Ideas para construir un horno eléctrico.
De los siguientes enlaces, se obtiene bastante información sobre los hornos eléctricos. http://www.weaponeer.net/forum/forum_posts.asp?TID=2854&KW=Auber&PN=1&TPN=1 http://www.britishblades.com/forums/showthread.php?98310-DIY-heat-treat-oven&highlight=treat http://www.britishblades.com/forums/showthread.php?101352-Yet-Another-Heat-TreatOven&highlight=heat+treat http://www.britishblades.com/forums/showthread.php?99898-Vertical-heat-treat-oven&highlight=heat+treat http://www.freewebs.com/knifemaking/HT%20FURNACE.pdf http://www.budgetcastingsupply.com/ http://foro.metalaficion.com/index.php?topic=77.0
Mi idea, es de hacer algo similar a este que utiliza manta cerámica en vez de ladrillo refractario.
Ladrillos refractarios, hay de diferentes calidades, siendo aparentemente los mas apropiados para el horno, los que menos inercia térmica tengan. Esto es cuestionable, pues dependiendo del uso que vayamos a dar al horno, nos interesara que tenga mas o menos inercia. Cuando digo inercia, me refiero a que los ladrillos absorben parte del calor que reciben y que cuando se apaga el horno, mantienen el calor por mucho tiempo, pero se desperdicia energía hasta conseguir la temperatura de trabajo. Sin embargo, la manta cerámica, refleja casi todo el calor que recibe por lo que tarda menos en coger temperatura de trabajo a cambio de enfriarse igual de rápido c uando se apaga el horno. Aunque esto ultimo es teoría. Hablando con un hermano mio que entiende de estos temas y ha fabricado y reparado algunos hornos industriales, si la estanqueidad es buena, el horno puede tardar muchas horas en enfriarse, tal vez mas de las que nos gustaría, eso se soluciona abriendo la puerta para que se enfrie mas rápido, pero tal vez, sea una ventaja si lo fabricamos con una buena estanqueidad para conseguir normalizados de enfriamiento muy lento.
Hacer alguna carcasa como la de la siguiente imagen, no le veo ningún inconveniente, he realizado varias cosas similares, pero tampoco descarto el cubrir toda la superficie con chapa.
La cuestión es como revestir el horno por dentro. Dentro de lo que he ido investigando, hay básicamente dos tipo de ladrillos, los refractarios de la barbacoa de toda la vida y luego otros casi blancos, que son mucho mas porosos y ligeros, aportando mayor poder de refracción. Y todavía habría un tercer tipo, que son los que utilizan los joyeros cuando sueldan y funden metales con soplete. Estos últimos creo que son bastante caros.
Dandole vueltas, creo que la manta cerámica es la mejor opción, pero esta el problema de que es muy frágil y que posiblemente las ranuras para las resistencias, no aguanten y estas acaben c ayéndose. Este problema lo he podido resolver (teóricamente) tras ver el rigidizante de Efren Cofine. El rigidizante convencional, es bastante claro, y aunque hace su función, en la fragua de gas que veo trabajar ( la de Miquel Segura ) no le veo que tenga mucha consistencia y la manta con el tiempo, acaba desprendiéndose. Le compre a Efren una botella de su rigidizante ( lo fabrica el mismo ) que esta saturado de sílice y la pieza de manta cerámica que vi tratada con su producto, era dura como una piedra. La botella blanca es el rigidizante y lo que hay delante, es un trozo de manta tratada con este producto. Dura de cojones.
Entonces, la idea es : La capa mas externa, de manta cerámica, siguiente de ladrillo refactario, si puedo conseguir los blancos, mejor, si no de los comunes, dos capas mas de manta cerámica y la ultima y mas interior, de manta cerámica con las ranuras para las resistencias ya practicadas y tratada posteriormente con el rigidizante. Creo que con esta combinación de capas, habrá mas que suficiente para conseguir un optimo aislamiento y rigidez suficiente para que aguante las resistencias sin ningún problema.
Las resistencias que pretendo utilizar, son estas, que venden como recambio de sus ho rnos. Aunque se encuentran en varios sitios de internet a buen precio y ya hechas. Potencia entre 2000 y 3000W a 220v.
Las resistencias, tienen la potencia, en función del tipo de hilo utilizado y su longitud. Cuando las recibamos, seguramente serán cortas para el recorrido que tenemos pensado, pero se pueden estirar sin problemas, eso si, procurando que todas las espiras queden mas o menos a la misma distancia. A la hora de seleccionar las resistencias, hay que mirar muy bien, la potencia y voltaje que utilizan. Las que pretendo utilizar yo, son de unos 2000W, pero a 110V, lo que significa que necesito dos unidades y conectarlas en serie para poder conectarlas a 220V. Tambien las hay de un solo elemento a 220V, pero son mas raras. Asegurarse de que es lo que compramos.
Creo que con un horno bien aislado, con 2.000W de potencia seria suficiente, aunque he visto habitualmente el utilizar resistencias en torno a los 3.000W. No es mayor problema, pues el horno arranca y para cuando llega a la temperatura, por lo que la única diferencia, será que con 2.000W tardaremos mas en llegar a la temperatura, pero el coste en electricidad será similar. Si queremos mas velocidad, poner mas potencia. Unas resistencias de 4000W, consumen unos 20A a 220V. Aquí ya estamos llegando cerca del limite de la instalacion eléctrica de una vivienda normal. Por ello y para no sobre ca rgar la instalación de mi casa, he optado por las resistencias de 2000W, si tardan algo mas en calentar, no me preocupa. Eso si, todos lo s componentes eléctricos que utilizare están calculados para aguantar esos 20A, con el fin de tener una instalación sobrada de potencia para el consumo que hare.
El volumen interior del horno, va a ser relativamente pequeño. Calculo que unos 10 cm de ancho por 15 de alto y 40 de profundidad. Estas medidas, las obtengo del uso que pretendo darle, que inicialmente es la de templar una o varias hojas de cuchillos de nos mas de 40cm de largo y la posibilidad de utilizar crisoles de un tamaño aproximado al de un vaso de agua (250cc aprox) para fundir metales como aluminio 650º, cobre 1050º, plata 960º , bronce 920º, todos ellos factibles de fundir por la temperatura que alcanzara el horno, que pretendo sea como minimo de 1.200 grados. Aparte de calentar pastillas de diferentes metales para conseguir Mokume.
El cableado entre las resistencias y el controlador, será de cable con cubierta de silicona especial para aguatar temperatura, aunque no descarto utilizar otro del que tengo buena provisión y que se utiliza para la instalacion de las luces de neon de los carteles publicitarios, aguanta 20.000V y tiene una cubierta de silicona de casi 8mm. Probare con uno y con otro. Aunque acertaremos seguro con el primero.
Llegados al punto de elegir el controlador de temperatura, tengo que investigar un poquito mas sobre ello, pues existen los mas básicos que simplemente encienden y apagan las resistencias al llegar a la temperatura seleccionada y otros de un nivel superior en los que puedes programar la curva de c alentamiento y de enfriamiento. Puedes decirles que la temperatura seleccionada sean por ejemplo 1.000 grados y que vaya subiendo a 10 gr ados por minuto y lo mismo para el enfriamiento. Esta cualidad será muy útil para hacer los normalizados, donde interesa que el enfriamiento, sea lento y constante.
Para el contactor, tengo que mirar precios. Pues a mi m e molesta mucho el “clac, clac” de su actuación, independientemente que de tanto actuar cuando este en la temperatura optima, acabaran chispeándose c hispeándose los contactos. He descubierto que existen una especie de reles de estado solido, que hacen la misma función que los contactores y que soportan la potencia que se necesita. Estos reles son silenciosos, pues no hay contactos móviles, funcionan a base de diodos, con la particularidad de que algunos modelos, pueden llegar a regular el voltaje que entregan para mantener lo mas fielmente posible la temperatura seleccionada. Pero supongo que serán caros. Tengo mirar el precio y evaluar si la diferencia de precio, me compensa. Que supongo será que si.
Despues de una larga charla con mi hermano sobre estos temas y mirar y remirar productos, caracteristicas y precios, lo que he encontrado con mejor relación calidad precio, es esta oferta de ebay 56,50 dolares mas envio: http://cgi.ebay.com/PID-Temperature-Controller-Oven-Thermocouple-SSR-Relay/110594018076?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item19bfeacb1c
Aquí tenemos todo lo necesario para montar el control de temperatura, pero vayamos por partes.
El controlador de temperatura puede tener multiples configuraciones pero como minimo, tiene que ser de 4 digitos y aguantarnos sondas de tipo K hasta 1.300 grados. Puede tener una función o varias de de rampa de temperatura, lo que significa que podemos decirle que vaya bajando desde 1000 a 0 grados por ejemplo en 10 horas, con lo que podemos programar unos normalizados a nuestro gusto. Tambien pueden tener “auto setting control”, con lo que se va configurando continuamente para dar de la mejor manera posible, los impulsos que controlan las resistencias. Y por ultimo, pueden tener simplemente contacto para manejar un contactor, o salida SSR para controlar un rele de estado solido.
Estas son las características del regulador de la foto anterior. A tener en cuenta. Este controlador puede trabajar según la sonda que pongamos, hasta 1800 grados. En la línea “Working Power” nos marca el voltaje y los hercios a los que puede ser alimentado, cualquier fuente de corriente de 85 a 245V de corriente alterna y tanto a 50 como 60Hz. En Europa se utilizan 5 0Hz en America 60Hz, por lo que este aparato viene preparado para funcionar en cualquier continente. En “Control Output”, nos indica que tiene una salida para SSR, esta salida que puede ser diferente según el controlador, nos da un Voltaje de ente 5 y 12V de corriente continua. Este punto es importante ya que tiene que entenderse con el rele de estado solido. El rele acepta un rango de corrientes que suele oscilar entre 3,5 y 32V de corriente continua. Hay que emparejar los componentes, para que uno de, lo que el otro necesita. Por otro lado, dentro del parámetro “Display” pone que tiene Out1 y Out2, por lo que posiblemente tenga los dos tipos de control de salida, uno para contactor (es solo un interruptor) y l a salida SSR que le va enviando al rele, diferentes voltajes para que actue en consecuencia.
Este es un rele de estado solido. Los bornes de potencia L1 y T1 pueden aguantar corrientes de entre 90 y 480V de corriente alterna. Estos son los que cortan y dan la corriente a las resistencias. Los bornes A1 y A2, son los que reciben la señal de control desde el regulador, de 4,5 hasta 32V pero OJO, de corriente continua. Por ello van marcados con un “+” y un “-“, hay que respetar la polaridad desde el regulador.
Las sondas que utilizare, serán de tipo K – 1300 gr ados. Para el que quiera saber mas, el siguiente enlace http://es.wikipedia.org/wiki/Termopar
En las imágenes vemos varios tipo de sondas, en la imagen con el fondo verde, por la forma de la punta no es adecuada, pues si tenemos un horno cuyas paredes tienen 15cm de grosor, se nos hace complejo el utilizar esa forma. La que lleva casquillos de cerámica, si que es adecuada y probablemente mas precisa que la utiliza un casquillo de acero inoxidable como protección, pero en cualquier caso, todas son validas y dependerá de la comodidad de instalacion el elegir una u otra. Por lo que he descubierto sobre las sondas de temperatura, estas son muy sensibles a cualquier tipo de empalme de los cables, debiéndose ir con mucho cuidado. Lo ideal seria que los cables fueran continuos desde la punta del termopar hasta la conexión en el regulador de temperatura y eliminar los conectores que llevan para conectar directamente las puntas de los hilos desnudas en los contactos del controlador. Como estos hilos de la sonda, son de diferentes materiales con diferente resistencia eléctrica, lo optimo seria eliminar cualquier tipo de conexion intermedia, aunque es un poco rizar el rizo, pues todo el material que se vende esta extensamente probado y los márgenes de tolerancia, no van a afectar mucho al rendimiento. La cuestión es comprender como funcionan los termopares para saber las posibilidades que tenemos en la construcción de nuestro horno.
El controlador, recibe la señal de temperatura de la sonda, la va comparando con la temperatura que hemos seleccionado y cuando la temperatura dentro del horno pasa de la solicitada, corta la señal de control para apagar la resistencia y cuando la temperatura esta por debajo, vuelve a activar la señal de control. Pero quien corta realmente la corriente de las resistencias, es el contactor o el rele de estado solido. He buscado componentes para que sean capaces de manejar unas resistencias de 4.000W, aunque no pretendo pasar 2.000W en mi horno (vale mas ir sobrado). Para 4.000W que son 20A a 220V, necesitamos de un contactor o rele que nos aguante esos amperios. Comparando precios, el contactor es siempre mas caro que el rele. El contactor, no deja de ser una especie de interruptor, de varios contactos, que tiene una bobina que recibe el impulso de control y activa los contactos de potencia. Es un aparato mecanico, que hace ruido y que con el tiempo (puede ser muchísimo) se acaba estropeando, bien porque se muere la bobina, o por que los contactos están tan chispeados, que dejan de hacer “contacto”. Para mi es muy molesto el estar escuchando escuchando el (clac, clac, clac, continuo que hacen). Generalmente tienen 3 contactos de potencia, si cada contacto aguanta 20A, se puede ir a unos 60€, si por el contrario, cada contacto aguanta 9 A, podemos repartir la potencia que necesitamos entre 2 o 3 contactos, costando en ese caso el contactor unos 30€. El rele de estado solido, funciona también como un contactor, pero no tiene partes móviles. Todo el proceso se hace electrónicamente, por lo que no tenemos ni ruido ni chispeado de contactos. Por el contrario, tiene un solo contacto de potencia en vez de los habituales 3 del contactor. A mi juicio, tiene mas ventajas que el contactor, pues es capaz de dar impulsos muy cortos y rapidos para mantener mas estable la temperatura de las resistencias que el contactor. Una vez que vemos un esquema de las conexiones eléctricas, tal vez se nos aclaren algo los conceptos.
Las resistencias,
4600 Watts 240 Volts.
Lo mas recomendable, es comprarlas ya hechas, pero tal vez lo que encontremos no se ajuste a nuestras necesidades, por lo que también podemos construírnoslas con un poquito de habilidad, pero lleva realizar unos cálculos que ahora no vienen a cuento. Lo primero es determinar la potencia que necesitamos o con la queremos trabajar, en mi caso he elegido unos 2000W, aunque en el mercado lo mas habitual es encontrarlas sobre los 3000W. Por facilidad para el montaje, lo suyo serian dos elementos, como en la siguente imagen. Conseguimos que solo radie calor las paredes laterales, por lo que la temperatura será mas homogénea, si fuese un elemento continuo, tendríamos también una fuente de calor en la pared trasera, por lo que seguramente habría mas temperatura en el fondo del horno que cerca de la puerta. Es teoría, pues si el horno esta bien aislado, se tendría que repartir la misma temperatura por todo el horno,
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Se han utilizado tornillos para transmitir la corriente hacia el exterior del horno. 1 –union en serie de los dos elementos. 2 y 3 entrada de corriente. Este sistema no acaba de convencerme, yo parase los finales de la resistencia al exterior, haciendo las conexiones 2 y 3 fuera y manteniendo la 1 dentro.
Mas parecido a la siguiente imagen. El color mas apagado de las resistencias cerca de la puerta que se observa en esta imagen, es solamente por la perdida de temperatura al estar la puerta abierta.
Si compramos las resistencias en EEUU, hay que hacer los cálculos oportunos. Dado que allí, la corriente es de 110V AC normalmente encontraremos resistencias resistencias del tipo 1500W a 110V AC con 13,6A. Si juntamos dos en serie, obtendremos 3000W a 220V AC con 13,6A aproximadamente . Si las compramos aquí y encontramos un único elemento de 3000W, podemos cortarlo por la mitad sin problemas, para hacer la instalación como 2 elementos independientes.
Aquí podemos ver dos dos sistemas de conexionado conexionado de las resistencias a los cables de corriente. Esta zona de conexión es critica por las temperaturas que puede alcanzar. Se tiene que utilizar obligatoriamente un cable de sección suficiente para aguantar los amperios que consume la resistencia y sobre todo que tenga recubrimiento de silicona, especifico para aguantar altas temperaturas. La primera imagen utiliza el sistema de tornillos y placa de baquelita exterior, exterior, tanto para aislar la corriente como la temperatura.
En este caso, se ha utilizado una regleta de conexión cerámica, aislando los finales de las resistencias con canutillos de cerámica.
