La 12

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 combustible enforma 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 Conducción de calor enun 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 de energía cinéticadesde 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 único modo de transferenciadesde 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 transferencia de calor por mezcla de unaparte 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 del sistema. La figura 8.1 muestra unhorno 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 eficiente hasta aproximadamente 500

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

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

Figura 8.1.: Horno de baja temperatura calentado por convección

Radiación: Un cuerpoemite 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 emisor cede calor o energía. De acuerdo...