HORNOS Y CALDEROS INDUSTRIALES (CUARTA PARTE)

Continuación

HORNOS Y CALDEROS INDUSTRIALES (TERCERA PARTE)

 

Existen dos condicionamientos básicos que determinan la solución de diseño a determinar . En primer lugar,

la naturaleza de la carga utilizar, que puede ser sólida (pulverulenta, granulada o conformada), líquida, gaseosa o mixta.

 

El primero de los casos es el más habitual,aunque, dependiendo del tipo de sólido a utilizar,el diseño puedeser completamente diferente.

El segundo condicionamiento básico es el objeto del calentamiento, es decir, el objetivo del proceso llevado a cabo: modificación de las características físicas de la carga (secado, fusión, vaporización,fritado, variaciones estructurales,

etc.) o modificación de las características físico-químicas de la carga (con participación del fluido calefactor o no). Una vez claros estos factores básicos, deben analizarse los parámetros a tener en cuenta a la hora de afrontar el diseño del horno. Los más importantes son los siguientes: fuente de energía, temperatura de trabajo del horno, geometría del horno, ciclo de trabajo, disposición de la carga, movimiento de la carga,carga del material, extracción del material una vez procesado, circuito del gas de salida y accesorios.

HORNOS Y CALDEROS INDUSTRIALES (SEGUNDA PARTE)

Seguimos con el tema relativo a los hornos industriales; éstos se clasifican de la siguiente manera:

• TIPO DE CAJA O CABINA (BOX HEATERS)
• Tubos horizontales. Calentamiento simple
• Tubos horizontales. Calentamiento doble
• Tubos Verticales. Calentamiento doble.     

•  TIPO CILINDRO VERTICAL 

Los de primer tipo consisten en un set de cuatro paredes un suelo y un techo generalmente de acero con aislamiento interior de ladrillos refractarios. La sección de convección se sitúa en la parte superior y seguidamente se monta la chimenea. Los tubos de la sección de radiación se montan a lo largo de las paredes y la llama se genera a través de unos quemadores (burners).

 

 



 

 

 

 

 

 

Tubos horizontales. Calentamiento simple

Los tubos están montados horizontalmente en la pared lateral más larga en una capa

simple. Se pueden montar varias series de tubos en paralelo en función del caudal. Se

colocan a una distancia de la pared de 1,5 veces el diámetro de tubería.

La sección de convección se monta directamente sobre la zona de radiación y consiste

en un banco de tubos con distribución triangular equilátera y una separación de dos

veces el diámetro de tubería.

Los quemadores pueden ser de varios tipos inferiores (botton), laterales (side) y finales

(end).

 

Tubos horizontales. Calentamiento doble

En este caso están los tubos montados en el centro colgados sobre soportes.

Tubos Verticales. Calentamiento doble

Los tubos se colocan verticalmente en el centro del horno. Calentándose lateralmente.

Tipo cilíndrico vertical.

Consisten en un casco cilíndrico aislado colocado verticalmente con piso aislante y techo generalmente plano. Los quemadores se sitúan en el suelo. Los tubos se sitúan verticalmente con flujo ascendente-descendente.

La sección de convección es similar a la de los de tipo caja o cabina.



 

HORNOS Y CALDEROS INDUSTRIALES

Son dos dispositivos, bastante comunes por cierto, pero muy importantes en procesos industriales de diversa índole: Los hornos y los calderos.

Discutiremos en éste, y algunos artículos más, lo referente al diseño óptimo y haremos énfasis en lo que es materiales, las fuentes de energía alternativa (biomasa, energía solar, etc.).

Empezaremos con los hornos o "calentadores por combustión"

 Normalmente los hornos se dividen en tres partes:

 

• Sección RADIANTE: donde los tubos están en presencia de la llama. En esta parte la transmisión de calor es por radiación en un 80 % aprox y un 20 % por convección de  la circulación de gases calientes alrededor de los tubos.
• Sección de CONVECCION: Los tubos están fuera del alcance de la llama. Los gases caliente se direccionan a través del paquete de tubos. El calor transmitido es por radiación del CO2 y H2O en los gases calientes además del calor por convección. Los tubos están equipados con aletas par mejorar las condiciones de transmisión de calor.
• Sección de BLINDAJE (SHIELD) Las primeras filas de tubos del área de convección son la zona de CHOQUE (SHOCK) en ella los tubos no tienen aletas,   reciben   la   misma   cantidad   de   calor   por   ambos mecanismos.

AUTOMÓVILES ELÉCTRICOS (TERCER PARTE)

Recarga de baterías en auto eléctrico

 

El mes anterior se dieron referencias específicas respecto al sistema de arranque de vehículos eléctricos, haciendo énfasis en lo que es el controlador de potencia. En esta ocasión nos referiremos a otro punto importante como es la principal fuente de energía: las baterías y su sistema de recarga.

Históricamente uno de los grandes problemas de los vehículos eléctricos era precisamente el relativo al tipo de baterías requeridas que garanticen una autonomía razonable del vehículo, así como también que éstas sean del menor peso posible. Obviamente que las baterías clásicas de Níquel-Cadmio (Ni-Cd) y Níquel-Hidruro Metálico (Ni-MH) no ofrecían una solución del todo satisfactoria a los requerimientos de “liviandad” que permitirían al vehículo alcanzar mayores velocidades. Hoy en dia en cambio, la batería más prometedora ha sido la batería de iones de Litio (Li-ion), que nos acompaña desde inicios de la década de los 90  en una gran cantidad de dispositivos electrónicos como los teléfonos celulares o las computadoras portátiles.

 

Principio de la batería de iones de litio

 

Ventajas de la batería de iones de litio respecto a otras en cuanto a potencia y energía específicas por unidad de masa.

 

 

 

Ventajas de la batería de iones de litio respecto al costo de energía por cantidad de vehículos.

 

No obstante, el tiempo de recarga de las baterías, la relativamente corta vida útil de las mismas así como sus costos y la poca autonomía que suministran siguen siendo los grandes inconvenientes de los vehículos eléctricos si se los compara con los de motor de combustión interna.

 

La carga de un auto eléctrico

Cualquier vehículo eléctrico que utiliza baterías necesita un sistema de carga para recargar las baterías. El sistema de carga tiene dos objetivos:

• Bombear la electricidad en las baterías tan pronto como las baterías permitan.
• Controlar las baterías y evitar dañarlas durante el proceso de carga.

Los sistemas más sofisticados de carga controlan la tensión de la batería, el flujo de corriente y temperatura de la batería para minimizar el tiempo de carga. El cargador envía tanta corriente como pueda sin elevar la temperatura de la batería demasiado. Cargadores menos sofisticados pueden controlar la tensión o amperaje y sólo hacer ciertas suposiciones acerca de las características promedio de las baterías. Un cargador así podría aplicarse la máxima corriente a las baterías a través de 80 por ciento de su capacidad, y luego se corta la corriente a un nivel preestablecido para la final del 20 por ciento para evitar el sobrecalentamiento de las baterías.

Recarga de baterías en un tomacorriente común, mismo celular.

 

El "medidor de gas" en un coche eléctrico es un instrumento de medición simple de voltios o un equipo más sofisticado que controla el flujo de amperios desde y hacia la batería.

El sistema de carga normal del hogar tiene la ventaja de la conveniencia - en cualquier lugar se puede encontrar una salida, se puede recargar. La desventaja es el tiempo de carga.

 

 

 

 

AUTOMÓVILES ELÉCTRICOS (SEGUNDA PARTE)

Primer automovil eléctrico exhibido en el Perú en junio pasado

El mes pasado se dio una somera idea de cómo funcionan los vehículos eléctricos disponibles en el mercado hoy en dia. Se indicó que el elemento fundamental de dichos vehículos era el “controlador” . También se indicó que los motores pueden ser de corriente continua (DC) o corriente alterna (AC), y hay una diferencia adicional:

• Si el motor es de corriente continua, entonces trabajar con tensiones desde 96 a 192 voltios. Muchos de los motores de corriente continua utilizados en los coches eléctricos provienen de la industria de los elevadores eléctricos.
• Si se trata de un motor de corriente alterna , entonces probablemente es un motor  trifásico funcionando a 240 voltios AC con un bloque de baterías de 300 voltios.

El trabajo del “controlador” en un coche eléctrico de corriente continua (DC) es fácil de entender. Supongamos que el bloque de baterías contiene 12 baterías de 12 voltios, conectadas en serie para crear 144 voltios. El controlador toma en 144 voltios y los envía al motor de una manera controlada.

 

Ubicación del controlador en un vehículo eléctrico; dos configuraciones.

 

 

El más simple controlador  DC sería un gran interruptor de encendido / apagado conectado por un  cable al pedal del acelerador. Cuando se presiona el pedal, se enciende el interruptor  y cuando se quita el pie del pedal del acelerador, se apaga. Como conductor, usted tendría que pisar y soltar constantemente el acelerador para mantener al motor encendido y apagado a una velocidad determinada.

Obviamente, ese sistema de encendido / apagado podría funcionar, pero sería incómodo para el conductor, por lo que es el controlador quien hace ese trabajo por el conductor. El controlador lee la configuración del pedal del acelerador desde los potenciómetros y regula la potencia en consecuencia. Digamos que usted tiene el acelerador presionado hasta la mitad. El controlador lee ese ajuste del potenciómetro y cambia rápidamente la potencia al motor como encendido y apagado de modo que está en la mitad del tiempo en cada condición.  Si tiene el pedal del acelerador a 25 por ciento, el controlador  regulará la potencia como encendido al 25 por ciento del tiempo y apagado al otro 75 por ciento.

Controlador  DC de 48 V - 500 W, para un vehículo muy pequeño.

 

La mayoría de los controladores regulan la potencia en pulsos de hasta 15.000 ciclos por segundo, con el fin de mantener la pulsación fuera del rango de audición humana . La corriente pulsada provoca la vibración en la carcasa del motor a esa frecuencia, por lo que mediante un pulso a más de 15.000 ciclos por segundo, el controlador y el motor están en silencio para el oído humano.

En un controlador de CA, el trabajo es un poco más complicado, pero es la misma idea. El controlador crea tres ondas pseudo-sinusoidales . Hace esto tomando la tensión de DC de las baterías en pulsos de encendido y apagado. En un controlador de AC, existe la necesidad adicional de invertir la polaridad de la tensión a 60 veces por segundo. Por lo tanto, en realidad se necesitan seis conjuntos de transistores en un controlador de CA, mientras que sólo se necesita uno en un controlador  DC. En el controlador de CA, para cada fase se necesita un conjunto de transistores para crear voltaje pulsante y otro conjunto para invertir la polaridad.

 

Controlador DC

 

 

 

Controlador AC

 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
http://auto.howstuffworks.com/electric-car.htm
http://elrincondeendesa.pe/2012/06/06/edelnor-presento-el-innovador-auto-electrico-en-el-dia-del-medio-ambiente/
http://www.elitepowersolutions.com/electric_vehicle.html

AUTOMÓVILES ELÉCTRICOS (PRIMERA PARTE)

El presente artículo ha sido inspirado en la entrevista que hiciera la revista Spectrum (publicación del IEEE) a Thomas Form, jefe de investigación de electrónica automotriz de la empresa alemana Volkswagen. Form se refirió entre otras cosas al futuro de los motores para vehículos. Indicó que para recorrer distancias relativamente pequeñas (y obviamente que se transporten cargas de livianas a moderadas, nos referimos al tráfico en una ciudad por ejemplo) será suficiente el motor eléctrico alimentado por baterías recargables, mientras que para las distancias ( y también las cargas más grandes) en el futuro más cercano aún se dependerá del motor de combustión interna en sistemas simples (motores Otto y Diesel) o híbridos. Nos referiremos al primer grupo.

Ya desde hace mucho tiempo nos han venido acompañando los vehículos eléctricos, aunque de manera restringida; pero sólo en las últimas décadas se le ha puesto mayor interés y popularidad debido al tema medioambiental y básicamente como alternativa a la menor disponibilidad de combustibles fósiles en los años venideros.

Debemos diferenciar ante todo un auténtico sistema de propulsión eléctrica y un sistema dual o “híbrido”. El primero no tiene un dispositivo “primario de arranque” o “alternativo de marcha”.

Sistema de Propulsión Híbrido

Puede observarse que un vehículo eléctrico o con “sistema de propulsión eléctrica” el elemento más importante es el “controlador” que gobierna a un motor de corriente contínua (DC) o corriente alternada (CA).

Sistema de Propulsión Eléctrico DC

 El controlador de corriente continua (DC) gobernado con el pedal del acelerador, suministra al motor un tren de pulsos entre 0 y 96 voltios. El pedal del acelerador se engancha a un par de potenciómetros (resistencias variables), y estos potenciómetros proporcionan la señal que indica al controlador de la cantidad de energía que se debe entregar. El controlador puede entregar potencia cero (cuando el coche está parado), potencia (cuando se pisa el pedal), o cualquier otro nivel de energía en el medio.

Sistema de Propulsión Eléctrico AC

El controlador de corriente alterna (AC) es alimentado por una batería de 300 voltios DC, que a su vez son convertidos en 240 voltios AC (trifásico) que alimentarán al motor. Esto se hace utilizando grandes transistores que rápidamente convierten el voltaje de las baterías de encendido y apagado para crear una onda sinusoidal. El controlador proporciona además un sistema de carga de las baterías, y un convertidor DC-DC para recargar la batería de accesorios de 12 voltios.

He aquí algunas estadísticas interesantes respecto a los autos eléctricos:

• La autonomía de estos vehículos es cerca de 80 km.

• El tiempo para acelerar de 0 a 97 km/h es de unos 15 segundos.

• Se emplea unos 12 kilovatios-hora de electricidad para la recarga después de un viaje de 80 km.

• Las baterías pesan alrededor de 500 kg.

• Las baterías duran de tres a cuatro años.

Iremos conociendo detalles más cercanos del funcionamiento de estos vehículos en los artículos subsiguientes; mientras tanto estamos abiertos a las sugerencias e inquietudes de los lectores en nuestra página de facebook porque planeo relanzar y perfeccionar este pequeño espacio. Un cordial saludo para todos.