lunes, 21 de noviembre de 2022

Pequeño Horno Eléctrico para fundir Aluminio (1450W) por menos de 50 u$s – Parte 1

¿Por qué un horno eléctrico?



Me decidí por un horno eléctrico por varios motivos:

Limpio y silencioso. Los hornos eléctricos son mucho más limpios y silencioso frente a los hornos a carbón o gas.

Mas seguro. También lo considero más seguro ya que mi idea es usarlo con crisoles de acero solamente para fundir aluminio y un horno eléctrico resistivo jamás sería capaz de fundir el crisol.

Fácil control de temperatura. Con el agregado de una termocupla y un sistema de control es relativamente sencillo poder control la temperatura con precisión.

Se puede usar en el interior. Siempre que el ambiente esté bien ventilado y recomiendo el uso de mascara sobre todo para fundir piezas con pintura como latas de cerveza. 

Materiales Principales:

5 ladrillos tipo K26 (63mm x 114mm x 229mm) (5 x $860 15/11/22 ~ 15 u$s)

20 metros de alambre Kanthal A1 Ø1mm ($4000 15/11/22 ~ 14 u$s)

½ ángulo de 1” x 1/8” (3000mm) ( ~  5 u$s)

2 varillas roscadas de ¼”W (1000mm c/u) (2 x $270 15/11/22 ~  2 u$s)

24 tuercas de ¼”W (0,5 u$s)

1 corte de chapa de 1/8” de 227mm x 183mm ( ~  3 u$s)

Otros Materiales:

Cable eléctrico

Enchufe macho 10A

2 tornillos de 5/32” x 2 ½”, tuercas y arandelas

Aerosol alta temperatura

Construcción:

Resistencia:

Yo compré 30 metros de alambre Kanthal A1 Ø1mm que es una aleación de hierro cromo y aluminio. Finalmente utilicé menos de 20 metros.


Al alambre hay que darle forma de “resorte” eso lo hice usando 2 recortes de madera, algunos tornillos, una varilla de acero inoxidable Ø8mm x 1000m de largo.



Dejo el link a un video en YouTube donde se explica en detalle este método.

https://www.youtube.com/watch?v=I-5_MN5_Fmc

Dejé unos 250mm sin roscar para hacer un extremo enrollando el alambre sobre si mismo.

Luego hay que estirarlo tirando desde el extremo contrario (no hacerlo por tramos). Medir 33 ohms y alisar 250mm para hacer la otra punta del alambre.

Hay que estirar la resistencia hasta que mida 1850mm sin contar las puntas.

Ángulos de 1" x 1/8":
4 de 227
4 de 177
2 de 220
2 de 66
TOTAL = 2188

Varilla Roscada 1/4"W:
4 de 320
2 de 150
1 de 225
TOTAL = 1805

24 tuercas 1/4"

1 corte de Chapa 1/8" 227 x 183

Primera corté todos los ángulos y las varillas roscada. Luego realicé las perforaciones de Ø 7mm en los ángulos y las chapas de manera tal que queden hermandas.  Seguido de esto hice los despuntes de los ángulos de 177mm de largo. Con la ayuda de sargentos posiciones los ángulos en los ladrillos y los soldé (yo lo hice muy ajustado para disminuir la fuga de calor y cuando lo desarmé se me rompieron parte de 2 ladrillos). Todos estos trabajos los hice en la fábrica donde trabajo con cierra sin fin, agujereadora de banco, soldadora mig, guillotina para cortar la chapa, etc.

Los ángulos de 220m llevan un corte en ángulo que permite que la tapa del horno quede abierta a aproximadamente 110º.

Ladrillos:

Estos ladrillos son muy fáciles de mecanizar y por ende también muy frágiles por lo que hay que hacerlo con cuidado de no golpearlos. Son ladrillo con un alto contenido de alúmina por lo que es indispensable hacer todos los trabajos en los ladrillos usando SIEMPRE una semi máscara con filtro de partículas.

Perforación:

Coloqué las varillas roscadas para mantener las 2 estructuras y los 4 ladrillos. Usé otros 4 ángulos de 1” x 1/8” de aproximadamente 120mm con una perforación en un extremo para posicionar un tubo sin costura Ø88,9x5,49 x 120mm de largo que es la guía de la perforación. La perforación la hice manualmente usando un tubo estructural de Ø 3” x 1/8” (Ø76,2 x Ø3,2) x 380 mm de largo, al que le hice “dientes” con la amoladora angular. Todo el proceso me llevo unos 30 minutos. Por mi trabajo dispongo de ese tipo de tubos como material de descarte, pero el trabajo se puede hacer más fácilmente con mecha copa y agujerea dora de banco. La perforación final quedó de Ø 78mm.






Tapa y Base:

Para la tapa y la base hay que cortar el quinto ladrillo a la mitad usando un serrucho.

La tapa lleva 2 muescas por donde pasan las parillas roscadas. Dicho mecanizado se puede realizar fácilmente en minutos usando las mismas varillas roscadas a forma de lima.


Para el base primero coloque una cinta de papel a 20mm a modo de guía. Luego centré un tubo estructural de Ø 3” x 1/8” (Ø76,2 x Ø3,2) al que usé como plantilla. Y con el serrucho y una lima plana rebaje los 20mm de la base.

Hélice para alojamiento de resistencia:

Este es el mecanizado más complicado y demandante; me llevo algo más de 2 horas.

La hélice generatriz tiene un Ø de 90mm, 6 revoluciones y un crecimiento vertical de 28 mm/rev. Resultando una altura total de la generatriz de 168mm (6x28). Mi resistencia realizada con la varilla Ø8mm quedó de un Ø exterior de 10,5mm, por lo que el alojamiento lo hice de Ø11 y 11 mm de profundidad.

Como guía modelé e imprimí en 3D una plantilla. Para empezar, hay que ubicarla a 16mm de la parte superior y entre ranuras de un ladrillo hay que bajar 28mm. Para marcar las ranuras en el siguiente ladrillo hay que bajar 7mm (28/4).


Para mecanizar las ranuras use una herramienta hacha con una hoja de cierra y limas redondas.


Por último, realice 2 perforaciones para pasar los extremos del las resistencias y los tornillos de 5/32” W x 2 1/2”

El desarrollo de la hélice es de aproximadamente 1700 mm, pero la resistencia la estire hasta 1850mm. Esto es apropósito hay que ir comprimiendo un poco la resistencia mientras la colocamos en el alojamiento, esto nos asegura que la resistencia quede dentro del alojamiento sin necesidad de otra fijación. Por este motivo preferí hacer una hélice frente a otras disposiciones mas simples como alojamientos verticales. 


Se me partieron 2 ladrillos al desarmarlo a pesar de tener mucho cuidado. Simplemente guarde lo pesados, los volví a colocar y quedó perfecto.

Trabajos Pendientes:

Patas:

Las varillas roscadas sobrantes en la parte inferior están pensadas para colocar algún tipo de patas regulables que aseguren que el horno quede nivelado.

Crisol:

Como primer crisol usé un tubo sin costura Ø50,8 x 5mm al que le soldé en la parte inferior un disco de 3/8” de espesor.





No quiero entrar en mucho detalle sobre esto ya que tengo pensado hacer otro crisol con agarres más seguros.

ES MUY IMPORTANTE apagar el horno para colocar y quitar el crisol ya que fácilmente podremos cortocircuitar la resistencia. También es muy importante colocarlo bien centrado en el horno.

Control:

La parte eléctrica no está aislada ni puesta a tierra, tengo que emprolijar todo eso.


Mi idea es que el horno se apague cuando la tapa está abierta. También tengo la idea de hacer un simple control de temperatura con una termocupla casera, un amplificador operacional doble, un par de relés entre otras cosas.

A pesar de no tener control de temperatura creo que es difícil que el horno se pase de temperatura ya que limité mucho la potencia para alargar la vida útil de la resistencia que es de solamente Ø1 mm y mi idea es usarlo solamente para fundir aluminio.

Resistencias de mayores diámetros son ideales, pero mucho mas costosas ya que al aumentar el diámetro disminuye la resistencia por lo que se necesitan muchos mas metros de alambre para mantener la misma potencia. En un horno tan pequeño no habría forma de meter mas metros de alambre.  

Conclusiones:

Un horno eléctrico me parece la mejor opción para fundir pequeñas cantidades de aluminio, comparándolo con horno a carbón o gas.

Dentro de las ventajas ya mencionadas son más limpios, silenciosos, seguros y se pueden usar en el interior.

Las desventajas principales son que el costo de materiales y la potencia consumida aumentan mucho al aumentar el tamaño. También es más lento frente a otros métodos.

Este horno es mi primera experiencia en fundición de metales, por eso quise que sea lo mas pequeño posible y de baja potencia.

La idea del proyecto es empezar un nuevo hobby y dependiendo de que tanto me entusiasme probas distintas técnicas, como fundición con poliestireno expandido, con moldes de arena, PLA perdido, entres otros. Tampoco descarto la idea de hacer un horno mas grande a futuro y otros equipamientos.

PLANOS: