Ingeniero Industrial

Estudio termodinámico del horno








Introducción

Un horno es un dispositivo que genera calor y que lo mantiene dentro de un compartimento cerrado. Se utiliza generalmente en la cocina para cocinar, calentar o secar alimentos.
La energía calorífica utilizada para alimentar un horno puede obtenerse directamente por combustión (leña, gas u otro combustible),radiación (luz solar), o indirectamente por medio de electricidad (horno eléctrico), el cual sería nuestro caso.

Fundamento físico:

El horno eléctrico es un dispositivo que transforma energía eléctrica en energía calorífica. Esto es posible gracias al conocido efecto Joule:

Los sólidos tienen generalmente una estructura cristalina, ocupando los átomos o moléculas los vértices de lasceldas unitarias, y a veces también el centro de la celda o de sus caras. Cuando el cristal es sometido a una diferencia de potencial, los electrones son impulsados por el campo eléctrico a través del sólido debiendo en su recorrido atravesar la intrincada red de átomos que lo forma. En su camino, los electrones chocan con estos átomos perdiendo parte de su energía cinética, que es cedida en formade calor.
Por lo tanto, la energía cedida en forma de calor Serra mayor cuanto mayor sea la oposición del conductor al flujo de corriente, es decir, cuantas más colisiones se den. Esta propiedad de los conductores es la resistividad. Potencia joule= I^2*R


Por eso mismo el horno transmite calor a los alimentos mediante una resistencia atravesada por una corriente eléctrica.Descripción del equipo



Funcionamiento:

Eliges un tipo determinado de calentamiento, véase grill, con ventilación, descongelar, etc. Posteriormente selecciones la temperatura de operación, la resistencia transmite calor al interior del horno hasta alcanzar la temperatura deseada. El horno pita, y es entonces cuando se introducen los alimentos para cocinarlos.Ficha técnica:
Existen muchos tipos de hornos como hemos mencionado al comienzo del trabajo, pero el que hemos utilizado en particular tiene las siguientes características:
Modelo: 3H-125X
Alimentación Eléctrica: 220-230 V
Potencia neta: 1.8 - 2 Kw.
Dimensiones: 59 (ancho) x 60 (alto) cm
Autolimpieza: CatalíticaTemperatura máxima: 250ºC

Imágenes


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Vista frontal

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Se aprecia claramente la resistencia que emite el calor.


Coste de operación anual (C.O.A.):

Una de las ventajas del horno es su bajo coste de mantenimiento, pues consta únicamente de mantener limpio el compartimento interior. Esto hace que los únicos costes sean los de la potencia consumida y el coste delaparato.
Precio horno = 400€
Años de uso = 15
Coste anual= 400/15= 26.67 €/año
Potencia usual= entre 0.8 - 2.0 kW
Consumo medio mensual = 10 kWh
Precio medio del kWh =0.1224 €

C.O.A.= 26.67 + (10 x 12 x 0,1124) = 40.16 €/año




Estudio termodinámico


Consideramos el sistema isóbaro (presión atmosférica). La potencia transmitida la consideraremos en forma de calor, por tanto,desde nuestro punto de vista la resistencia se encuentra fuera de nuestro volumen de control. En nuestro volumen de control no se da trabajo alguno, el volumen de control es constante y el sistema isóbaro. El flujo de calor que entra en nuestro sistema es de 2kW. Lo que queremos analizar, es la proporción de esa potencia que absorbe un fluido que colocamos dentro del horno. En este caso nuestrofluido será agua a temperatura ambiente. Hemos estudiado 4 estados:



|Estado |Entalpía(kJ/kg) |Temperatura(ºC) |Tiempo(s) |Calor(kJ) |Pot útil(kJ/s) |Rendimiento |
|1 |104.8 |25 |0 |0 |0 |0 |
|2...