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Cálculo de las necesidades de energía en un horno de relevo de esfuerzos Energy needs calculation in an effort relieve kiln
E. A. Auces y J. A. Rodríguez Departamento de Ingeniería, Universidad de Monterrey, Morones Prieto 4500 Pte. Garza García, Nuevo León, México. eauces@udem.edu.mx Resumen El estudio se enfoca en el cálculo de las necesidades de energía en un horno cuyo uso es el relevo deesfuerzos, en el cual las piezas son sometidas a un tratamiento térmico después de un proceso de soldadura; para ello se utilizaron los principios termodinámicos de combustión y transferencia de calor. El cálculo del requerimiento de energía se basa en un balance de materia y energía considerando que la energía alimentada por los gases de combustión es igual a la energía que se absorbe tanto en elproducto como en las paredes del horno más la que se pierde por conducción, radiación y con los gases de combustión que salen por las chimeneas. Una singularidad importante es que las paredes del horno están consideradas como colchoneta de fibra cerámica. Palabras claves: Energía, horno, relevo de esfuerzos. Abstract This study is focused in the calculation of energy needs in an effort relieve kilnwhose pieces have been termichaly treated after a welding process. In this way, combustion and heat transfer principles were used. Energy needs calculation is based on mass and energy balance and the consideration that combustion gas inner energy is equal to product absorbed energy and kiln walls plus lost energy for convection, radiation and outer combustion gas. Important stuff is that kilnwalls are considered like a ceramic fiber sheet. Key words: Energy, kiln, effort relieve. 1 Introducción Entre las consideraciones principales en el diseño de un horno se encuentran las necesidades de energía para las condiciones de trabajo requeridas, el material de construcción de las paredes, la forma en que se transportará el material que va a ser sometido al tratamiento térmico; factorimportante cuando se trata de piezas de más de 30 toneladas, las cuales pueden variar en su forma y tamaño. Se presenta aquí un modelo para el cálculo del requerimiento de energía de un horno intermitente (se trabaja por cargas) de dimensiones de 6mx6mx12m, para dar tratamiento térmico a una pieza de 50 toneladas de acero A36 la cual inicia a una temperatura de 25 ºC hasta alcanzar una temperatura desostenimiento de 650 ºC, todo esto en 24 horas. El combustible considerado es gas LP que se compone de 70 % propano y 30 % butano. 2 Bases teóricas 2.1 Balance de energía Se parte de un balance de energía en el que se establece que la cantidad de calor que entra al horno es igual a la cantidad de calor que sale más la que se acumula, Fig.1. Tomando en cuenta esto, se seleccionan los elementos que dealguna manera pueden ganar calor o por los cuales éste puede fugarse o perderse. Estos elementos son: El producto o pieza a tratar, las paredes del horno y las aberturas.

Revista Ciencia e Ingeniería. Vol. 24 No. 3. 2003

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Calor perdido por chimeneas con los gases de combustión (Qch) Calor perdido por aberturas (Qab) Calor perdido por paredes (Qpp)
Fig. 1. Balance de calor para un hornointermitente.

Auces y col. 2.5 Pérdidas por aberturas
Q ab = Q r (AET) (4)

Calor total que entra (Qt)

Calor almacenado en la pieza (Qpi) y en las paredes del horno (Qap)

Donde Qab es el calor que se pierde por radiación a través de las aberturas que existen en el horno (kJ/hr), Qr es el calor radiado (kJ/hr.m2) y AET es el área total efectiva por la cual se pierde calor (m2). En nuestrocaso, se toma como aberturas las chimeneas. El calor radiado se calcula con:
4 4 Q r = σ(T G - T a )

2.2 Calor ganado por el producto El calor ganado por la pieza se calcula con la ecuación:
Q pi = m ∑ Cp pi ∆T (1)

(5)

Donde α es la constante de Stefan – Boltzmann, TG la temperatura de los gases dentro del horno y Ta es la temperatura ambiente.

Donde Qpi es el calor que gana la...