Tema 7 Dise O De Hornos

Operaciones Físicas II
© Alberto Blasetti

Diseño de Hornos

Introducción
• Básicamente, un horno puede ser descripto como
una cámara aislada, a alta temperatura, donde el
calor se transfiere desde una fuente hacia un
receptor o sumidero, principalmente por radiación.
• Las altas temperaturas dentro del horno se
consiguen mediante el quemado de combustibles
líquidos o gaseosos.
• El sumidero decalor es el fluido que circula dentro
de un arreglo de tubos dispuesto dentro de la
cámara, generalmente a lo largo de las paredes.
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Clasificación
De acuerdo con la disposición de los tubos
dentro de la cámara de fuego, los hornos
pueden clasificarse:
• a) hornos verticales
• b) hornos horizontales

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Vista dehornos

• Horno cilindrico
vertical
• Horno horizontal tipo
caja

Figura 7.1 Vista de hornos vertical y horizontal
tipo caja.
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Transferencia de calor en un horno
El calor, que se libera por la combustión de un
material combustible, se transfiere a un
fluido que circula dentro de tubos colocados
a lo largo de las paredes del horno y el
techo por:
• Radiacióndirecta
• Convección
• Además, una parte del calor se refleja en las
paredes de los refractarios
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Zonas de un Horno

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Zonas de Radiación y Convección
Existen dos zonas bien diferenciadas (por el
mecanismo de transferencia de calor):
• Zona de radiación: en la zona de radiación
los valores típicos de Q/A sonalrededor de
50 KW/m2.
• Zona de convección: en la zona de
convección se recupera calor de los gases
que salen de la zona de radiación.
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Vistas zona de radiación y convección

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Tubos en la zona de radiación

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Banco de escudo (shield)
También se suele identificar una tercerazona:
• El banco de escudo o de choque (shield)
Esta zona corresponde a la primeras dos filas
de tubos de la sección de convección, y que
cuando “ven” a la cámara de combustión,
reciben una significativa cantidad de calor
por radiación. No emplear tubos aletados
para esta zona.
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Combustión
La combustión se realiza con aire como fuente
de oxígeno. Paraasegurar la combustión
completa del combustible se suele emplear
aire en exceso:
• 10% de exceso para combustibles gaseosos
• 15 a 20% de exceso para combustibles
líquidos
• 20% o más para combustibles sólidos

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Quemadores

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Modelos teóricos de Hornos
Los modelos matemáticos que se aplican para el
cálculo de unhorno son:
• tanque agitado o mezcla perfecta
• flujo pistón
El modelo de tanque agitado es el más simple y puede
aplicarse para evaluar el funcionamiento de varios
tipos de hornos.
Cuando la relación altura diámetro (H/D) del horno es
grande, conviene emplear el modelo de flujo pistón.
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Modelo de Tanque Agitado
Nosotros solo vamos a aplicar el modelo detanque
agitado. El modelo define tres zonas:
• 1) la zona de gases que representa la llama y los
gases de combustión
• 2) la zona receptora de calor que representa a los
tubos
• 3) la zona receptora de calor que representa a los
refractarios
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Modelo de Tanque Agitado:
Analogía eléctrica
Tr

Rr

Rr-1

Rg-r

T1

Tg
R1

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Rg-1

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Modelo de Tanque Agitado:
Suposiciones
El modelo supone:
• La temperatura de los gases (Tg) es un valor
promedio
• El plano que representa a los tubos se considera
como una superficie gris a una temperatura T1.
• La superficie de refractarios es adiabática a la
radiación y se encuentra a una temperatura Tr.
• Las pérdidas de calor por radiación a través de las
paredes y aperturas del...