Calefacción de un fluido mediante fuego directo

Facultad de Ingenieru00eda-DIQ
UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA PLATA

CÁTEDRA PROYECTO – COMISION ACEITE DE GIRASOL

CALEFACCIÓN DE UN FLUIDO MEDIANTE FUEGO DIRECTO

Fecha de entrega: 22/06/11
Integrantes:

Anabella Mocciaro
Juan Manuel Martínez
Leticia Fantasía
Maximiliano Bahamonde Barria
Sofía Gómez

Ayudante a cargo: Ignacio Leone

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CÁTEDRA PROYECTO – COMISION ACEITE DE GIRASOL

Hornos industriales
Un horno de proceso es un equipo construido por un cerramiento metálico revestido
interiormente por una pared refractaria aislante, dentro del cual se dispone un serpentín
tubular por el que circula un producto que se debe calentar y/o evaporar a través del calor
liberado por un combustible a sólido,líquido o gaseoso que se inyecta convenientemente al
horno. Un esquema se muestra en la figura 1.

Figura 1.
En el quemador se produce la reacción de combustión que genera una masa de gases
calientes que son los productos de combustión. Estos gases entregan calor por radiación al
serpentín y sale por la chimenea.
Del calor liberado en la combustión, una parte es aprovechada en elcalentamiento
del producto, una parte se pierde por la chimenea (dado que los humos aún están calientes)
y también habrá una pérdida por conducción a través de las paredes del refractario.

Combustión
La combustión es la reacción química entre el oxígeno y u combustible que libera
calor. Usualmente el combustible es un hidrocarburo, y el oxígeno proviene del aire.
Cuando hay suficiente oxígeno paraconvertir todo el combustible a CO2 y H2O (los
principales productos de la reacción de combustión) se dice que la reacción es completa. Si
la cantidad de oxígeno es insuficiente, el combustible no alcanza a quemar totalmente y se
tendrá entre los productos hidrocarburo no quemado y CO.

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CÁTEDRA PROYECTO – COMISION ACEITE DEGIRASOL

En los quemadores industriales, normalmente la cantidad de oxígeno empleada no
es la estequiométrica dado que siempre se utiliza un exceso de aire para asegurar la
combustión completa del combustible. Cuando se utilizan combustibles gaseosos (gas
natural o fuel gas de refinería) se suele emplear un exceso de aire del 5%. La ecuación
general para la reacción de combustión es:CnHmSs + (1+e)(n+0,25m+s)O2 + 3,762(1+e)(n+0,25m+s) = nCO2 + 0,5mH2O +
sSO2 + e(n+0,25m+s)O2 + 3,762(1+e)(n+0,25m+s)N2
El poder calorífico de un combustible es la cantidad de calor liberada durante la
combustión completa con la cantidad estequiométrica de aire. Normalmente el combustible
consiste en una mezcla de hidrocarburos de composición conocida, por lo tanto se puede
calcular el podercalorífico de la mezcla haciendo un promedio en base molar.
En el caso de que el combustible sea gas natural, el cual está compuesto en un 90 a
95% metano (CH4) su poder calorífico es de 67564 kcal/kmol.

Balances de calor
Al horno ingresa una masa de combustible WF (fuel) y una masa de aire WA a
temperaturas TF y TA respectivamente. Dentro del equipo se produce la reacción de
combustión y segenera una masa de gases calientes. Parte del calor liberado durante la
combustión es absorbido por el fluido que circula por el serpentín. La transferencia de calor
entre los gases y el serpentín se produce fundamentalmente por radiación.
Se puede plantear un balance de entalpía para el horno como:
WFiF + WAiA + WViV – WHiH – Q – QP = 0
Donde iF, iA, iV e iH son las entalpías decombustible, aire, vapor y humos de
atomización respetivamente, Q es el flujo de calor retirado por el producto y QP representa
el calor perdido por conducción a través de las paredes. El calor perdido a través de las
paredes dependerá de la aislación del horno y generalmente se expresa como un 2-5% del
calor liberado en el horno.
Reemplazando términos en la ecuación y realizando una serie de pasos...