Viabilidad del uso de la adiación sola concen ada al p oceso de
sin e ización de cob e
L Cañadas*, D. Ma ínez*, J. Rod íguez*
y
J.M. Galla do**
Resumen En la ac ualidad, el p oceso de sin e izado, así como la p ác ica o alidad de los p ocesos que
se lle an a cabo en la indus ia, depende de las ene gías con encionales. Es e abajo
p e ende demos a la iabilidad del uso de una uen e de ene gía eno able como es la
Ene gía Sola Té mica en el sin e izado de cob e. Con obje o de ealiza en el u u o una
e aluación de las ue zas conduc o as y de la ayec o ia del ma e ial anspo ado en
unción de las ca ac e ís icas del sis ema y de la adicación inciden e, se op a po diseña
dis in os disposi i os expe imen ales de empaque amien o basados en modelos de
pa ículas ideales, en es e caso cilind os, con los que se p e ende simpli ica la geome ía del
sis ema eal basado en pa ículas compac adas, siendo e aluados expe imen almen e en el
Homo Sola de la Pla a o ma Sola de Alme ía. Las mues as a adas en a mós e as
lige amen e educ o as, desa ollan cuellos bien de inidos y mues an una educción de
po osidad, lo que pe mi e demos a la iabilidad del p oceso.
Palab as cla e Sin e izado. Cob e. Ene gía sola . Ho no sola .
Feasibili y o concen a ed sola ene gy u iliza ion in coppe sin e ing p ocess
Abs ac Sin e ing p ocesses as well as all indus ial p ocesses depend on con en ional ene gies. This
wo k ies o demons a e he easibili y o he applica ion o a enewable powe sou ce, as
The mal Sola Ene gy, in coppe sin e ing. In o de o e alua e in he u u e d i ing o ces
and anspo ed ma e ial pa h acco ding o cha ac e is ics o he sys em and he inciden
adia ion, di e en expe imen al de ices based on ideal pa icle models, cylinde s in his
case,
we e designed o simpli y he eal sys em geome y based on compac powde s. These
de ices we e e alua ed in he Pla a o ma Sola de Alme ía (PSA) Sola Fu nace. La e
analysis o he es pieces showed he easibili y o sin e ing coppe in sola u naces, he
es pieces, ea ed in sligh ly educing a mosphe e, ha e de eloped well-de ined necks and
educed po osi y, which a e ypical cha ac e is ics o sin e ing.
Keywo ds
Sin e ing. Coppe . Sola ene gy. Sola u nace.
1.
INTRODUCCIÓN
Las condiciones de abajo y las ele adas empe a-
u as que se p ecisan en el sin e izado de cob e ha-
cen que las ins alaciones de Ene gía Sola Té mica
que mejo se adap an a las necesidades especí icas
del sin e izado sean los ho nos sola es. El diseño de
es os ho nos sola es pe mi e consegui una concen-
ación ene gé ica muy al a, pudiendo alcanza a-
lo es po encima de 1.000 W/cm^ aplicables de
mane a casi ins an ánea sob e la mues a a ensaya ,
y empe a u as de has a 3.500 °C, lo que los hace
especialmen e adecuados pa a el a amien o de
ma e iales.
2.
HORNOS SOLARES
Cons an esencialmen e de un heliós a o plano que
ealiza seguimien o sola con inuo, un espejo pa a-
bólico concen ado , un a enuado de lujo y la zo-
na de ensayos si uada en el oco del concen a-
do i'^1 (Fig. 1).
El espejo cap ado plano -heliós a o- e leja los
ayos sola es pa alelos y ho izon ales sob e el disco
(*) CIEMAT - Pla a o ma Sola de Alme ía.
P.O.
Box
22,
04200
Tabe nas,
(Alme ía)
(**) Depa , de Ingenie ía Mecánica y de los IVla e iales. Uni e sidad de
Se illa.
A . del Descub imien o s/n. 41092 Se illa
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Viabilidad del uso de la adiación sola concen ada al p oceso
de
sin e ización de cob e
1. CAÑADAS, D. MARTÍNEZ, J. RODRÍGUEZ Y]M. GALLARDO
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Helios a o
Concen ado A enuadp ,' ' '^. ' ' '"
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NXNSNN
i V V s ^
• •NT V V ^ ^ - ^
i V X
Figu a 1. Esquema uncional del Ho no Sola .
Figu e
1.
Schema ic
d awing o a Sola
Fu nace.
pa abólico, el cual los uel e a e leja concen an-
dolos en su oco (á ea de ensayos). La can idad de luz
inciden e se egula median e el a enuado si uado
en e el concen ado y el helios a o. Bajo el oco se
encuen a la mesa de ensayos que iene mo imien o
en las es dimensiones espaciales, pe mi iendo posi-
ciona las p obe as con g an exac i ud en el oco.
3. OBJETIVO
Es e abajo p e ende demos a la iabilidad del
uso de una uen e de ene gía eno able como es la
Ene gía Sola Té mica en el sin e izado de cob e.
La geome ía de pol os compac os es excesi a-
men e compleja pa a el desa ollo u u o, de un
modelo ma emá ico que pe mi a la p ecisa e alua-
ción de las ue zas conduc o as y la ayec o ia del
ma e ial anspo ado. Es o conduce a op a po
modelos de pa ículas ideales (es e as o cilind os)
median e los cuales se puede llega a ap oxima la
geome ía del sis ema inicial y desc ibi la ciné ica
que ige los p ocesos de sin e ización po mecanis-
mos di usionales^
Teniendo en cuen a las ca ac e ís icas del Ho -
no y la densidad de lujo del oco se conside a que
un modelo de alamb es (Fig. 2) es el más adecuado
pa a su a amien o en es e ipo de ho nos.
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Pa a de e mina la iabilidad del p oceso de sin e-
izado en un Ho no Sola se p ocede á a lle a a
Figu a 2. Modelo de alamb es.
Figu e
2. Wi es model
cabo la sin e ización de una malla de alamb es de
cob e. El diseño de la p obe a p esen a di icul ades
debido a las ca ac e ís icas del Homo y de la adia-
ción inciden e. Se han desa ollado y e aluado dos
disposi i os expe imen ales de empaque amien o,
ob eniéndose di e en es esul ados. En ambos dis-
posi i os se ha empleado cob e elec olí ico ecoci-
do,
de bajo con enido en oxígeno (< 200 ppm).
4.1.
Disposi i o
1.
Alamb es bobinados
Se ealiza un diseño de múl iples capas de alamb e
de cob e bobinado sob e un ca e e ambién
de cob e, simila al desa ollado po Alexande y
Ballu i ^^ En nues o caso, la dis ibución de los
alamb es sob e el sopo e es la que se mues a en la i-
gu a 3, siendo el diáme o de los alamb es de 0,1 mm.
La p obe a se coloca en el in e io de una cá-
ma a de acío especialmen e diseñada pa a su uso
en el Ho no Sola . Es a cáma a es á do ada con un
sis ema de p epa ación de gases, lo que nos pe mi e
abaja en a mós e a con olada; en es e caso se
p opo ciona una a mós e a lige amen e educ o a
median e el gas HYD45, 5 % H2-95 % N2, pa a
e i a la oxidación del cob e.
La adiación sola concen ada se aplica di ec a-
men e sob e la supe icie de la mues a a ensaya a a-
és de la en ana de cua zo si uada en la pa e on al
de la cáma a, al y como se indica en la igu a 4-
4.2.
Disposi i o 2. Alamb es ende ezados
Se elabo a un sopo e de cob e que con end á los
alamb es p e iamen e ende ezados. En es e caso se
166 Re . Me al
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sin e ización de cob e
1. CAÑADAS, D. MARTÍNEZ, J. RODRÍGUEZ
Y
J.M. GALLARDO
Figu a 3. Diseño de alamb es bobinados.
Figu e
3. Wi es winding design.
Figu a 4. Disposi i o de alamb es bobinados en el in e io
de la cáma a.
Figu e
4. Wi es winding
specimen
inside o
he chambe
emplea án alamb es de 2 mm de diáme o, El con-
ac o inicial en e los alamb es de cob e se asegu a
man eniendo du an e los ensayos unas sujeciones
diseñadas de mane a que és as eje zan la p esión
mínima su icien e pa a a o ece el con ac o en e
alamb es adyacen es (Fig. 5).
Pa a la ealización de es os ensayos se u iliza á
la cáma a en posición ho izon al, haciendo uso de
un espejo de edi eccionamien o que modi ique
90° la di ección de la adiación inciden e.
Una ez colocada la pieza sob e un sopo e de
ace o se p o ege con una chapa de alúmina en la
que se ha ealizado un o i icio con las dimensiones
de la supe icie a a a . La alúmina p o ege los ac-
ceso ios necesa ios pa a el ensayo, mien as que el
o i icio p ac icado en ella pe mi e con ola la zo-
na de exposición a la adiación inciden e. La dis-
posición de la p obe a en la cáma a es la que se
mues a en la igu a 6.
Figu a 5. Diseño de alamb es ende ezados.
Figu e
5. Wi es
s aigh ened
design.
Figu a 6. Disposi i o de alamb es ende ezados en el
in e io de la cáma a.
Figu e
6. Wi e
S aigh ened design specimen
inside o he
chambe
Se abaja en a mós e a lige amen e educ o a,
pe o pa a e i a posibles p oblemas de i ados de la
p esencia de pequeñas películas de óxido en la su-
pe icie de los alamb es, és os son a ados p e ia-
men e con alcohol isop opílico en ul asonidos.
5. RESULTADOS
Po las ca ac e ís icas de la adiación inciden e se
de e mina que una p obe a de alamb es bobinados
simila a la que has a aho a ha sido empleada pa a
el es udio de los mecanismos que ienen luga du-
an e el sin e izado
^ ^ ^
no es adecuada pa a su a-
amien o en el Ho no Sola ya que al aplica un
a amien o é mico con ene gía sola concen ada
sob e la supe icie de es e ipo de mues as, las ca-
pas más ex e nas se dila an, quedando aisladas del
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de
sin e ización de cob e
1. CAÑADAS, D. MARTÍNEZ, J. RODRÍGUEZ Y]M. GALLARDO
es o de la bobina, lo que p o oca la o mación de
discon inuidades en la p obe a que lle an asocia-
das una no able disminución en la can idad de ca-
lo que se ansmi e a las capas in e io es del bobi-
nado,
ya que en es as discon inuidades la ansmi-
sión de calo se ealiza po con ección y no po
conducción, dando luga a zonas de a amien o
cla amen e di e enciadas den o de la p obe a.
Pa a el segundo disposi i o, la p obe a con
alamb es ende ezados, el sopo e p esen a única-
men e dos supe icies la e ales con el in de no c ea
ensiones que impidan la dila ación longi udinal
lib e de los alamb es de cob e que se p oducía con
el bobinado de alamb e. En es e caso, el ensayo se
ealiza de mane a sa is ac o ia.
El nue o diseño esponde a las expec a i as, ya
que no se han p oducido ensiones debidas a la di-
la ación de los alamb es po la empe a u a y no
pa ece p esen a p oblemas pa a que, en condicio-
nes adecuadas, se p oduzca su sin e ización.
Se han ealizado ensayos a empe a u as que os-
cilan en e 850 y 1.050 °C y iempos de exposi-
ción a iables. En líneas gene ales, se puede deci
que,
debido a la ele ada conduc i idad é mica del
cob e, las p obe as a adas median e adiación so-
la é mica concen ada inciden e sob e su supe i-
cie supe io se mues an homogéneas en odo su
olumen, no encon ándose di e encias ap ecia-
bles en e las di e en es capas.
De mane a gene al podemos deci que se obse -
a que pa a empe a u as in e io es a 1.000 °C y
iempos en e 2 y 180 min, iene luga la o ma-
ción de cuellos en un núme o educido de con ac-
os,
dependiendo la longi ud de los cuellos o ma-
dos de la du ación del a amien o. Así, pa a un
a amien o de 60 min a 1.000 °C la longi ud me-
dia de los cuellos o mados en e alamb es adya-
cen es es de 88,15 |am.
Sin emba go, en los ensayos ealizados a 1.050
°C se obse a que la o mación de cuellos se p o-
duce siemp e que exis e un con ac o inicial; así,
pa a un a amien o de 2 min a 1.050 °C la longi-
ud media de los cuellos o mados es de 186,04
|Llm, pudiéndose obse a las siguien es mic og a-
ías (Fig. 7).
6. DISCUSIÓN
Mac oscópicamen e, se puede obse a que los e-
sul ados ob enidos en el Ho no Sola son simila es
a los ob enidos en in es igaciones simila es eali-
zadas an e io men e en ho nos con encionales ya
que,
de mane a gene al, podemos deci que a em-
i T^1050^C
- Î «lín
Figu a 7. Sección de p obe a de alamb es as su sin e iza-
do a 1050°C du an e 2 min. en Ho no Sola .
Figu e
7.
C oss-sec ion
o wi es
specimen
a e
sin e ing
o
J
050°C o 2
minu es
in o Sola
Fu nace.
pe a u as in e io es a 1.050 °C el po cen aje de
cuellos o mados en e alamb es adyacen es es ba-
jo,
mien as que a pa i de esa empe a u a la o -
mación de cuellos es ele ada, obse ándose una
mayo homogeneidad en las mues as.
Así, en los expe imen os ealizados po Ale-
xande y Ballu i sob e un diseño de múl iples ca-
pas de alamb e bobinado sob e un ca e e de co-
b e,
en un p ime caso, los alamb es de cob e, de
diáme o 0,128 mm, ue on some idos a a amien-
os é micos a 1.075 °C y iempos supe io es a las
4 h. Los esul ados y mic og a ías que ob u ie on
mues an que a esa empe a u a se p oduce la o -
mación de cuellos desde los p ime os esul ados
analizados.
Realiza on o a se ie de ensayos a empe a u a
lige amen e in e io , 1,000 °C, y es udia on los e-
sul ados pa a iempos supe io es a las 8 h. Obse -
a on que pa a iempos de 8 h p ác icamen e no se
o man cuellos; a iempos supe io es obse a on
una mayo homogeneidad en la pieza y un mayo
núme o de cuellos.
168 Re . Me al
Mad id
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Viabilidad
del uso de la
adiación sola concen ada
al
p oceso
de
sin e ización
de
cob e
L
CAÑADAS,
D.
MARTÍNEZ,
J.
RODRÍGUEZ
Y
J.M. GALLARDO
Como se
ha
indicado,
en
ambos casos, los esul-
ados
son
simila es
a los que se
ob ienen
en el
Homo Sola .
es igación Cien í ica, Desa ollo
e
Inno ación
Tecnológica, Re e encia. REN2003-09247''C04'01
5. CONCLUSIONES REFERENCIAS
-
El
análisis p elimina
de las
piezas ensayadas
mues a
la
iabilidad
del
sin e izado
de
cob e
en ho nos sola es, desa ollando
las
p obe as
a adas cuellos bien de inidos
y
educiendo
su
po osidad, ca ac e ís icas p opias
del
sin e iza-
do.
- La e aluación
de
dos disposi i os expe imen a-
les pa a
el
sin e izado
de un
modelo cilind ico
en
el
Ho no Sola a oja esul ados sa is ac o-
ios pa a
un
diseño
de
alamb es
de
cob e ende-
ezados,
no
siendo expe imen almen e adecua-
do
el
uso
de un
bobinado
de
alamb e
de
cob e,
empleado po o os au o es
en el
caso
de
ho -
nos con encionales.
- Ac ualmen e
se
es á es udiando
la
mejo a
del
p oceso que pe mi a a a supe icies mayo es
con una mayo uni o midad é mica.
Ag adecimien os
P oyec o inanciado po
el
Minis e io de Ciencia
y
Tecnología den o
del
P og ama Nacional
de In-
[1]
D.
MARTÍNEZ
y
J.
RODRÍGUEZ,
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Me al.
Mad id
34
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[2] D.
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Technologies
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43 (1995) 599-
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