En la presente tesis se realiza el diseño de un horno basculante de crisol con capacidad para fundir 600 kg de aluminio reciclado en forma de trozos o a granel. El sistema de combustión utiliza gas natural como combustible proveniente de la red de distribución pública de Lima Metropolitana. La temperatura a la que trabaja el equipo será de 760°C (temperatura de colada del aluminio) y el tiempo para realizar todo el proceso no deberá ser mayor a 1 hora para lo cual se utiliza un quemador de alta velocidad con un rango de potencia de operación de 85kW hasta 590 kW. Para obtener el diseño final, primero se realizó una introducción a los parámetros básicos de diseño (propiedades físicas del aluminio, flujos de calor, descripción de los fenómenos de transferencia de calor, entorno de trabajo, etc.) que fueron necesarios para la realización de los cálculos tanto energéticos como mecánicos. Se aplicó la metodología de diseño que permitió conocer el concepto de solución óptimo para las consideraciones de operación establecidas. A partir de esta concepción se realizó el diseño térmico que posibilitó determinar la dimensión de la cámara del horno cuyo diámetro interior es 1083mm; también se definió que el espesor de paredes de aislamiento es de 127mm y se conoció cuál es el flujo de calor necesario para realizar el proceso de fundición encendiendo el horno desde frío (compensación por pérdidas y absorción de calor a través de las paredes). Asimismo, también se realizó el cálculo de la cavidad para la chimenea y de los flujos necesarios de combustible y aire que determinaron el diámetro de tuberías a utilizar para el suministro hacia el quemador con valores de 2 y 4 pulgadas respectivamente. Por otra parte, se hizo el cálculo para los elementos estructurales y de apoyo tales como vigas, ejes, cordones de soldadura, rodamientos y pistones hidráulicos; dichos elementos son la base en donde se soportan todos los demás elementos mencionados además de permitir el giro de la cámara del horno (basculación) para verter el aluminio una vez que este haya alcanzado su temperatura de colada. Finalmente, se realizó el presupuesto del proyecto cuyo monto aproximado es de US$ 57,712.93 para la adquisición de equipos, materiales además de la mano de obra y servicios necesarios para ejecutar la fabricación y montaje del equipo. / Tesis

En la presente tesis se realiza el diseño de un horno basculante de crisol con capacidad para fundir 600 kg de aluminio reciclado en forma de trozos o a granel. El sistema de combustión utiliza gas natural como combustible proveniente de la red de distribución pública de Lima Metropolitana. La temperatura a la que trabaja el equipo será de 760°C (temperatura de colada del aluminio) y el tiempo para realizar todo el proceso no deberá ser mayor a 1 hora para lo cual se utiliza un quemador de alta velocidad con un rango de potencia de operación de 85kW hasta 590 kW. Para obtener el diseño final, primero se realizó una introducción a los parámetros básicos de diseño (propiedades físicas del aluminio, flujos de calor, descripción de los fenómenos de transferencia de calor, entorno de trabajo, etc.) que fueron necesarios para la realización de los cálculos tanto energéticos como mecánicos. Se aplicó la metodología de diseño que permitió conocer el concepto de solución óptimo para las consideraciones de operación establecidas. A partir de esta concepción se realizó el diseño térmico que posibilitó determinar la dimensión de la cámara del horno cuyo diámetro interior es 1083mm; también se definió que el espesor de paredes de aislamiento es de 127mm y se conoció cuál es el flujo de calor necesario para realizar el proceso de fundición encendiendo el horno desde frío (compensación por pérdidas y absorción de calor a través de las paredes). Asimismo, también se realizó el cálculo de la cavidad para la chimenea y de los flujos necesarios de combustible y aire que determinaron el diámetro de tuberías a utilizar para el suministro hacia el quemador con valores de 2 y 4 pulgadas respectivamente. Por otra parte, se hizo el cálculo para los elementos estructurales y de apoyo tales como vigas, ejes, cordones de soldadura, rodamientos y pistones hidráulicos; dichos elementos son la base en donde se soportan todos los demás elementos mencionados además de permitir el giro de la cámara del horno (basculación) para verter el aluminio una vez que este haya alcanzado su temperatura de colada. Finalmente, se realizó el presupuesto del proyecto cuyo monto aproximado es de US$ 57,712.93 para la adquisición de equipos, materiales además de la mano de obra y servicios necesarios para ejecutar la fabricación y montaje del equipo.

Anualmente, en Perú se producen alrededor de 7 millones de toneladas de basura al año, de los cuales el 18.5% corresponde a material reciclable, donde solo el 3.6% llega a ser reciclado. El aluminio es un material reciclable, cuyo proceso para su reutilización consume menos del 95% de energía que se requeriría para producir la misma cantidad de aluminio. Actualmente, Perú no cuenta con alguna empresa u organización que se encargue del reciclaje de las latas de aluminio, a pesar de que al año se consumen, por lo menos, 322 millones de latas; solo se cuenta con organizaciones que acopian las latas desechadas, las compactan y las venden a empresas extranjeras para su reciclaje. Esto ocasiona que las latas ocupen hasta 20 veces el volumen que ocuparían si el aluminio fuera transportado en lingotes en lugar de cubos de latas compactadas. El presente trabajo tiene como objetivo diseñar una alternativa para la reducir los residuos ocasionados por las latas de aluminio que no son recicladas, específicamente, para ser utilizada en la ciudad de Puno, con una capacidad para fundir 12 kg/día de trozos de latas de aluminio utilizando un concentrador solar tipo disco parabólico. Según los cálculos realizados para el diseño energético y estructural del sistema de fundición, se necesitan alrededor de 4.6 kW de energía térmica durante todo el horario de operación del sistema (10:00 a 14:00 horas) para lograr fundir 12 kg de trozos de latas de aluminio. El concentrador solar tipo disco parabólico utilizado en el sistema de fundición tiene 4 m de diámetro y es capaz de entregar al proceso alrededor de 5.8 kW energía solar concentrada, lo cual se traduce en un factor de seguridad de, al menos, 1.26 para el proceso de fundición y colada de los trozos de aluminio. El mes con menor irradiancia solar es Junio, por lo tanto, se tomaron los datos calculados para el día 11 de ese mes a las 14:00 horas, resultado que indica que la radiación solar en ese momento es de 834 W/m2. Los trozos de latas de aluminio ingresan al sistema de fundición en lotes de 2 kg, por lo que, dentro de las 4 horas de operación, se realizan 6 cargas de material y, es al final, que se termina el proceso al llevar los 12 kg de aluminio fundido a la temperatura de colada (760°C) y vaciar la fundición en moldes de lingotes. El sistema de fundición tiene las siguientes dimensiones principales: ancho de 4.28 m, largo de 5.07 m y una altura de 5.08 m. El sistema presenta una masa de 980 kg y el costo total del sistema es de 52 mil soles, aproximadamente.