Recocido dinamico del hilo de cobre por medio de un corto circuito controlado
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Recocido dinamico del hilo de cobre por medio de un corto circuito controlado
El Recocido del cobre no es otra cosa un proceso para cocinar el cobre para cambiarle sus caracteristicas mecanicas y electricas de cobre duro por las de un cobre suave o semiduro, esto se hacia antiguamente poniendo en un horno cierta cantidad de cobre trefilado a una temperatura y a un tiempo determinado , con el recocido continuo lo que hay es, en la misma linea de trefilado se recoce y para eso se montan en el camino de paso unas poleas que cumplen doble funcion el de guiar al hilo trefilado hacia su almacenamiento final tambien son puntos de potencial electrico es decir estan bajo tension, es esa tension que manejandola debidamente produce un efecto Joule (I²R) que se manifiesta como calor y es ese calor justamente el que se encargará de recocer el cobre.
Las máquinas para trefiladoras-recocedoras, son maquinas que reducen en diametro mediante el estiramiento y recocen el hilo de cobre al mismo tiempo llamadas Trefiladoras de recocido continuo, son diseñadas y fabricadas de pequeño a gran tamaño y que logicamente la dimension de la máquina va en relacion directa a la potencia considerada en su diseño y a su vez estas potencias con el calibre máximo y minimo que la máquina puede elaborar en trefilado continuo.
Si bien su comportamiento electrico es conocido por los fabricantes de cables electricos, el presente estudio hace incapie en el uso optimo de estas máquinas, para lograr mejores resultados en tiempos de produccion y así tambien en la elaboracion del cobre de caracteristicas electricas intermedias entre el temple duro y el temple suave conocido como semiduro.
Reconociendo la interdependencia de las variables que intervienen en el proceso, esto hace cambiar el empirismo existente y las sendas tablas de los puntos de recocido hechas punto por punto hechas en forma practica para cada calibre y cambiarlo todo por un control metodico donde necesariamente se cumplen las leyes de la electricidad y la mecanica.
Los resultados y conclusiones aquí obtenidos han sido comprobados mediante experiencias en planta de fabricacion de cables electricos.
Este trabajo detalla las consideraciones y lineamientos basicos de la ingenieria a nivel de la observacion de las leyes fisicas así tambien como su ejecucion y la puesta en practica de las mismas permitiendo cubrir los detalles más importantes en lo al recocido de cobre se refiere.
Proceso de trefilado: Proceso mecanico por el cual se reduce el diametro del cobre por estiramiento usando para ello unos dados con diametro de entrada u diametro de salida , logicamente el duiametro de slida sera menor que el de entrada obteniendose asi su reduccion .
Descripcion del proceso: Por medio de la trefilacion el cobre se estira mecánicamente y se lleva de diametros mayores a la entrada a diametros menores a la salida, toda máquina cuenta con un numero de pasos de trefilado uno a continuacion del otro donde se buscan reducciones hasta conseguir la medida final osea el diametro final buscado, y esa limitacion de la reduccion en cada paso tiene un limite de 20% como máximo, y si se sobrepasa ese limite el cobre simplemente se rompe y se interrumpe el proceso. La porcion del dado de trefilado que raliza el estiramiento es de diamante sinterizado, el sinterizado es el proceso por el cual se le adiciona polvo de diamante a altas temperaturas y presiones y ello le garantiza una vida util de por lo menos 20 años sin sufrir desgaste.
Seleccion para trefilar cobre suave, semiduro, duro: Existe un swicth en los tableros de la máquina el cual da la posibildad de elegir si el cobre va a ser recocido o no que y que por cierto solo es una orden que activa la seccion electrica que va a controlar un corto circuito el cual explico brevemente a continuacion. De la caja de trefilado sale el hilo reducido en diametro y asu paso a la salida en los carretes de maniobra existen poleas metalicas por las cuales pasa el hilo de cobre ya trefilado , estas poleas estan conectadas mediante barras de cobre al transformador de recocido , estando a un potencial electrico se puede visualizar que el hilo pasa por poleas energizadas , esta situacioon electrica provoca un corto circuito entre poleas y por consiguiente paraece una corriente de recocido que llamaremos "Irec" , que es una corrinete que produce efecto joule (I²R) es este calor aplicado durante el tiempo que tarda el hilo de cobre,dandole asi caracteristicas mecanicas y electricas necesarias para obtener el cobre suave , cabe indicar que si bien el corto circuito es permanente,la velocidad con que pasa el cobre por la s [poleas solo permite la exposicion al corto circuito por un corto tiempo que le es suficiente para controlar el calor ganado por el, cobre a su paso por el bobinado en el carrete de salida .Para diferentes velocidades se tendra diferentes tensiones de recocido por consecuencia diferentes corrientes de recocido más adelante explicaremos la interdependencia de los parametros de recocido por corto circuito. ECUACIONES DEL RECOCIDO DINAMICO POR CORTO CIRCUITO: Calculo de la temperatura de recocido
Partiendo del principio fundamental de la conservacion de la energia tenemos por calor Calor cedido por el transformador de recocido = Calor ganado por el cobre Q(cal)=MCe(delta t)(4.186)= V²T/R , 4.186 joules = 1 caloria
V²T/R = MCe(delta t)(4.186) todo por D (distancia entre poleas)
D.(V²T/R)= D.MCe(delta t)(4.186) dividiendo por T
D.(V²/R) = v.MCe(delta t)(4.186) v = D/T
Despejando (delta t)
(delta t)= D.V²/(R.v.M.Ce(4.186))
(delta t)= D.V²/(Rho.L/s).v.s.L.8.89 .Ce(4.186)) R = Rho.L/S
L=D , Longitud del cobre =diastancia entre poleas
cancelando terminos iguales, calculado el coeficiente hasta aquí 8.89 x 93 x 4.186 = 3460.85922 (delta t) = V²/(Rho.v.D(3460.85922))
(delta t) = 60000V²/((54.16).RPM.(diametro de polea).(3.82x10(-3)(3460.85922)). pero,delta t = trec-tamb=>por la practica sabemos que trec +/- 400oC
Unidades y datos Equivalente mecanico del calor 1cal = 4.186 joules
R = Resistencia electrica del cobre ohms/km
Ce= 93cal/(kg.oC)
V = Tension de recocido en voltios
Rho = 17.241 ohms-mm²/km , resistividad del cobre D = 3.82 x 10(-3) km , distancia entre poleas de recocido . v = RPM (Diam).pi / (60000 km/seg) velocidad lineal del cobre en la polea de recocido.
En la ecuacion resultante vemos la dependencia en las variables es de forma parabolica donde estan relacionadas la tension aplicada a las poleas de paso para el corto circuito , la velocidad de la linea y la temperatura . con este resultado concluimos que tenemos la posibilidad de contar con un solo punto de recocido a partir de ello solo incrementar la velocidad con un potenciometro master y el sincronismo de los parametros "velocidad" , "tension" , "corriente" de recocido seran regulados por su respectivo PLC que moviendo los puntos de tension y velocidad lineal a traves de la parabola de carga electrica,resultado de las ecuaciones anteriores.
Cabe mencionar un aspecto relevante de estos resultados , es la relacion de los parametros de recocido no toma en cuenta el calibre, reduciendo a un solo valor de tension de recocido y tambien a un solo valor de tension de recocido y de velocidad y diremos que moveindonos por los puntos de la parabola " A mayor velocidad mayor tension de recocido, mayor corriente de recocido por tanto mayor potencia del transformador , y por mayor que sea la limitacion en potencia del transformador siempre sera el metodo mas economico que el tradicional, como dato ponemos que el cobre se recoce a 420 oC.
Hemos visto las ecuaciones de recocido para el regimen permanente , ahora vamos a considerar los transitorios de arranque y cuales deberan ser las caracteristicas de las ecuaciones en ese estado.
Resolveremos las ecuaciones respecto del tiempo: Recordando la ecuacion
V²T/R = MCe(delta t)(4.186)
Llamemos v = F(T) = velocidad de trefilado
todo por D
DV²T/R = DMCe(delta t)(4.186) pasando a dividir T
DV²/R = (D/T)MCe(delta t)(4.186) donde F(T)= v = D/T .
Derivando respecto del tiempo
d(DV²/R)/dt = (dv/dt)MCe(delta t)(4.186)
(V²/R)dD/dT + 2(D/R)VdV/dT =(dv/dT)MCe(delta t)(4.186)
(V²/R)v + 2(D/R)VdV/dT =(dv/dT)MCe(delta t)(4.186)
