BALANCE DE MASA Y ENERGIA
OBJETIVO DEL BALANCE
La construcción e interpretación de los balances de energía permiten abordar
Los siguientes objetivos:
* Contabilizar la energía realmente suministrada.
* Cuantificar las perdidas que afectan el rendimiento y poder vigilarlas con mayor facilidad.
* Proporcionar un mecanismo para evaluar varias estrategias posibles. Ejemplo: los cambios en las fuentes de materias primas, los cambios o modificaciones en el diseño de la planta.
* Proporcionar datos para mejorar la estabilidad del proceso.
* Proporcionar información orientada a conseguir el rendimiento máximo de un producto aceptable con el mínimo consumo práctico de energía.
UNIDADES DE ENERGIA
Normalmente se utiliza el SI Kcal en el BS se utiliza BTU
CANTIDAD DE REFERENCIA
Normalmente se utiliza el SI 1Kg en el BS se utiliza ST
TEMPERATURA DE REFERENCIA
Esta es la temperatura con la que son referidas todas las cantidades de calor. Normalmente se selecciona una temperatura cercana a la temperatura ambiental
TIPOS DE ENERGIA
1. Calor Sensible
2. Calor Latente
3. Perdidas del Casco
4. Calor de Reaccion
1. CALOR SENSIBLE
Calor y temperatura.
El calor específico de una sustancia es el calor necesario para elevar la temperatura de 1 Kg de la sustancia, un 1ºC. se deduce que si la misma cantidad de calor es aplicada a distintas sustancias, los resultantes aumentos de temperatura no son los mismos.
Entonces: Q = m*Sh*(T2-T1)
Q: calor sensible de la sustancia
m: es su masa
T2: temperatura final a la que fue elevada la sustancia
T1: temperatura inicial
Sh: calor especifico de la sustancia entre T1 y T2
Ejemplo: calcular el contenido de calor de 1,8Kg de gases del enfriador a 200ºC usando una temperatura de referencia de de 20ºC.
Calor especifico promedio del aire entre 20 y 200ºC = 0.242Kcal/KgxºC
Q =m1.8x0.242x(200-20)=78.4Kcal/Kg
CALOR SENSIBLE
De sólidos, líquidos y gases.
Nm3/Kg cli KJ/(Nm3*ºC) del enfriador:
Q = 1 * 0.83 * (200 - 20)= 150 Kj/Kg Cli
2. CALOR LATENTE
El calor latente de vaporización (clv) de un líquido es la cantidad de calor requerida para cambiar un Kg del líquido a un vapor a la misma temperatura. Para el agua, el calor latente de vaporización es la cantidad de calor necesaria para cambiar un Kg de agua hirviente a vapor a la misma temperatura (100ºC) el clv es suministrado al punto de ebullición del liquido. Sin embargo es una conveniencia útil calcularlo a temperatura de referencia.
Ejemplo: calcular el calor requerido para evaporar la humedad de 1Kg de la pasta/Kg de clinker a 20ºC y descargar el calor a la atmosfera a 200ºC
CLV(20ºC) = 584-9Kcal/Kg H2O
Calor especifico del vapor de agua (20ºC a 200ºC) = 0.4526 Kcal/Kh/ºC
Q1 = 1 * 584.9 = 584.9Kcal/Kg de clinker
Q2 = 1 * 0.4526 * (200 - 20) = 81.5 Kcal/Kg de clinker
Calor total = Q1 + Q2 = 666.4 Kcal/Kg de clinker
3. PERDIDAS DEL CASCO
Por Radiación: Qr 0 Aes (TS4 – Ta4) Kcal/hr
A = área del Shell del horno
TS = Temperatura absoluta del Shell (ºK)
Ta = Temperatura ambiente (ºK)
E = emisividad de la superficie
S = constante Stefan Boltzmann (4.87x10-8Kcal/m2h)
Por Convección: Qc = A * (5.86+3.04)*(Ts-Ta) donde:
V = velocidad del viento (m/s)
A = area del Shell (m2)
Ts = temperatura absoluta del shell (ºK)
Ta = temperatura ambiente (ºK)
4. CALOR DE REACCION
El calor de reacción es independiente del proceso y depende solo de la naturaleza y concentración de los componentes químicos y minerales presentes, esto es aplicable también a los componentes que se encuentran en las cenizas del carbón.
Con los datos termodinámicos de los calores de formación de los varios minerales del clinker y sus concentraciones relativas, se puede calcular el valor global de reacción o calor teórico.
Formula de Zur Strassen
Qth = 2.22 At + 6.48Mc + 7.646Cc – 5.116S – 0.59 (F +Mn) Kcal/Kg clinker, donde:
Qth: valor teórico de la formacion del clinker
At: g de A1203 de la arcilla por 100gr de clinker.
Mc y Cc: g de MgO y de CaO del MgcO3 y CaCO3 por 100 gr de clinker
S, F + Mn = %SIO2 y %(Fe2O3 + Mn2O3 )en clinker libre de perdida
Para los propósitos mas generales la formula puede ser empleada con los porcentajes de Al2O3, MgO, CaO, SIO2, y Fe2O3 en el clinker sustituidos en la ecuación anterior.
Ejemplo: un clinker tiene el siguiente análisis, ¿cual es el calor teórico?
CaO = 66.31%
SIO2 = 21.63%
Al2O3 = 6.57%
Fe2O3 = 2.78%
MgO = 1.09%
Qth = 2.22x6.57x6.48x1.09x7.646x66.31x5.116x21.63–0.59x2.78 = 416.4 Kcal/Kg de clinker.
Para el cemento tipo 1, los calores teóricos están entre 400 a 420 Kcal/Kg de clinker.
El valor de 420 Kcal/Kg es normalmente usado cuando se tiene poco conocimiento de la naturaleza de los materiales.
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