Descripción
Son dispositivos de intercambio de calor en los que un sólido o un fluido se calienta básicamente por radiación, gracias a la combustión en un recinto cerrado de un combustible cualquiera, sea este sólido, líquido o gaseoso.
El objeto del calentamiento puede ser muy variado,
- Alcanzar la temperatura necesaria para que se produzcan las reacciones químicas necesarias para la obtención de un determinado producto.
- Cambios de estado (Fusión de los metales y vaporización).
- Ablandar para una operación de conformado posterior.
- Tratar térmicamente para impartir determinadas propiedades.
- Recubrir las piezas con otros elementos, operación que se facilita frecuentemente operando a temperatura superior a la del ambiente (Vitrificado de los productos cerámicos)
La energía calorífica requerida para el calentamiento de los hornos puede proceder de:
- Gases calientes producidos en la combustión de combustibles sólidos, líquidos o gaseosos que calientan las piezas por contacto directo entre ambos o indirectamente a través de tubos radiantes o intercambiadores en general.
- Energía eléctrica en diversas formas:
- Arco voltaico de corriente alterna o continua
- Inducción electromagnética
- Alta frecuencia en forma de dielectricidad o microondas
- Resistencia óhmica directa de las piezas
- Resistencias eléctricas dispuestas en el horno que se calientan por efecto Joule y ceden calor a la carga por las diversas formas de transmisión de calor. A los hornos industriales que se calientan por este medio se denominan hornos de resistencias.
CLASIFICACIÓN y TIPOS DE HORNOS INDUSTRIALES
- Hornos por lotes
Estos se emplean primordialmente para tratamientos térmicos de metales como templado, normalización y estiramiento, y para la desecación y la calcinación de artículos de cerámica. Los hornos por lotes se emplean en el procesamiento de compuesto químicos para los mismos fines que los secadores de bandejas y carretillas por lotes, donde la temperatura del proceso o desecación sobrepasa a la que pueden tolerar las paredes metálicas no revestidas.
- Hornos de tiro por convección forzada
Se emplean para el tratamiento térmico a granel de piezas metálicas pequeñas. Éstas se suspenden en una canasta de malla, en tanto que las de mayor tamaño se colocan en estantes. El calentamiento del aire se efectúa por medio de bobinas eléctricas. Se tienen un ventilador de lata velocidad de bajo de la canasta que hace circular el aire calentado que asciende por las bobinas o los serpentines, para después bajar atravesando la canasta. Parte del calor se irradia hacia la cubierta externa de la canasta, pero la mayor parte se transfiere por convección directa del gas circulante a los sólidos
- Hornos de hogar rotatorio
Consta de una cámara de calentamiento recubierta con ladrillos refractarios dentro de la cual se tiene un hogar rotatorio de forma anular, revestido con material refractario. Alrededor de la periferia del hogar rotatorio se utilizan sellos de líquido circulante o arena, para evitar la infiltración del aire.
- Hornos de tipo mufla
Se utilizan cuando se deben realizar trabajos que requieren la protección de la carga por medio de atmósferas especiales, como el templado brillante, el templado de herramientas, la sinterización de metales en polvo, etc. En éstos la carga se separa de los quemadores y los gases de combustión mediante un arco refractario, y el calor se transmite por radiación del gas caliente y por convección al arco, así como por radiación de éste a la carga.
- Hornos de cuba
Se utilizan para calentamiento de cerámica, las operaciones realizadas en ellos incluyen desecación, oxidación, calcinación y vitrificación. Estos hornos utilizan quemadores horizontales y el combustible puede ser gaseoso, líquido o sólido. Los hornos de cuba de tiro descendente, constituyen el tipo más común y se utilizan para ladrillos, tubos, losetas y cerámicas.
Su nombre se deriva de la dirección del flujo del gas de combustión cuando entra en contacto con la carga. Los hornos de cuba de tiro ascendente son similares, excepto en lo que respecta a la dirección del flujo de gas, que es ascendente más allá de la carga. Se utilizan comúnmente para cocer utensilios de barro.
Los hornos de estufa representan una variación de los hornos de cuba de tiro ascendente que sirven para cocer ladrillo común. Los hornos de cuba de tipo abrazadera constituyen otra variación de los hornos de tiro ascendente que sirven para cocer ladrillo común. No tienen cubiertas superiores o sistemas para conducir los humos, sino que cuentan sólo con paredes laterales con espacios arqueados para la combustión.
- Hornos continuos
Se utilizan para los mismos trabajos generales que se citaron anteriormente en los hornos de funcionamiento por lotes. Las unidades se calientan con gas, petróleo o electricidad y utilizan circulación directa de los gases de combustión o muflas para transmitir el calor. Los hornos continuos tienen con frecuencia una extensión adicional para enfriar la carga antes de exponerla al aire atmosférico. Los hornos de túnel para cerámica que manejan objetos grandes de forma irregulares deben estar equipados con lo necesario, para tener un control preciso de las condiciones de temperatura y humedad con objeto de evitar cuarteamientos y condensación en el producto.
- Hornos rotatorios de calor directo
Es uno de los hornos de proceso para altas temperaturas de mayor importancia. Sustituye al secador rotatorio ordinario, cuando la temperatura de pared sobrepasa a la que puede tolerar un cubierta metálica no revestida ( 650 a 700 K para acero al carbono) . Las cubiertas o los cascos de hornos rotatorios de cuba están revestidos en parte o en toda la longitud con ladrillos refractarios para evitar el sobrecalentamiento del acero, que traería como consecuencia su debilitamiento.
- Hornos de hogar
El horno Mannheim representa un diseño especial de los hornos circulares de hogar, en el cual el ácido sulfúrico reacciona con cloruro de sodio para producir un conglomerado salino y ácido clorhídrico. Consta de un hogar refractario, cuenta con un arco de carburo de silicio. En el horno de cocido se hacen circular gases de combustión calientes, y la porción principal del calor se transmite por el arco y se irradia al producto en el hogar.
Los materiales de alimentación se mezclan y cargan en forma continua en el centro del hogar, en donde se agitan por medio de brazos agitadores de bajo mando. La carga se mueve en forma gradual hacia la periferia conforme la reacción genera gas de cloruro de hidrógeno. El gas se extrae por un ducto separado hasta el sistema de absorción.
- Hornos de hogares múltiples
Estos equipos constan de una cantidad determinada de hogares de forma anular que van montados uno sobre otro. Estos sirven para calcinar minerales, desecar y calcinar cal, magnesita y lodos de carbonatos, reactivar tierras de decoloración y para la quema de sulfuros para producir dióxido de azufre.
CAMPOS DE APLICACIÓN DE LOS HORNOS INDUSTRIALES.
- Industria siderúrgica
- Industria del aluminio
- Industria del cobre y sus aleaciones que se denominan en general metales no férricos pesados
- Industria de automoción.
- Industrias de productos manufacturados.
- Industria química, en la que incluimos la petroquímica y la farmacéutica.
- Industria cerámica y del vidrio
BIBLIOGRAFÍA
- PERRY H, Robert. Manual del Ingeniero Químico. 6ª Ed. México: McGraw-Hill, 1992.