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Técnicas Experimentales en Metalurgia (Área Ingeniería de Materiales)

Unidad Temática Nº 8

TÉCNICAS EXPERIMENTALES EN METALURGIA

Unidad temática nº 8: Hornos y Medición de temperatura
8.1.: Hornos de tratamiento térmico
Existen muchos tipos de hornos para tratamientos térmicos, que varían en diseño, tamaño, fuente
térmica, temperaturas de operación, modo de calentamiento, medio detransferencia de calor, modo de
operación (continua o tipo batch), etc., de modo que una clasificación exacta resulta virtualmente imposible.
En cuanto al tamaño varían desde pequeños modelos con capacidad de unos pocos gramos, hasta
hornos de base movible que permiten calentar cientos de toneladas de una sola vez. Independientemente de
su tamaño, hay hornos que pueden calentarse con combustibleen forma directa, en cuyo caso la pieza a
tratar queda expuesta a los gases de combustión, o indirectamente, en cuyo caso la pieza queda aislada de
los gases. Además, hay hornos que se calientan por resistencia eléctrica.
8.2.: Modos de Calentamiento
Los tres modos básicos de transmisión de calor son conducción, convección y radiación. Pueden
utilizarse solos o en combinación.
La Conducciónde calor en un sólido tal como una pieza metálica, es la transferencia de calor desde
una parte del sólido a otra, bajo la influencia de un gradiente de temperatura y sin desplazamiento
apreciable de las partículas. Por ejemplo, si la temperatura superficial de una pieza es elevada, el flujo
calórico hacia el centro ocurre por un mecanismo molecular. La conducción involucra la transferencia deenergía cinética desde una molécula a otra en una reacción en cadena. El flujo calórico continúa hasta
alcanzarse el equilibrio. El tiempo involucrado depende de la conductividad del metal, siendo en general
relativamente rápido.
En la mayoría de los tratamientos térmicos, la conducción juega un rol menor en el total de calor
transferido desde la fuente a la pieza; sin embargo, es el únicomodo de transferencia desde la superficie de
ésta al centro. Una excepción a este rol minoritario ocurre en el baño de sal con electrodo inmerso y en el
lecho fluidizado. Mientras que los tres modos están presentes en estos casos, la conducción juega un papel
importante debido a que el medio caliente está en contacto directo con la superficie del metal.
La Convección involucra la transferenciade calor por mezcla de una parte del fluido (líquido o gas)
con otra. El movimiento del fluido puede deberse enteramente a la diferencia de densidad producto de la
diferencia de temperatura, como en la convección natural, o puede producirse por medios mecánicos, como
en la convección forzada. Usualmente se utilizan ventiladores para incrementar el coeficiente de
transferencia térmica delsistema.
La figura 8.1 muestra un horno que se calienta por recirculación de aire forzado. Los calefactores
eléctricos se ubican aparte de la cámara de trabajo. El aire en el horno se fuerza a través de la cámara de
calentamiento a alta velocidad y luego a la cámara de trabajo. Este sistema permite controlar la temperatura
con excelente precisión. Este método de calentamiento es altamente eficientehasta aproximadamente 500

Dra. Stella Ordoñez - Depto. de Ingeniería Metalúrgica - Universidad de Santiago de Chile

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Unidad Temática Nº 8

ºC. Aunque se le utiliza a mayores temperaturas, la eficiencia del calentamiento por convección decae
bastante.

Figura 8.1.: Horno de baja temperatura calentado porconvección

Radiación: Un cuerpo emite energía radiante en todas direcciones por medio de ondas electromagnéticas de
longitud de onda en el rango de 4 a 7 mm. Cuando esta energía golpea a otro cuerpo, parte de ella es
absorbida, elevando así el nivel de actividad molecular y produciendo calor, y parte es reflejada. La cantidad
absorbida depende de la emisividad de la superficie receptora. El...