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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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