BALANCES DE MATERIA Y ENERGIA DEL PROCESO DE PRODUCCION DE CEMENTO. Para la producción de una tonelada de cemento en por vía seca, se registran las siguientes entradas y salidas. Los datos presentados son calculados por el Grupo de Investigación del Convenio UIS-IDEAM, a partir de información bibliográfica y de campo. VER FIG. 1 ENTRADAS MASICAS AL PROCESO Caliza = 1.4112 Ton Arcilla = 0.1848 Ton Min de Hierro = 0.084 Ton Carbón = 0.2 Ton Aire = 1.861378 Ton Yeso = 0.06 Ton
SALIDAS MASICAS DEL PROCESO Cemento = 1.040198 Ton Vapor de agua = 0.172815 Ton Polvo = 0.130671 Ton CO2 = 1.005756 Ton N2 = 1.40625 Ton O2 = 0.03856 Ton SO2 = 0.0068 Ton
Fuente: Cálculos UIS-IDEAM
Para la producción de una tonelada de cemento por vía húmeda en la elaboración de cemento, se registran las siguientes entradas y salidas (VER FIG 2) : ENTRADAS MASICAS AL PROCESO Caliza = 1.46723 Ton Arcilla = 0.2093 Ton Min de Hierro = 0.06978 Ton Gas natural = 0.1787 Ton Aire = 3.212 Ton Agua = 0.74748 Ton Yeso = 0.06 Ton Puzolana = 0.0242 Ton Agregado 1 = 0.195 Ton Agregado 2 = 0.0263 Ton
Fuente: Cálculos UIS-IDEAM
SALIDAS MASICAS DEL PROCESO Cemento = 1.2947 Ton Polvo = 0.084 Ton Vapor de agua = 1.2558 Ton CO2 = 1.0937 Ton N2 = 2.4267 Ton O2 = 0.0351 Ton
BALANCE MATERIA Y ENERGIA VIA SECA
FIG 1. BALANCE MATERIA Y ENERGIA VIA SECA
BALANCE MATERIA Y ENERGIA VIA HUMEDA
FIG 2. BALANCE MATERIA Y ENERGIA VIA SECA
Consumo Energético. En la molienda. Casi el 85 % del total de la energía invertida en la producción de cemento, corresponde al desmenuzamiento y a la molienda de las materias primas y del cemento ; aproximadamente el 75% sólo a la molienda. El nivel del grado de eficiencia de la molienda es objeto de controversia, según la definición que se adopte. De acuerdo con interpretaciones muy diversas, la energía que el molino requiere para transformarla en trabajo de desmenuzamiento queda situada entre el 2% y el 20% ; el resto se distribuye en rozamiento de las partículas entre sí, rozamiento de las partículas con las paredes del molino, ruido, calor, vibración, rendimientos del motor y del molino y elevación del material en el molino. El grado de utilización de energía suministrada, teóricamente baja, ofrece más interés en el proyecto de los dispositivos de molienda, que para explotación práctica, en la cual la energía aplicada en la molienda se puede considerar baja en relación con las ventajas del resultado tecnológico que con ella se obtiene. En desmenuzamiento. La exigencia específica de trabajo en el proceso de desmenuzamiento, es decir, la energía aplicada por tonelada de material subdividido, es esencialmente más baja en la molienda grosera que en la molienda fina. Sin embargo, si se compara el trabajo aplicado con la superficie creada, se comprueba todo lo contrario. En separadores por aire. El consumo específico de energía de los separadores por aire depende de las propiedades de material tratado, del caudal circulante y también de la finura final deseada. Se han dado cifras que van desde 2 a 6 kwh/t de producto fino. En este dato también se incluyen los separadores que reciben el aire de operación desde el exterior. En hornos. La energía eléctrica consumida por los hornos largos para vía húmeda es de 14-22 kwh/t, limitada al tramo comprendido desde la extracción de la pasta del silo de alimentación, hasta la salida del clincker del enfriador de parrilla. Todos los hornos largos para vía húmeda cuentan con intercambiadores de calor interno ( la mayoría de ellos son cadenas), para acelerar el secado de la pasta. En la siguiente tabla se presenta el balance térmico simplificado de un horno largo vía seca provisto con intercambiador de calor por suspensión de un tramo y con enfriador de satelites : Balance térmico de un horno largo vía seca con intercambiador de calor y con enfriador de satélites. kcal/ kg clinker Cocción del clinker Evaporación de agua Pérdidas con los gases residuales Calor residual con el clinker Aire residual del enfriador Tubo del horno Intercambiador Enfriador Resto (no determinado)
420 4 223 22 0 104 10 66 48
Fuente: Cemento, fabricación propiedades y aplicaciones. Firtz Keil, Editorial técnico asociados. o
La temperatura de los gases residuales es de 370 C y el consumo específico de calor, 897 kcal /kg de clinker.
En enfriadores. El enfriador planetario eleva el consumo de energía del horno y del exhaustor. El requerimiento de energía adicional del horno se determina con la fórmula. K= 0.03*L en la que : k= consumo específico, en kwh/t de clinker. L= Longitud de los tubos del enfriador planetario. En la siguiente tabla se listan las características y balances térmicos de enfriadores planetarios . En esta tabla se han destacado las pérdidas de calor por las paredes, que suponen el 26-27 % de las cantidades de calor entradas en el enfriador. Características y balance térmico de enfriadores planetarios.
Caudal del horno Consumo específico de Calor
t/24h kcal/kg
Número de tubos enfriados Diámetro * Longitud Temperaturas Entrada de Clinker Salida de Clinker Entradas de Calor Clinker Cesiones de calor Aire secundario Calor residual en el clinker Pérdidas de calor por la "piel" Pérdidas totales de calor Rendimiento
HORNOS LARGOS VÍA SECA 1100 870
HORNOS CON INTERCAMBIADOR 2200 750
11
11
1.65*12
1.80*18
C C
1200 139
1250 135
kcal/kg
291
307
kcal/kg kcal/kg kcal/kg kcal/kg %
189 23 79 102 65
205 22 80 102 67
m o o
Fuente: Cemento, fabricación propiedades y aplicaciones. Firtz Keil, Editorial técnico asociados.
En la siguiente tabla se relacionan las características y el balance térmico de un enfriador Fuller de parrilla del tamaño 825/1050 ; el horno dispone de intercambiador de ciclones. El caudal del horno rotatorio es de 1934 t/24h. Características y balance térmico de un enfriador de parrilla Fuller. 1
Temperaturas
Unidad
Cuantía
Clinker a la entrada
o
1460
Clinker a la salida
o
83
Aire de enfriamiento
o
22
Aire secundario
o
920
Aire residual
o
158
Aire de tramo medio
o
374
C C C C C C
2
Exceso de aire
1.056
3. Cantidades de aire referidas al clinker Aire primario Aire de enfriamiento Aire secundario Aire residual Aire de tramo medio
Nm3/kg
0.034
3
Nm /kg
2.312
3
Nm /kg
0.842
3
Nm /kg
0.889
3
0.581
Nm /kg
4 Cantidades de calor referidas al clinker Consumo de calor en el horno
kcal/kg
750
o
Balance térmico del enfriador referido a 20 C Entradas Clinker
kcal/kg
383
Aire de enfriamiento
kcal/kg
1
kcal/kg
384
Aire secundario
kcal/kg
257
Aire residual
kcal/kg
40
Aire residual del ramo medio
kcal/kg
71
Calor residual en el clinker
kcal/kg
12
Pérdidas de calor por la "piel"
kcal/kg
4
Total perdidas de calor
kcal/kg
Total Salidas
5
Rendimiento del enfriador Con utilización de aire de tramo medio
Fuente: Cemento, fabricación propiedades y aplicaciones. Firtz Keil, Editorial técnico asociados.
127 67.1 85.6
