ANA1~~ D~t l~~TIT~T~ D~ - Universidad de Chile › ~bibliofcfm3 › sites... · ANA1~~ D~t l~~TIT~T~ D~ INGE~Il~R~~ INTROIWCCION Á LA ~n;rrALURGIA GENERAIJ TEMPERATURA DE. COMBUSTIÓN

TOMO V 15 de Abril de 1893 Núm. 27-------'-----------------~-----------------

ANA1~~D~t l~~TIT~T~D~ INGE~Il~R~~

INTROIWCCION Á LA ~n;rrALURGIA GENERAIJ

TEMPERATURA DE. COMBUSTIÓN

(Continuación. )

Encontraremos por ejemplo 1 50d sea una caída de'tempera

tura de 1760- 1560 = 200 grados ó 1 1,3~{Si se repite la experiencia en el alto-horno, se encuentra sólo

130d, de manera que los gases llegan fuera del laboratorio con

una pérdida de

L~]60-2-~Yo~9.<? = 26%1760

Si ]a operación metaltírgica no absorbe calor, como en el caso

del pudolage de fierro, esta pérdida es debida ¡ínicamente al en

friamiento de las paredes del horno y también á la combustión

incompleta de los gases. Se puede decir que el 20% cid calor

desarrollado por la combustión es empleado á luchar contra el

desperdicio del calor. por radiación y trasmisión por las paredes.

Calculamos ]a pérdidadp calor por los paramentos.

1.0 Calor que se !lc,ltl el hIlJllo.-Con una chimcnea dc 40 mc

tros de altura es bastante dar á los gases una temperatura de

20d para tener buen tiraje.; la pérdida relativa será entonce;

200~~~0~ = 12,5%--1 760

2 I4 INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA GENERAL

2.° Calor emPleado en producir calor.-rk de combustible

puro produce 4k,9 [O de vapor con Sk de presión efectiva, el calor

empleado será

(6S4--34)caLx4,96x[00 0/

7 SOO cal. ----- = 4 [,3/0

3.° Calor emPleadoen calen(ar y fimdir fierro colado.---7%:total del caJor empleado útilmente I2, So + 4 r,3 + 7 = 60,8%.

Término medio se quema 6 SI' de hulla por rod' de fierro afi

nado; el calor específico de! fierro colado es 0,2 [, calor de fu

sión = 50, se gasta:

a Para elevar el fierro colado á 1rooo ... roo k. x 1roo x 0,2 r = 23IOO calorías

b Para fundirlo 100 + 50 = 5000 !)

e Para calentar á '" r 560°: 100 (1 560·-r r00) 0,2 r = 966 »

Calor absorbido por el fierro colado = 29066 caloríasSea:

roo x 2q066 ca]

6 ~ - . 6 á M'Z5 ?-. +75°0 cal. 1,0

del calor producido por e! combustible; el calor empleado útil

mente es 60,8%; queda una pérdida total de 40% que no sirve

ni al tiraje, ni á la producción del vapor, ni al calentamientodel metaL

Ahora si de estos 60,8% se quitan los 40% quedan 20,8%.

Se puede según Lencauchez atribuir las pérdidas parciales á20%; entonces 40-20 = 20~~ representa la pérdida mediana del

calor por radiación y trasmisión de los ladrillos de las paredesdel horno.

La pérdida del calor no se puede evitar de una manera abso

luta, los buenos aparatos disminuyen los desperdicios sin anu

larlos. Sin embargo, como la pérdida alcanza á una cantidad

apreciable, se ha buscado medios de aprovechada por medio de

<''''1···········}f'}.~

~,

~I~ 1WfRODUCC1ÓNA LA :vIETALlJRGL\ GENERAL 215

~ la recuperación y de la acumulación o regeneración; la recupe

ración no puede utilizar en su totalidad el calor disponible en

cada aparato. Llamemos '1' la temperatura de las llamas en lasalida del hOr;Jo Ó á la entrada en el recuperador; si se admite

una diferencia de 1Sol) entre la temperatura del gas á la entrada

en el recuperador y la temperatura del aire á su salida, el aire

tomado á d saldrá del recuperac10r á (T - ISO); este 'aire es una

fracción del aire total em pleado; sea r, la fracción sometida á la

recuperación, la cantidad de calor que se llevará será

(1) R=(T-150o)x 1o"nxrxO,238

Sea P, la potencia calorítlca del combustible, V, la cantidad

de calor utilizadu para la vaporización, si en lugar de un recu

perador había una caldera.Utilización con recuperaclor

R ('1'-150) IO"'" X 2 x 0,238(2) P=--~--~F-------

U ti1ización con una caldera de vapor

( ) \1 (606.5 +0,305 t) P""1 _ - . ~ _.) p- l'

p = peso del vapor producido por 1 k de hulla quemada,

t = temperaturit correspondiente él la presión de la caldera.

Supongamos T = r 30d, l' = 0,70, la fórmula (1) da por lacantidad de calor utilizado para calentar el aire

R=(13000~150o)X ro'"",ooXO,jOXO,230= 1930 calorías

la utilización dd aparato de recuperación colocado en el horno e:;

entonces

.L-...l

2 I6 INTRODUCCIÓN A LA l\rETALUlZCL\ (; EN ElZ.\L

R-'~=25%p - 7500

L T ., 1 1 11 . V "a utr lzaClOn e e a ca e era sena 'p = 4 r "

la diferencia entre la caldera y el recuperador será 4 r -2.5 % =r 6 % en favor de la caldera,

La recuperación utiliza cerca de la mitad del calor que S2 lle

van las llamas, la vaporización utiliza muy cerca de la totali

dad; además el recuperador ocupa una superftcie doble de la

superftcie de la caldera. Sería abusar dcmasiado aJ examinar ydiscutir los varios problemas que conten idos en este primer ca

pítulo de introducción de la metalurgia general que habemosllamado: cotlzbustibles, combustión, emPleo de! ralor.

1 1

TERMO-QU [?vIrCA- D¡SOCIAC [(.:; --ES PECT ROCO]'! A

La química alumbra de día en día, más los procedimientos

de la metalurgia; nadie niega la alta inHuencia que la ciencia

química ha tenido sobre los adelantos más notélbles que la meta

lurgia ha experimentado en los t'tltimos aiIos. La metalurgia del

oro, de la plata, del cobre. del nikel, del aluminio, del fierro, se

ha perfeccionado por la intervenciÚn de la química en el domi

nio de la metalurgia, los descubrimientos relativos á los aceros

muy variados, á los aceros Bessemer, Besscmer-lVIartín. la desfosforación, el ferro-manganeso, del ferre-silicio, etc, han trans

formado la industria del fierro.

La termo··química ha venido también en ayuda de la meta

lurgia, para explicar reaccioncs inexplicables hasta hoy y pre-

INTRODUCC[ÓN A LA ~I ETALU¡ZGIA GEN ERAL 217

ver reacciones que permiten combinaciones desconocidas. Hoy

día el estudiante ingeniero que quiera ingresar al estudio de

la metalurgia, debe poseer los conocimientos ;de la química

y de la termo-química.

Las le~Tesde la termo-química explican las anomalías aparen

tes, señ.aladas en los valores elt: la potencia calorífica de algunos

cuerpos y permiten ek deducir las temperaturas de combinación

é indicar [as combinaciones posibles y las que no lo son.

R(~cordaremos lo que tiene de esencial la termo-química de

sarrollada con precisión por M. l3erthelot en su 1ibro Essai de

mécanique-chimique. El sabio químico del fllslilul de ,Frauce dis

tingue combinaciones exolérmica.i ó con producción de calor ycombinaciones endo-Iérmicas ó con absorción de calor.

E I estudio de los fenómenos térmicos produciéndose en las

acciones químicas hall conducido á Berthelot á formular [os

principios y teoremas siguiente~:

I.o PrillClJJl'O de! trabajo moler ular: la cantiehd de calor pro

ducido en una reacción cualquiera mide Ja suma de ]os trabajos

químicos (combinaciones y descomposiciones) y físicos (cam

biamentos de estado, condensaciones) realizadas en esta reacción.

Sea [ gr, de hidrógeno + 35,5 gr. de cloro = 36,5 gr. de ácidoclorhídrico sin h,lber cambiado de volumen desarrollan 22 calo

rías, es decir que el calor de combinación de[ hidrógeno y de[

cloro es de 22 calorías. [ gr. hidrÓgeno, más 8 de oxígeno unién

dose produce 9 gr. de vapor de ~gua sin cambiar de presión y

produ'~cn una cantidad de calor igual á 29 calorías.

Este calor 29 calorías (ó 29,000 si se toma el kilog.) repre

senta ;í. la vez, el calor correspondientc al trabajo químico ;í. vo

lumen constante y el trab;tjo físico nccesario en la condensa

ción de los 3 volúmenes si los gases componentes es dos volú.

menes de vapor de agua.

\ ,

2 I8 INTRODUCCIÓN .-\ LA METALURGIA GENERAL

Ahora I gr. de hidrógedo + 8 gr. de oxígeno = 9 gr. de agua

líquida; y se ha producido 34,5 calor.

Esta cantidad de calor comprende; r. ° d calor correspondien

te al trabajo químico; 2° el calor correspondiente á los trabajos fí

sicos, es decir, contracción de 3 volúmenes de gases en 2 volú

menes de vapor de agua y condensación del vapor de agua alestado líquido.

El calor de combinación mide la afinidad de los cuerpos: el

trabajo de la afinidad tiene por medida la cantidad de calor de

sarrollado en las transformaciones químicas de la combinación,

así es que la combinación del H con el Cl para formar H CI

produciendo 22 calorías, la descomposición del H C] en cloro éhidrógeno necesita una absorción de 22 calorías.

2.o Principio de equivalencia calorijica de transformación

qltímic<~ ó princip¡"o del estado l'nicial)' del estado final. Si unsistema de cuerpos simples ó compuestos, tomado en. condicio

nes determinadas, experimenta combinaciones físicas ó quími

cas capaces de conducir á un nuevo estado (sin dar Jugar á un

efecto mecánico exterior al sistema), la cantidad de calor pro

ducido ó absorbido depende únicamente del estado inicial y del

'estado final del sistema, es la misma cualquiera que sea la natu

raleza y la sucesión de los estados intermediarios. Como ejem

plo de la constancia del calor, tomaremos hi transformación

del carbono y del oxígeno en ácido carbónico por dos vías diferen teso

r.0 12 gr. de carbono puro, diamante, combinándose con

32 gr. d~ oxígeno para formar ácido carbónico producen 94 ca10rías.

C20'f~ CO~

~ =~:! = I2 + 32 = 44 = 94 calorías

2.° I2 gr. de carbono puro con I6 de oxígeno forman 28 gr.

de óxido de Clrbón C O (C 0'=,=' + O') pro:i'Jciendo 25,8 calo-

j

INTRODUCCIÓN .\ LA METALURGIA GENERAL 219

r

rías; combinando los 28 gr. de óxido de carbono con 16 gr. deoxígeno formaremos 44 gr. de ácido carbónico (C 0') á (C' O'

+ O'=CO') produciendo 6 8,2 calorias; la suma 68J,2 + 25.8=94calorías.

c +o~ = 94 calorías = (c + O = 25. cal.) + (ea + o = 68,2 calorías)

3.° PrinciPio de trabaio máximltm. Toda combinación quí

mica realizada sin la intenTención de un cuero extraño (calor,

electricidad, luz) tiende hacia la producción de! cuerpo ó sistema de cuerpos que producen el mayor calor. Este princi pio ó

ley, permite prever las reacciones que deben efectuarse en ciertas condiciones.

De esta proposición se deduce el siguiente corolario: «todareacción química capaz de ser realizada sin e! concurso de untrabajo preliminar y fuera de la intervención de una energía.extraña se produce necesariamente si ella derrama calor.

Citaremos algunos ejemplos del principio dd trabajo máximo.El cobre es precepitado del sulfato de cobre por el zinc ó el fierro, porque la formación del sulfato de zinc ó de hierro produ

ce una mayor cantidad de calor que la formación del sulfato decobre.

1.0 Fe S04 + Aq = 94,0 calorías lCu Soo! + Aq = 56,S cal.Zn S04 + Aq = 107.0 » J

2.° 1Z gr. carbono + 158,8 de Cu o (óxido de cobre) = Cu + Co 2 = 20,2 cal·

12 gr. C + 32 0=C04 (ácido carbónico) = 97 calorías

97-20,2 = 2 x 38,4 = 76,S, calor producido por la combina

ción del cobre con el 9xígeno. Resulta de este último ejemplo

que si un compuesto cede un sÓlo elemento á otro cuerpo. elcalor producido en la reacción es la diferencia entre el calor de

sarrollado para la formación del nuevo compuesto, por medio

.i.........J

P7>~

.1'7

220 INTRODUCCIÓN A LA ?>.IETALURGIA GENERAL

del elemento libre V el calor producido por la formación del

nuevo compuesto, por medio del mismo elemento libre.Por medio de la termo-química emplca:1do el colorario se de

duce del principio del trabajo máximo, las mutaciones del cloro,broma, iodo, azufre. oxígeno, ctc., los unos á los otros pueden

ponerse así:

H + HCI gas =!fCIg1S produciendo por su comhinación 22 calorías

H + Br gas= H Br gas 13.4 )'H +Yo gas = EYo 0,8 »

H + S gas = HS gas 8,3 »

H + a gas = Ha gas 29,S »

H + Cl gas = HCI en disolución 39,3 »

H+Brgas=HBr íd 33,S»

H+Yogas=HYo íd 18,6 »

H + S gas = HS íd 4,6 »

H + a gas = Ha líquido 34,S »

La acción de los hidrácidos sobre las sales formadas por los

e1cmentos haJogéneos, es en general, inversa de bs acciones delos elementos mismos, así

H Yo + Ag CI = H CI + Ag Yo ,= 13.3 cal.

HYo+Ag Br= HBr+Ag Yo=6,3

HBr+Ag Cl= HC1+Ag Br= 7,0

La termo-química,es hoy una guía preciosa para int~~rpretarlas reacciones en los hornos y focos metalúrgicos. Los siderur

gistas ya la aplican; en el instituto del fierro y acero (iron andstee! institute) varios metalurgistas como M 1'. Pouriel, M. Snelus, M. Lowthian Bell, han presentado trabajos importantes so

bre la aplicación de la termo-química á las reacciones de la me

talurgia.

¡ ?\TRODUCC¡c'):\ .\ L,\ ~fET:\LURG L\ C E:\ ER,\L 22 ¡

N uestro amigo, el sabio metalurgista l\'f. Ferdinand Gautier

ha demostrado desde: [886, la acción del ferrociliciu\1\ sobre

la transfc)[;l1ación de! hierro colado blanco CI1 el hierro colado

gris, ha sido conducido á formular esta condición de buen éxito

«el manganeso dcbc cvitarse para obtener el pleno efecto delsilicio.>!

M. Lowthian Bell cree que en la n;etalurgia actual. las canti

dades de calor producidas en las reacciones ':químicas pueden

servir para indicar los caracteres de las mutaciones que pasan

cuando diferentes sustancias se encuentran en presencia, citare

mos de M. Lowthian Bcll un ejemplo de la práctica industrial

suya que confirma las leyes termo-químicas.

El eminente sedcrurgista buscando tener una idea exacta del

límite extremo de la baja de temperatura en la cima del alto

horno; por esto se necesitaba conocer la cantidad de calor pro

ducida por la conversión del óxido de carbono en ácido carbóni

co, y tainbién si dicha cantidad era mayor ó m:~n()r que h can·

tidad que absorbía la reducción del !,eróxido de fierro, al pasar

al estado metálico y al estado de subóxido de fierro. Verifico

por la termo--química que la e!evación de la temperatura debe

ser muy pequei'ía; entonces hizo una experiencia en gra:lck es

cala; reemplaza el Óxido de hierro de las cargas del horno, por

una mezcla de carbonato de cal y de escorias donde la fusión

debía operarse ;Í, una parte bastarite inferior del horno, para no

influenciar sobre el estado del g-/leu.lard (boca), verificÓ un en

friamiento muy s(~nsible en la parte alta cl(~]horno; VOh·jl) entono

ces á las cargas ordinarias con e! óxido de hierro y verificó lInz

elev~1Ción de tcmperatura sensiblemcnte igual al enfriamientc

verificado anteriormente; había verificación de la teoría yexces(

de calor en esta experiencia. Supongamos ahora que en un b;¡¡'í(de lierro colado se encuentre:1 carbono, siliciulll, awfre. fósforc

Con el carbono, según la temperatura en presencia del óxido el,hierro tendremos:

'---1

.r JJoI'1Ij~)\ .p.1Z 1

(t'

222 INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA GENERAL

3 C+2Fe:Jo:l=4 F+3 Co:J

ó 3 C+Fe:Jo3=2 Fe+3 Co

.,

el análisis de los gases saliendo del convertidor 13essemer prueban que durante una gran porción de la operación se produceúnicamente ácido carbónico, porque á ]a temperatura relativa

mente baja de este período el ácido carbónico es estable, mástarde, la temperatura elevándose, se forma óxido de carbono

más estable y este gas se forma hasta la conclusión de la opera-. /clOn.

Sobre Sole, como en el Bessemer ó á una temperatura relati

vamente baja se forma ácido carbónico y cuando la temperaturase levanta, el óxido de carbono, con el silicio, tendremos la reacción

3 Si+Fe:Jo3=4 Fe+3 Si o"

con el fósforo

3 Ph+4 Fe"o:\=4 Fe+Pho4

con el azufre

3 S+2 Fe"o3=4 Fe+3so"

Si se considera un hierro colado con 3 de carbono 2 de silicio

las reacciones anteriores tcndrán lugar.18 de C piden 100 de Fe"o:; para dar 112 de fierro y 66 de

ácido carbónico.

3 de carbono 26, 6 , 11 id.

2 de silicio descompondrán 7. 6 de Fe'o3 para dar 5,6 dehierro y 4,2 de silicio.

Se necesita 34,2= 26.6 + 7,6 de óxido de fierro para 100 de

hierro colado y 23.9 partes de hierro para pasar al estado metáJico.

Ahora haciendo intervenir 1<1 cantidad de calor de combina-

ción.

Tomamos I¡ 5~82J calorías par;, representar la cantidad de ca-

lor producido por la oxidación del hierro !)asando al estado de¡k de Fe'o", es también b cantidad de calor absorbido por la reducción de dicho óxido de fierro a] estado metá~1¡cO.Se necesi

tará entonces para descomponer 34.2 de óxido de fierro

~

¡NTRODUCCIÓN A LA METALU¡{GIA GENER ...••L 223

34.2 X ¡582 = 54000 calorías.

los 3 de carbono pasando al estado de ~lcido carbónico darán

3 x 8080 = 24240 calorías.

Para el silicio

3 x 7830= 15460 calorías.

calor total producido 24240 + ¡5460 = 39700 calorías en nÚmeroredondo 40000 caJorías. Faltan 54000-40000 = [4000 calorías.

Se necesita entonces una calefacción exterior para llenar los

¡4000 calorías que faltan.

Sin embargo, no es bastante que el bai'lo de fierro colado seaelevado á la temperatura de 1400°, se m~cesita que la temperatu

ra llegue al punto de la fundición de acero y mismo un pocomás. La cantidad de calor contenido en el bal10 es para 100 de

metal agregando 34,2 de peróxido de hierro de ¡ 87800 calorías.

La operación concluida, el baño contiene 95 de metal, más

23 partes de metal reducido, mAs 4.2 de silicio, que deben ele·varse á la temperatura de 2000(" 10 que hace 246000 calodas;

agregando 72000 calodas y ackmás lo que s~~nccesita para completar las pérdidas por r;lcli~,ción, con \'ccgión, etc.

-1

224 I]'\TRODUCCIÓN ,\ L\ METALUI{GIA GEXEI{AL

La termo-química abre un vasto campo de estudios á los me

ta]urgistas y á los industriaies que trabajan los metales. Veamos

ahora la influencia qu~ tiene la disociación sobre las temperatu

ras en los hornos y focos del metalurgist;t.

DISOCIACIÓN

Los hornos metalúrgicos conteniendo materias incandecentes

á altas temperaturas, es el lugar donck se producen fenómcnos de

disociaciÓn que perturbaban á los metalurgistas de los tiempospasados.

El estudio de la disociación tiene mucha importancia para el

ingeniero que emplea el calor.

Consideremos un cuerpo com puesto calen tado hasta una cier

ta tem peratura, se descom pone ó se disocia.

Contando desde la temperatura inicial de la disociación, una

porción del calor recibido por el cuerpo, se gasta en este fenÓmeno; se admite q u(~ la disociación de una sustancia, con~ume

Ja misma cantidad de calor que produce la combinación.

Para tener una idea exacta del fenómeno, tomaremos un ejem

plo concreto, el caso del vapor de agua. Cuando se calienta en

un vaso cerrado á una temperatura superior á 1000°, que llama

remos T, el vapor se descompone parcialmente en oxígeno éhidrógeno; pero la descomposición cesa cuando la tensión de la

mezcla delxgeno v deIhoíid ró(yeno )Je<Yaá un cierto valor S. Si~ ~ bentonces se kvanta la temperatura á T' la descomposición par-

ciaI aumenta, Ia cantidad de oxígeno é hidrógeno libre aumenta,r ]a descomposición cesa otra vez cuand(~ la tensión de la mez

cla ha adquirido un valor S' superior á S. Si ahora se hace la

experiencia en sentido contrario, si se pasa de ]a temperatura

1" á la temperatura T una porción de los gases oxígeno éhidrógeno se combinan, y entonces ]a tensión baja de S' á Scorrespondiente á la tcmperatura T.

¡"TROnUCC¡ó" .\ L\ METALliRGL\ GEKER.\Lr ')')~--)

Así es que si la temperatura va creciendo de T ;:í. T', T" '1'''' la

tensión de los gases va también creciendo de S,á S', S" S'" con

las cantidades mayores de oxígeno é hidrógeno puestos cn li

bertad; por el contr.ario. si la temperatura del vapor de aguadisminuye, baja de '1"" á T disminuyendo también las tcnsiones

de S'" á S con las cantidades dc gases en libertad.

La tensión de los gases de la disociación es siempre limitada

y constante; crece ó disminuye con la tcmperatura y cs independiente de la cantidad de agua descompuesta.

La tensión S de los gases disociados á una temperatura '1', se

llama la tensiÓn de disociación á esta temperatura y crece conrapidez cuando la temperatura aumenta.

Se debe notar que el modo de desr.omposición llamado cliso

ciación por H. Sainte Claire Oeville está limitado por el fenÓmeno inverso de combinación parcial á la misma temperatura. Asícuando un cuerpo sc disocia ,í. una temperatura '1', tendremos en

el vaso cerrado, en presencia UIlO de otro y en un estado de equilibrio, el cuerpo compuesto y sus componentes.

Los fenómenos de combustión presentan algunas veCes contradicciones que explica la disociación; también en los focos

industriales á veces la disociación impide las combinaciones quese efectúan por un cambio de temperatura y rebajan las temperaturas que imposibiliten la disociación.

Las temperaturas obtenidas por la combustión de un combus

tible con el oxígeno puro son realmente inferiores á las tcmpe

raturas sacadas por el cálcu]o. Sainte Claire Oevillc y Oebrayhan determinado la temperatura cle la combustiÓn del hiclrógen()

y del oxígeno estimada en 2500°: Bunscn Ja ha determinado envolúmcnes constantes avaluáncloJa en 2844 graclos; el ccílculo

da para la combusti¿n cle los dos gases 6788 graclos ¿cuál es Jacausa de esta diferencia? Lo mismo pasa con la combustióndel óxido de carbono; Sainte C1a)re ha sacado 2600 á 2700 á la

"----J

226 INTRODUCCIÓNÁ LA METALURGIAGENERAL

presión de la atmósfera, Bunsen 3°°0° bajo ]a presión de 9 á lO

atmósferas; el cálculo da para dicha temperatura 7067°.

La disociación explica este desacuerdo aparente entre la ex

periencia y el cálculo; el cálculo supone la <:ombustión completa,en realidad no es sino parcia1. En efecto, contando desde una

cierta temperatura correspondiendo á la tensión de disociación,la combinación no se opera más desde entonces la temperatura

no puede elevarse. En la mezcla gaseosa se queda una cierta

cantidad de hidrógeno y oxígeno no combinado que se condu

cen como gases inertes. La temperatura de disociación aumen

ta con la tensión, lo que explica ]a temperatura más alta obser

vada por Bunsen.

Se puede calcular la proporción de gas combustible no combi

nado y este cálcu]o se necesita á veces en las investigaciones de

la ciencia metalúrgica. Partimos de la temperatura de combus

tión sacada por la experiencia por Sainte C]aire Deville en ]a

combustión del hidrógeno con el oxígeno, es 2500°. Llamemos 11t

]a fracción de hidrógeno combinado por 1 k de gas empleado, m-I

es la fracción no combinada: r de hidrógeno exige 8 de oxígenopara quemarse; fracción combinada = 8m, fracción no combina

da 8 (I-m )j(; el calor producido por la combustión del hidrógeno= 2900m.

Los gases de la combustión son

vapor de agua pesando 9 m,

hidrógeno (r.-m)

oxígeno 8 (r -Tl1)

•El calor absorbido por los gases es igual a] calor producido por

la combustión; tendremos 29000 m = 9111x 94801' + (I-m)JAoT+8 (I-m) 0,2r82T.

T = 2500.29000 m = 9 m x 0,48 x 2500+( I-m) 3,40 x 2500+ 8

(I-m) 0,2 r82 x 25°0, de donde se saca m: 111 = 0,45, un poco más

de la mitad del hidrógeno Ó 0,55 no se combina. Por la experiencia de Sainte Claire DeviJIe i Debray. se tendrá:

Peso total. 9,00 k. volumen total 14ID3271

1 .. d l d' 5,°49 t • l~a tenslOn e a ISOClaClones ---- = o' 353 a a tempcra-14,271

tura de 25000.Vcamos ahora cuál es en la experiencia de Bunsen, la fracción

de hidrógeno ccmbinado. En este caso el volumen estando constante, tomaremos los calores específicos á volúmenes constantes;tendremos la relación corno anteriormente:

4,°5_ m _ ~m3

0.808 -) °49

227

4,k40 = 3ID10771,43

0,55 6m31450,089 = ~~

INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA GENERAL

~ Vapor de agua 0,45 x 9 4.°5 k .t Volumen - - - .

~ Oxígeno 0.55 x 8 4.40 k. .t Volumen .

{Hidrógeno 0,55 XI - 0,55 k .Volumen .

0.48°1' ( ) 3.4°1' 8( f,2 1821'29000m=9 m-- + I-m ----- + I--m -- .1,41 1041 1,41

Ó z9000m=9 !TI x ()t~l·¡'- x z844+(I-m>f:H x z844 +8(I-m)~iJP' x z844

m = 0,347 se combina.

Así 0,347 es la cantidad que se combina con el oxígeno; 0,653

ó cerca ~. del hidrógeno no se combinará.

Peso del vapor de agua 0.3471<. 0<9=3,IZ3 k.

Volumen á 0° Y á 760 mim .

Oxígeno - (},653 k. 0<8=5,2241<.Volumen .

Hidrógeno 0,653 · 0,653VolllIl1en _ .

.... 3",3886

3""653

7""296

Pes~ 9 k. volumen total. .. 14""833 á 0° y á 760 mimo

~

228 llliT1WDUCcrÓNÁ LA .\IETALURGIAGEj\;ERAL

Volumen del oxígeno y del hidrógeno ante la combustión:

1 8

0,0895 + 1,43 =1 1, I 73 + 5,594=161U'767

La tención estando y,a la temperatura de 2850°, sin que el volumen cambie,

T 4 1lI:;! 8 3 ~habemos y= ¿ . 6J(I+a. 2844)=0,844xII,337=IO/~~11I ,m"7 7 '.

en la mezcla la tensión del v;¡por es

3.884TO,11°7 x -8-- = 2,05 al.14, 33

e/,) la tensión de di~ociación (1: 28440,

ESPECTROSCOPIOÓ ANÁLISIS ESPECTRAL

Hoy día se emp]ea e] espectroscopio para determinar con pre

sición el momento para concluir la operación en el trabajo cleI

metal Bessemer. El empleo de] espectroscopio para analizar la

]lama cid Bessemer es debido a l\I. \V. Bragge de Scheffield;M. Roscoe estudia el primero la ]lama; de las fábricas de acero

inglesas, el descubrimiento pasa á Alemania, Suecia, Aus.,Hungría, BéJgica, Francia, etc.

Supongamos un fierro colado que contiene por % puesta enel con vertidor Bessemer:

fierro .carbono .Silicio .

manganeso .

9l,S25'~2,850 > 100,000

2, 145 ,3,180 )

Durante el primer período de la operación, el hierro co]ado

estando vertido en el convertidor, se da a] viento. E ntre los

INTRODUCCIÓN A LA ~lETALURGIA GENERAL229

Fe; Mn. Si. C. el fierro arde desde el principio, el silicio se oxi

da el primero para dar Silicia, el manganeso, se oxida en pequeña proporción, no hay productos voléítiles; esta primera fosaestá caracterizada por ausencia de llamas, producción de chispas(ácido silícico), ausencia de efervescencia, porque no se produce

gases-carburados. Durante e] segundo período, el carbono arde,lama, efervescencia producida por el óxido de carbono, el silicio

continua á quemarse, el carbono pasa al estado de ácido carIbónÍ'co y de óxido de carbono; á medida que la operación ade

lanta, la llama aumenta y la llama más viva que dan un espectrovisible en el cual se verifican la presencia de los elementos entrados en la constitución de los fierros colados.

La terminación de la operación está indicada por Ja disminución de la intensidad de la llama, la desaparición de la eferves

cencia. En este momento el silicio ycl carbono no se quema Y' ...

más, el manganeso ha paséldo al estado de óxido Y se combinacon la sílice, y el hierro quema en más fu~rte proporción quean teriorm~n te.

Las llamas de los dos períodos son muy distintas por su es

pectro como por su aspecto.Recordemos los principios del análisis espectral:f.O Cuando la luz es dada por un sólido ó un líquido lI1can

descente el espectro continuo obtenido no tiene rayas ni brillantes ni oscuras;

2.0 Cuando la luz viene de un vapor ó de un gas incandes

cente el espectro es discontinuo y tiene rayas brillantcs, cuyanaturaleza y p::>siciÓnen el espectro indican los elcmentos contenidos en el vapor él los gases incandescentes;

3.0 La luz de cualquiera origen y atravesando un gas (.) un

vapor oscuro, da !Ligar á la formación de rayas ó bandas deabsorción. En el primer período de la operación del Bessemer,

tenemos poco gas, una llama poco brillante, muchas chispas; tendremos entonces un espectro continuo. Durante el segundo pe.·

•••••••••••

230 INTRODUCCIÓN Á LA METALURGIA GENERAL

r{odo de decarburacióll, una llama brillante, tendremos tres es

pectros superpuestos: 1.0 espectro con tínuo, 2.0 espectro con ra

yas brillantes; 3.° espectro con bandas de absorción.No entra en nuestra intención el hacer un estudio detenido

de la aplicación del espectrocopio á la metalurgia del fierro, noscontentaremos con decir que el análisis espectral hace conocer

la marcha del trabajo en el convertidor Besscmer.

«Los procedimientos espectrocópicos sería un medio más fe» cunda que el análisis químico para determinar las velocidades) relati vas de eliminación de los di versos elementos de los fierros

» colados en la operación de Bcssemer (Oeshayes).»El espectrocopio no sólo indica cuando el carbono y otros

elementos están quemados en el convertidor Hessemer ó en e

crisol, sino también nos indica la presencia de varios elementosque el análisis químico no verificaría.

El empleo del espectrocopio debe salir de la fábrica siderúr

gica para entrar en la fabricación de los otros metales; porqueeste aparato indica á cada momento el estado de pureza del líquido metálico fundido y las variaciones que experimenta estelíquido durante el períoJo de fabricación.

111

ELECTRO-:l!ETALURGIA

La electricidad ha entrado en el dominio de 1a metalurgiapráctica, la separación ekctrolitica de los metales, la refinadura

de! cobre, del plomo, etc., el tratamielito del oro, de la plata, delaluminio, del cobre, cte., son operaciones corrientes en varias

fábricas de Europa y de los Estados Unidos. La electricidad es

una fuerza que necesita para emplearla, conoceda de una manera

perfecta. Los estudiantes de electrometalurgia antes de ingresar

INTRODUCCIÓN A LA ~IETALURGIA GENERAL

~

231

en el curso de este ramo, de la electro-técnica, deben poseer al

ménos los conocimientos que se relacionan con estos estudios y

en particular las unidades y las medidas eléctricas, el rendimien.

to de las pilas, acumuladores, dinamos, dc. La producción de

una corriente eléctrica exige siempre un gasto de trabajo ó de

energía; esta energía puede produci rse bajo tres formas pri nci

pales: calor, reacciones químicas, energ{a mecánica. Segll11 el prin

cipio dt~ la conservación de la energía tocla producción ó desapa

rición de energía eléctrica corresponde á una absorción ó á una

producción de calor. En un circuito de cuerpos conductores se

produce corriente eléctrica cuando el circuito contiene una fuente

de energía; en las pilas esta energía está suministrada por las

acciones químicas, en los dinamos el trabajo de un motor se trans

forma en corriente eléctrica. La e~periencia ha verificado: ¡.••que la cantidad de calor producida por una misma suma de accio·

nes químicas es constante; 2.° cuando la corriente producida por

éstas acciones químicas pasa en un conducto inmóvil, la canti

dad de calor que desarrolla el pasaje de la corriente es igual á

la cantidad que resulta de las acciones químicas durante el mis

mo tiempo; 3.° si la corriente determina el movimiento de una

máquina, entonces, disminuye la cantidad de calor producida y

la disminución tiene por equivalente el trabajo exterior hecho

por la máquina en el mismo tiempo.

Pues bs máquinas eléctricas transforman el trabajo ó la ener

gía mecánica en energía cléctrica; para este objeto se utiliza lascorrientes de inducción resultando del movimiento de un incluito

y de un campo magnético engendrado por un inductor.

E 1 dinamo puede recoger tajas las potencias de la natura] e

za, sea cual fuese su origen, la fuerza del vapor, un saJto de agua,

el impulso del viento, etc., todo 10 recoge y todo lo convierte en

corrientes eléctricas. Salimos de estas gf:neralidades y detené

monos en algunas cuestiones fundamentales, introducción á la

electro metalurgia.


Unidades eléctricas.-Las unidades eléctricas del sistema C.

G. S. estando de un empleo difícil, se ha adoptado un sistema de

unidades prácticas en relación con Ias magnitudes que se midanó se encuentran generalmente, el Ampere es la unidad prácticade intensidad, el Coulomb, de cantidad, el Vol! de fuerza elec

tro-motriz, el Ohm de resistencia, el Farad, de capacidad, elWatt, de fuerza ó potencia.

El Ohm es representado por una columna de mercurio de un

milímetro cuadrado de sección y de 106 centrímetros de longitudó altura, á la temperatura de cero grado; corresponde á la resis

tencia de un hilo de cobre puro de un milímetro de diámetro y

de 48 metros de longitud, ó bien á un hilo de fierro de 4 milí

metros de diámetro y de I~O metros de longitud.

1 = E valloR ohm

El valor del "ampere es generalmente representado por la

cantidad de plata depositada por segundo. Cuando un bafio químico capaz de descomponerse es atravesado por una corriente,

cada ampere pone en libertad 0,0375 gr. de hidrógeno en una

hora y 0,0375 gr.,Xequivalente químico de un cuerpo cualquieradisuelto en el baño.

Un ampere es la intensidad de la corriente que pone en

libertad 4,05 gr. de plata en una hora en un baño electro-químIco.

Si O es la diferencia de potencial entre las extremidades de

un conductor, R ]a resistencia, I la intensidad, ]a ley de Ohmnos da

(1) 1=0R

Si el conductor tiene varias fuerzas electro-motrices, tendremos entonces

INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA GENERAL

(2)I=D+~E

2"; E es la suma dc las fuerzas electro motrices.

2~~JJ

Si existen en el circuito dos clases de resistencias Ri y Re,tendrcmos:

1=. ERi+Re

Si Ilamamos S la sección del conductor cilíndrico, I su longi

tud, á un coeficiente de rcsistencia específica, tendremos:

I)]a R S'-=~éa=-'s 1

El vo!1 es la fuerza electro-motriz producida por una corrientede un ampere con una resistencia de un ohm. Se llama también

la unidad dc difercncia dc potcncial.

D. D = RI1= R'

1, intencidad; D, difcrenci'! potcncial; R, resistencia.

El Cou/omb represcnta la cantidad de elcctricidad atravesando

un conductor durante un segundo cuando la intensida:! cs deun ampere. Las expresioncs ampere y coulomb por segundo tie

nen significado idéntico. El ampere-hora vale 3600 coulomb.La cantidad de electricidad Q = 1 t; 1, intcnsidad en amperes,

te segundos.El Parad es la capacid<ld que contiene un coulomb de elec

tricidad con una fuerza electro-motriz de un volt.

--=...1 _

234 INTRODUCCIÓN Á LA METALURGIA GENERAL

El potencia! de un conductor y la cantidad de electricidad

contenida en él, son dos magnitudes diferentes. sin embargo

dependiente una de otra.Q. cantidad de electricidad del conductor, E su potencia], e

un coeficiente, tendremos Q = C E-; C, es la relación entre la

carga eléctrica del conductor y el potencial.El watt Ó zJolt-ampere (producto de la diferencia de potencial

por la intensidad de electricidad 1,) es la potencia de una corriente de intensidad de un ampere, para una diferencia de

potencial de un volt

Watt = volt x ampere.

Cuando una corriente atraviesa un conductor la cantidad de

calor desarrollada por ]a corriente en el conductor es proporcional: 1." á la resistencia del conductor, 2.° al cuadrado de ]a inten

sidad, y 3.0 á la duración del pasaje de ]a corriente.

Sea Q la cantidad de calor desarrollado durante el tiempot, en un conductor de resistencia R, por una corriente 1 tendremos:

Q= RP t

El calentamiento de una pila signa la ley de Joule.Para corresponder á el amperese ha tomado la unidad práctica

km

de trabajol--; á esta unidad corresponde 8 r calorías9,80 9, o x 425• r

°4760 calorías.

Esta unidad de calor ó de trabajo se Ilamajoule, pues un joule

. l 1 1'1' ,I l'es Igua -- {1 ogrametro O--ca orras9,8 4I60

INTI<.ODUCCIÓN Á LA METALURGIA GENERAL235

la fórmula joule aplicada á un conductor de resistencia R puedeescribirse así;

Q = D I t; D = R 1

Puede también expresarse de la manera siguiente:

Q, joules = ROhIDx (I amperes):J x t segundo; Q = RI 2t.

ó Q. joules = D,-olt x 1 amperes x t segundos; Q = DI t.

Como un kilográmetro igual 9,80 joules y una caloría 4160

joules. las fórmulas pueden también tomar las formas siguientes:

Q kilográmetros = ROhIDxJ!amperes)2 x t segundo; Q _ RPt9,80 - 9,80

Q l' ROhffix(Iamperes)2xtsegundo;Q RPtca ortas = --------------~--- = -4160 4160

Si Hamamos A el equivalente mecánico del calor, tendremos

también:

RPt (1)Q=j\

Reemplazando R ó 1 por S\I valor sacado de 1 = ~ (2), cal·

cularemos en función de E en lugar de función de R.

RPt.Q=j\

quitamos el denominador multiplicando por A.

L......J


QA=RPt; t~=~~; IR=E;reemplazando 1

El t R Elt RPt.mos Q = VD =A=--¡;:-

Epor R' tendre-

Si Q expresa la cantidad de calor producido en tiem?o t, lacantidad de electricidad Qa atravesando el conductor durante

el tiempo t, es:

Qa= It; 1= Qa.t

La ley de J oule puede, pues, escribirse así:

o=J.Qa E ' Qa E~ A < 0 A

El trabajo equivalente al pasaje de una corriente, será:

r E2tf=Elt=-=Qa ER

La energía eléctrica gastada en un segundo entre dos puntos deun circuito y transformada sea en energía química, sea en energía mecánica puede representarse en volt-amperes por el pro

ducto de la intensidad por la diferencia de potencial de los dospuntos enumerados. Pero si en lugar de considerar un segundode tiempo, consideramos un tiempo t, la energía absorbida se

expresa en volts-coulombs multiplicando el producto por t, tendremos entonces E 1 t ó D 1 t,

Los volts-coulombs pueden traducirse en kilográmetros; la

energía eléctrica E x Q es el producto de ]a fuerza electro-motriz

por la cantidad de electricidad. Podremos calcular en kilográmetros un trabajo eléctrico cualquiera.

f(~i!I

INTRODUCCIÓN Á LA ¡'¡ETALURGIA GENERAL

I dina I centi

1 gram - 980cent

l. fuerza de I gra XIII C lI1él = 8 =8 gr90c 9 o

237

d. , 1 gr x 1 e1 erg = 1 lila x 1 cenlImetro, 1 erg = S9 o

0,001 k.

~xo,oIm.

1 k'l .I erg = 8 1ogrametros9 000000 .

Esta relación permite de expresar en kilográl11etros un trabajo

eléctrico cualquiera calculado con los amperes, vo1ts. ete.Se sabe que el trabajo de una corriente en volts-coulombs es

igual al producto de la fuerza electro-motriz E (volts) por la can

tidad Q de electricidad (colllol11b); el volt es igual á 100,000.000

unidades e, e, s y el coul0l11b á __ 1 ; el producto es igual á10

100,000.000 , d' I I e G s l_____ o 10,000.000 e l/nlCae es ., , , Ce manera quela

el volt-coulomb es igual á 10,000.000 de ergs.Reemplazando el erg. por su valor en función del quilográme

tro tendremos:

volt-coulol11b = [0,000.000 x ' __ kilográmetros98.000,000I

volt-coulomb= -- l '1 '9,80 (1 ogral11etro.

Pues para expresar en kilográmetros un trabajo de voltS-COll

lombs se divide el número de volts-coulol11bs por 9.80 (gravedad).

:...=.J

238 INTRODUCC[ÓN "\ LA METALURG[A GENERAL

El trab<1jo de la corriente eléctrica expresada en kilográmetros,

se saca multiplicando la diferencia de potencial por la cantidad

de c1ectricidad y partiendo el producto por 9,80 como lo indica

l C' l T E la ¡ormu a =--g

Si se quiere calcular la cantidad de calor producido por una

corriente, basta partir por 425 el número de kilográmetros que

] b' el' El. RP .representa e tra aJo; , ca arIas = --- o --- ;,1}SI unagX425 gX425'

corriente de 20 ,ul1peres.circulando una hora en un circuito de

rcsistencia de 3 ohms produce 1008 calorías, como resulta de )arelación.

3 X 202

9,80 x 425-0,28 cal.

y en una hora 0,28 x 360=1008 calorías.

El examen de estas relacioncs nos dan á conocer que )nra unmismo número de watts suministrado á un conductor de resis

tencia dada, es más ventajoso, de aumentar los volts y de dis

minuir proporcionalmente los ampercs, para disminuir el trabajo

absorbido por c1 conductor. Supongamos una corriente de 100am peres, 10,000 watts debiendo atravesar un conductor de una re

sistencia de 1 ohm, el trabajo absorbido por segundo y perdido

10.000 x l k'l' d .sera 8 - [020 "1ogramctros por segun o o9, o

1020_ " 7 caballos-vapor.----1".75

)a misma potencia de [0000 watts con 400 volts y 25 amperes,

daría una pérdida de menos de caballo-vapor.

INTIZODUCCIÓN A LA METALU¡,GIA GENEI,AL 239

~07'1.d!LI..~"

La cantidad de calor q producida en una -corriente es propor-cional á la resistencia del conductor R, al cuadrado 1 de laintensidad y al tiempo.

EItse saca q = "-A' y con la ley de Faraday Q =1t, tendre-

RPt.q=---x-,

EI=R'

combinando esta ley de joule con la ley de ohm

mos q = ~A'

Resulta que el trabajo equivalente al pasaje de una corrienteen un conductor es proporcional á la resistencia R del conductor, al cuadrado de la intensidad de la corriente y al tiempo, 10

que se expresa así:E:!t

T=RPt=EIt=lf=QE

Hemos indicado más arriba la ley de Faraday, es decir, SI una

cantidad Q de electricidad (avaluada en coulomb) es transportada en un conductor en un tiempo t la inténsidad de la corrien-

te será expresada por la relación9, tendremos:t

1 = Qt

Donde Q = 1 t

Los problemas que se relacionan con la electro-metalurgia, no

pueden ser desconocidos por los futuros ingenieros que quieranestudiar este ramo de latécnica eléctrica. Todos los que ingre

san en la electro-metalurgia, saben que ]a cantidad de acción

química en una pila es teóricamente proporcional á la cantidad

.L.......J

240 [NTRODUCCIÓN A LA l\IETALURGIA GENERAL

de electricidad que produce dicha acción por unidad de tiempo

y proporcional á ]a intensidad de Ia corriente. Si llamamos

K, cantidad de accit'JI1 química, cantidad de ekctricidad, 1 in

tensidad, tendremos K 0= Q x I. Si una cantidad Q de electricidad

(en coulomb) pas"- en un conductor en el tiempo t, la intensidad

de Ja corriente será 1 = Q, donde Q = 1t.t

Faraday ha probado los hechos siguientes:

1.0 La cantidad q de ma'teria descompuesta en un tiempo t

es proporcional á la intensidad 1 de la corriente.2.° Cuando una corriente obra simuitáneamcnte sobre una

disoluc.iÓn, los pesos de los elemcntos separados en cada disolu

ción estarán en la misma relación que sus equivalentes quími

cos. Supongamos tres disoluciones, plata, cobre, oro, y sean

p, p', p" ]05 pesos separados de dichos metales y k, k', k" sus

respectivos equivalentes químicos:

I 11p P-12

tendremos: k = k' - k"

3.° La acción electrolítica es independicnte de !a posición re

lativa del generador y del electrólito.

4.0 Habrá en la pila el mismo número de equivalentes de

zinc entrado en disolución que de equivalentes de metales puestos en libertad en cada electrólito del circuito. La unidad e]ec

trolítica sirve para medir las iritensidades de las corrientes cons-

tantes; se pucde tomar para dicha unidad la expresión .9, es de-t

cir Ja reJación de la cantidad º de I1n electrólito descompuesto

dI" l" Daniel!urante e tIempo t; a veces se toma a expreslon-ÚS- = UJ1[-

el I I ]' . U SI' ¡ ¡ S' . ¡ d Oaniellae e cetro ltlca; ~ es a unle 'le lemens; esta UI1lC a --

INTRODUCCIÓN A LA :\IETALU!{GIA GENERAL 241

es la intensidad de una corriente producida por un elemento Daniell sobre una resistencia total de una unidad Siemens. General

mente las pitas marcos \pilas etalons) que dan una fuerza

electromotriz constante sirven en las medidas de comparaciÓn

(Latimer-Clarke, Dan iell, Post-office, Reyn ier, A yrton y Perry,

etc.) Las nociones de intensidad y de cantidad deben estar muybien colocadas en el cerebro del estudiante en electro-metalur

gia. ¡-lemas dicho anteriormente que la unidad de cantidad es

la cantidad de electricidad que pasa durante 1a unidad de tiempo

en la sección de un conductor recorrido por una corriente de in

tensidad igual á]a unidad. Q = KIt; Si K = ¡; l = 1 Y t = r,entonces:

Q=I.

Si tomamos el segundo por unidad de tiempo t, el ampere,

unidad de intensidad r. la unidad de cantidad Q será la unidad

práctica de cantidad ó el coulomb.

Así un coulomb de dectridad pasa por segundo en una sec

ción de un conductor recorrida por una corriente de I ampere.

La cantidad de electricidad será entonces expresada en cou

10mb por la fórmula Q = r t coulolllb; r = amperes; t segundos.

Recordémonos que el am pere es la corrien te que por unidad de

fuerza electro-motriz puede atravesar f~n un segundo la unidad

de resistencia; esta corriente pone en libertad 1, 118881111111\". de

plata por segundo ó 4,05 en una hora Ó bien 0,03775 de hidró

geno en una hora.El coulomb es la cantidad de electricidad de una corriente de

intensidad de I amperc atravesando un conductor en un segundo.

El equivalente electro-químico del hidrógeno correspondiente

a] cou]omb es de 0,010384 milígramos, 10 que permite decir que

el coulomb es la cantidad de electricidad qu~ pone en libertad en

el voltámetro 0,10384 mg. de hidrógeno; de una manera general.

......=..J


Sea H el equivale:1te electro-químico de un cuerpo, e el equi

valente químico, tendremos para un coulomb las cantidades

H =0,010384 x e mmgr.

y para e1 caso particular del cobrc, por ejemplo e = 3 1,5°

H =0,010384 x 31,5 =0',327°96 mmgr.

estos datos permiten de calcular la cantidad de electricidad quepasa en un voltámetro y en un baño electro1ítico.

Sean P el peso en mi1ígramos del cuerpo depositado en el

electrodo ncgativo, H el equivalente electro-químico de dichocuerpo en rclación al coulomb, Q cantidad de electricidad encoulomb, tendremos:

pQ=H;

el número de coulomb que se necesitan para depositar un gramo

Ó 1000 mi1ígramos, será:

1000

Q = 0,010384 x C;

en el caso especial del hidrógeno e = r y Q = 96300 coulomb.Si una corriente de intensidad constante l atraviesa un \'oltáme

tro en un tiem po t tendremos Q = l t.P es el peso del mctal depositado, H su equivalente electro

químico, tendremos:

PQ=H;Q=It

p PÓ 1 t = H Y 1 = Ht

Los generadores de electricidad empleados. en la electro-nwtalur

gia son las pilas, los acuC11u];{dQrc:;y los dinamo" Las pilas

INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA GENERAL 243

termo-eléctricas, bi<:ll que gozando de un;) gran constancia son

poco utilizadas, gastan mucho y rinden poco; la potencia de unapila termo-eléctrica, Pe, de resistencia R, produciendo unacorriente 1 de fuerza electro-motriz E es:

Pe = EL

U na porción solamente de esta cantidad es utilizada en elcircuito exterior, la otra porción, perdida por el efecto útil, es

absorbida p~r el efecto joule que tiene por expresion 1"R; entonces la potencia útil P u es:

(I-Rl) (E)Pu= EI-PR= El --r = Rl R-l

el rendimiento r tendrá por valor;

El(I-R~): El

donde r=E l( I-RI)=I-RI _ D, O diferencia de potencial áE E-E------El

las bornes ó los límites de la pila. Llamamos 1m la corriente

máxima suministrada por la pila correspondiendo Ulla resistenciaexterior nula, tendremos:

donde

Elm=R

(1) Pu=Rl (1111-1 )=potencia útil

) Im-l d··(2 r=-r-=ren ¡mientom

.i...-=..J


cuando r = r m ]a potencia lítil P U es nula como el rendimiento;

cuando l decrece. P u aumenta hasta un máximum r = ~1; en2

tonces P u es la mitad de la potencia total y el rendimiento es

entonces de 50%. Cuando r =~, la potencia útil desde luego2

decrece con la corriente y el rendimiento se va aproximando hacia la unidad.

La pila suministra el máximum de tr;tbajo útil cuando la

deff:rencia de potencial es la mitad de ]a fuerza electro· motriz, es

decir cuando la corriente es la mitad de la corriente máxima;

desde luego si se deseaba un rendimiento superior á 50% de

beríamos hacer crecer la diferencia de potencial á las bomes 6

límites de la pila ó bien disminuir la intensidad.

La demostración es la misma para las pilas hidro-eléctricas.

En las aplicaciones es necesario conocer el rendimiento de

un acumu1ador. Sea D la diferencia de potencial á las bomes ó

limites de la pila secundaria, á la carga; E la fuerza contra elec

tro-motriz desarrollada por las reacciones químicas y R resisten

cia interior del elemento; tendremos:

DE = + 1 R

pero estas cantidades varían al tiempo de la carga; de manera

que la energía total gastada-en la carga durante el tiempo T

será, 1 intensidad

'1'& '1' D 1 d t

la pérdida de energía en caJor por el cfecto J oule, es:

1To TI" R d t

la fracción almacenada\ es desde lllcgo la diferencia

INTRODUCCIÓN· Á LA IIIETALURGIA GENERAL

LO T E I d t.

245

,.

Si ahora llamamos E la fuerza e1ectro-matriz de la descarga,

D' la diferencia de potencial á las bornes Ó límites, R', la resistencia interior, T' la duración de la descarga.

La energía total de vuelta será:

~O T' E' I' d t

la fracción perdida en cal,)r por el efecto J oule es:

~O T' I' R" d t

la diferencia es la energí? que se utiliza por los acumuladores

LO '1" D' I' d t

El rendimiento es desde luego

LO T D' I' d tr = .-.-.----- n._

Lo'PDldt

las cantidades variabJes T, O, E, O' I' no están unidas por

ninguna ley conocida.Si DI' O2, 011, Son las diferencias de potencial y I l' 12' 1" Ia~

intensidades indicadas por el amperómetro á intervalos corto~

de tiempo, tendrcmos la relación siguiente para expresar la potencia media

D1I1+02I2+ .... On In ,DI--------------- .._---- = ¿-11 11

y la energía total será:

" DI -t '" DI~-- xnt- ~n

las máquinas dinamos para la electro-metalurgia, la galval1c

plastia tienen poca resistencia interior, mucha intensidad y un

~_ I

246 INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA GK'\ER.AL

uerza electro-motriz débil, en c]1as debcn considerarse el ren

dimiento eléctrico y el renclimimiento industriaL El rendimiento

eléctric¿== Potencia el~~~ric~t~til= PuPotencia eléctrica total Pt

Tendremos para cada género de cxitación Ia expresión de las

potencias eléctricas útil y total en función, de hls medidas eléctricas,

Pu DI DI D

Dinam~ríll'¡rendil1liento eléctrico =-1't = DI + 1", ..+ 1"" ~ m= E

en efecto Pu=D 1, D=diferencia potencial;

Pt=DI + Prg+ I~, ó Pt=EI; si se reempJaza D por IR éE por b. +I~a

valores en función de intcnsicbdes y de Ias resistencias de las

diferentes partes de] circu ito, tene! remos final mente

R

Rendimiento eJéctrico=ra+ rg+ R

Resulta que el rendimiento eléctrico de un dinamo en serie es

mayor cuando la suma de Jas resistcncias del induito ra y de los

inductore~ rg es una fracción menor de la resistencia exterior.Para un dinamo en derivaciÓn, el rendimiento eléctrico es

Pu DIe

pt-nEo +l)T, + ( r~+Id)~Para un dinamo compollnd, el rcndilniento cjéctrico cs

Pu DIe

Pt-D f(~+uí-Fii-+ iT~f+T;:;+-ldV~

INTRODUCCIÓN A LA !lIETALURGIA GENERAL 247

Pero E fuerza electro-motriz de un dinamo no se mide direc

tamente; E = Ed + 1R; la potencia eléctrica total Pt es en kiJo

grámetros

(Ed+ IR)I 1'1 ' tPt = -"--------'--- (I ograme ros9,8

. EdI,. Ed.. l' t ----o bIen--rendimIento e ec nco= (Ed+ IR)! ~d+ IR'

Para e1 rendimiento industria], se mide la potencia trasmitida

á los d~1amos; sea 1'm su valor, D la diferencia de potencial, y1 la intensidad exterior: DI = Pu potcncia útil; :::. es el rendimiento industrial.

La polarización debe tam bién llamar la atención del estudian

te electro-metalurgista. Sir Vv. 1'homson ha dado una relaciónpermitiendo calcular ]a fuerza electro-motriz de polarización

cuando es conocida la energía ck combinación del electrólito.

Si no se produce ninguna acción secundaria la potencia eléctricaabsorbida represen tada por el producto de la fuerza electromotriz de polarización, por la intensidad ue la corriente, es de

cir, por E 1, es igual a] calor de combinación, expresado en unidades absolutas del peso del cuerpo descompuesto por segundode t icm po.

Sean H el equivalente electro-químico del elcctrólito, e el ca

lor de combinación de su unidau de peso,tendremos: El = He!,donde E = H C.

Para que una pila pueda hacer un cierto trabajo, Ja suma de

Jas calorías representadas por dicho trabajo no puede ser superior á ]a que la piJa es capaz de suministrar. En las operaciones

de galvanoplastia, de electro-metalurgia es muy importante elgenerador de electricidad según al trabajo que se le pide.

Además de la razón de economía, sabemos que cada disolución

~

248 INTRODUCCIÓN r\ LA ~lETALUR(;IA GEN ERAL

metálica para descom ponerse ex ige una fuerza electromotriz míni

ma. Si esta fuerza no se produce, tampoco se produce ningún tra

bajo; si por el contrario se produce demasiado, los baiíos se de

terioran ó se pierden, Bien que los resultados de la práctica y la

experiencia deben siempre servir de regla, sin embargo, indica

ciones de la teoría algunas veces ahorran tiempo y facilitan lasinstalaciones indicando en tre cuales'l ími tes debemos colocamos·

La fuerza electro-motriz E de una pila se calcula por la fórmula

E = 0,043 xc, c = número de calorías, E fuerza electro-motriz

en vo]ts. Por ~jemplo, la fuerza electro--motriz que un baño de

sulfato de cobre necesita para descom ponerse, sería

E = 0,043 x 29,6 = 1,17 vo!ts,

el número de calorías producida:; por la formación de un equi

v,dente de sufalto es 29,6 calorías.

En el caso del agua tendremos:

E = 0,043 x 34.45 = 1,48 volts.

El gasto del trabajo de descomposiciÓn en los baños electrolíticos es fácil calcu]arIo,

la fórmula P = 27,5 X ,~,~permite ca1cular el peso P de cada

uno de los reacti\'os empleados en una pila, para producir un

caballo-hora; h eqL',ivaJente químico del reactivo, n = número

de equivalentes, E fuerza eJectro-motriz en volts.

Supongamos ql!e deseamos conocer el trabajo que se necesita

para separar el cobre de una disolución de sulfato

h=31,S, n= 1, E= 1,27 voIt

"! S X 1l' = 27,5 x -?', =688 gramos1,27

así un caballo-hora puede depositar 680 gramos de cobre; para

un kilogramo nC::f:siu¡',l l,S ct1nJlo-,hora.

INTRODUCCIÓN A LA ~IETALURGIA CENEI:AL 249

P d . I 1 1 -, 1 T El . do remos 19ua mente emp ear a formu a . = -; SI escamasgel trabajo necesario para librar 1 k. de cobre.

T El E 1 ]"1 ¡ b .. =--; = 1,27 va ts; para 1 )rar 1 gr. ce co re se necesitag

3058,6 coulomb; el trabajo T será entonces de

'1' !,27 xJ05~_~_~!_~00 = 396,365 kilográmetros1 = ----- 9,80

sea 1,5 caballo-hora.

También podremos calcular e1 precio de costo de las pilas Ó

del caballo-hora.

Por el conjunto de !as varias cucslioncs que veníamos consi

derando, hemos hecho la prueba que los estudiantes que querían

ingresar á los estudios de electro-metalurgia deben antes poseer

los conocimientos suficientes en electricidad teórica y técnica.

IV

PRODUCTOS IZEF[ZACT.\RIOS ..-I tORNOS

Los productos refractarios hal1 sido estudiados en mi curso

de tecnología y los hornos en física industrial.

Para no alargar más el tema que vengo tratando, no voy más

adelante y me detengo sobre el (~mpleo del calor y de la electri

cidad en materia de metalurgia. Sin cm bargo, antes de concluir,

daré el programa de mi curso en la LJ n iversidad á fin de que se

sepa lo que se estudia en él; el desarrollo de dicho programa es

en vista de las aplicaciones de ingeniería industriales y de ins

talaciones de máquinas y de fábricas.

I TERMO-TI::C1\ ICA Ó TI::CN IC.\ DISL C:\J.OR

1.o Naturaleza del calor, ec¡ui \',llcnte mecánico del calor, no

cioncs de termo-dinámica, manantiales del calor.

~-=-I

2 SO INTRODUCCIÓN Á LA METALURGIA GENERAL

2.° Termometría industrial: medidas industriales del calor.

3.° Producción del calor, combustibles.4.0 Calorimetría industrial. medidas de las cantidades de calor

5.° Poder calorífico, temperatura de combustiÓn, aparatos decombustión.

6.0 Trasmición del calor.

7.° Derrame de los gases, t1ujo d·e los gases y de los vapores

8.° Hornos, hogares, gasÓgenos.9.° Receptores de calor.

lO.o Chimeneas y aparatos de tiraje.

I l.° Calderos á vapor.12.° Calcfacción ó calentamiento.

T 3.° Di versos sistemas de calefacción.

14.° Ventilación.

15.0 Aire comprimido.

]6.° Producción del frío, su empleo industrial.

11 ELECTRO-TÉCNICA Ó TÉCNICA DE LA ELECTRICIDAD

r.o Principios generales, unidades, leyes, medidas eléctricas

Producción de ]a electricidad, generadores eléctricos.Pilas.

2 °3·°4·°

5·°6.°

Acumuladores.

Máquinas magneto-eléctricasTransformadores.

y dinamos.

7.° Canalización.8.° Transformación de la fuerza.

9.° E lectrolisis, gal vanoplastía, electro-metalurgia etc10.0 Luz eléctrica, alumbrado eléctrico.11.° Motores eléctricos.12.° Tracción eléctrica.

13.° Telegrafía, telefonía.

INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA GENERAL 251

I

14.0 Varias aplicaciones d,~ la electricidad á la marina, al arte

militar, ,í. la minería, al tbtro, á la industria, etc.

15. o 1nstalaciones eléctricas.

1 I I TECNOLOGíA GENERAL

A Industrias elaborando las materias prÚnas es/raídas delsuelo.

1.0 Tierras)' arcillas; cerámica, porcelanas, lozas, alfarería,

tejas, ladrillos, etc. 2.° cal, cementos, yesos, 3.0 Vidrio, cristale

ría 4.0 Alumbrado, fabricación del gas y otras materias 5.0 Pe

tróleos, n;tftas, betunes, 6.0 Aguas gaseosas, su fabricación ind ustrial.

B IJldustn'as elaborando las 7Itaterias ve,gdales )! animales.

7.o euerpos grasas, estearina, bujías, 8. o jabones, aceites, 9.0 ] clatina, cola, carbón animal, fosfatos, 10.0 Conservación de las sus

tancias animales y vegetales [[,0 Celulosa, materias textiles,

papcles, m;iterias explosivas 12.0 Azúcar, industria del azúcar,

sacotrimetria jaccarina.

C Industn'a que trabajall cn seg-:l7ldaclaboraciónlos productos quc provÚncn (lc illduslrias extracliuils.

13.0 Productos derivado de la India y del alquitrán, 14.° Indus

tria de las materias tintorea!es. :lplicaciones, 15.0 Colores comer

ciales, 16.0 Blanqueo de los tegiclo.3, 17.0 Impresión de los tegidos

[8.0 Siderurgía: industria dd hierro, especies comerciales de

hierro y de acero, 19 Especies comerciales de otros mctales.

El curso de tecnología es hecho en vista de la instalación de

las fábricas é industrias, y no en vista de estudiar los productos

fabricados, ]0 que corresponde á la química y al curso de materiales de construcción.

ALFONSO NOGuÉs.

,-. I

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