ejercicios de sider

Ejercicios de siderurgia I
23 DE OCTUBRE DEL 2014

EJERCICIOS PROPUESTOS
1. Requerimientos energéticos teóricos para la reducción directa del hierro hematites
(Fe2O3) por el carbono.
Datos:
El gasto energético necesario para obtener 1 Tm de acero es de 16,96 GJ/Tm
Reducción directa del carbono:

Fe2 O3  3C  2Fe  3CO

3
( x ) 2C  O2  2CO
2
(x

3
)
2

G(273)  H (273)  65 Kcal

4
2
Fe  O2  Fe 2 O3
3
3

mol O2

G(273)  H (273)   120 Kcal

Fe2 O3  3C  2Fe  3CO

G(273)  H (273)  85 Kcal

mol O2

2 mol Fe

Ronda de factores de conversión:

82,5 Kcal 1 mol Fe 4,18 J 10 6 gr



 3  10 9 J
Tm
2 mol Fe 56 gr
cal
Tm
3 GJ/Tm
NOTA: La diferencia es de 1 a 6 y ello en el supuesto de que trabajáramos con Fe2O3 100 %puro.
El consumo energético de los procesos de reducción del hierro representa el 20 % del
coste de energía total del proceso (calor latente de escorias, metal y gases, pérdidas de
calor).
2. hallar los requerimientos energéticos para la obtención de hierro (acero) en horno
eléctrico.
Datos:
la cantidad es de 5,6 GJ/Tm.
Energía necesaria: Cp (1.538-25) + L
Tabla I.12: L = 3.658 cal/mol
TablaII.17: Cp  0,15 cal/ºC gr

3658 cal 1 mol Fe 4,18 J 10 6 gr



 0,27  10 9 J
Tm
mol
56 gr
cal
Tm
C p T  (1538  25)º C

0,15 cal 4,18 J 10 6 gr


 0,95  10 9 J
Tm
º C gr
cal
Tm

La energía necesaria será 1,22 GJ/Tm
NOTA: Los requerimientos energéticos en la práctica serán 5 veces superiores a los
teóricos.

SIDERURGIA I

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3. Requerimientos energéticos teóricos para la obtención de una tonelada de
aluminio. Compararlos con los reseñados en el libro de texto, tanto teóricos como
reales.
Datos:
Según el libro de texto serían necesarios unos 21 GJ/Tm
En el diagrama de Ellingham (Fig. 0.2) se expresa la variación de energía libre de
formación de óxidos en función de la temperatura(referida por mol de oxígeno).

4
2
Al  O2  Al 2 O3
3
3

 G0T

a 25 ºC ( 0 ºC) G0T  H 0T  250 Kcal

250

mol O2

Kcal 1 mol O2 1 mol Al 4,18 J 10 6 gr




 29  10 9 J
Tm
mol O2 4
27 gr
cal
Tm
mol Al
3
29 GJ/Tm

NOTA: Hasta T no superiores a 1000 ºC suele verificarse que:

G0T  H 0298  TS 0298 (G0T  G0298 )
En efecto:

G0T  H 0298  C p (T  T0)  TS 0298  TC p ln

Y los términos

C p (T  T0 ) y TC p l

T
T0

T
T0

suelen tomar valores equivalentes con

signos contrarios.
Conclusión: el gasto de energía para extraer una tonelada de aluminio es 10 veces superior
al teórico. (Según el libro serían 270 GJ/Tm de Al)
4. Demostrar que el aluminio no puede obtenerse electrolíticamente a partir de
soluciones acuosas dealúmina, ya que la descomposición del agua y la evolución
catódica de hidrógeno antecederían a la deposición del aluminio metal.
Datos:
Potenciales de oxidación en Tabla 0.2.
Energía libre de formación de los óxidos
Número de Faraday, 96.500 culombios/equivalente - gramo.
potenciales normales de oxidación se observa que el correspondiente al Al es de
1,66 V a 25 ºC.
tenemos para ladescomposición del agua a partir de sus elementos:

2 H 2 O  2 H 2  O2
-

G(273)  115 Kcal

mol O2

Para la reacción catódica: 4 H   4 e   2 H 2 
Número de electrones de cambio: 4

G o   nFE o

SIDERURGIA I

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23 DE OCTUBRE DEL 2014

Donde:
- n: número de electrones de cambio
- F: energía/V. equivalente gramo
cial de electrodo (f.e.m.)E o  

115 Kcal 1 V . equivalent e gr.
G o


  1,25 eV
nF
mol O2 23061 cal  4 equiv. gr

NOTA: Luego la descomposición del H2O y la evolución de H2 antecederían la reducción del
aluminio.
Trabajo = Q. V
1 Julio = 1 culombio. 1 Voltio
H+ + e- = H + 96500 culombios

W  96500 julios 

1 cal
 23086 cal
4,18 J

5. Teniendo en cuenta el diagrama de Ellingham (Fig...