Hornos Rotativos: Diseño, Cálculo y Balance Térmico

INDUSTRIAS I
HORNO ROTATIVO
Ing. Bruno A. Celano Gomez
Abril 2015
HORNO ROTATIVO
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Continuo
Calentamiento Externo
Llama libre
Aplicaciones: cemento, cal, aluminio, etc.
Horno Rotativo
Diagrama
Horno Rotativo
Horno Rotativo
RADIACION
CONVECCION
CONDUCCION
TRANSFERENCIA DE CALOR EN EL HORNO ROTATIVO
Dimensionamiento H.R.
G
n
L
t
M
V
α
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D
G = velocidad de alimentación
V = vel. desplazamiento del material dentro del horno
M = masa de mat.que se encuentra en el horno
S = pendiente del horno
N = velocidad de rotación del horno
t = tiempo de permanecía
R = retención, relación. entre vol. de mat. y el vol. del horno
Dimensionamiento H.R.
t (min) =
0,19 * L (m)
_
D (m) * N (rpm) * S (m/m)
V (m/hr) =
60 * L (m)
t (min)
_
G (Kg/hr) = γ (kg/m3) * R * V (m/hr) * Sh (m2)
γ: peso específico del material
Sh; sección del Horno
Dimensionamiento H.R.
PROBLEMA 1
Calcular el tiempo de paso y la capacidad diaria de un
Horno Rotativo que produce Cal (CaO), sabiendo que sus
dimensiones son L= 90 m y D= 3m. La velocidad de
rotación 1 rpm y la pendiente S= 0,05 m/m.
Datos:
R=10%
γCaCO3=1400 kg/m3.
Dimensionamiento H.R.
PROBLEMA 2
Calcular las dimensiones de un Horno Rotativo en el que
se va a calcinar piedra caliza, sabiendo que el tiempo de
paso (t)= 60 min.; que se desea producir 210 ton./día de
Cal. Calcular, además la pendiente del horno (S) y la
relación L/D.
Datos:
N=0,9 r.p.m.
V= 40 m/hr.
R=10%
γCaCO3 = 1,3 Kg./dm3.
Balance Térmico H.R.
Q3
Q4
Q2
Q1
Q4
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Q1 = calor entregado al horno quemando combustible
Q2 = calor utilizado en el calentamiento y la reacción química
Q3 = calor que se llevan los gases por la chimenea
Q4 = calor perdido por radiación y fugas en el horno
Q1 = Q2 + Q3 + Q4
Balance Térmico H.R.
Q3
Q4
Q1 = Q2 + Q3 + Q4
Q2
Q1
Q4
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η = Q2 . 100
Q1
Q1 = calor entregado al horno quemando combustible
Q2 = calor utilizado en el calentamiento y la reacción química
Q3 = calor que se llevan los gases por la chimenea
Q4 = calor perdido por radiación y distintas fugas en el horno
Balance Térmico H.R.
Q1 = γcomb . q . Hinf.
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γ comb = densidad del combustible.
q = caudal horario del combustible.
Hinf = poder calorífico inferior del combustible.
Balance Térmico H.R.
Q2 = Q(te a tr) + Q(reac) + Q(producto) + Q(gas)
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Q(te a tr) = calor necesario para llevar el material hasta la temperatura de
reacción.
Q(reac) = calor de reacción.
Q(producto) = calor que absorbe el producto desde que se forma hasta que
sale del horno.
Q(gas) = calor que entrega (-) el gas desde el momento de la reacción hasta
que sale por la chimenea.
Balance Térmico H.R. (ej: Producción de Cal)
Q2 = Qcaco3 + Qreac + Qcao + Qco2
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Qcaco3 = calor necesario para llevar la piedra caliza hasta la temperatura
de reacción.
Qreac. = calor de reacción CaCO3 à CaO + CO2
Qcao = calor que absorbe la cal desde que se forma hasta que sale del
horno.
Qco2 = calor que entrega (-) el dióxido de carbono desde el momento de la
reacción hasta que sale por la chimenea.
Balance Térmico H.R. (ej: Producción de Cal)
Qcaco3 = Gcaco3 . Ccaco3 . (tr - tent.)
Qreac. = Gcaco3 . Cr
Qcao = Gcao . Ccao . (ts - tr)
Qco2 = Gco2 . Cco2 . (tch - tr)
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G = masas horarias (Kg. / h).
C = calores específicos (Kcal / ºC . Kg.).
Creac = calor de reacción (Kcal / Kg.).
• tch = temperatura de salida del dióxido de carbono por la chimenea.
Balance Térmico H.R.
Q3 = γcomb . q . Hsup . Qch/100
Q4 = k . Sup. Horno . (tint - text)
Q4 = Q1 - (Q2 + Q3)
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γ comb = densidad del combustible.
Hsup = poder calorífico superior del combustible.
Qch = porcentaje del poder calorífico superior que se llevan los gases
que salen por la chimenea.
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K = coeficiente de radiación del horno.
Balance Térmico H.R.
PROBLEMA 3
Calcular el calor horario entregado a un horno rotativo
sabiendo que se consumen 1.000 litros / hora de combustible
Hsup= 10.500 kcal/kg y Hinf= 10.000 kcal/kg. Determinar
además el calor que se llevaron los gases que salen por la
chimenea sabiendo que la temperatura de estos es de 450ºC
y la composición CO= 0,5%, el exceso de aire= 12%,
γcomb= 0,9 kg/l
Precalentador / Enfriador
Precalentador
Los precalentadores se usan para calentar el material que
va a entrar al horno rotativo, a efectos de lograr un mayor
rendimiento térmico del proceso y economizar
combustible.
Se basan en aprovechar los gases calientes que salen del
horno e intercambiar su calor en forma directa con el
material ingresante al horno en grandes torres que cuentan
con conductos y ciclones.
El material ingresa al horno a temperaturas del orden de los
800°C.
Precalentador
Enfriador
Los enfriadores son aparatos que mientras pasa el material
por la parrilla, se sopla con ventiladores aire desde el
exterior el que pasa a través del material y lo enfría. El
material que sale del enfriador lo hace a temperaturas del
orden de los 100°C.
El aire de enfriamiento eleva su temperatura y es utilizado en
precalentadores de material, molienda, quemadores, secado
de materiales, etc.
Enfriador