balance de energia cemento y sus derivados, Ejercicios de Matemáticas

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Bryan Vargas y Brandon Castillo

BALANCE DE ENERGIA DE LA

ELABORACIÓN DEL CEMENTO

EXPOSICION GRUPAL

Cálculo de los flujos de energía

Corrientes de entrada de energía

a) Calor sensible de la alimentación del crudo:

Datos para el cálculo del calor sensible de la alimentación de crudo

De donde se calcula el calor sensible que es aportado por el crudo mediante la fórmula

del calor que dice:

𝑐𝑟𝑢𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜

𝑐𝑟𝑢𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜

× 𝑐𝑝

𝑐𝑟𝑢𝑑𝑜

× 𝛥𝑇

De donde:

𝑞𝑐𝑟𝑢𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜: Calor sensible del crudo seco

ΔT: Diferencial de temperatura en °C

𝑐𝑝𝑐𝑟𝑢𝑑𝑜: Calor específico del crudo

Y:

ΔT = 𝑇

𝑐𝑟𝑢𝑑𝑜

𝑎𝑚𝑏

Y para hallar el calor específico, se describe a continuación la fórmula

𝑐𝑟𝑢𝑑𝑜

= 0 , 21 + 0 , 00007 × (

𝑐𝑟𝑢𝑑𝑜

𝑎𝑚𝑏

Cálculo del calor específico del crudo

𝑐𝑟𝑢𝑑𝑜

= 0 , 21 + 0 , 00007 × (

𝑐𝑟𝑢𝑑𝑜

Cálculo del calor sensible del crudo

𝑐𝑟𝑢𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜

= 6400 × 0 , 2123 × ( 47 + 20 )

𝑐𝑟𝑢𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜

b) Calor sensible del aire primario

Datos para el cálculo del calor sensible del aire primario

La fórmula para el calor será:

𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎𝑟𝑖𝑜

𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎𝑟𝑖𝑜

× 𝑐𝑝

𝑎𝑖𝑟𝑒

× 𝛥𝑇

EXPOSICIÓN

1. BALANCES DE MASA Y ENERGÍA EN EL HORNO

1.1. BALANCE DE MASA

Para realizar el balance de masa se obtuvo de forma experimental los datos siguientes:

𝟑

𝐅𝐥𝐮𝐣𝐨 𝐝𝐞 𝐩𝐢𝐞𝐝𝐫𝐚 𝐜𝐚𝐥𝐢𝐳𝐚 = 𝟏𝟖𝟎 𝐪𝐪/ 𝐝í𝐚

• Carga de piedra caliza por cada hora

𝟑

𝒅í𝒂

• Cantidad de CaCO 3

que reacciona durante la calcinación por hora

𝟑

𝟑

𝟑

𝟑

• Flujo de Cal Viva obtenido

𝟑

𝟑

𝟑

𝟑

o Tomando en cuenta la pureza de CaCO3 de la piedra caliza

𝟐𝟖𝟒, 𝟖𝟕

𝒌𝒈 𝑪𝒂𝑪𝑶

𝟑

𝒉

∙

𝟏 𝑲𝒎𝒐𝒍 𝑪𝒂𝑪𝑶

𝟑

𝟏𝟎𝟎 𝒌𝒈 𝑪𝒂𝑪𝑶

𝟑

∙

𝟏 𝑲𝒎𝒐𝒍 𝑪𝒂𝑶

𝟏 𝑲𝒎𝒐𝒍 𝑪𝒂𝑪𝑶

𝟑

∙

𝟓𝟔 𝒌𝒈 𝑪𝒂𝑶

𝟏 𝑲𝒎𝒐𝒍 𝑪𝒂𝑶

= 𝟏𝟓𝟗, 𝟓𝟑

𝒌𝒈 𝑪𝒂𝑶

𝒉

• Flujo de CO2 desprendido

𝟑𝟒𝟎, 𝟏𝟒

𝒌𝒈 𝑪𝒂𝑪𝑶

𝟑

𝒉

∙

𝟏 𝑲𝒎𝒐𝒍 𝑪𝒂𝑪𝑶

𝟑

𝟏𝟎𝟎 𝒌𝒈 𝑪𝒂𝑪𝑶

𝟑

∙

𝟏 𝑲𝒎𝒐𝒍 𝑪𝑶

𝟐

𝟏 𝑲𝒎𝒐𝒍 𝑪𝒂𝑪𝑶

𝟑

∙

𝟒𝟒 𝒌𝒈 𝑪𝑶

𝟐

𝟏 𝑲𝒎𝒐𝒍 𝑪𝑶

𝟐

= 𝟏𝟒𝟗, 𝟔𝟔

𝒌𝒈 𝑪𝒂𝑶

𝒉

o Tomando en cuenta la pureza de CaCO3 de la piedra caliza

𝒌𝒈 𝑪𝒂𝑪𝑶

𝟑

𝒉

𝟏 𝑲𝒎𝒐𝒍 𝑪𝒂𝑪𝑶

𝟑

𝟏𝟎𝟎 𝒌𝒈 𝑪𝒂𝑪𝑶

𝟑

𝟏 𝑲𝒎𝒐𝒍 𝑪𝒂𝑶

𝟏 𝑲𝒎𝒐𝒍 𝑪𝒂𝑪𝑶

𝟑

𝟒𝟒 𝒌𝒈 𝑪𝒂𝑶

𝟏 𝑲𝒎𝒐𝒍 𝑪𝒂𝑶

𝒌𝒈 𝑪𝒂𝑶

𝒉

2. BALANCE DE ENERGÍA

2.1. BALANCE DE ENERGÍA EN EL HORNO DE PRODUCCION DE CAL

VIVA DE LA CANDERA DEL PACIFICO

2.2. Cálculo de calor útil necesario para la disociación de 𝑪𝒂𝑪𝑶 𝟑

𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛

𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠

𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠

Entalpías de formación para los compuestos en la producción de cal viva

Compuesto Químico Entalpía de Formación (Kcal/mol)

CaCO 3

CaO - 151,

CO

2

𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛

= [(𝐻

𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐶𝑎𝑂

𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐶𝑎𝑂

2

𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐶𝑎𝐶𝑂

3

]𝐾𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙

Q combustible Q gases de combustión

Q aire

HORNO

Q útil

2.3.Determinación del flujo de calor aportado por el combustible para el proceso

de calcinación de la piedra caliza en el horno

• Cálculo de la cantidad de combustible necesario para la combustión durante un

día.

Ahora se debe determinar el calor suministrado por cada Kg de cal viva, conociendo

que el flujo de producción es 159 , 53

𝐾𝑔 𝐶𝑎𝑂

ℎ

, entonces:

𝑄𝑠𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑠𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 =

𝑸𝒔𝒖𝒎𝒊𝒏𝒊𝒔𝒕𝒓𝒂𝒅𝒐 𝒑𝒂𝒓𝒂 𝒑𝒓𝒐𝒅𝒖𝒄𝒄𝒊ó𝒏 = 𝟐𝟎𝟔𝟕, 𝟔𝟓

• Cálculo de la Relación aire combustible

El valor requerido de la masa de combustible se obtiene mediante la fórmula de la

densidad.

3

𝑚 = 𝑝 × 𝑣

3

×

× 0 , 92 𝑚

3

×

3

3

3

Entonces la relación aire-combustible será:

𝑎𝑖𝑟𝑒

𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒

21 , 9621 ( 4 , 76 )𝑘𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑖𝑟𝑒 ×

• Cálculo del flujo de calor aportado por el aire

Y ahora se puede determinar el flujo másico de aire:

𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑠𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑠𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜

= 𝐴𝐶 × 𝑚

𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒

𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑠𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑠𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜

× 34 , 18

𝒂𝒊𝒓𝒆 𝒔𝒖𝒎𝒊𝒏𝒊𝒔𝒕𝒓𝒂𝒅𝒐

Lo que servirá para determinar el flujo de calor aportado por el aire:

𝒂𝒊𝒓𝒆

𝒂𝒊𝒓𝒆

𝒑

𝒇

Donde:

𝑎𝑖𝑟𝑒

=Flujo de calor suministrado de acuerdo con la cantidad de combustible inflamado

durante un día.

𝑎𝑖𝑟𝑒

=Flujo másico de aire

𝑝

=Poder calorífico de aire

𝑓

=Temperatura en el interior del horno 1000°C

𝑇𝑎 =Temperatura Ambiente 27°C

𝑎𝑖𝑟𝑒

× 1. 005

𝑎𝑖𝑟𝑒

×

𝒂𝒊𝒓𝒆

• Cálculo del calor generado por los gases de combustión

𝒑

𝒇

𝒑

𝒓

𝒇

𝒓

𝑄 =Calor de trasferencia

𝑝

=Número de moles de los productos

𝑟

= Número de moles de los reactivos

𝒈𝒂𝒔𝒆𝒔 𝒑𝒓𝒐𝒅𝒖𝒄𝒊𝒅𝒐𝒔

𝟐

𝟐

𝟐

𝟐

𝟐

𝟐

𝟐

𝟐

𝒈𝒂𝒔𝒆𝒔 𝒑𝒓𝒐𝒅𝒖𝒄𝒊𝒅𝒐𝒔

𝒈𝒂𝒔𝒆𝒔 𝒑𝒓𝒐𝒅𝒖𝒄𝒊𝒅𝒐𝒔

Determinación del calor perdido en la eliminación de gases de combustión por Kg de

combustible

𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑜𝑠

𝒈𝒂𝒔𝒆𝒔 𝒑𝒓𝒐𝒅𝒖𝒄𝒊𝒅𝒐𝒔

Entonces el flujo de calor perdido por los gases de combustión será:

𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑜𝑠

𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑜𝑠

× − 3485 , 14

𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑜𝑠

×

𝒈𝒂𝒔𝒆𝒔 𝒑𝒓𝒐𝒅𝒖𝒄𝒊𝒅𝒐𝒔