UNIVERSIDAD CATOLICA DEL NORTE

FACULTAD DE INGENIERIA Y CS. GEOLOGICAS

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA METALURGIA Y MINAS

PROPIEDADES TERMICAS DE LOS COMPONENTES DE UN HORNO

Integrantes: Jose Mamani

Dominio Conceptual Dominio Metodológico

Conclusión

Aplicaciones

Método

Teoría y principios

Ecuaciones

Estimar el flujo de calor que se emite por la puerta y la conductividad térmica del material aislante de un horno mufla.

Objetivos

Fantasía o MetáforaEs necesario mantener la hervidora eléctrica herméticamente sellada para que alcance su punto de ebullición lo mas rápido posible.

Las muflas están diseñadas para cumplir una gran variedad de aplicaciones en distintas áreas como: trabajos de laboratorio, procesos de control, secado de precipitado, calcinación de precipitado, tratamientos térmicos y ensayos de fundición.

Para determinar las propiedades térmicas de los componentes de un horno, se comenzó la medición de la puerta del horno en la cara interior y exterior con una huincha metálica, también se midió el material aislante con el horno frio. Posteriormente se procedió a encender el horno hasta 500 °C estabilizado, luego con un pirómetro se comenzó a tomar la temperatura de la cara externa en 4 puntos equidistantes del horno. Luego tomar medidas de temperatura de las paredes y el piso del laboratorio en 4 puntos equidistantes. Finalmente se midió la temperatura del ambiente del laboratorio con un termómetro de alcohol.

Un horno de mufla es un tipo de horno de reverbero. Se emplea este horno en la fundición  de los metales desde la antigüedad. Con el horno mufla se consigue la purificación de los metales de sus impurezas, separar varios metales que están mezclados en sus menas.

En una pequeña pieza de forma semicilíndrica que se abre al exterior y que se llama mufla, se coloca el cuerpo que hay que calentar y de este modo se halla fuera del contacto de los productos de la combustión y expuesto, por el contrario, a la acción oxidante del aire.

Pequeños agujeros practicados en la mufla producen una aspiración continua del aire exterior lo que asegura una corriente constante alrededor de los objetos que contiene.

Las muflas cuentan con dos principales tipos, las cuales cubren perfectamente la necesidad que se requiera: Mufla de combustible y tipo eléctrico. Alcanzando temperaturas muy elevadas (1200-1700°C)

Resultados

Se puede observar que existe una gran diferencia entre la energía q de transfiere por convección y la que se transfiere por radiación, además experimentalmente el coeficiente del refractario calculado es y el teórico es esto nos demuestra que pese a las variables que pudieron afectar la experiencia, el resultado final no se vio perturbado.

Q radiación 0,1026 WQ conveción 0,256 WQ conducción 0,359 W

Gráficos

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

1

Wat

ts

Flujos

Flujo de calor horno mufla

Qcond

Qconv

Qrad

Anexos

Tablas:

- Tabla 1:

  material aislante Puerta emisividad

largo (mt) 0,217 0,495 0,39

ancho (mt) 0,212 0,47  

espesor (mt) 0,043 0,04  

ki 0,0017    

ki   22,6  

2rea (mt^2) 0,046004 0,23  

Datos necesario para los cálculos de flujos de calor

- Tabla 2:

 Temperatu

ras (°C)°C °C °C

Promedio (°C)

Promedio (Kelvin)

Horno 20,6 20,6 20,6 20,7 20,63 293,78

Piso 19,6 19,4 19,5 19,3 19,45 292,60

Pared 19,8 20,2 19,6 19,6 19,8 292,95

Aire         18 291,15

Datos de las temperaturas tomadas en laboratorio y sus respectivos promedios por sector

- Tabla 3:

hc 2,12 W/(m^2*K)

delta t 2,63  

Conveccion 0,2566 (w)

Datos para calcular el flujo de calor por convecion y su resultado

- Tabla 4

Tpar 292,78 K

Ts.e 293,78 K

Radiacion 0,1026 W

Datos para el cálculo del flujo de calor por radiación y su resultado

- Tabla 5

Qcond 0,359 W

Ts.e 293,775 K

Ts.i 773,150 K

A 0,046 mt^2

Ki mat. Ais. 0,002  

Ki acero Inox. 22,600  

A(Ts.e - Ts.i)*-1 22,053  

A(Ts.e - Ts.i)*-1/Qcond 61,395  

Espesor/Ki 0,002  

  61,393  

k2 0,00065 W/(m*K)

Datos necesarios para sacar el K2

- TABLA 6

Flujos Valor (W)

Qcond 0,359

Qconv 0,2566

Qrad 0,1026

Resumen de los resultados obtenido experimentalmente

Grafico:

Grafico de los distintos flujos de calor

Formulas:

A: Es el área de la cara transversal al flujo de calor (m2)

Ts.e: Es la temperatura de la superficie externa de la puerta (K)

Ts,i: Es la temperatura de la superficie interna de la puerta, que se supone igual a la temperatura indicada por el medidor del horno (K)

ΔXi: Es el espesor de la capa i (m)

Ki: Es la conductividad térmica de la capa i (W/(mK)), en este caso de lámina de acero inoxidable y material aislante (disponibles en apéndices de libros de transferencia de calor)

N: es el número de capas que compone la puerta

Hc: es el coeficiente de transferencia de calor por convección (W/(m2K))

Hc = 1,4*(ΔT/L) 0,25

ΔT = Ts.e - T∞

T∞: Es la temperatura promedio del aire en el recinto (K)

L: Es la altura de la superficie (m)

Ԑs.e: Es la emisividad (irradiación) de la superficie externa, en este caso, es la emisividad de una pintura de aluminio (disponible en apéndices de libros de transferencia de calor)

Tpar: Es la temperatura promedio de las paredes piso del recinto (K)

Discusiones

No se puede determinar una medida exacta en la medición del material aislante, porque tiene un desgaste irregular en la superficie de contacto.

Cuando se toma las medidas con la huincha metálica, se observa un desgaste y no es posible dimensionar la medida exacta. Produciendo errores en la medida y posterior cálculo para determinar la conductividad térmica

Como no se midieron bien se tuvo errores en los flujos de calor de tal modo de que el calor por conducción no es igual al flujo de calor de radiación mas el flujo de calor por convección.

Conclusiones

Se toma como muestra representativa, la medida de la puerta (cara interna del horno) para poder determinar el espesor del material aislante y continuar con los cálculos posteriores.

Se repitió 3 veces la medida en las dimensiones del horno mufla por ambas caras para determinar la medida exacta.

La emisividad es la proporción de radiación térmica emitida por la superficie del material aislante debido a una diferencia de temperatura con su entorno.

Horno Mufla de Alta Temperatura Para Laboratorio

Los Hornos Mufla de Alta Temperatura para laboratorio, son fabricados por Acequilabs son utilizados en laboratorios para realizar pruebas de calcinamiento de muestras, incineración, tratamientos térmicos, entre otros.

Estos Hornos o muflas están equipados con un control digital que se encarga de regular la temperatura. El control realiza una comprobación de temperatura ideal por medio del desarrollo del nuevo algoritmo de Control PID y alta velocidad de muestreo a 100ms, detecta la temperatura de la mufla por medio del sensor de temperatura y se ajusta a la condiciones que tenga programadas el control digital.

El control que poseen muflas de Acequilabs es de un solo punto de ajuste, esto quiere decir, permite al usuario programar una temperatura en un punto deseado y solo debe esperar que la mufla alcance la temperatura programada.

Características generales Control de temperatura digital tipo PID Visualización de temperatura por medio de un display amplio y

LED de alta luminosidad

Resolución: 1 dígito

Temperatura programable

Interruptor luminoso que indica la puesta en marcha

Entrada superior para termómetro de verificación

Partes de una mufla.

Las muflas se componen por ciertos elementos necesarios para su correcto funcionamiento, entre ellos:• Gabinete interno.• Contrapuerta.• Gabinete externo.

• Controladores de temperatura.• Panel de control.

Tipos de horno mufla

Mufla tipo eléctrico

Las muflas eléctricas son aquellas que cuentan con hornos generalmente pequeños con resistencias calefactoras ocultas. Estas son amplia mente utilizadas en laboratorios, talleres pequeños o consultorios dentales

Mufla tipo combustible

Una mufla de combustible alcanza temperaturas muy elevadas, pues su fuente de calor está separada totalmente de la cámara de cocción, de tal

manera que una muestra no puede ser contaminada con gases de combustión.

Materiales y Equipos

Materiales:

Horno mufla

Huincha de medir metálica

Pirómetro o termopar

Termómetro de alcohol

Equipos:

Horno mufla