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Problema Aluminotermia del Fe La reducción aluminotérmica del FeO constituye una alternativa para realizar la soldadura en piezas de acero cuando no se.

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Presentación del tema: "Problema Aluminotermia del Fe La reducción aluminotérmica del FeO constituye una alternativa para realizar la soldadura en piezas de acero cuando no se."— Transcripción de la presentación:

1 Problema Aluminotermia del Fe La reducción aluminotérmica del FeO constituye una alternativa para realizar la soldadura en piezas de acero cuando no se puede disponer de energía eléctrica. Calcular: 1.El calor liberado por la reacción en kJ/Kg de Fe 2.La temperatura máxima que puede alcanzarse suponiendo que el proceso es totalmente adiabático y no se disipa calor al entorno. 3.Si la temperatura que realmente se alcanza en el cordón de soldadura es de 2100 ºC, calcular el porcentaje de energía disponible que ha sido disipado por radiación, convección y conducción. 4.Dentro de qué categoría de soldaduras se pueden encuadrar los procesos aluminotérmicos. Datos: Al (27); Fe (55,85); O (16); Alúmina (l) 3,5 g/cm 3 ; Hierro (l) 7 g/cm 3 Calor específico medio del Fe (sólido) = 38,80 J/átomo-g.K Calor específico medio del Fe (líquido) = 46,02 J/átomo-g.K Calor específico medio del Al (sólido) = 28,33 J/átomo-g.K Calor específico medio del Al (líquido) = 31,75 J/átomo-g.K Calor específico medio del Al 2 O 3 (sólido) = 125,75 J/mol Al 2 O 3 K Calor específico medio del Al 2 O 3 (líquido) = 144,0 J/mol Al 2 O 3 K Calor específico medio del FeO (sólido) = 56,33 J/mol FeO K Calor de fusión del Fe a 1536 ºC = J/átomo-g. Calor de fusión del Al a 600 ºC = J/átomo-g. Calor de fusión del Al 2 O 3 a 2054 ºC = J/mol Al 2 O 3. Entalpía de formación del FeO a 25 ºC = – 268,6 kJ/mol FeO Entalpía de formación del Al 2 O 3 a 25 ºC = – 1675,5 kJ/mol Al 2 O 3 Laboratorio de Metalotecnia E.T.S.I.M.O.

2 Problema Aluminotermia del Fe Laboratorio de Metalotecnia E.T.S.I.M.O. 2 Fe + O 2 2 FeO + G 0 (FeO) (A) 4/3 Al + O 2 2/3 Al 2 O 3 + G 0 (Al 2 O 3 ) (B) (B – A): 4/3 Al + 2 FeO 2/3 Al 2 O Fe + G 0 (Al 2 O 3 ) – G 0 (FeO) [3/2 (B – A)]: 2 Al + 3 FeO Al 2 O Fe + 3/2 [ G 0 (Al 2 O 3 ) – G 0 (FeO)] Que es la reacción de partida

3 Problema Aluminotermia del Fe Laboratorio de Metalotecnia E.T.S.I.M.O. Proceso aluminotérmico 3 FeO (s) + 2 Al (s) Al 2 O 3 (s) + 3 Fe (s) + Calor Datos: Calor liberado por Kg de Fe: G (25) = 1675,5 – ,6 869,7 KJ/3 moles Fe

4 Temperatura máxima que pueden alcanzar los productos de la reacción (condiciones adiabáticas; no existen pérdidas de calor). Fe: – Calor específico Fe (S): 3. 38,80 (1536 – 25) = J – Calor latente Fe (s l): = J – Calor latente Fe (l): 3 (T – 1536). 46,02 = (138 T – ) J TOTAL (Fe)………… (138 T ) J Al 2 O 3 : – Calor específico Al 2 O 3 (S): 125,75 (2054 – 25) = J – Calor latente Al 2 O 3 (s l): = J – Calor latente Al 2 O 3 (l): 144 (T – 2054) = (144 T – ) J TOTAL (Al 2 O 3 )…… (144 T – 15078) J TOTAL PRODUCTOS……. (282 T – 9837) J Todo el calor de la reacción se invierte en calentar los productos Al 2 O 3 y Fe = 282 T – T (ºC) = = = 3119 ºC Problema Aluminotermia del Fe Laboratorio de Metalotecnia E.T.S.I.M.O.

5 Problema Aluminotermia del Fe Laboratorio de Metalotecnia E.T.S.I.M.O. Si la temperatura alcanzada fuera 2100 ºC, ¿cuáles serían las pérdidas en el proceso aluminotérmico? J = – Q (pérdidas) Q = – = J Pérdidas = = 0,33 (33 %) En la práctica industrial el Fe fundido (véase figura adjunta, soldadura aluminotérmica de carriles) se encuentra a temperatura superior a 2100 ºC; por lo que resulta factible en el crisol la separación por densidad de la alúmina fundida (3, 5 g/cm 3 ) y del hierro líquido (7 g/cm 3 ).

6 Problema Aluminotermia del Fe Kcal/mol O Kcal/mol O 2 Laboratorio de Metalotecnia E.T.S.I.M.O. Ciencia e Ingeniería de Materiales Prof. José Antonio Pero-Sanz Elorz

7 Aluminotermia del Fe Soldadura aluminotérmica de carriles Laboratorio de Metalotecnia E.T.S.I.M.O.


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