Diseño Heat Pipes

UTILIZACIÓN DE HEAT PIPE EN
FUNDICIONES DE COBRE


Resumen Ejecutivo

Actualmente, la industria del cobre es el principal aporte económico a nuestro país. El segundo semestre del año 2009, solo este sector aportó cerca del 15% al Producto Interno Bruto (PIB)1 nacional, por lo cual el tema energético en esta área cada vez se torna más relevante.
Las grandes empresas mineras tienen unaltísimo consumo energético en sus procesos, lo cual influye directamente en el costo operacional. Codelco Norte gasta aproximadamente 940 millones de dólares2 anuales solo en consumo de energía eléctrica, por lo que es de vital importancia optimizar el uso de la energía.
Nuestro proyecto, denominado “Utilización de Heat Pipe en fundiciones de cobre”, tiene como objetivo la recuperación energéticajunto con el enfriamiento de las corrientes de gases emanadas de los Convertidores Modificado Teniente y Convertidores Pierce Smith, que principalmente poseen aire y dióxido de azufre (SO2), para que puedan ser procesadas en la Planta de Limpiezas de Gases para la generación de ácido sulfúrico.
Esta operación se realizará mediante el uso de Heat Pipes, equipos de transferencia de calor altamenteeficiente que, en nuestro caso, transfiere energía desde la corriente de gases a una corriente de servicio.
La energía recuperada será destinada a los procesos de secado de concentrado, en donde es necesario reducir la humedad del material hasta aproximadamente un 0,2% mediante el uso de vapor a alta temperatura. Esto se traducirá en un ahorro debido a que actualmente, este vapor es generadomediante el uso de combustibles convencionales.
La implementación de estos equipos traerá principalmente dos beneficios para la empresa: Una baja en los costos de operación y una disminución de la emisión de gases invernaderos generados por la combustión de combustibles fósiles.


Índice.
1. Resumen Ejecutivo ……………………………………………………………… 2

2. Antecedentes……..………………………………………………………………. 42.1 Contexto en la Industria Nacional….……………………………………… 4
2.2 Proceso actual enfriamiento de gases…………….…………………..……4
2.3 Descripción y funcionamiento de un Heat Pipe…………………………….6
2.4 Aclaraciones…………………………………………...………………………6

3. Alcance……………………………………………….…………………………….7

4. Proceso………………………………… ……………………….……………….…8
4.1 Balance de masa y energía……………………………….…………….…....8

5.Criterios de Diseño…………………………………………………………….…10
5.1 Variables críticas……………………….………………………………….….10
5.1.1 Límite de secado………………………………….……………..... 10
5.1.2 Límite de arrastre .………………………………………………10
5.1.3 Limite sónico………………………………………………….…….11
5.1.4 Limite termodinámico……………………...………………………11
5.1.5 Deposición de Polvos suspendidos……………….……………..11

5.2 Selección deServicios………………………………………………………12
5.2.1 Posibles Fluidos Internos Heat Pipe……………………………..12
5.2.2 Fluido Servicio…………………………………………………...…12

6. Diseño ……..………………………………………………………………….12
6.1 Selección del Fluido Interno ……………………………………………….12
6.2 Diseño del Equipo …………………………………………………………..12
6.3 Comprobación de Variables Críticas…………….…………………….…...17
6.4 Material de construcción …………………………………………….……...17

7. Esquema con dimensiones y DataSheet……………………………….………18

8. Estimación de Costos e Inversión …………….…………………………….….19

9. Referencias ………………………………………………………………...……..22

10. Anexos ……………………………………………………………………………23
Antecedentes.
2.1 Contexto en la Industria Nacional
La industria minera, específicamente la minería del cobre, es la principal actividad económica de Chile, el año 2009 se produjo aproximadamente diezmillones de toneladas de cobre fino3 en nuestro país, que se tradujeron en significativos aportes a las arcas fiscales.
Asociada a las elevadas tasas de producción, existen altos índices de consumo energético en los distintos procesos del cobre. Las etapas de fusión-conversión llevadas a cabo en las fundiciones son una de las operaciones que más cantidad de...