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Energías Alternas: La Eólica, más Amigable al Medio Ambiente y que Marca un Importante Repunte para la Industria de la Fundición en México.

Autores: F Lagunes M., T. Pastrana A., I.P.Flórez A., DIMM, ESIQIE, IPN.

Abstract:
The enviromental change today, lead us to dificults situations, from the view´s point of greats and inusual cyclonic phenomenon, height temperature, droughts and intensive cold whom lead us conclusion that the origen of this sudden changes in environmental, the cause probable is the excessive use of fosil carbon(fuel). On the other hand, the excess expensive of energy that should be best employed.
How the light at end the tunnel, rise the energy from the wind, with name is eolic energy.to honour the greeck winds´ god : EOLO.
Other alternative energy, with debut and decadency, cause the Sunami and nuclear accident in plant Fukusima, Japan. The anterior for inself condition for humanity people form any accident out control.
In this work is the presentation of oxi-gas combustion that is very advantageous use in the called unit of fusion ROTARY FURNACE.

Alcance:
El cambio climático que actualmente nos conduce a situaciones desastrosas, desde el punto de vista de enormes y descomunales fenómenos ciclónicos, de elevadas temperaturas, sequías e intensos fríos nos ha llevado a la conclusión que el origen de estos súbitos cambios en el ambiente, son debidos al exceso del consumo de combustibles fósiles por un lado y otro al excesivo gasto de energía, la cual debe ser mejor administrada.
Como una luz al final del túnel, surge la energía generada por la fuerza del viento, conocida como eólica, en honor al dios griego de los vientos, EOLO.
Otra de las Energías Alternas tuvo su gran debut y ya ha comenzado su declinación, en virtud al Sismo y Sunami en la Planta de Fukusima , la Energía Atómica. Lo anterior derivado de la inseguridad en que podría estar la humanidad en caso de un accidente que las dejara sin control.
En todo el mundo en la actualidad, ya se generan 159 giga Watts, de los cuales solo los U.S.A. producen 33 giga Watts, sin embargo al no tener en su territorio este país vientos significativos, ha incursionado en alta mar instalando grandes generadores eólicos en plataformas flotantes , con excelentes resultados, de suerte y manera que ya recibe New Jersey por medio de cableado submarino la energía eléctrica.
El citado País, había programado para el 2020, bajo estas circunstancias el desarrollo de la generación eléctrica a partir de la fuerza del viento y que sería de 300 Giga-Watts/h y al encontrar la posibilidad de la instalación de las turbinas en plataformas flotantes en mar abierto, ahora se pronostica que la generación será de 600 Giga-Watts/h.

Foto No 1
( ver artículo publicado en la revista de febrero 2012 FUNDIDORES) Vista de una instalación de turbinas eólicas en los Estados unidos de Norteamèrica, (cortesía de Modern Casting mayo de 2009)
En nuestro país, los principales vientos dominantes se localizan en dos regiones , "La Ventosa, en Oaxaca y en La Rumorosa, en Baja California. El resto son regiones sin una consistencia importante en cuanto al caudal de circulación de vientos dominantes.
Actualmente, en ambas regiones se genera ya un importante flujo de energía eléctrica del orden de 1.5 Giga Watts.

Regresando a los proyectos del vecino país del Norte en cuanto a la generación de energía eléctrica por este medio, se habla de generar 600 Gigawatts para el año 2020. Lo anterior significará que habrá una demanda de partes y componentes de estos aparatos (turbinas eólicas) que en su mayor parte deben ser construidos con una aleación cuyas propiedades físicas le permitan ser resistente a la abrasión , al desgaste, a los agentes del intemperismo además de poseer elevada tenacidad y rigidez.

Foto No. 2 Plataformas flotantes en mar abierto.(Cortesìa de Modern Casting. Mayo de 2009)
La aleación elegible para tales menesteres es una aleación Hierro- Carbono cuyo grafito se obtiene en forma de nódulos y se le denomina Hierro Nodular. Los vecinos del Norte le llaman Dúctil Iron. Un promedio de peso requerido por una turbina eólica es de 12 a 18 toneladas de Hierro Nodular, dependiendo de su tamaño.
El Hierro Nodular se fabrica en México desde hace medio siglo, por lo que el còmo hacerlo ("Know- How") se puede decir que es una técnica dominada y que existen muchos especialistas en la materia, por lo que es posible asegurar que sería un objetivo

 

alcanzable por nuestro país sin ningún problema. La s características que demandan esas piezas obtenidas son: balance consistente entre el análisis químico y la estructura metalográfica conforme a especificaciones, de allí derivan las propiedades físicas deseadas y sobre todo la precisión dimensional que es una de las principales características solicitadas.
Entre algunas de las piezas clave, se puede mencionar la carcasa que cubre la caja de engranes, cuyo peso es de 4000 kg.(8000 libras).

Para su proceso de manufactura se requiere estimar en primer lugar la demanda de metal total en el molde respectivo el cual por tratarse de hierro nodular es de un 30 a 35 % del peso de la pieza, para conformar los sistemas de colada y alimentación de la pieza. Lo anterior nos lleva a considerar casi cinco toneladas y media que demanda el molde. Ahora en una relación, si de ha de moldear en verde /seco de 7 a 1, se multiplica el peso del metal por 7 y se obtiene que el peso del molde ronda las 40 toneladas.

Foto No.3 Carcasa de la caja de engranes (Cortesìa de Modern Casting mayo 2009)

El problema a resolver es el de la logística de manejo de materiales para lo cual se requieren grúas de más de 30 toneladas como parte de los equipos primarios que permitan el manejo de estas piezas.

Es una pena reconocer que se cuentan con los dedos de una mano y aun sobran las plantas mexicanas que cuentan con esta infraestructura.

. Los Estados Unidos de Norteamérica se encuentran limitados en la expansión de sus servicios de fundición debido a la legislación que han impuesto la EPA (Environmetal Protection Agency) y la OSHA( Organization,Safety& Health Agency) lo que ha limitado su desarrollo en ese país por lo que es lo mas probable que contraten los servicios de Fundición en México a las Fundiciones que cuenten con la infraestructura necesaria para este menester.

 

Preparación del Metal.

Para no contribuir mas al deterioro ambiental, en la preparación de metal se propone utilizar la combustión oxi-gas, empleando hornos rotatorios, cuyas ventajas en cuanto a máximo aprovechamiento de energía, mínima emisión de polvos, eliminación de elementos generadores de la lluvia ácida y al no procesar azufre, hacen esta unidad muy elegible para la preparación del Hierro Base del Nodular.
Al prescindir del aire en la combustión, solo una pequeña cantidad para el "sprayeo" de la flama, casi un 25 % del calor a la chimenea que se iba arrastrado por el nitrógeno, este entra a la masa metálica a fundir con lo que se consigue un gran aprovechamiento de energía.
Es importante aprovechar esta evolución en la tecnología de Fundición que aparte de mejorar su rentabilidad, contribuye a hacer mas amigable la operación de fusión al medio ambiente y un gran mejoramiento a las condiciones laborables.
Por su facilidad de manejo, sencillos mecanismos, costos de inversión bastante competitivos

 

Breve descripción:
Alcance: Se avecina irremediablemente la aplicación en nuestro país del Protocolo de Kyoto, tratado internacional que se suscribió en su oportunidad y que a partir del 2008 debemos encontrar la forma de reducir un 5% las emisiones de gases de efecto invernadero, que ocasionan el recalentamiento de la superficie de nuestro planeta . Esta meta parece sencilla de alcanzar, pero es preciso encontrar las alternativas que sean económicas y a la vez eficientes en la resolución de este problema. Por ello nos trasladaremos a las áreas de nuestra industria , fundición, y en un rápido análisis nos damos cuenta que es precisamente en el área de preparación del metal fundido (fusión) donde según la unidad (horno) que para tal propósito utilicemos, será la que nos indique el camino a seguir en la optimización de este proceso. En esta ocasión analizaremos el funcionamiento del horno de cubilote y se presentará la alternativa mas viable para su sustitución, en su caso, a fin de alcanzar la meta trazada: 5% menos de emisiones a la atmósfera y es precisamente la unidad de fusión conocida como el Horno Rotatorio de 3ª. Generación con la que estableceremos su comparación, para comprobar la mejor elegibilidad.

Introducción:Durante muchos años el horno de cubilote ha apoyado el esfuerzo realizado por los fundidores mexicanos, proporcionando el hierro líquido requerido en la fabricación de piezas necesarias para la mayoría de las industrias del rubro metal- mecánico. Su bajo costo de instalación, su alta velocidad de fusión y la elevada calidad del producto obtenido, lo han hecho elegible durante mucho tiempo por la pequeña y mediana industria para llenar los moldes producidos. Con la cada vez más creciente producción de hierro nodular, el mencionado horno, comienza a presentar limitaciones en cuanto a ofrecer el análisis químico consistente del hierro base requerido para tal proceso, en función de las dificultades para controlar el contenido de azufre indicado en el procedimiento, que lo obtiene del coque, que se usa como combustible, y por otra parte en el rubro de la combustión , debe utilizar aire para tal propósito el cual contiene como vehículo de trasporte el nitrógeno, el cual además de ineficientar el efecto calorífico, genera el NOx, que adicionado al SOx procedente del combustible, favorecen la generación de lluvia ácida, la cual es reconocida como letal para la flora y fauna. Así, aunque se controle la emisión de partículas de este horno, finas o gruesas, si no se cambia su concepto de combustión, su inutilización por fines ambientales está próxima. En lo económico, la reparación de la zona de toberas, en material refractario anda por los 50 o 60 Kg por tonelada de metal procesado, amén de la labor directa que eso conlleva, con lo cual, las exigencias de precio competitivo que nos señalan los nuevos escenarios mundializados, nos alejan de tales logros, irremediablemente.

Horno Rotatorio de 3ª.Generación:
Es precisamente, en tres sentidos en que esta unidad de fusión aventaja a cualquier otra en la producción de hierro líquido. El primero es que , por lo que se le llama de 3ª. Generación, es por el cambio conceptual que se ha introducido en la combustión: esta se establece con Oxígeno puro y el gas comercial que se emplee, sustituyendo el uso de aire, prescindiendo de la presencia del Nitrógeno. Como consecuencia se obtiene un régimen de fusión más rápido y se evita tanto la generación de NOx como la de SOx, con lo que ambientalmente responde adecuadamente. En su diseño, como segundo punto, ya permite colocar su coraza en posición vertical, para facilitar el cambio de revestimiento, que ya se aplica de forma monolítica, evitándose así las reparaciones diarias. Y por último para hacer frente a la atmósfera oxidante generada, con efectos de reposición del carbono que se pierde, está equipado con inyectores de grafito que adecuadamente manejado nos permiten recarburizar hasta un 40% de acero, en la obtención del hierro gris sintético.

Descripción del Horno Rotatorio y su funcionamiento:
El horno Rotatorio es una unidad formada de una coraza cilíndrica de acero con dos tapas cónicas cerrando sus lados circulares y que trabaja en posición horizontal. Uno de sus lados tiene una entrada circular para poder accionar el quemador, y la otra, permite realizar la carga y posee la salida a la campana extractora para el lavado de gases y un canal de salida para el metal líquido producido. Cabe señalar que por su diseño se obtiene el aprovechamiento calorífico óptimo ya que del refractario, que mide no menos de 40 cm. de espesor, por conducción migra el calor a la carga y el sobrecalentamiento por radiación es debido a la flama de la combustión, oxígeno-gas, que es de 2700° C. que agregado al movimiento de rotación del horno, se suma el fenómeno calorífico de convección al obtenerse las dos fases líquidas del proceso, metal y escoria.
La carga puede realizarse de forma manual o mecanizada , según los recursos con que se cuente en la empresa fundidora. La carga la recibe el horno en posición inclinada. Al terminar la operación, se posiciona el horno en forma horizontal, se enciende el quemador y se inicia la operación de fundir. .
Al empezar a fundir, esta inicia debido a los movimientos del horno que puede ser con rotaciones parciales, con intervalos de detención y progresivamente con una rotación continua de una vuelta por minuto. La adición de ferro aleaciones se puede hacer en el pico del horno, mientras que el efecto recarburizante se hace por medio de inyectores que ayudan a la carburización previa, agregada con la carga metálica, para corregir las pérdidas de estos elementos que ocasiona la atmósfera oxidante.

Conclusiones:

Los tiempos actuales nos indican que ya no será posible la utilización de carbón fósil y otros recursos energéticos no renovables semejantes, su uso se ve cada vez más limitado por los daños que ocasionan al medio ambiente, por su escasez y elevado costo. En nuestro país , la energía eléctrica brilla por su costo, escasez y nada confiable servicio. Es digno de tomarse en cuenta, que el éxito de un proceso de fusión es que se realice en el menor tiempo posible conllevando un importante ahorro energético. Estos hornos ofrecen un ciclo de aproximadamente dos horas entre carga y carga ( capacidad de 2 a 5 tons. ). Al suprimirse las emisiones que generan la lluvia ácida, se obtiene una importante aportación al medio ambiente de conservación.

Son unidades de fusión que operan de manera discontinua, o sea por batch
. La energía calorífica procede de oxígeno y cualquier combustible líquido o gaseoso.

Fig.No. 1Esquema de la operación del horno rotatorio tradicional con aire y combustible y se nota que por la chimenea escapa el 59% del calor, debido a la presencia del nitrógeno en el aire suministrado.

Fig. No. 2 Esquema que presenta la operación del Horno Rotatorio con oxìgeno y combustible, con lo que se eficienta notablemente la combustión.
( ver artículo publicado en la revista de febrero 2012 FUNDIDORES)

Horno Rotatorio de fabricación brasileña, por la Cìa. Morgan

Conclusiones:

La necesidad de utilizar energías alternas para la generación de electricidad, la del viento está siendo la más elegible por su gran funcionabilidad.
La colocación de estos aparatos sobre plataformas flotantes en mar abierto multiplica las posibilidades de realizar esta operación mas constante y eficiente.
Las industrias mexicanas deben alistarse para participar en este acontecimiento, que en un principio duplicaría la producción de hierro Nodular que actualmente es absorbido por la Industria Automotriz
Es preciso el involucramiento del Gobierno Mexicano para repetir la generación del Decreto Presidencial que se introdujo en 1962 que marcó claramente el porciento de fabricación de partes automotrices en nuestro país de manera obligatoria Promulgar otro similar y que las turbinas eólicas tengan el porcentaje de partes y componentes fabricados en México.
En cuanto al no estar presentes el nitrógeno y el azufre en la combustión en el horno rotatorio oxi-gas, se puede obtener un metal base de primera calidad en la fabricación del hierro nodular.

Los tiempos actuales nos indican que ya no será posible la utilización de carbón fósil y otros recursos energéticos no renovables semejantes, su uso se ve cada vez más limitado por los daños que ocasionan al medio ambiente, por su escasez y elevado costo. En nuestro país , la energía eléctrica brilla por su costo, escasez y nada confiable servicio. Es digno de tomarse en cuenta, que el éxito de un proceso de fusión es que se realice en el menor tiempo posible conllevando un importante ahorro energético. Estos hornos ofrecen un ciclo de aproximadamente dos horas entre carga y carga ( capacidad de 2 a 5 tons. ). Al suprimirse las emisiones que generan la lluvia ácida, se obtiene una importante aportación al medio ambiente de conservación.

Referencias Bibliográficas
1.-Spengler, Arthur " Ductil Iron Process" Miller Company 1980
2.-Revista Moldeo y Fundición, No.198 Enero Febrero 2011, Sociedad Mexicana de Fundidores, A.C., págs.48, 49 .
3.-Karsay, Stephen Itsvan, "Ductil Iron Practice" A.F.S. 1970
4.-Loper Jr. Carl R. "Los Nuevos Hierros Nodulares" Universidad Madison, Wiscousin, U.S.A. 2000
5. Revista Modern Casting"Capturing the wind´s market" mayo 2010 A.F.S. pág. 32, 34.

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Tel. : (0034) 91 576 56 09
magazine@metalspain.com

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FUNDIDORES FUNDICION COLADA FUSION MOLDEO HORNOS DIE CASTING fundicion fundidores colada fusion moldeo hornos Dossier CALIDAD.
Dossier MOLDEO
Fundición a presión. Moldes. Productos para fundición inyectada.
Hornos para fundición de aluminio y aleaciones ligeras. Refractarios..
Tratamientos superficiales. Granallado. Granallas. Shot Peening. Limpieza, hidrolimpiadores. Montaje, carga y descarga.
Instrumentos de control y medición.

OCTUBRE FUNDIDORES 152
Fundición a presión. Moldes. Productos para fundición inyectada. Hornos eléctricos. Inducción. Hornos para fundición de aluminio y aleaciones ligeras. Regeneración de arenas. Medio ambiente. Aceros para herramientas.
Aluminio. Refractarios.
Instrumentos de control y medición.
CAD CAM

NOVIEMBRE FUNDIDORES 153
N° especial Hornos para fundición de metales férreos y no férreos. Hornos de fusión y de mantenimiento. Crisoles, flujos,
refractarios, reguladores de temperatura. Software,
CAD/CAM.
Moldeo. Arenas y su preparación. Aglomerantes. Resinas endurecedoras. Bentonitas. Machos, modelos. Equipos e instrumentos de medición y control. Calidad. Metrología.
Microscopía. Espectrómetros. Dispositivos ópticos.
Refractarios. Aislantes. Quemadores. Calentadores.
Metales y aleaciones.

DICIEMBRE FUNDIDORES 154
Hornos para fundición de aluminio y aleaciones ligeras.
Tratamientos superficiales. Granallado. Granallas. Shot Peening. Limpieza, hidrolimpiadores. Montaje, carga y descarga.
Instrumentos de control y medición. Reguladores.
Refractarios.
Moldes. Productos para fundición inyectada

 

Temarios 2009

FEBRERO 2009 FUNDIDORES 155
Hornos para fundición de aluminio y aleaciones ligeras. Refractarios.
Tratamientos superficiales. Granallado. Granallas. Shot Peening. Limpieza, hidrolimpiadores.
Robots. Montaje, carga y descarga.
Instrumentos de control y medición. Reguladores.
Dossier : Fundición a presión. Moldes. Productos para fundición inyectada

MARZO 2009 FUNDIDORES 156
N° Especial PROVEEDORES.
Moldeo. Arenas y su preparación. Aglomerantes. Resinas endurecedoras. Bentonitas. Machos, modelos.
Enfriadores. Desmoldeantes.
Hornos para fundición de metales férreos y no férreos.
Software, CAD-CAM. Transporte neumático. Granallado.Refractarios.
Metales y aleaciones.
N° exportación a HISPANOAMÉRICA.

ABRIL 2009 FUNDIDORES 157
Dossier CALIDAD
Hornos para fundición de aluminio y aleaciones ligeras. Aglomerantes. Instrumentos de control y medición.
Espectrómetros. Reguladores. Automatización. Software de control para hornos. Fuentes de energía.
Tratamientos superficiales. Granallado. Granallas. Shot Peening. Limpieza, hidrolimpiadores.
Fundición a presión. Moldes. Productos para fundición inyectada. CAD CAM. Robots en fundición.
Feria de Hannover.

MAYO 2009 FUNDIDORES 158
Hornos para fundición y mlantenimiento de metales férreos y no férreos
Moldeo. Arenas. Aglomerantes. Resinas. Bentonitas.
Tratamientos superficiales. Granallado. Granallas. Shot Peening. Limpieza.
Instrumentos de control y medición. Reguladores. Refractarios. Moldes. Productos para fundición inyectada.
Software, CAD-CAM

JUNIO 2009 FUNDIDORES 159
Granallado. Granallas. Shot Peening. Tratamiento de superficies. Abrasivos. Muelas. Acabado. Rebarbado.
Fundición a presión. Moldes. Productos para fundición inyectada.
Fusion. Fluidos, aceite. Gases y atmósferas para Hornos.
Moldeo. Arenas.
Calidad : Robots.
Instrumentos de control y medición.
SEPTIEMBRE 2009 FUNDIDORES 160
FERIA DE BILBAO : SUBCONTRATACION ? TRANSMET
Moldeo. Arenas. Aglomerantes. Resinas. Bentonitas.
Hornos para fundición de aluminio y aleaciones ligeras.
Tratamientos superficiales. Granallado. Granallas. Shot Peening. Limpieza, hidrolimpiadores.
Montaje, carga y descarga.
Instrumentos de control y medición.
Software, CAD-CAM.
Reguladores. Refractarios.
Fundición a presión. Moldes. Robots. Equipos y Productos para fundición inyectada.

OCTUBRE 2009 FUNDIDORES 161
Hornos para fundición y mantenimiento de metales férreos y no férreos. Hornos eléctricos. Inducción
Fundición a presión. : las ultimas técnicas inovadoras.
Productos para fundición inyectada..
Regeneración de arenas. Medio ambiente.
Aceros para herramientas. Aluminio. Refractarios. Instrumentos de control y medición.

NOVIEMBRE 2009 FUNDIDORES 162
N° especial Moldeo. Arenas. Aglomerantes. Resinas. Bentonitas.
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Aluminium and non-ferrous Metals Melting and holding Furnaces
Dossier CONTROL
Dossier MOLDING
Die Casting machines and equipments. Lubrificants.
Moulds.
Shot-blasting and shot-peening.Abrasives.

OCTOBER 2008 Edition 152
Die Casting machines and equipments. Lubrificants.
Moulds.
Electric Furnaces, Induction melting,
Aluminium and non-ferrous Metals
Melting and holding Furnaces. Refractories.
Regenerating of moulding sands, environment, .
Measuring tool. Control.

NOVEMBER 2008 Edition 153
Special Edition Ferrous and ferrous Metals
Melting and holding Furnaces
Moulding equipments and process. Core room. Core box. Pattern. Cooling agent mould lifting.
Die Casting machines and equipments. Lubrificants.
Software, CAD-CAM.
Surface Treatments. Shot-blasting and shot-peening Abrasives.
Regenerating of moulding sands,environment, emissions
monitoring, residual materials processing, filters, dryer, temperature measuring instrument,
Environment Laboratory test. Quality inspection.
Spectrometric analysis. Burners. Metals and alloys.

DECEMBER 2008 Edition 154
Aluminium and non-ferrous Metals Melting and holding Furnaces
Shot-blasting and shot-peening.Abrasives.
Control and testing. Refractories.
Die Casting machines and equipments. Lubrificants.

 

EDITORIALS 2009

 

FEBRUARY 2009 ? FUNDIDORES Edition 155
Melting and holding furnaces. Refractories, resistances, burners.
Die Casting Providers
Surface Treatments. Shot-blasting and shot-peening
Abrasives.Regenerating of moulding
Crucibles, flux, refractories, temperature monitoring, pyrometer rod, industrial gazes, Refractories, resistances, burners.
Moulding equipments and process. Core room. Core box. Pattern. Cooling agent mould lifting.
Sands,environment, emissions monitoring, residual materials processing, filters,dryer,
Die Casting machines and equipments. Lubrificants.
Software, CAD-CAM.
Temperature measuring instrument, Metrology and measuring tool.Control. Spectometers, welding.

MARCH 2009 ? FUNDIDORES Edition 156
Special Edition SUPPLIERS.

MOULDING equipments and process. Core room. Core box. Pattern. Cooling agent mould lifting.
DIE CASTING
FURNACES
Refractories, resistances, burners.
Shot-blasting and shot-peening.Abrasives.
Ferrous and ferrous Metals Melting and holding Furnaces Software, CAD-CAM
Refractories. Metals and alloys
Metrology and Measuring tool. Control, Spectometers, Software, Welding.
Special Edition EXPORT LATIN AMÉRICA.

APRIL 2009 ? FUNDIDORES Edition 157
Special Edition QUALITY.
FURNACES, MOULDS,
Shot-blasting and shot-peening.Abrasives.
Ferrous and ferrous Metals Melting and holding Furnaces Software, CAD-CAM
Refractories. Metals and alloys
Metrology and Measuring tool. Control, Spectometers, Software, Welding.
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MAY 2009 - FUNDIDORES Edition 158
Aluminium and non-ferrous Metals Melting and holding Furnaces, Refractories.
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Control and testing.
Die Casting machines and equipments. Lubrificants.Moulds.
Software CAD CAM.
JUNE 2009 - FUNDIDORES Edition 159
Die Casting machines and equipments. Lubrificants.
Ferrous and ferrous Metals Melting and holding Furnaces.
Shot-blasting and shot-peening.Abrasives.
Moulding. Sand.
Measuring tool. Control
Industrial gazes
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SEPTEMBER 2009 ? FUNDIDORES
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BILBAO SUBCONTRATING FAIR. SUBCONTRATACION, TRANSMET
MOLDING TECHNIQUES,
FURNACES . : Aluminium and non-ferrous Metals Melting and holding Furnaces
Refractories, resistances, burners.
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Control and testing. Refractories.
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OCTOBER 2009- FUNDIDORES Edition 161
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Furnaces. Refractories.
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