BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA 1.1.Balance 1.1. Balance de materia Cálculos para el balance de materia Se toma como base de cálculo un día de trabajo Composición del flujo de alimentación (8000Kg/día)
Componente
Porcentaje (%)
Cantidad (Kg)
Caucho
80
6400
Acero
15
1200
Nylon
5
400
A) Balance en la Destalonadora
M
A
B
Asumiendo que el peso del acero circular es de 1.5 Kg, y que el peso de cada llanta es de 10 Kg, decimos que: A=
8000
# =800 /í . = 1200 / /íí B=800 llantas/día x 8000Kg x
Conociendo: A=8000 Kg/día B=1600 Kg/día A-B = 8000Kg – 1200 Kg = 6800 Kg
B) Balance en Cizalladora
B
L
D
Asumiendo que solo se troza en partes más pequeñas sin modificar su peso:
B=D D=0.9*B D=0.9*3000 Kg/día D=2700 Kg/día Composición de la corriente de lavado (E): La corriente de lavado está compuesta de agua, soda caústica y detergente. La cantidad de agua que ingresa esta en relación de 1:1 en el scrap alimento.
Agua = 3000 Kg/día *(1) = 3000 Kg/día ʃ agua @20° =997.36Kg/m3
Volumen de agua = 3000/997.36=3.01m 3/día
NaOH (sol)= 3000Kg/día *(1L/1000Kg)=3L/día ʃ NaOH @20°, 50% =1.525Kg/m3
NaOH (sol)=3*1.525=4.58 Kg/día
Detergente = 3000*(0.225/1000)= 0.675 Kg/día
Cantidad total = 3000 + 4.58 + 0.675 = 3005 Kg/día Por lo tanto: C= 3005 Kg/día Balance general: B+C=D+E E=B+C-D E = 3000 + 3005 – 2700 E = 3305 Kg/día Con los datos obtenidos en esta etapa calcularemos el contenido de humedad, porcentaje en base seca %B. Seca =
*100
%B. Seca =
−*100
ó
%B. Seca = 12.5Kg de agua / Kg de plástico
C) Balance en la Trituradora
D
E
Asumiendo que solo se troza en partes más pequeñas sin modificar su peso:
D=E
Contenido de humedad del plástico en base seca y húmeda
CONTENIDO DE HUMEDAD
B. S (Kg H2O / Kg ss)
B.H (Kg H2O 7 Kg ss + H 2O)
Inicial en %
6.88
6.43
Final en %
0.10
0.099
Balance general. D=F+G Balance parcial 0.0643*D = F + 0.00099 G Reemplazando 0.0643*2700 = F+ 0.00099 G 2700= F + G F= 171.11 G=2528.89
D) Balance en el Molino
F
E
Asumiendo que solo se troza en partes más pequeñas sin modificar su peso: E=F
Asumiendo una eficiencia en el equipo del 98% H= 0.98 * G H= 0.98*2528.89 H= 2478.3 Kg/día
E)
Balance en el Separador Ciclónico
F
G
Asumiendo que el peso del textil nylon en cada llanta es de 500 gr, y que existen 800 llantas en proceso, decimos que: F= #peso que se pierde =800 llantas/día x
6800 =
400 nylon/día
G = 6800Kg – 400 Kg = 6400 Kg
1.2.Balance de energía I. Equipos Principales: A) Balance en el molino: La energía requerida se define por el consumo del motor de los equipos utilizados para tal fin, así la potencia del motor empleado es de 30KW con una capacidad de 300 - 500 kg/h
1h = 7.5 horas/dí a 3000 KgdPET x 400 Kg PET í a Por lo tanto la energía requerida para esta operación será:
E = P.t E1 = 30 KW x 7.5 h/día E1 = 225 KW-h
E1 = 225 ℎ.(3600 1ℎ ) E1 = 810,000 kjoules
B) Balance en el tanque de lavado (L) El lavador seleccionado para este proyecto posee una potencia de motor de 75 KW y una capacidad de 300kg/h-500kg/h; a partir de esto procedemos a calcular:
1 h = 7.5 h/dí a 3000 KgdiaPET x 400Kg PET Por lo tanto la energía requerida para esta operación será:
E = P.t E2 = 75 KW x 7.5 h
E2 = 562,5 KW-h
E2 = 562,5 ℎ.(3600 1ℎ ) E2 = 2’025,000 Kjoules
C) Balance en el secador Los secadores comerciales usan 2 tipos de tecnologías para secar el material: en frío (centrifugado) o en aliente (calentando aire para secar con gas o diesel). Se analizará el caso de una centrífuga dinámica cuyos datos técnicos se dan a continuación: * Capacidad: 400 Kg/h * Potencia instalada (KW): 75 Este tipo de diseño permite el lavado y secado dentro del mismo equipo para nuestro caso, 2700 Kg de materia requiere un tiempo de:
1 ℎ = 6.75 ℎ/ 2700 400 í
í
E = P.t E3 = 75 KW x 6.75 h E2 = 506.25 KW-h
E3 = 506.25 ℎ.(3600 1ℎ ) E3 = 1’822,500 Kjoules
D) Balance en el pelletizado Para determinar la energía que se requiere en esta operación, se hacen uso de los siguientes datos técnicos: * Capacidad: 190-300 kg/h * Potencia instalada (KW): 75 En el equipo, 2528.89 Kg de materia requiere un tiempo de:
1 ℎ = 8.43 ℎ/ 2528.89 300 í
í
E = P.t E4 = 75 KW x 8.43 h E4 = 632.25 KW-h
E4 = 632.25 ℎ.(3600 1ℎ ) E4 = 2’276,100 Kjoules
E)
Balance en el inyector Para determinar la energía que se requiere en esta operación, se hacen uso de los siguientes datos técnicos: * Capacidad de inyección: 350g/seg * Potencia instalada (KW): 11 Para esta operación, 2428.734 Kg de materia requiere un tiempo de:
1 1 ℎ 1000 2428.734 350 3600 1 = 1.93 ℎ/ í
í
E = P.t E5 = 11 KW x 1.93 h E5 = 21.23 KW-h
E5 = 21.23 ℎ.(3600 1ℎ ) E5 = 76,428 Kjoules
II. Equipos auxiliares: A) Cinta transportadora Para determinar la energía empleada en este equipo, se han de necesitar de los siguientes datos técnicos: * Capacidad: 0-1000kg/h * Potencia de motor: 1.5kw Sabiendo que inicialmente se tiene 3000 Kg de materia prima, se determina el tiempo empleado para transportar la carga:
1 ℎ = 3 ℎ/ 3000 1000 í
í
E = P.t E6 = 1.5 KW x 3 h E6 = 4.5 KW-h
E6 = 4.5 ℎ.(3600 1ℎ ) E6 = 16,200 Kjoules
B) Removedor de etiquetas Para determinar la energía empleada por este equipo, se han de necesitar de los siguientes datos técnicos: *Capacidad: 600kg/h *Potencia del motor: 18.5kw + 5.5kw (bomba de agua) Para calcular la energía requerida se necesita conocer el tiempo de funcionamiento:
1 ℎ = 5 ℎ/ 3000 600 í
í
E = P.t E7 = 24 KW x 5 h E7 = 120 KW-h
E7 = 120 ℎ.(3600 1ℎ ) E7 = 432,000 Kjoules
C) Tornillo transportador
Datos técnicos: *Capacidad: 0-1000kg / h *Potencia del motor: 3kw
C.1.- T.T. (entre Removedor de etiquitas-Molino) Para calcular la energía requerida se necesita conocer el tiempo de funcionamiento:
1 ℎ = 3 ℎ/ 3000 1000 í
í
E = P.t E8 = 3 KW x 3 h E8 = 9 KW-h
E8 = 9 ℎ.(3600 1ℎ ) E8 = 32,400 Kjoules
C.2.- T.T. (entre Molino-Lavadora) Para calcular la energía requerida se necesita conocer el tiempo de funcionamiento:
1 ℎ = 3 ℎ/ 3000 1000 í
í
E = P.t E9 = 3 KW x 3 h E9 = 9 KW-h
E9 = 9 ℎ.(3600 1ℎ ) E9 = 32,400 Kjoules
C.3.- T.T. (entre Lavadora-Secadora) Para calcular la energía requerida se necesita conocer el tiempo de funcionamiento:
1 ℎ = 2.7 ℎ/ 2700 1000 í
E = P.t E10 = 3 KW x 2.7 h E10 = 8.1 KW-h
í
E10= 8.1 ℎ.(3600 1ℎ ) E10 = 29,160 Kjoules La energía total consumida es:
Et = E1 + E2 + E3 + E4 + E5 + E6 + E7 + E8 + E9 + E10 + E11
Tabla N˚09: Balance Global de Energía
NI
C
PI
A
L
E
S
PROCESOS
ENERGÍA REQUERIDA (KJ)
Recepción
0
Molienda
810,000
Lavado
2’025,000
Secado
1’822,500
P
Pelletizado
2’276,100
R
Inyección
76,428
Cinta transportadora
16,200
S
Removedor de etiquetas
432,000
Tornillo transportador (C.1)
32,400
IL
Tornillo transportador
32,400
U
(C.2) A
X
AI
R
E
Tornillo transportador
29,160
(C.3)
TOTAL
7’552,188
