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En la presente investigación se diseñó un horno con intercambiador de calor utilizando la cascarilla de arroz como combustible en el Molino “El Misti”, usando eficientes tecnologías de la combustión como el lecho fluidizado burbujeante. Este trabajo se tuvo como propósito la generación de energía calorífica para un sistema de secado, evitando la contaminación del grano de arroz por lo gases de la combustión y brindando la temperatura adecuada para el secado. Para elaborar este proyecto se recolecto información de la producción mensual del pilado del arroz y sus subproductos. Además, se conoció las características físicas y químicas más importantes de la cascarilla arroz como valores de calentamiento, composición elemental y la cantidad disponible de cascarilla de arroz para su posterior combustión en el horno. Por consiguiente, se determinó los parámetros de combustión y transferencia de calor con una cantidad prevista de cascarilla de arroz. También, se determinó los parámetros de hidrodinámica de lecho correspondiente al tipo de horno seleccionado. Luego, se seleccionó los materiales e implementos correspondientes para una combustión eficiente a base de lecho fluidizado y para el intercambiador de calor. Por último, se realizó un presupuesto de elaboración del horno con su respectiva determinación de viabilidad económica.

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.

Ingeniero Civil Mecánico / Los sistemas de extracción de gases (SEG) se emplean para extraer gases de combustión y de procesos con el fin de realizar el abatimiento de los contaminantes atmosféricos. Un SEG consiste típicamente de un circuito de ductos de extracción con equipos de: i. Post-combustión, ii. Enfriamiento del flujo, iii. Abatimiento del material particulado, iv. Abatimiento de gases contaminantes, y v. Impulsión. Para el diseño de SEGs se emplea clásicamente la teoría de ventilación y el gas efluente se trata como aire puro, lo cual es una mala aproximación porque la constitución del gas (normalmente conteniendo material particulado) y sus propiedades fisicoquímicas pueden propiciar fenómenos adversos y/o reducciones de eficiencia general. Ante este panorama complejo en este proyecto se propone dar un nuevo enfoque al problema considerando aspectos tales como: i. Composición química variable del gas efluente, ii. Transporte en flujo bifásico (gas + partículas), iii. Incorporación de modernas tecnologías de abatimiento de contaminantes atmosféricos y iv. Incorporación de modernas tecnologías de instrumentación y control de procesos. El proyecto plantea desarrollar y aplicar una metodología de diseño y control de procesos para SEGs en instalaciones de alta temperatura, fundiciones de acero y plomo, e instalaciones de coincineración, con capacidades de hasta 54.000 m3/h, con la finalidad de cumplir la norma chilena de emisiones detallada en el Decreto Supremo 29. Sus objetivos específicos son: i. Realizar una evaluación del estado del arte de tecnologías para el tratamiento de gases en hornos de fundición e instalaciones de coincineración, ii. Desarrollar una metodología de diseño que entregue el dimensionamiento de sistemas de extracción, equipos y ductería, en función del caudal y concentración de contaminantes emitidos por el equipo industrial, iii. Desarrollar la filosofía de control del sistema de extracción de gases que entregue las variables a controlar, dispositivos de medición, lazos de control y operación de la instalación, y iv. Aplicar la metodología de diseño y control de procesos a 3 casos de la industria chilena y efectuar una estimación de la inversión económica requerida en cada caso. Para desarrollar los objetivos del trabajo se emplea una metodología de revisión, análisis y cálculo de: i. Las propiedades fisicoquímicas del flujo, ii. Las condiciones de transporte neumático, iii. La distribución de material particulado, iv. Los balances: químicos, de materia y de energía, y v. El dimensionamiento de equipos y ductería. El método se aplica para el análisis de 3 casos típicos de la industria chilena. Los principales resultados y conclusiones del proyecto muestran que: i. Considerar el gas efluente como flujo bifásico, con composición química variable, es adecuado para el diseño de SEGs dado que permite determinar con buena precisión y exactitud las propiedades fisicoquímicas y las condiciones de transporte neumático. Ello promueve un dimensionamiento apropiado de los equipos de depuración. ii. La energía térmica de los gases es recuperable, preferentemente, por medio de intercambiadores de calor de aceite térmico; los cuales pueden recuperar anualmente hasta el 20% de la inversión de la instalación para los casos de estudio, iii. El monitoreo continuo y/o el control automático de los elementos de un sistema de extracción de gases promueve estabilidad, eficiencia y seguridad en la operación diaria, iv. Los contaminantes que presentan un elevado costo de abatimiento son los óxidos de azufre y el material particulado. Esto se debe principalmente a la alta inversión económica en equipos para la depuración de estos compuestos.

En esta Tesis de Maestría se presenta la investigación y el estudio detallado del comportamiento de los hornos de arco eléctrico como carga perturbadora en las redes eléctricas y los diferentes tipos de compensadores utilizados para la compensación del Flicker producido por dichos hornos. Como producto de dicho estudio se realiza el desarrollo completo de un modelo de compensador de Flicker tipo STATCOM en el programa SIMULINK de MATLAB. Se realizan mediciones en una Planta Industrial de producción de acero equipada con dichos hornos y se obtienen todas las perturbaciones introducidas en la red. Con los registros tomados en campo se verifica el efecto del compensador de Flicker diseñado. Se concluye que la rápida compensación de potencia provista por el STATCOM lo hace ideal para compensar el Flicker producido por los hornos de arco eléctrico.

Abstract This research developed a systemic study to identify the importance of the traditional bricks kilns for both the productive and commercial chain in the context of the single local productive arrangements in the Brazilian Amazon. The motivation was a large amount of firewood used by the traditional kilns in the firing phase of the bricks. Based on previous theoretical and practical studies applied to Concurrent Design Model, a technological adaptation was carried out between the traditional systems (iglu type Kiln) and the clean burning combustion systems (adiabatic burning). The proposed adaptation was validated by means of computational modeling and simulation. The research evaluated the technological context of the traditional kilns currently deployed in Brazil and South America. Therefore, the main goal is to pursue a solution that can reduce environmental impacts caused by the firing phase of the bricks productive process. The proposed design adaptation keeps the requirements for an efficient eco Design, considering the technical feasibility of clean technologies, as well as the economic conditions of the small and medium bricks manufacturers. The resulting adaptation yielded a reduction around 70% of firewood. Keywords: Systemic study, bricks kilns, reduce firewwod / Resumen - Español Mediante la evaluación del proceso productivo de ladrillos, y tomando como punto de partida para la investigación el uso abundante de insumos combustibles de origen maderero, en hornos tradicionales. Esta investigación desarrolló un análisis sistémico, buscando identificar la importancia de estos sistemas para el suministro de la cadena productiva y comercial, contextualizando la realidad de las pequeñas y medianas empresas del sector de la cerámica denominada roja, del polo alfarero de Iranduba, en la Amazonia Brasileña. Con base en estudios teóricos y prácticos, aplicados al método de diseño concurrente y métodos de simulación computacional, se desarrolló una adaptación tecnológica entre un modelo tradicional de horno (horno abobada) y el sistema de combustión por quema limpia, también conocido como quema adiabática. Esta adaptación posibilitó la reducción de insumo combustible de origen maderero, en aproximadamente el 70% de lo que se consume normalmente. Los aspectos estudiados en la investigación evaluaron el contexto tecnológico general de estos hornos, aún ampliamente utilizados, no sólo en la región de la Amazonia Brasileña, sino también en todo Brasil y en otros países de América del Sur. Por lo tanto, se buscó por medio de esta investigación una solución que pudiera reducir los impactos ambientales causados por esta fase del proceso productivo de la cerámica roja, manteniendo los preceptos del diseño eco eficiente, uniendo lo que es técnicamente factible en el área de tecnologías limpias, así como lo que pueda ser económicamente viable para el pequeño y mediano productor de cerámica Roja. Palabras clave: Estudio sistémico, hornos tradicionales de ladrillos, reducción insumos combustibles / Resum Per mitjà de l'avaluació del procés productiu de rajoles, i prenent com a punt de partida per a la investigació l'ús abundant d'insumos combustibles d'origen fuster, en forns tradicionals. Esta investigació va desenrotllar una anàlisi sistèmica, buscant identificar la importància d'estos sistemes per al subministrament de la cadena productiva i comercial, contextualitzant la realitat de les xicotetes i mitjanes empreses del sector de la ceràmica denominada roja, del pol terrisser d'Iranduba, en l'Amazònia Brasilera. Amb base en estudis teòrics i pràctics, aplicats al mètode de disseny concurrent i mètodes de simulació computacional, es va desenrotllar una adaptació tecnològica entre un model tradicional de forn (forn embadocada) i el sistema de combustió per crema neta, també conegut com crema adiabàtica. Esta adaptació va possibilitar la reducció d'insumo combustible d'origen fus Els aspectes estudiats en la investigació van avaluar el context tecnològic general d'estos forns, encara àmpliament utilitzats, no sols en la regió de l'Amazònia Brasilera, sinó també en tot Brasil i en altres països d'Amèrica del Sud. Per tant, es va buscar per mitjà d'esta investigació una solució que poguera reduir els impactes ambientals causats per esta fase del procés productiu de la ceràmica roja, mantenint els preceptes del disseny eco eficient, unint el que és tècnicament factible en l'àrea de tecnologies netes, així com el que puga ser econòmicament viable per al xicotet i mitjà productor de ceràmica Roja, en aproximadament el 70% del que es consumix normalment. Paraules clau: Anàlisi sistèmica, forns tradicionals, d'insumos combustibles / Cordeiro Mota, S. (2017). Un estudio sistémico sobre el diseño de los hornos tradicionales de cerámica roja para contribuir con la sostenibilidad de la Amazonia brasileña [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/90656 / TESIS

La poca disponibilidad en el mercado nacional, alto costo y sobredimensionamiento de actuadores electrónicos para el control de temperatura en hornos eléctricos, conlleva a plantear el diseño e implementación de un sistema que se desempeñe de manera eficiente bajo las mismas condiciones de operación. . El objetivo es de diseñar e implementar un actuador electrónico para regular la potencia eléctrica AC hasta 2000 W. El método seguido considera, primero investigar sobre los actuadores electrónicos para control de temperatura disponibles en el mercado, estudiar la tecnología y tendencias sobre regulación de potencia. Luego se identifica los requisitos para el diseño del sistema. Se plantea una posible solución, con la posterior selección de componentes y simulaciones para corroborar la funcionalidad y eficiencia del diseño. Finalmente, se realizara la implementación del circuito, realizando mediciones con un multímetro, un osciloscopio y un vatímetro; de esta forma se corrobora el diseño y simulaciones realizadas previamente. Los resultados demuestran el correcto funcionamiento del sistema, logrando dosificar la potencia AC hacia una carga resistiva de manera proporcional a una señal de control. Se concluye que la propuesta presentada en este trabajo de tesis cumple con la funcionalidad y requisitos de un actuador electrónico de 2000W orientado al control de temperatura en hornos eléctricos.

El presente trabajo analiza la distribución y producción de una planta metalmecánica, que se dedica a la elaboración de hornos estacionarios, hornos rotativos, yoguis, batidoras industriales, licuadoras industriales, divisoras de pan, asadores de carne y rebanadoras de pan de molde; y cuyos clientes principales son las empresas mipymes. A partir de un análisis de factores se determinaron las líneas críticas a mejorar, que resultaron ser las líneas de producción de hornos estacionarios y rotativos. Actualmente, la capacidad de la planta, en la cual se producen los hornos, no logra cubrir la demanda; es por ello que luego de realizar un diagrama causa efecto, para encontrar cuáles eran las causas más relevantes que generaban ese problema, se planteó implementar las herramientas 5S’s y mantenimiento autónomo, y realizar una distribución en planta nueva. La implementación de las 5S’s fue necesaria pues se observaron varias herramientas u objetos fuera del área de trabajo, y demasiados tiempos improductivos, causados por incidentes y/o accidentes, demoras en encontrar herramientas o materias primas. Se planteó realizar capacitaciones por grupos, antes de empezar a producir en la nueva planta, así como utilizar tarjetas de colores para identificar y clasificar los elementos innecesarios por cada sección de trabajo y el utilizar tableros de herramientas. La implementación del mantenimiento autónomo fue necesaria pues se observaron demasiadas paradas de máquinas. Esta mejora se llevó a cabo junto con la implementación de las 5S’s, específicamente en la tercera S (Limpieza), en la cual se planteó realizar un plan de lubricación al torno y al taladro. Y posteriormente, realizar reuniones de auditorías, una vez finalizada la implementación de ambas herramientas. La implementación de la distribución en planta nueva fue necesaria pues se observaron traslados innecesarios entre las áreas, debido a la ubicación en la que se encontraban. Se planteó trasladar toda la línea de producción de hornos rotativos y estacionarios a la nueva planta, y realizar en ella una distribución de planta, según lo obtenido en el layout de bloques unitarios y el método de guerchet, de tal manera que los pasillos sean amplios y los operarios puedan trasladarse fácilmente

El presente trabajo se enfoca en reducir el consumo de madera como combustible del proceso de cocción artesanal de ladrillos para reducir el volumen de emisión de gases contaminantes, frenar la deforestación de los bosques y reducir los costos de producción de las ladrilleras artesanales. El estudio se centra en las ladrilleras ubicadas en el distrito de la Habana, provincia a de Moyobamba, departamento de San Martín. Para lograr este objetivo se plantea en un primer lugar un rediseño del horno, usando como base para este el horno vertical que posee buenos resultados en Asia pero con muy poco estudio de su desempeño en otras regiones. La principal razón de la eficiencia detectada en el horno vertical es que es un horno de flujo continuo de ladrillos, entendiéndose por flujo continuo que el horno tiene la capacidad de producir ladrillos mientras se le ponga combustible, descargue los ladrillos cocinados y se coloque más ladrillos secos, sin la necesidad de apagar la leña como los hornos actuales empleados por la ladrillera mencionada; además, añade los sub procesos de calentado del aire de combustión y enfriado de ladrillos cocinados (ambos procesos en un mismo proceso), y el calentado de ladrillos secos, todo esto gracias al empleo de la convección del aire reutilizando energía producida y que en los hornos actualmente utilizados es descargada a la atmosfera. A este modelo se plantea añadir lógicas de control y automatización, usando para esto el sensado constante de la temperatura interna del horno a través del empleo de termocupla para reducir, en gran medida, las pérdidas energéticas o exceso de energía producidas por el uso de técnicas artesanales de observación y retiro de los ladrillos, siendo hasta la fecha desarrolladas de manera empírica. De esta manera, se plantea tener un control del volumen del combustible inyectado como variable fundamental para el control de la temperatura, este control se desarrollara a través del control de giro del alimentador diseñado que cumple la función de válvula de paso para el combustible; todo esto a fin de mantener una temperatura homogénea al interior del horno, tener un control del consumo de madera y obtener ladrillos de buena calidad. Como complemento a este control se plantea el uso de madera triturada para asegurar la utilización del 100% de combustible en la combustión, a fin generar más calor sin la necesidad de consumir más combustible. Por último, se plantea la automatización del proceso de descarga del nuevo horno, entendiéndose por descarga el retiro de ladrillos quemados o cocidos para su distribución al mercado.

La presente tesis está enfocada en el diseño energético de un horno para el curado de pintura electrostática, que forma parte de una línea de acabados que contempla la implementación de la tecnología de plaforización. El diseño toma como punto de partida las necesidades de una empresa dedicada a la manufactura de estructuras comerciales, así como las exigencias energéticas que se deben cumplir para el funcionamiento del horno. Descrita a grandes rasgos, la metodología seguida inició con la etapa de investigación, que consiste en empaparse de las tecnologías involucradas en el proyecto y conocer los parámetros que lo delimitan; luego se realizaron los cálculos preliminares (dimensionamiento) de la línea de producción; después se pasó a la selección de tecnologías y equipos en base a los cálculos realizados; a continuación se estableció la configuración definitiva. Por último, se construyó la línea piloto, donde los resultados fueron validados y analizados. En el capítulo 3 de este documento se exponen los cálculos. Se realizaron análisis para funcionamiento en continuo en base a un volumen de control definido, el cálculo de cargas térmicas, el cálculo de potencia de las fuentes seleccionadas, el diseño del sistema de convección, equilibrio de presiones y flujos, entre otros. Finalmente, en el capítulo 4 se describe la propuesta elaborada, la misma que fue implementada y sometida a pruebas de campo, de modo que se pudiera validar el cumplimiento de los requerimientos planteados. En torno a la evaluación de resultados obtenidos se elaboraron conclusiones y observaciones de calidad presentados en el capítulo 5.