Cálculo de la transmisión de calor en el diseño de hornos industriales de calentamiento

Abstract

Primeramente, debo definir el término hornos industriales de calentamiento: "Son aquellos en los que se da calor a la carga para elevar la temperatura de ésta, sino que se pretenda que ocurra algún cambio de estado tal como fusión o vaporización. Tales hornos pueden ser de muy diferentes tipos o De acuerdo al origen de su energía los hay eléctricos y de combustión. De acuerdo al tipo de producción que se requiera los hay de carga por lotes y de producción continua La forma; la disposición relativa de la fuente de calor y la carga; la temperatura a que trabajan; la atmósfera en la que debe estar zambullida la carga para su conservación; el flujo de gases; y otros factores más, hacen una enorme variedad de hornos de calentamiento. En el presente trabajo analizo el proceso mismo de la transferencia de calor utilizando para ello los tres mecanismos teóricos básicos: conducción, convección y radiación y aplicándolos directamente al caso de los hornos de calentamiento. Teniendo un buen conocimiento de estos procesos los cálculos de transferencia en los diferentes tipos de hornos se reducen a soluciones particulares. En un horno de calentamiento hay siempre tres procesos térmicos que se deben analizar: uno, la transferencia de calor a la superficie de la carga, que se hace generalmente por convección gaseosa y radiación; dos, la conducción del calor de la superficie de la carga a todo el volumen, dando lugar a una distribución de temperaturas que es necesario conocer; y tres, las pérdidas generales de calor del horno, ya sean por conducción a través de las paredes radiación por agujeros escape de gases calientes, etc. Todos estos tópicos están cubiertos en los siguientes tres capítulos, pero dándole especial importancia a la transferencia a la superficie de la carga ya que siendo de igual interés no se encuentra en nuestro medio información fácilmente "digerible" al respecto. Todo este estudio de la transferencia de calor en hornos lleva el diseño y proyecto. Dado un caso o un problema particular en calentamiento (sea un ejemplo 20 ton/hr de palanquillas de acero de 10xl0x650 cm a 1200 centígrados) es posible proyectar un horno eficiente y determinar el consumo total de energía, dato necesario para dimensionar la fuente de calor. Haría falta luego el diseño de la construcción, movimiento de gases, y dispositivos de control con respecto al dimensionamiento del horno doy dentro del trabajo los parámetros que llevan a un dimensionamiento óptimo. Para trabajar en ello es necesario dominar la teoría de transferencia y tener gran conocimiento de precios de materiales y servicios de manufactura. Con todo ello únicamente un procedimiento de tanteo puede llevar al dimensionamiento óptimo. Todo esto es trabajo suficiente para un estudio posterior. En el presente trabajo me limitaré al cálculo en un horno de dimensiones previamente fijadas, o escogidas sin optimizar dentro de la experiencia que dan en sus libros algunos diseñadores de hornos.