Presentación de tesis de grado para optar por el titulo de ingeniero electrónico en la universidad nacional experimental antonio josé de sucre vice-rectorado Puerto Ordaz.

1. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
POLITÉCNICA
“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”
VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ
Departamento de Ingeniería Electrónica
PRÁCTICA PROFESIONAL DE GRADO
TUTOR ACADEMICO:
ING. Di Cesare Máximo
TUTOR INDUSTRIAL:
ING. Rodríguez Fidias
AUTOR:
BR. Bompart Romy
Puerto Ordaz, Noviembre del 2011

2. • Introducción
• El problema
• Objetivos
• La empresa
– Descripción del área de la pasantía
• El prototipo
– Diseño
– Construcción
– Resultados
• Conclusiones
• Recomendaciones

3. • Una de las metas existentes en el camino al desarrollo tecnológico es la
adquisición del ¿saber cómo?. En este sentido se inicia el proyecto de
investigación sobre el diseño y construcción de un prototipo de horno de
inducción, para sentar las bases sobre el diseño de calentadores de
inducción, que permita la adquisición de experiencia sobre esta tecnología
para futuras aplicaciones practicas.
• Este proyecto se alinea con los objetivos del proyecto Simón Bolívar, ya
que éste se orienta hacia la adquisición y empoderamiento de la
tecnología, llevándonos hacia el camino de la independencia tecnológica.

4. • El deterioro de los sifones, causado por el
método actual de limpieza del aluminio
solidificado en su interior.
Es necesario realizar la implementación de un calentador
de inducción para la limpieza de los sifones, el cual
permitirá fundir el metal sólido dentro del mismo,
conservando la integridad de la herramienta de succión.
El proceso de transformación de alúmina a
aluminio líquido se lleva a cabo en CVG VENALUM.
Para su producción, se fija una corriente eléctrica
que a través de un proceso de reducción
electrolítica, disocia las partículas de alúmina
(Al2O3), produciendo aluminio líquido (Al2).
Se extrae una cantidad establecida de aluminio de
cada celda, usando un crisol con succión negativa.
Para llegar hasta el metal líquido, se emplea un
sifón el cual se obstruye.

5. • Construir un prototipo de horno de inducción
para la fusión de piezas de aluminio.

6. • La industria Venezolana del Aluminio C.A. (C.V.G. VENALUM), se constituyó el 29 de
Agosto de 1.973, con el objeto de producir aluminio primario.
• Fue inaugurada, oficialmente, el 10 de Junio de 1.978. Actualmente es una
empresa con 80% de capital venezolano.
• C.V.G. VENALUM está ubicada en la zona Industrial Matanzas en Ciudad Guayana, urbe
creada por decreto presidencial el 2 de Julio de 1961 mediante fusión de Puerto Ordaz y
San Félix.
• C.V.G VENALUM tiene como misión producir y comercializar productos de aluminio con
participación protagónica de sus trabajadores, accionistas, clientes, proveedores y
comunidad organizada, bajo un sistema de gestión que garantice productividad, calidad
integral, seguridad, salud y conservación del ambiente a fin de impulsar el Desarrollo
Endógeno Industrializante del país.
• C.V.G. VENALUM tiene la visión de avanzar en el posicionamiento competitivo como
país productor de Aluminio consolidándonos a nivel nacional en Guayana y después del
petróleo, como el sector industrial con mayor contribución al crecimiento económico
del país a través de la producción y comercialización de un producto con un alto valor
agregado.
• Incrementar la rentabilidad de la empresa produciendo aluminio primario, en términos
de calidad, oportunidad y costos según los requerimientos de consumo o
comercialización nacional e internacional.

7. • La Gerencia de Investigación y Desarrollo es una entidad que brinda
apoyo a toda la empresa en desarrollo, ingeniería, diseño e investigación
aplicada, adscrita a la Presidencia de Venalum.
• La celda V-350, desarrollada por el grupo de Investigación y Desarrollo de
CVG-Venalum, es una celda de reducción electrolítica de alto amperaje,
diseñada para operar en un rango de amperaje entre 300 kA y 350 kA.
• Este sistema de control fue desarrollado completamente en el Centro de
Investigación y Desarrollo de CVG Venalum. El sistema de control usa
tecnología de última generación, microprocesadores y dispositivos de E/S,
que permiten ampliaciones de capacidad y/o reemplazo sin mayores
efectos sobre el software.
• Cabe destacar, la facilidad de cambios y/o incorporación de nuevos
algoritmos de control sin la necesidad de interrumpir la ejecución del
control de celdas.
• Los resultados operativos logrados por la celda V-350 muestran su
destacado rendimiento que compite con cualquiera de las tecnologías de
aluminio de referencia mundial.
Presidencia
Gerencia de
Investigación y
Desarrollo.
Departamento
Centro de
Información.
División
Tecnología
Reducción
División
Tecnología Colada
División
Tecnología
Reducción Carbón

8. C1 Ctanque
R1
INVERSOR
DC/AC
Control
PLL
D. Cruce
por cero
Control de
Corriente
DRIVER
IGBT
FUENTE
CA
220Vac
Transformador
Circuito
Tanque
Bobina de
Inducción
PIEZA

9. • Potencia del prototipo, de acuerdo a la
energía necesaria para fundir la pieza.
• Frecuencia de trabajo, optimizando el proceso
de calentamiento.
• Diseño del circuito tanque.
• Transformador de núcleo de ferrita.
• Circuito de control y monitoreo.

10. C. Tanque
F. Potencia
C. conmutación
F. Circuitos
C. Monitoreo
C. PLL
C.C Corriente
Inversor IGBT
Transformador

13. Prueba 1 Prueba 2
Prueba
Medida Ciclo Util.
(Promedio) Error abs.
Medida de Temperatura. (Promedio)
Error abs.
Micro FLUKE Micro Termo.
1 98,8% 78,2% 20,6% 26,8°C 27,5°C 0,7°C
2 97,8% 79,4% 18,4% 26,8°C 27,5°C 0,7°C

14. 10cm
2,5cm
Voltaje de Entrada
en la fuente.
Voltaje del
Transformador
Corriente en el
transformador
Temperatura de la
pieza
24VDC 12Vp 500mA. 27,5°C *
50VAC~73VDC 36Vp 2A. 27,5°C *

15. Prueba 4 a 110Vac y 220Vac

16. Prueba 4, a 110VAC
5cm
2,5cm
Pieza
Transformador
de salida
Circuito
Tanque
1:9
46:1

17. Prueba 4, a 220VAC
Según los cálculos, la corriente suministrada por el inversor debe ser de 5 A.
Pero según la proyección, que da el experimento anterior, la corriente
alcanzará 4,62 A. Finalmente el resultado experimental fue de 4A
Prueba Voltaje de Entrada
en la fuente.
Voltaje del
Transformador
Corriente en el
transformador
Temperatura de
la pieza
3 135VAC~190VDC 100Vp 0,8A. 120°C
4
135VAC~190VDC 100Vp 2,72A. 235°C
220VAC~330VDC 170Vp 4A. 450°C
Prueba
Medida frecuencia.
(Promedio)
Error abs.
Medida de Temperatura. (Promedio)
Error abs.
Micro Osciloscop
io
Micro Termo.
3 30Khz 27,78Khz 2,72% 120,9°C 120,5°C 0,4°C
4
31Khz 27,78khz 3,22% 235,8°C 235,2°C 0,6°C
31Khz 27,78khz 3,22% 450,1°C 449,8°C 0,3°C

18. Io
n : 1
Vi Vo
Ii
+
-
+
-
R
Se propone utilizar 11 vueltas menos en
el transformador, dando como resultado
un transformador de 35 vueltas,
incrementando la potencia en 1,72 veces
y la corriente de entra 1,31 veces.
Prueba 5

19. La corriente en el inversor es de 6 A pico. Disipando en la pieza 1Kw
aproximadamente. La fusión de la pieza se dio a los 6 minutos de haber
encendido el sistema, por lo tanto, la energía que se transfirió a la pieza fue de
367,2KJ. Demostrando, que las pérdidas por radiación deben ser tomadas en
cuenta, ya que la energía es casi 6 veces mayor que la calculada para la fusión
de la pieza.
Prueba 5

20. Modulo Precio (bsf) 15/11/2011
Fuente de Potencia 211,76
Inversor 53,922
Circuito Tanque 1099,173
Circuito de control 104,75
Fuente de alimentación 271
Circuito de conmutación 54,51
Total 1795,115
Equipo Consumo en Watts. Tiempo de uso en
minutos/unidad
Prototipo construido. 1000 6
Máquina de coser. 100 60
Bomba de agua ½ HP. 440 80
Tostadora. 500 5
Plancha 1000 10
Horno microondas 1200 3
Horno eléctrico. 2200 60
Lavarropas automático. 2250 30

21. • Las pérdidas por radiación son importantes y
no puede ser despreciadas al diseñar el
sistema.
• El uso de material refractario en las paredes
de la bobina inductora, acelera el tiempo de
calentamiento, mejorando el rendimiento, por
la reducción de las pérdidas por radiación y
convección.
• Se debe tener cuidado con la saturación de los
núcleos para entregar la potencia necesaria.

22. • Es recomendable el uso de IGBT con mayor
capacidad de manejo de corriente para lograr
menor tiempo de fusión de la pieza.
• En caso de usar una termocupla para la medición
de la temperatura en la pieza, se recomienda que
ésta esté recubierta de un material aislante y
resistente al calor, para evitar daños en la misma.
• Se debe apagar primero la fuente de potencia,
para que la energía que conmute el inversor sea
nula, con el fin de desactivar el sistema en modo
seguro.

23. Ver video1, video2 y
video3

24. • Energía para elevar la temperatura hasta 660°C
• Energía para cambiar a estado líquido
• Energía total y potencia estimada. Volver

25. La frecuencia de corte, es la que aporta el punto de referencia en la elección de la
frecuencia, ya que esta indica, el rango de frecuencia que optimiza el calentamiento
por inducción.
Para frecuencias mayores a 486,22Hz, la corriente inducida estará haciendo que la
profundidad de penetración (δ), sea 4,5 veces menor que el diámetro (d) de la pieza.
Por tanto, el concepto de profundidad de penetración es aplicable.
Volver
Volver
El aumento de la frecuencia, aumenta el efecto de
calentamiento (explicado por el efecto Joule).

26. Banco de
Condensadores
Bobina de
Inducción
Transformador
Toroidal.
Flujo de
Agua.
N vueltas. Inductancia Corriente Diámetro Altura
9,5 2,6944μH
*3,6534uH
229,38A 5,5cm 10cm
I
Volver
Diseño de la bobina inductora
Diseño del banco de condensadores

27. La idea es generar una corriente de 229 A en el banco de
condensadores, con una frecuencia mayor a la frecuencia de corte.
Volver

28. PLL, corrige la frecuencia de conmutación del inversor, para mantener la fase de la
corriente y el voltaje, en el circuito tanque.

29. Control de ciclo Útil, brinda seguridad en el rango de corriente que suministra
el inversor.
Time
200us 300us 400us 500us
V(R16:1,0)
-10V
0V
10V
20V
SEL>>
V(U3A:+,0) V(CircuitoInversor) V(U2A:OUT,0) V(Vref:+,0)
-2.0V
0V
2.0V

30. Incio
Configuración de
interrupciones,
periféricos y
puertos.
Leer de la eeprom
interna la cantidad
de datos
guardados en la
EEPROM externa.
Leer botones
Interrupción 1seg.
*Capturar
Frecuencia.
Visualizar
Frecuencia
Visualizar
Conversión A/D
NO
SI Guardar en
variable
correspondiente
1
1
SI
NO
Guardar en la
eeprom
Guardar en
posición
correspondiente.
Incrementar
cantidad de datos
guardados en la
eempron interna
Cambio de
pantalla?
Cambiar pantalla
según el menu
seleccionado.
Fin interrupción
1seg.
Conversión A/D
Deshabilitar
cualquier
interrupción.
Leer dato
convertido de los
canales A0 – A3.
Guardarlos en
variables.
Fin conversión A/D
*Nota: La
frecuencia
capturada
depende del
canal que se
seleccione del
multiplexor.
SI
NO
SI
NO
Monitoreo, informa al usuario sobre algunas variables como: Frecuencia del
Inversor, SG3524 y circuito tanque. Ciclo útil del inversor, temperatura de la
bobina, etc.
Apagar fuente y
activar relé para
cortocircuitar
resistencias
PIC
LCD
GRAFICA
Señales
de
entrada
Señales
de
Salida
EEPROM RTR
Frecuencias
Voltajes
USB 2.0
Botones
Volver