INFORME HORNO DE ARCO ELECTRICO TERMINADO 2.docx

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ELABORADO POR: CASILLAS MAQUERA, RUTH CONDORI GUTIERREZ, FABIOLA ESQUIVEL CHIRE, ALICIA HUACARPUMA PEREZ, BRENDA QUISPE HUANCA, MILAGROS QUINTANILLA PALMA,RAMIRO TURPO MALDONADO, HEBER ORTIZ ROJAS, GIOVANNA VEGA TAPIA, MIRZA

AREQUIPA 2014

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HORNO DE ARCO ELECTRICO PLAN DE TRABAJO

ACTIVIDADES

AGOSTO

SEPTIEMBRE

SEMANAS

4

1

2

3

4

DIAS

28

4

11

18

25

elaboracion del plan del trabajo t rabajo



limpieza y preparacion del material de t rabajo



1ra prueba del equipo



implementacion del material



2da prueba del equipo



busqueda previa del equipo



fundicion del plomo



aplicación en la industrial



fundicion de estaño



avanze del informe



fundicion de aluminio con plomo



produccion de diseños



culminacion del informe



presentacion del producto final



presentacion del informe final



2









HORNO DE ARCO ELECTRICO OBJETIVOS GENERAL Determinar de manera específica el funcionamiento del horno de arco eléctrico, y de manera práctica como poder realizar dicho horno para poder fundir uno de los materiales que se pueden fundir en este horno. Conocer de manera clara los compuestos o componentes que comprenden el horno de arco eléctrico y las características de dicho horno para la realización de un proceso de fundición de un metal que este pueda fundir.

OBJETIVOS ESPECIFICOS 





Realizar de manera exitosa la construcción del horno de arco eléctrico para a si poner a funcionar el horno, y conocer el proceso de fundición que realiza el horno de arco eléctrico en uno de los tipos de metales que puede fundir este horno. Analizar el proceso de fundición el cual consistirá en realizar la fundición del metal, a si como también la l a elaboración de la pieza mediante el metal fundido. Evaluar que el procedimiento sea el adecuado para poder fundir el metal y a si realizar la pieza que deseemos.

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QUE ES UN ARCO ELECTRICO PORQUE SE FORMA UN ARCO ELECTRICO UN VISTAZO A LA FISICA DEL ARCO ELECTRICO

................................ 6 b)

PARTES DEL ARCO ..................................................................................................... 7 TIPO DE CORRIENTE

................................................................................................ 7 .................................................................................................. 7 CONVERSION DE CORRIENTE CONTINUA A ALTERNA PARTES DE UN HORNO DE ARCO ELECTRICO

.......................................................................................... 8 ............................................................................................ 9 ...................................................................................................................... 9 POTENCIA ELECTRICA ANALIZANDO EL SISTEMA MECANISMO DE TRANSFERENCIA DE CALOR CALENTAMIENTO Y FUSION DIEFERENTES TIPOS DE HORNOS

a)

HORNOS ELÉCTRICOS............................................................................................... 13

b)

HORNO DE CÚPULA .................................................................................................. 13

c)

HORNO DE INDUCCIÓN ............................................................................................. 14 14

d)

HORNO DE SOLERA .................................................................................................. 14 APLICACIONES EN LA INDUSTRIA IMPACTO EN EL MEDIO AMBIENTE TABLAS

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Un horno de arco eléctrico es aquel que se calienta por medio de un arco eléctrico. Es el más versátil de todos los hornos para fabricar acero. No solo puede proporcionar temperaturas hasta 1930ºC, sino que también puede controlarse eléctricamente con un alto grado de precisión. Debido a que no emplea combustible alguno, no se introduce ningún tipo En la soldadura se utiliza una varilla de aportación de material que en la mayoría de los casos hace de electrodo, y el arco se establece entre la varilla y la l a pieza o piezas a soldar. En algunos casos se utiliza un electrodo de grafito y la energía del arco, que se establece entre el electrodo y la pieza ,funde una varilla adicional que aporta el material de soldadura. En los hornos de arco fusión se coloca la carga en el interior de la cuba y se establece el arco entre los electrodos o entre los l os electrodos y la carga. Pueden disponerse un solo electrodo (Hornos de corriente continua) , dos electrodos dispuestos horizontalmente (calentamiento indirecto por radiación del arco al interior de la cuba) o tres electrodos( hornos de corriente alterna). Se utilizan principalmente para fusión de fundición de acero y, en unos pocos casos, para metales no férricos pesados (aleaciones de cobre)

QUE ES UN ARCO ELECTRICO

Se denomina arco eléctrico o también arco voltaico a la descarga eléctrica que se forma entre dos electrodos dos electrodos sometidos a una diferencia una diferencia de potencial. El arco eléctrico utilizado de forma controlada se ha empleado como fuente de luz, de luz, antes antes de la invención de la lámpara incandescente e incluso después, en la industria la industria cinematográfica para conseguir fuertes intensidades luminosas en la filmación de películas de películas así como en los proyectores los proyectores de las salas de cine. Los efectos caloríficos del arco eléctrico se continúan utilizando en la industria para la soldadura la soldadura de metales de metales y y otros

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El arco eléctrico produce algunas de las mayores temperaturas conocidas que ocurren en la tierra, alrededor de 35,000 grados Fahrenheit. Esto es cuatro veces la temperatura superficial del sol. El intenso calor del arco causa la expansión súbita del aire. Esto resulta en una explosión con muy alta presión del aire. Todos los materiales conocidos son evaporizados a esta temperatura. Cuando los materiales son evaporizados, estos se expanden en volumen (Cobre - 67,000 veces; Agua – 1670 veces). La explosión puede propagar el metal derretido en el aire a mayores distancias con gran fuerza PORQUE SE FORMA UN ARCO ELECTRICO

En el grafito ,los átomos ,los átomos de carbono de carbono presentan hibridación presentan hibridación sp2, esto significa que forma tres enlaces tres enlaces covalentes en el mismo plano a un ángulo un ángulo de 120º (estructura hexagonal) (estructura hexagonal) y y que un orbital Π perpendicular a ese plano quede libre (estos orbitales deslocalizados son

fundamentales para definir el comportamiento eléctrico del grafito). El enlace covalente entre los átomos de una capa es extremadamente fuerte, sin embargo las uniones entre las diferentes capas se realizan por por fuerzas de Van der Waals e interacciones entre los orbitales Π, y son mucho más d ébiles. En la dirección perpendicular dirección perpendicular a las capas presenta una conductividad una conductividad de la electricidad baja y que aumenta con la temperatura, la temperatura, comportándose comportándose pues como un semiconductor. un semiconductor. A A lo largo de las capas la conductividad es mayor y aumenta proporcionalmente a la temperatura, comportándose como un conductor un conductor semimetálico. UN VISTAZO A LA FISICA DEL ARCO ELECTRICO

Para producir el arco necesitamos dos conductores, a los que llamaremos electrodos, y un gas conductor al que denominaremos plasma.

Como ya hemos dichos anteriormente, el arco eléctrico consiste en una descarga de corriente relativamente alta sostenida a través de una columna gaseosa. Ahora bien, los gases, en condiciones normales, son prácticamente aislantes, por lo que para conseguir el arco es necesario que el gas se haga conductor. Para ello, hay que conseguir la separación de sus átomos en iones y electrones; este proceso se denomina ionización. La ionización se consigue por el choque de los electrones que salen de uno de los electrodos con el gas. Un gas ionizado o parcialmente ionizado se denomina plasta.

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b) PARTES DEL ARCO

El arco de soldeo está dividido en tres regiones características:   

Cátodo Columna de plasma Anodo

TIPO DE CORRIENTE

La corriente continua (CC en español, en español, en inglés en inglés DC, de Direct Current) se refiere al flujo continuo de carga electrica a través de unconductor unconductor entre dos puntos de distinto potencial, distinto potencial, que que no cambia de sentido con el tiempo. A diferencia de la corriente alterna (CA enespañol, enespañol, AC AC en inglés, en inglés, de de Alternating Current), en la corriente continua las cargas las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección. Aunque comúnmente se

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La forma de oscilación de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una oscilación senoidal oscilación senoidal (figura 1), puesto que se consigue una transmisión tr ansmisión más eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de oscilación periódicas, oscilación periódicas, tales tales como la triangular o la cuadrada. Utilizada genéricamente, la CA se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las industrias. Sin embargo, las señales las señales de audio y audio y de radio de radio transmitidas por los cables los cables eléctricos, son eléctricos, son también ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin más importante suele ser la transmisión y recuperación de la información codificada (o modulada) (o modulada) sobre sobre la señal de la CA. 8

CONVERSION DE CORRIENTE CONTINUA A ALTERNA

Muchos aparatos necesitan corriente continua para funcionar, sobre todos los que llevan electrónica (equipos audiovisuales, ordenadores, etc). Para ello se utilizan fuentes de alimentación que rectifican y convierten la tensión a una adecuada. Este proceso de rectificació r ectificación, n, se realiza mediante dispositivos llamados rectificadores, llamados rectificadores, antiguamente basados en el empleo de de tubos de vacío y vacío y actualmente, de forma casi general incluso en usos de alta potencia, mediante diodos mediante diodos semiconductores semiconductores o tiristores. PARTES DE UN HORNO DE ARCO ELECTRICO

Son varillas metálicas preparadas para servir como polo del circuito; en su extremo se genera el arco el arco eléctrico. En eléctrico. En algunos casos, sirven también como material fundente. La varilla metálica a menudo va recubierta por una combinación de materiales que varían de un electrodo a otro. El recubrimiento en los electrodos tiene diversas









El ladrillo refractario suele usarse como material aislante. Así todo, el ladrillo refractario denso ordinario tiene una conductividad termal bastante alta. La conductividad termal del ladrillo refractario denso usado para alinear chimeneas es de 1,40 Watts por metro Kelvin (W/(m*K)). Hay ladrillos refractarios de baja densidad usados para alinear áreas no sometidas a impacto, tales como los hornos. Estos ladrillos, compuestos de una cerámica de sílice, tienen una conductividad termal tan baja como 0,24 W/(m*K). 

Retención del calor del ladrillo refractario refractario

El calor específico de un material es la cantidad de energía que toma calentar un kilogramo del material un grado centígrado, medido en Kelvin. La energía se mide en Joules. La cantidad de energía que se almacena en el ladrillo refractario es una función de la densidad del ladrillo multiplicada por el calor específico del material del ladrillo. Un ladrillo refractario denso tiene una densidad energética de 2,52 kilojoules por metro cúbico por grado Kelvin [kJ/(m3*K]. Uno ligero tiene una densidad energética de sólo 0,36 kJ/(m3*K). Por comparación, un ladrillo rojo ordinario tiene una densidad energética de 1,4 kJ/(m3*K). En resumen, un ladrillo refractario denso almacena aproximadamente ocho veces más energía térmica que uno ligero, y puede transmitir el calor a una superficie más fría a alrededor de cinco veces más rápido.

La naturaleza del crisol dependerá del metal o aleación a fundir, de la temperatura que se desea alcanzar y del presupuesto disponible, y su volumen debe estar en correspondencia con la cantidad de metal fundido que necesitamos para formar la pieza deseada en una sola colada. Cuando se trata de temperaturas relativamente bajas como las necesarias para el aluminio (algo mas de 700 °C) o del latón (algo mas de 900°C) se puede utilizar un crisol barato de acero o hierro fundido que son materiales que se funden a más de 1600°C. La durabilidad de tales crisoles no es mucha debido a la elevada corrosión a alta temperatura y

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Esta temperatura de trabajo nos permite moldear piezas de plata, oro, cobre, cobre, y sus aleaciones tales como el bronce y el latón. Evidentemente latón. Evidentemente también sirve para metales de bajo punto de fusión como el el estaño, estaño, el el plomo plomo y y el zinc el zinc 

Hornos de crisoles

Los crisoles son de capacidad variable, pueden contener hasta aproximadamente 160 Kg. de acero POTENCIA ELECTRICA 10

La potencia eléctrica es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energía de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado. La unidad en el Sistema el Sistema Internacional de Unidades es el vatio el vatio (watt). POTENCIA SUMINISTRADA POR EL HORNO Medida Tension (V) Intensidad (A) 1

2.6

76

2

1.7

79

3

1.9

76.5

4

3.1

64

5

2.7

65.9

P=V.A

1kw=1000W

Suma

12

361.4

P(W)

P (KW)

Prom

2.4

72.28

173.472

0.173472 1KW=0.3341 sol

0.057957

POTENCIA DEL TOMACORRIENTE FUNCIONANDO Medida Tension (V) Intensidad (A) 1

197.8

17.4









1

224.5

2.38

2

224.4

2.35

3

223.9

2.34

4

233.5

2.37

5

223.3

2.33

Suma

1129.6

11.77

P(W)

P(KW)

Prom

225.92

2.354

531.81568 531. 81568

0.53181568 1KW=0.3341 sol

0.177844482 11

ANALIZANDO EL SISTEMA

ENERGIA ELECTRICA

HORNO

ENERGIA CALORIFICA











MECANISMO MECANISM O DE TRANSFER TRANSFERENCIA ENCIA DE CALOR

Conducción: Es la transferencia de calor que se produce a través de un medio

estacionario -que puede ser un sólido- cuando existe una diferencia de temperatura. Convección: La convección es una de las tres formas de transferencia de calor y se

caracteriza porque se produce por medio de un fluido (líquido o gas) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales fluidos. Lo que se llama convección en sí, es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido, por ejemplo: al trasegar el fluido por medio de bombas o al calentar agua en una cacerola, la que está en contacto con la parte de abajo de la cacerola se mueve hacia arriba, mientras que el agua que está en la superficie, desciende, desciende, ocupando el lugar que dejó la caliente. Radiación: se puede atribuir a cambios en las configuraciones electrónicas de los

átomos o moléculas constitutivas. En ausencia de un medio, existe una transferencia neta de calor por radiación entre dos superficies a diferentes temperaturas, debido a que todas las superficies con temperatura finita emiten energía en forma de ondas electromagnéticas.

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DIEFERENTES TIPOS DE HORNOS

a) HORNOS ELÉCTRICOS

Estos hornos se utilizan a menudo en fábricas de acero así como de fundiciones. El metal y los aditivos se vierten en el horno. Los aditivos ayudan a separar las impurezas presentes en el metal. El mismo es fundido en el horno a través de la utilización de electrodos de granito o de carbono que crean un arco eléctrico. Para crear un arco eléctrico se ponen en contacto, en forma breve, dos electrodos por sus extremos, por lo general en forma de lápiz, y se establece a través de ellos una corriente intensa (unos 10 amperios) . Esta corriente genera un gran calentamiento en el punto de contacto; al separarse dichos electrodos; se forma entre ellos una descarga luminosa como una llama. La descarga la producen los electrones que van desde el electrodo negativo al positivo, y también, en parte, los iones positivos que se mueven en sentido opuesto. El choque de iones genera un intenso calor en los electrodos, calentándose más el electrodo positivo ya que los electrones que golpean contra él tienen mayor energía total. En un arco abierto al aire a presión normal el electrodo positivo alcanza una temperatura de 3.500ºC.

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c) HORNO DE INDUCCIÓN

Los hornos de inducción utilizan corrientes alternas para crear el calor necesario para fundir el metal. Los refractarios o el revestimiento de éstos están hechos de materiales tales como alúmina, sílice y magnesia. Estos hornos funcionan bien para la fundición de metales tales como hierro así como metales que son no ferrosos. Dentro de los hornos de inducción hay bobinas de cobre que se enfrían con agua. d) HORNO DE SOLERA

Un horno de solera funciona bien para la fusión de pequeñas cantidades de metales no ferrosos. Estos hornos utilizan gas natural o electricidad para producir calor para la fundición. APLICACIONES EN LA INDUSTRIA

Por su versatilidad, economía y adaptabilidad, para la producción de fundición de aceros, hierros y piezas moldeadas con las especificaciones requeridas, el horno de arco eléctrico es actualmente un de las herramientas efectivas para este propósito, compitiendo así con grandes empresas metalúrgicas que emplean el sistema tradicional de producción de acero, a nivel de altos hornos. Tales como:

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IMPACTO EN EL MEDIO AMBIENTE

En la actualidad el aumento de la conciencia en las consideraciones ambientales y, más recientemente, el concepto de desarrollo sostenible han conducido a un aumento en la utilización de residuos sólidos industriales. Dentro de las industrias que generan estos residuos tienen un papel notorio las empresas metalúrgicas, debido al uso de los metales en el sector de la construcción, con un exponente de gran relevancia como es el acero. La industria de la producción del acero genera como residuos, principalmente, escorias. Esta industria investiga continuamente las escorias de acería con el fin de obtener subproductos que puedan ser utilizados nuevamente. Esto quiere decir que asiduamente se busca la forma de valorizar las mismas. No obstante, en la actualidad existen vacíos en el conocimiento para dar una salida integral a estos residuos. r esiduos. La utilización de escorias en lugar de recursos naturales no sólo conlleva un ahorro de recursos naturales no renovables, y la energía necesaria en la extracción de tales minerales, sino que elimina el impacto negativo asociado al vertido indiscriminado de residuos, como son los efectos sobre la biodiversidad o la alteración del paisaje. TABLAS

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ALUMINIO

Punto de fusión

Conductividad térmica

Sílice (SiO2) 1723°C

LADRILLO

Alúmina (Al 2O3) 2050°C

REFRACTATIO

Silice 1,070 W/(K·m) Alumina 26-35 W/(K·m)

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ALEACIONES DEL ALUMINIO

Las aleaciones de aluminio son aleaciones son aleaciones obtenidas a partir de aluminio de aluminio y y otros

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Las aleaciones de aluminio forjado se dividen en dos grandes grupos, las que no reciben tratamiento térmico y las que reciben tratamiento térmico. ALUMINIO 6061

El aluminio 6061 es una aleación una aleación de aluminio endurecido que contiene como principales elementos aluminio, elementos aluminio, magnesio magnesio y y silicio. silicio. Originalmente denominado "aleación 61S" fue desarrollada en 1935.1 1935.1 Tiene buenas propiedades mecánicas y para su uso en soldaduras. Es una de las aleaciones más comunes de aluminio para uso general, especialmente estructuras de alta resistencia que requieran un buen comportamiento frente a la corrosión, camiones, barcos, vehículos ferroviarios, mobiliario y tuberías. COMPOSICIÓN QUÍMICA La proporción de aluminio debe oscilar entre el 95,85 y el 98,56 por ciento, mientras

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