horno

UNIVERSIDAD SAN FRANCISCO DE QUITO

Diseño y Construcción de un Horno de Crisol para Fusión
de Metales por Inducción

Andrea Carolina Landázuri Flores

Tesis de grado presentada como requisito para la
obtención del título en Ingeniería Química

Quito, Julio 2007

Universidad San Francisco de Quito
Colegio Politécnico

HOJA DE APROBACIÓN DE TESIS

Diseño y Construcción de unHorno de Crisol para Fusión
de Metales por Inducción

Andrea Carolina Landázuri Flores

Gustavo Muñoz Rivadeneira, Ph.D. ………………………………………………………..
Director de Tesis y
Miembro del Comité de Tesis

Carlos Fabara, M.Sc.
Miembro del Comité de Tesis

………………………………………………………..

César Zambrano, Ph.D.
Miembro del Comité de Tesis

………………………………………………………..

Fernando Romo, M.Sc
Decano del ColegioPolitécnico

………………………………………………………..

Quito, Julio 2007

2

iii

© Derechos de autor
Andrea Carolina Landázuri Flores
2007

iv

A Dios,

a mis padres, Pablo y Carmita,
quienes me brindaron su ayuda siempre que la necesité,

a mi hermano, Pablo,
a quien le debo el gran cambio que di a mi vida,

a mi esposo, David,
quien me impulsó a seguir adelante y a lograr nuestrossueños,

a mis sobrinos, Martín, Emilio y Benjamín o Emanuela.

v

AGRADECIMIENTOS

A mi director de tesis, Gustavo Muñoz Rivadeneira, a mis padres, amigos y amigas,
quienes colaboraron en la búsqueda de materiales para la construcción del horno.

A mi tío César Flores por su ayuda en la construcción del sistema basculante para el
horno.

Un especial agradecimiento al IngenieroPatricio Estupiñán, Jefe del Departamento
de Metalografía de la Escuela Politécnica Nacional, por la gran ayuda ofrecida
durante la ejecución de este proyecto.

vi

RESUMEN

El diseño y construcción de un horno de crisol para fusión de metales por inducción
han sido explorados a partir de cálculos fundamentales y principios que rigen la
inducción electromagnética. El horno tiene un volumen de1300 cm3, con una
relación altura-diámetro de 1.43, y 13 espiras de tubería de cobre de ¼ de pulgada.
El modelo teórico se realizó en base a la fusión de aluminio y estaño, y el código
desarrollado utilizando el programa Matlab® es fácilmente modificable, y adaptable a
los criterios del usuario. El crisol contenedor es de grafito, cubierto con tela aislante
de fibra cerámica, y rodeado deuna bobina de cobre que posee conectores para
refrigeración de agua y aplicación de corriente. Posee además una estructura
externa de concreto aislante sostenido en un sistema basculante que permite el
colado del metal fundido. Se proponen varios escenarios para la fusión de distinta
cantidad de carga metálica para lo cual se ha establecido que los parámetros de
control sean la potencia,frecuencia y densidad de corriente. El proyecto culmina con
las experiencias obtenidas durante la fundición de 2 kg de aluminio en el sistema de
inducción VIP POWER TRAK 100-30® del Laboratorio de Fundición de la Escuela
Politécnica Nacional (EPN). Se sugiere que en próximos proyectos se investigue
sobre la posibilidad de acoplamiento del horno construido en el sistema de la EPN, o
la construcciónde un tablero de control computarizado adecuado para el mismo.

vii

ABSTRACT

A crucible-type induction furnace for melting metals has been designed and
constructed from fundamental principles and equations. The furnace capacity is 1300
cm3, with a height-to-diameter ratio of 1.43 and its graphite crucible is surrounded by
an induction coil formed by 13 turns of ¼ inches copper tubing.A theoretical model
has been formulated based on aluminum and tin melting data, and the programming
code has been developed using Matlab®. The code can be easily modified if different
conditions are to be investigated. The crucible is properly insulated from the coil
using ceramic fiber, and the inlet and outlet parts of the tubing has connectors for
cooling water and electric current. The...