sintonización.

II.

"#$ETI%"S )).*. &pre prender der a opera erar el hor horno microond ondas y conoce nocerr su func uncionam namiento nto interno. )).2 )).2.. +ete +eterm rmin inar ar las las tra trans nsfe fere renc ncia iass de cal calor or en en el horn horno o micr microo oond ndas as,, oper operan ando do con potencias de 20, 60, 40 y 0 !.

III.&!DAME!T" TE"RIC"' H"R!" MICR""!DAS' a ener-a microondas es una forma de las ondas de radio de aalta lta frecuencia, parecidas a las $ue utiliza un radio $ue tiene &, /  1. Sin embaro las del microondas son mas cortas $ue las de radio, apro3imadamente cuatro a seis puladas de laro por cuarta pulada de di'metro. l tubo de manetón, es $uién con%ierte la electricidad en ener-a microonda. & partir del tubo, la ener-a microonda se trasmite a la ca%idad, se refleja, absorbe y trasmite. as microondas $uedan reflejadas en el metal, al iual $ue rebota una pelota contra un muro.  para lorar una cocción uniforme, cuenta con un metal rotarorio (soporte iratorio o %entilador" y fijo (las paredes interiores".

+e la misma forma $ue los rayos del sol pasan a tra%és de una %entana, las microondas pasan a tra%és de materiales como papel, %idrio, pl'stico, $ue por ser sustancias no absorb absorbent entes es ni refrac refractar tarias ias de la enerener-aa microo microonda nda son materi materiale aless ideale idealess para para los recipientes a utilizar en el horno microonda.


+urante la cocción microondas son absorbidas por los alimentos, éstas pueden penetrar de 54 a **2 puladas. +icha ener-a estimula las moléculas en los distintos alimentos (especialmente aua, aceite y az7car" y las hace %ibrar 2.800.000.000 %eces por seundo, esto produce fricción y por ende calor. n los alimentos de mayor tama9o la cocción se efect7a por medio de la transmisión. se calor $ue hoy mencionamos producido por la fricción se transmite hacia el centro de la comida. :or propia conducción los alimentos siuen cocin'ndose durante el tiempo fijo.

C"!&I(RACI)! DE ! H"R!" MICR""!DAS ;al y como puede comprobarse en el es$uema, un horno a microondas est' constituido por una fuente de alimentación, un anetrón enerador de las microondas, un canal de u-a de ondas, un aitador de ondas y una ca%idad de cocción.

;odo este conjunto dispone de una serie de controles y temporizadores $ue arantizan el buen funcionamiento del horno.

&E!TE DE ALIME!TACI"! a fuente de alimentación consta de un transformador y de un doblador de tensión.


l transformador, con un primario alimentado a 220 <., dispone de dos secundarios, uno $ue suministra 5,8 <. para alimentar el filamento del manetrón, y otro $ue suministra 2000 <.

=n condensador y un diodo forman el doblador de tensión para de esta forma obtener los 4000 <. $ue necesita el manetrón.

−

Ma*netrón

l manetrón est' formado por un c'todo caldeado por un filamento, un 'nodo y un im'n $ue rodea el conjunto.

1uando se aplica tensión (5,8 <." al filamento, éste calienta al c'todo y emite electrones $ue se %en atra-dos por los 4000 <. aplicados al 'nodo. os electrones $ue en condiciones normales saldr-an en l-nea recta en dirección al 'nodo, se %en frenados por el campo manético y obliado a mo%erse en un orbital situado entre el 'nodo y el c'todo.


l paso de los electrones por las pro3imidades del 'nodo, en donde est'n situadas pe$ue9as ca%idades resonantes, produce las oscilaciones de alta frecuencia, 2.480 >?. &un$ue la intensidad electrónica $ue es capaz de emitir un c'todo es muy pe$ue9a, como la tensión de 'nodo es muy rande, la potencia total suministrada es relati%amente rande, del orden de *.000 !. a ener-a del microondas obtenido es radiada por una antena dispuesta en el manetrón e introducida en un u-a@ondas $ue las dirie a la ca%idad del horno. −

Ca+idad de cocción. (ua-ondas

a ca%idad de cocción es simplemente una caja met'lica donde se coloca el alimento a cocinar .

as microondas son diriidas desde el manetrón hasta la ca%idad de cocción mediante una canal $ue las transporta con escasas pérdidas. ste canal u-a@ondas, debe tener unas dimensiones muy precisas, estando directamente liadas a la frecuencia $ue transporta. &l entrar las microondas a la ca%idad de cocción, son aitadas por una especie de %entilador $ue hace $ue se dirijan en todas las direcciones, rebotando sobre las paredes met'licas hasta $ue son absorbidas por el alimento. &lunos hornos disponen para la colocación de los alimentos, de un soporte o plato iratorio $ue hace $ue el alimento apro%eche mejor la distribución de las microondas. Aaturalmente las zonas de mayor potencia de microondas se encuentran en el centro del plato iratorio.


−

Control  tem/orizadores

&dem's de los tres microinterruptores $ue lle%a la puerta del horno para aseurar su descone3ión cuando la puerta esté abierta, el circuito dispone de dos temporizadores para el control del tiempo de funcionamiento de horno y para el control de la potencia. :or otra parte, estos hornos disponen de dos protecciones térmicas y una protección contra sobretensiones. as protecciones térmicas se hacen a tra%és de dos termostatos de seuridad, uno $ue controla la temperatura de la ca%idad del horno y otro $ue controla la temperatura del manetrón.

1on el fin de e%itar $ue pueda llear al transformador de alimentación del manetrón un e3ceso de tensión, se dispone de un relé de sobretensión.

&s-, cuando la tensión sobrepase los 220 <., el contacto del relé se abrir', haciendo pasar la corriente a tra%és de una resistencia de 20 !. sto pro%oca una ca-da de tensión en la resistencia, con la consiuiente disminución de la tensión.

DESCRIPCIÓN DE UN HORNO MICROONDAS


Un horno microondas consta de los siguientes elementos

1.- PESTILLOS PUERTA =tiliza un mecanismo autom'tico de cierre. 1uando se cierra el pestillo $ueda autom'ticamente encla%ado.

0.- %E!TA!A PERTA :ermite %er los alimentos mientras se cocinan. Sin embaro las microondas no pueden pasar a tra%és de la pantalla met'lica $ue %a colocada entre el cristal.

1.- PLAT" DE C"CCI)! os alimentos se pueden cocinar directamente sobre el plato. Bira durante la cocción y aseura la m'3ima absorción de las microondas.

2.- DISPERS"R DE "!DAS Cpera cuando se utiliza el horno y proporciona una mayor aitación de las microondas. =n tape de pl'stico lo protee de posibles salpicaduras de los alimentos.

3.- SELECT"R %ARIA#LE DE P"TE!CIA l selector de potencia permite la selección de distintas potencias de cocción mediante ciclos de paro@marcha.

4.- REL"$ TEMP"RI5AD"R s un reloj $ue controla el tiempo de funcionamiento del horno. :uede controlarse entre *D y 48D.


6.- PIL"T" DE &!CI"!AMIE!T" Se ilumina cuando la tecla de puesta en marcha est' pulsada, la puerta cerrada y el temporizador en posición de funcionamiento.

7.- TECLA DE PESTA E! MARCHA :uls'ndola comienza el proceso de cocciónE pre%iamente se habr' seleccionado, con el selector, la potencia y con el temporizador, el tiempo. Si durante la cocción se abre la puerta, la tecla debe %ol%er a pulsarse para continuar una %ez $ue la puerta haya sido cerrada.

8.- TECLA APERTRA PERTA :ulsando act7a el mecanismo $ue abre la puerta y desconecta el paso de corriente a todos los receptores, e3cepto a la l'mpara de luz interior del horno, siempre $ue el temporizador esté conectado.

9:.- L5 I!TERI"R Se trata de una lamparita $ue ilumina el interior del horno. /unciona siempre $ue el temporizador no esté en posición F0F y no haya nin7n termostato de seuridad, bien del horno o del manetrón, abierto.

SI!TERI5ACI"!' Sinterizacion es el tratamiento térmico de un pol%o o compactado met'lico o cer'mico a una temperatura inferior a la de fusión de la mezcla, para incrementar la fuerza y la resistencia de la pieza creando enlaces fuertes entre las part-culas. n la fabricación de cer'micas, este tratamiento térmico transforma de un producto en pol%o en otro compacto y coherente. a sinterizacion se utiliza de modo eneralizado para producir formas cer'micas de al7mina, berilia, ferrita y titanatos.

En la sinteri!acion las "art#culas coalescen "or di$usi%n al estado s%lido a mu& altas tem"eraturas' "ero "or de(a)o del "unto de $usi%n o *itri+caci%n del com"uesto ,ue se desea sinteri!ar. En el "roceso' se "roduce di$usi%n at%mica entre las su"er+cies de contacto de las "art#culas' lo ,ue "ro*oca ,ue resulten -ases de la sinteri!acion

&ases de la sinterizacion


:ara la fabricación de una pieza mediante sinterizado se siuen las siuientes etapasG •

Cbtención del pol%o

•

:reparación del pol%o

•

1ompactación

•

Sinterizacion

•

&cabado de la sinterizacion

I%.MATERIALES, E;IP"S E I!STRME!T"S  =n :irómetro arcaG S>)&+A C+C SH*, SH) 2840*I, *00@240<      

1.&., 80@ 60>z. =n 1ontractor &H1&G 1*/*80, 280&, *000<. =n ;ermómetro tipo JKL (*600 M1" =n ;ermómetro de mercurio ;M a3 560M =n Hecipiente aislante =n >orno microondas de uso domestico marca Samsun &6*0 2 uestra de cer'mica

Muestras arbotina Hesiduo de ;rupal

• •

 2 suceptores de carburo de silicio (Si1"  Celular marca Sonn& Ericson /.0 m"1 %. PR"CEDIMIE!T" E
Se ha trabajado con un horno microondas de uso domestico de uso domestico marca Samsun &6*0, de *000 ! potencia de salida y 2.48 B>z de frecuencia. :ara el proceso de sinterizado se modifica el horno adecu'ndolo a los re$uerimientos técnicos necesarios.

•

a muestra se coloca en el interior del recipiente aislante, y se acomodan dos susceptores de carburo de silicio (Si1" sin contacto con la muestra se tapa y se coloca dentro del horno microondas y el e$uipo refrierante.


•

+e esta manera $ueda listo para iniciar el sinterizado en microondas. as etapas de calentamiento se realizan de la siuiente maneraG

a n el display de el microondas se selecciona el tiempo 50 minutos (se

=

c d

e

presionan los dejitos 5,0,0,0 y se %era N5000O",seuidamente se selecciona el ni%el de potencia al 20P(se presiona el botón ni%el de potencia y el diitó y se %era N20O",una %es finalizado medir las temperatura de interior, e3terior del refractario de al7mina. ueo de medir las temperaturas se procede a reiniciar e proceso con un tiempo de 50 minutos, seuidamente se selecciona el ni%el de potencia al 40P se continua el calentamiento presionando el botón de inicio, una %es terminado se precede a medir las temperaturas. & continuación en un tiempo de *0 minutos y el ni%el de potencia a 0, se presiona el botón de ni%el de potencia y el d-itos  y se %era N0O.  tomamos datos.  terminado por un tiempo de 40 min a potencia de *00P se selecciona el J0L y aparecer' en la pantalla N>fO, ya a partir de esta etapa se recomienda aceptar el sistema de refrieración e3terna, una %ez finalizado se toma los datos nue%os. =na %ez acabo el calentamiento se deja enfriar hasta la temperatura ambiente.

Fig. °N12. Partes del horno microondas del laboratorio de materiales cerámicos


%I. RESLTAD"S Mediciones 9. Potencia'0: Tiem/o' 9:min Minutos

Tem/eratura

0 min 2min 4Min 7Min 9:Min

52M1 64M1 4M1 *02M1 **M1

0. Potencia ' 2: Tiem/o' 9: min Minutos 0Min 2Min 4Min 7Min 9:Min

Tem/eratura *8IM1 *#5M1 22#M1 265M1 2#IM1

1. Potencia'4: Tiem/o' 9:min Minutos 0Min 2min 4Min 7Min 9:min

Tem/eratura 542M1 58M1 45*M1 4I8M1 8*M1


2. Potencia '7: Tiem/o' 9: min Minutos 0Min 2min 4Min 7Min 9:min

Tem/eratura 88IM1 6*M1 6I*M1 I*IM1 I8M1 GRAFICA TEMPERATURA VS TIEMPO

800 700

9OTENCIA /0

Linear .9OTENCIA /01

9OTENCIA 60

Linear .9OTENCIA 601

9OTENCIA 80



9OTANCIA 50

E:"onential .9OTANCIA 501

Linear .9OTANCIA 501

600 200 500 400 /00 300 0 0

2

30

32

/0

/2

40

42

50

52

 Calculo Del &lu>o De Calor Del Horno Microondas ? El Reci/iente Aislante' +atos de las temperaturas en el horno microondas para un tiempo de #0 minutos a una potencia de 20, 40, 0 !.

Tem/eratura interna Tem/. Pared eterna de la cBmara

P"TE!CIAS 0: @

P"TE!CIAS 2: @

P"TE!CIAS 4: @

P"TE!CIAS 7: @

** M1

2#I M1

8* M1

I8 M1

2M1

5M1

84 M1

62 M1


Tem/. Luna de microondas

28.8 M1

2 M1

5* M1

4*.8 M1

CBlculos de conducti+idad a 0:, 2:, 4:  7: @. Para una /otencia de 0: @' CalculBndola transferencia de calor entre las tem/eraturas T9 997C  T3  03.3C. &sumiendo $ue la temperatura disminuye linealmente de adentro as-a fuera, hallaremos las conducti%idades K*, K2 y K5. )nterpolando hallaremos la conducti%idad térmica de la lana saffil a una temperatura de *2M1.

;emp. (M1" **

K (Kcalh.m.M1"

5*8 840

0.0 0.*044

9  :.:48

kcal −118 0.08−k 1 →k 1 =0.69 = h.m.°C 540 −118 0.1044 − 0.08 315

=n procedimiento similar se hizo para la lana Qo Rool 2500 Q 2

;emp. (M1" 2 260 840

K (Qcalh.m.M1"

0  :.:47 0.0# 0.*48

+eterminación de la conducti%idad para la puerta del microondas ;emp. (M1" 28.8

K (Qcalh.m.M1"

1  :.:97


Para una /otencia de 2: @' CalculBndola transferencia de calor entre las tem/eraturas T9 086C  T2  07C. &sumiendo $ue la temperatura disminuye linealmente de adentro as-a fuera, hallaremos las conducti%idades K*, K2, K5. )nterpolando hallaremos la conducti%idad térmica de la lana saffil a una temperatura de 424M1.

424 −315 540−315

=

k 1

;emp. (M1"

K (Qcalh.m.M1"

2#I

9  :.:807

5*8

0.0

840

0.*044

0.08

−

0.1044 − 0.08

→ k 1

0.0928

=

kcal h.m.°C

=n procedimiento similar se hizo para la lana Qo Rool 2500 Q 2

;emp. (M1" 5

K (Qcalh.m.M1"

;emp. (M1" 2

K (Qcalh.m.M1"

0  :.:494

1  :.:97


Para una /otencia de 4: @' CalculBndola transferencia de calor entre las tem/eraturas T9 397C  T2  19C. &sumiendo $ue la temperatura disminuye linealmente de adentro as-a fuera, hallaremos las conducti%idades K*, K2, K5. )nterpolando hallaremos la conducti%idad térmica de la lana saffil a una temperatura de 84M1.

548 −315 760 −315

=

k 1

;emp. (M1" 5*8

K (Qcalh.m.M1" 0.0

8*

9  :.:78

I60

0.*80

0.08

−

0.1508− 0.08

→ k 1

0.089

=

kcal h.m.°C


;emp. (M1" 84

K (Qcalh.m.M1" K2  0.0254

;emp. (M1" 5*

K (Qcalh.m.M1" K5  0.0*


Para una /otencia de 7: @' CalculBndola transferencia de calor entre las tem/eraturas T9 64:C  T2  29.313C. &sumiendo $ue la temperatura disminuye linealmente de adentro as-a fuera, hallaremos las conducti%idades K*, K2, K5. )nterpolando hallaremos la conducti%idad térmica de la lana saffil a una temperatura de 5M1.

;emp. (M1" I60

K (Qcalh.m.M1" 0.*80

I8

9  :.9463

840

0.*#I2

k 1− 0.1508 kcal −760 → k 1 =0.1675 = 980−760 0.1972− 0.1508 h.m.°C 838


;emp. (M1" 62

K (Qcalh.m.M1"

;emp. (M1" 4*.8

K (Qcalh.m.M1"

0  :.:012

1 :.:97


Calculo Transferencia De Calor Del Horno Microondas' 1alculo de transferencia de calor total a una potencia de 20 !.  1uandoG

<9 <0 <1

:.:63 m

9

:.:48

T9

T2

0.028 m K2 0.06 0.04 m K5 0.0* ** 28.8 1omo la transferencia de calor es constante en todas las capas debido al flujo estacionario, podemos usar la siuiente fórmulaG

T 1−T 4

q=

X 1 X 2 X 3 k 1

k 2

+

k 3

( 118 −25.5 )

q=

(

(

q

+

0.075 0.069

111.06

=

0.068

Kcal h.m

Q=23.20

Q=3.33

)+(

0.025

2

Kcal 2

h.m

Kcal h

=

)+(

0.04 0.018

)

Q → Q qxA At =

2

x 0.03 m

2

h . m ° C ) Kcal


1alculo de transferencia de calor total a una potencia de 40 !.  1uandoG

<9 <0 <1

Q=2.34

:.:63 m

9

:.:807

T9

T2

0.028 m 0.04 m

K2 K5

0.06*6 0.0*

2#I

2

Kcal h

1alculo de transferencia de calor total a una potencia de 60 !.  1uandoG

<9 <0 <1

Q=3.53

:.:63 m

9

:.:78

T9

T2

0.028 m 0.04 m

K2 K5

0.0254 0.0*

8*

5*

Kcal h

1alculo de transferencia de calor total a una potencia de 0 !.  1uandoG

<9 <0 <1

Q=5.74

:.:63 m

9

:.9463

T9

T2

0.028 m 0.04 m

K2 K5

0.0254 0.0*

I8

4*.8

Kcal h

%II.DISCSI)! DE RESLTAD"S


%III. C"!CLSI"!ES ❖ Se aprendió a manejar el horno microondas, y su manipulación de tiempo y de la potencia. ❖ Se determinó la transferencia de calor del horno microondas para las potencias de 20, 40, 60 y 0 !.  se obtu%ieron los siuientes %aloresG



Q=3.33

Kcal h



Q=2.34

Kcal h



Q=3.53

Kcal h



Q=5.74

Kcal h

REC"ME!DACI"!ES'


I<.#I#LI"(RA&IA' H"R!" MICR""!DAS httpGRRR.e3plora.clinde3.phpToptioncomUcontentV%ieRarticleVid8I8Gi$ue@onda@ con@el@microondasVcatid205Gciencias@fisicas@y@matematicaV)temid*0#0

Informe de Sinterizacion

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