scieee Science in your language
[es] (orig)

Viabilidad del uso de la radiación solar concentrada al proceso de sinterización de cobre

Abstract

En la actualidad, el proceso de sinterizado, así como la práctica totalidad de los procesos que se llevan a cabo en la industria, depende de las energías convencionales. Este trabajo pretende demostrar la viabilidad del uso de una fuente de energía renovable como es la Energía Solar Térmica en el sinterizado de cobre. Con objeto de realizar en el futuro una evaluación de las fuerzas conductoras y de la trayectoria del material transportado en función de las características del sistema y de la radicación incidente, se opta por diseñar distintos dispositivos experimentales de empaquetamiento basados en modelos de partículas ideales, en este caso cilindros, con los que se pretende simplificar la geometría del sistema real basado en partículas compactadas, siendo evaluados experimentalmente en el Homo Solar de la Plataforma Solar de Almería. Las muestras tratadas en atmósferas ligeramente reductoras, desarrollan cuellos bien definidos y muestran una reducción de porosidad, lo que permite demostrar la viabilidad del proceso.

Read accessible full text

Viabilidad del uso de la radiación solar concentrada al proceso de sinterización de cobre

Author: Gallardo Fuentes, José María; Rodríguez Garcia, José; Cañadas Martínez, Inmaculada; Martínez Plaza, Diego Manuel
Year: 2005
Source: https://idus.us.es/bitstreams/fb9d297c-7c31-46b3-b556-e52f07cf3942/download
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
Re , Me al Mad id Vol Ex , (2005) 165-169 165
(c) Consejo Supe io de In es igaciones Cien í icas
Licencia C ea i e Commons 3.0 España (by-nc)
h p:// e is ademe alu gia. e is as.csic.es
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
XJL/
/T
Helios a o
Concen ado A enuadp ,' ' '^. ' ' '"
>S
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
Mad id
Vol.
Ex . (2005) 165-169
(c) Consejo Supe io de In es igaciones Cien í icas
Licencia C ea i e Commons 3.0 España (by-nc)
h p:// e is ademe alu gia. e is as.csic.es
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
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
Re . Me al
Mad id
Vol.
Ex . (2005) 165469 167
(c) Consejo Supe io de In es igaciones Cien í icas
Licencia C ea i e Commons 3.0 España (by-nc)
h p:// e is ademe alu gia. e is as.csic.es
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
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
Vol Ex . (2005) 165469
(c) Consejo Supe io de In es igaciones Cien í icas
Licencia C ea i e Commons 3.0 España (by-nc)
h p:// e is ademe alu gia. e is as.csic.es
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,
Re .
Me al.
Mad id
34
(1998)
104-108.
[2] D.
MARTÍNEZ
y J.
RODRÍGUEZ,
Su ace Modi ica ion
Technologies
XI,
Ins i u e
o
Ma e ials
Pub.,
Lond es,
Ingla e a,
1998, pp. 441-447.
[3] I.
CAÑADAS,
D.
MARTÍNEZ,
J.
RODRÍGUEZ.
Bol. Soc. Esp.
Ce am.
y
Vid io
43 (2004) 591-595.
[4]
J.
S oBODA, H. RiEDEL, Ac a
Me all.
Ma e .
43 (1995) 599-
606.
[5] B.H.
ALEXANDER, R.W. BALLUFFÍ,
Ac a
Ma e .
(1957) 666-
611.
[6] F.V.
LENEL,
Po ude Me allu gy P inciples
and
Applica ions,
Me al Powde Indus ies Fede a ion, P ince on, New Je sey,
Es ados Unidos, 1980, pp. 229-239.
[7] W.D.
JONES,
Fundamen al P inciples
o
Powde
Me allu gy,
Edwa d A nold Publishe s, Lond es, Reino Unido, 1960,
386-420.
[8] H.H.
HAUSNER,
W.E.
SMITH,
Modem De elopmen s in
Powde
Me allu gy,
Me al Powde Indus ies Fede a ion, Vol
6, P ince on, New Je sey, Es ados Unidos, 1973, 215-235.
Re . Me al.
Mad id
Vol.
Ex . (2005)
J
65-169 169
(c) Consejo Supe io de In es igaciones Cien í icas
Licencia C ea i e Commons 3.0 España (by-nc)
h p:// e is ademe alu gia. e is as.csic.es