NORMAS TECNICAS PARA DISEÑO

CONSIDERACIONES INICIALES DE DISEÑO

BALANCE DE ENERGIA EN EL HORNO AMPLIADO.
Se determina a través de un Balance de Energía los componentes de la energía entrante y la energía saliente del Horno Ampliado a plena carga de operación y teniendo en cuenta las ecuaciones mostradas en la teoría.

ENERGIA ENTRANTE:
CALOR SUMINISTRADO POR LA COMBUSTION DEL COMBUSTIBLE: El Horno analizadotiene un consumo de combustible de 808 m3/hr (Reporte de Operación). Teniendo en cuenta que el Gas Natural tiene un Poder Calorífico Inferior de 41,200 kJ/kg y densidad de 0.664 kg/m3, se tiene el siguiente cálculo para el calor suministrado por la reacción del combustible.

Q ̇_1=808 m^3/hora*0.664 kg/m^3 *50,000 Kj/kg*(1 kcal)/(4.18 kj)=6´417,607 Kcal/h

CALOR SENSIBLE POR EL PRECALENTAMIENTODEL COMBUSTIBLE O EL AIRE: Según el calor sensible debido al precalentamiento del GAS NATURAL o del Aire desde la temperatura ambiental a la temperatura de precalentamiento.
Q ̇_2=0 Kcal/h
CALOR ENTRANTE TOTAL: La energía entrante al Horno Ampliado es la siguiente :
Q ̇_e=6´ 417,607 Kcal/h
ENERGIA SALIENTE:
CALOR SENSIBLE DE LAS PALANQUILLAS (Q ̇_3):
Se evalúa en función a laecuación N° 4 y se tiene en cuenta lo siguiente: Calor especifico a presión constante de las palanquillas es igual a 0.2014 Kcal/kg°C (Texto: Hornos Industriales de TRINKS)
Capacidad de producción es 20 TM/hora, hasta una temperatura de 1240 °C.
Q ̇_3=20,000 kg/hora*0.2014 Kcal/(kg-°C)*(1,240-20)°C=4´914,160 Kcal/h
CALOR PERDIDO POR GASES DE LA COMBUSTION (Q ̇_4):
Teniendo que latemperatura de los gases de la combustión están a 730°C, y además el calor especifico a presión constante de los gases de la combustión es 0.274 Kcal/kg°C. Se considera asimismo que la Relación aire/combustible es 11.19 m3 aire/m3 Gas Natural.
m ̇_g= m ̇_a+m ̇_c
m ̇_a=11.19*808*0.664=6,003.6 kg/h
m ̇_g=(6,003.6 kg/h)+(808*0.664 kg/h)=6,540.11 kg/h
Se evalúa según la siguiente ecuación:
Q̇_4=6,540.11 kg/h*0.274 Kcal/(kg-°C)*(730-20)°C=1´272,313.4 Kcal/h
OTRAS PERDIDAS DE CALOR : Se cuantifica a las otras perdidas de calor entre la diferencia entre :
Q ̇_5=Q ̇_e-Q ̇_s
Se tiene que:
Q ̇_s=4´914,160+1´272,313.4=6´186,473.4 Kcal/h
Q ̇_5=6´417,607-6´186,473.4=231,133.6 Kcal/h

BALANCE DE ENERGIA ENTRANTE Y SALIENTE
Se tiene el siguiente cuadro con los valores de los caloresentrantes y calores salientes:
Cuadro N° A.1 Balance de Energía en Horno Ampliado

Fuente: Elaboración Propia

INDICADORES ENERGETICOS: En función a los valores obtenidos en el cuadro N° A.1, se tienen los siguientes Indicadores Energéticos:
Indicador Energético (IE)
IE= (808 m3 de Gas Natural)/(20 Toneladas de palanquillas calentadas)=40.4 ( m3 de Gas Natural)/( Toneladas depalanquillas calentadas)
Indicador Económico (IEc)
Se tiene que el precio del Gas Natural es 0.69 U$/m3 (1.86 S/ litro)
IEc= (808*0.69 U$ por consumo de GN)/(20 Toneladas de palanquillas calentadas)=27.88 U$/(Ton.de palanquillas)
Eficiencia del Horno:
η=(4´914,160.0)/(6´417,607.0)*100%=76.57%

DETERMINACION DE TEMPERATURA DE CALENTAMIENTO:
Realizando un balance de energía entre el calorque absorbe el aire para calentarse desde el medio ambiente y el calor que ceden los gases de la combustión desde 730°C.
Q ̇_ac=m ̇_ac*Cp_ac*(T_fac-T_amb )

Q_gc=m ̇_g*Cp_g*(T_g-T_fg )

m ̇_g*Cp_g*(T_g-T_fg )=m ̇_ac*Cp_ac*(T_fac-T_amb )
Y además que se debe cumplir que la temperatura de los gases calientes debe sobrepasar como mínimo 20 °C a la temperatura del aire caliente.
T_fg=T_fac+20Reemplazando cada uno de los factores que intervienen en la igualdad detallada, teniendo en cuenta que el calor específico a presión constante del aire es 0.241 Kcal/kg-°C

6,540.11 kg/h*0.274 Kcal/(kg-°C)*(730-〖(T〗_fac+20))°C=6,003.6 kg/h*0.241 Kcal/(kg-°C)*(T_fac-20)°C

1,792 Kcal/(h-°C)*(710-T_fac )°C=1446.9 Kcal/(h-°C)*(T_fac-20)°C

T_fac=400 °C

DIMENSIONAMIENTO DEL CALENTADOR...