Piro Verano 5

Ing. Henry G. Polanco Cornejo


11/03/2012

1

Combustible es cualquier material capaz de liberar energía cuando combustiona, la liberación de energía desde su forma potencial a una forma utilizable Hoy en día, se usan muchas fuentes de energía renovables, por ejemplo energía solar, eólica e hidráulica. Las fuentes de energía renovable se reemplazan con el tiempo y por lo tanto no desaparecen fácilmente. Sin embargo las fuentes de energía no renovable están amenazadas y pueden desaparecer si el uso es alto.


11/03/2012

2

9%

Petróleo

6% 38%

Carbón Gas natural

23%

Energía nuclear Renovables

24%


11/03/2012

3

Los combustibles se pueden clasificar según su origen, grado de preparación o estado de agregación. Por su origen: ◦ Fósiles: Proceden de la fermentación de los seres vivos ◦ No fósiles: El resto Por su grado de preparación: ◦ Naturales: Se utilizan tal y como aparecen en su origen ◦ Elaborados: Antes de ser consumidos se someten a determinados procesos de transformación Por su estado de agregación: ◦ Sólidos: Se encuentran en tal estado en la naturaleza o una vez transformadas. Por ejemplo, la madera, el carbón, el coque. ◦ Líquidos: Cualquier líquido que pueda ser usado como combustible y que pueda ser vertido y bombeado ◦ Gaseosos: Se encuentran en estado gaseoso. Se incluye el gas natural y todas sus variedades. También el gas de carbón, de petróleo, de altos hornos, gas ciudad y diversas mezclas.


11/03/2012

4

Se llaman combustibles fósiles a aquellos que se han formado a partir de las plantas y otros organismos vivos. Constituyen un recurso natural no renovable. Se agrupan bajo denominación de combustibles fósiles al carbón, petróleo, gas natural y sus productos. Se han formado naturalmente a través de complejos procesos biogeoquímicos, desarrollados bajo condiciones especiales de presión y temperatura, durante millones de años. Hickling considera que la teoría de formación de los carbones, existe una continuidad en la formación y las diferencias se basan al tiempo que ha durado el proceso de carbonización: Madera → turba → lignito → hulla → antracita


11/03/2012

5

Estado

Tipo Madera Turba Lignito Hulla Bituminoso: − Bajo volátil − Medio volátil − Alto volátil

Naturales Sólidos

Semibituminoso Subbituminoso Antracita: − Metaantracita − Antracita − Semiantracita

Manufacturados

Petróleo: Derivados Líquidos Residuales

Coque Briquetas Carbón vegetal Diessel 2 Gasolina Bencina Bunker 6, R - 500 Alquitrán

Alcoholes Gas natural Gas licuado de petróleo Gaseosos Gases artificiales

Propano Butano Gas pobre Gas de alto horno Gas de coque


11/03/2012

6

El primer combustible fósil que ha utilizado el hombre es el carbón, representa cerca del 70 % de las reservas ◦ Turba: Es el carbón más reciente (< 65 millones de años), alto porcentaje alto de humedad (70 %), bajo poder calorífico menos de 2000 kcal/kg, y poco carbono (menos de un 50 %),

◦ Lignito: Poder calorífico menor de 5 000 kcal/kg,, con más de un 50 % de carbono y humedad (30 %). Antigüedad de 65 - 360 millones de años): ◦ Hulla: Tiene alto poder calorífico, más de 7 000 kcal/kg, y elevado porcentaje de carbono (85 %). ◦ Bituminoso: El contenido del carbón del carbón bituminoso es alrededor 60 – 80 %; el resto se compone del agua, aire, hidrógeno, y sulfuro. ◦ Antracita: >360 millones de años ; alto poder calorífico y bajo contenido en humedad, tienen menos del 8 % en volátiles ◦ Grafito: Es la forma más estable del carbono. Es la modificación hexagonal del carbono y según los estudios de su estructura, pertenece a la clase dipiramidal dihexagonal. ◦ Diamante: Es el alótropo del carbono y la segunda forma más estable de carbono Ing. Henry G. Polanco Cornejo

11/03/2012

7

A. Poder calorífico: Fórmula de Doulong: Poder Calorífico = 8100 C + 34000 (H - O/8) + 2200 S -586 (9 H + W). PCS (Kcal/Kg) Madera

Edad (años·106)

3500-4700

Turba

4000

1 a 10

Lignito fibroso

3500

10 a 100

Lignito común

4500-6000

Lignito Bituminoso

6500-7500

Hulla seca llama larga Hulla grasa Hulla grasa

6500-8000

250

8000-9000

250

Hulla grasa llama corta Hulla grasa antracítica Antracita


11/03/2012

8

Dureza: Los carbones que contienen del orden de 80 – 85 % de carbono muestran un máximo. Abrasividad: Es la capacidad del carbón para desgastar elementos metálicos, se relaciona con las impurezas del carbón: sílice y pirita. Resistencia Mecánica: Esta propiedad va a estar directamente relacionada con la composición petrográfica del carbón. Cohesión: Se trata de una propiedad positiva o de resistencia. Friabilidad: capacidad de descomponerse fácilmente en granulometrías inferiores por efecto de un impacto o un rozamiento. Fragilidad: Es la facilidad que presentan los carbones para romperse o quebrarse en pedazos.. Triturabilidad: Es la facilidad con la que el carbón se desmenuza sin reducirse totalmente a polvo. Temperatura de fusión de las cenizas: Características de coquificación: Es significativa en la clasificación del carbón destinado a la fabricación de coque.


11/03/2012

9

El análisis inmediato, indicado por la normas ASTM D - 271, determina: Humedad: Se determinan sometiendo la muestra en una mufla a 104 á 105ºC durante una hora Cenizas. Cenizas Se determina pesando el residuo inorgánico (3 – 15 %) que permanece tras la combustión del carbón en presencia de oxígeno a 700ºC. No corresponde exactamente al contenido real de materia inorgánica ya que algunos compuestos inorgánicos se transforman: 4 FeS2 + 4O2 → 2 Fe2O3 + 8 SO2↑ CaCO3 → CaO + CO2↑ Materiales volátiles: Productos de descomposición de las sustancias orgánicas. Se determina calentando una muestra de un gramo de muestra en ausencia de aire, durante 7 minutos a 950ºC. La pérdida de peso memos menos la humedad representa la cantidad de componentes gaseosos. Carbón fijo: Se determina restando del 100 % la suma de los porcentajes de humedad, material volátil y cenizas. Ing. Henry G. Polanco Cornejo

11/03/2012

10

Combustibles

Antracitas

Lignitos

Turbas

Coke

Antracita Magros antracita Grasa Grasa llama larga Secas llama larga Aglomerados Bituminosos Secos Fibrosos Briquetas Naturales Coke metalúrgico Coke de gas Semicoke

Volátiles: % <8 8 – 14 27 - 40 30 - 40 < 34 7 – 17 40-50 40-50 40-50 70 70 1-3 2-5 <10

Humedad: % 2-8 2-8 1- 10 1- 10 1- 10 5 -20 Poco 4-10 30-50 20-40 90 3-6 7-10 2


Cenizas: % 4 - 12 4 - 12 4 - 10 4 - 10 4 - 10 2-5 <3 4-10 5-15 6-50 6-50 7-15 9-15 11-12

11/03/2012

11

Elementos

Sudáfrica

EE.UU

Colombia

Australia

Carbono (%)

66,0

60,0

67,0

67,0

Hidrógeno (%)

3,5

5,8

4,5

4,7

Humedad (%)

8,0

8,5

10,0

6,0

Oxigeno (%)

7,2

10,2

7,6

8,7

Nitrógeno (%)

1,5

1,7

1,2

1,9

Azufre (%)

0,5

0,8

0,7

0,7

Cenizas (%)

13,0

13,0

9,1

11,0


11/03/2012

12

El petróleo. Es de origen fósil. La transformación química (craqueo natural) debida al calor y a la presión. Estos productos ascienden hacia la superficie, por su menor densidad, gracias a la porosidad de las rocas sedimentarias. El petróleo crudo consiste en muchos compuestos orgánicos diferentes que se transforman en productos en un proceso de refinamiento. El petróleo está formado principalmente por hidrocarburos, en su mayoría parafinas, naftenos y aromáticos. Junto con cantidades variables de derivados saturados homólogos del metano (CH4). Su fórmula general es CnH2n+2. Es el combustible más usado y además contiene compuestos como: Contien trazas de compuestos metálicos, tales como sodio (Na), hierro (Fe), níquel (Ni), vanadio (V) o plomo (Pb). Asimismo, se pueden encontrar trazas de porfirinas. Ing. Henry G. Polanco Cornejo

11/03/2012

13

La industria mundial de hidrocarburos líquidos clasifica el petróleo de acuerdo a su densidad API (parámetro internacional del Instituto Americano del Petróleo, que diferencia las calidades del crudo).

Aceite Crudo Extrapesado

Densidad: g/cm3

Densidad grados API

> 1.0

10.0

Pesado

1.0 - 0.92

10.0 - 22.3

Mediano

0.92 - 0.87

22.3 - 31.1

Ligero

0.87 - 0.83

31.1 – 39

< 0.83

> 39

Superligero


11/03/2012

14

El petróleo natural no se usa como se extrae de la naturaleza, sino que manufactura por destilación fraccionada ◦ Gases: metano, etano y gases licuados del petróleo (propano y butano). ◦ Bencina industrial: Se usa como materia prima para la fabricación de disolventes alifáticos o como combustible doméstico ◦ Gasolina motor: Para consumo en los vehículos automotores de combustión interna, entre otros usos. ◦ Turbocombustible o turbosina: Gasolina para aviones jet, también conocida como Jet-A. ◦ Gasolina de aviación: Para uso en aviones con motores de combustión interna. ◦ Diesel: De uso común en camiones y vehículos pesados. ◦ Queroseno: Se utiliza en estufas domésticas y en equipos industriales. Es el que comúnmente se llama "petróleo". ◦ Combustóleo o Fuel Oi: Es un combustible pesado para hornos y calderas industriales. ◦ Disolventes alifáticos: Sirven para la extracción de aceites, pinturas, adhesivos; para la producción de thinner, gas para quemadores industriales, elaboración de tintas, formulación y fabricación de productos agrícolas, caucho, ceras y betunes. ◦ Asfaltos: Se utilizan para la producción de asfalto y como material sellante en la industria de la construcción. Ing. Henry G. Polanco Cornejo

11/03/2012

15

Color: dese color amarillo pálido, tonos de rojo y marrón hasta llegar a negro. Olor: El olor de los crudos es aromático como el de la gasolina Densidad: Los crudos pueden pesar menos que el agua (liviana y mediana) ◦ ◦

Gravedad Especifica = 140 / 130 + N. N = representa la lectura en grados indicada por el hidrómetro Baumé inmerso en el liquido.

ρ API =

141.500 − 131,5 ρ SI

Índice de refracción: Valores de 1,39 a 1,49. Se define como la relación de la velocidad de la luz al pasar de uno a otro cuerpo. Punto de ebullición: No es constante, Punto de congelación: Varía desde 15,5 ºC hasta la temperatura de -45 ºC. Punto de deflagración: Varía desde - 12 ºC hasta 110 ºC. Punto de inflamación: Temperatura mínima que requiere el combustible para arder en presencia de aire atmosférico. Varía desde 2 ºC hasta 155 ºC. Calor especifico: Varía entre 0,40 y 0,52. Viscosidad: Varía entre 0,2 a más de 1.000 centipoise. Poder calorífico: Varía entre 8 500 a 11 350 Kca/kg lemental PCI = 12125 - 292 C/H - 7000 (S) kcal/kg


11/03/2012

16

Característica

Unidad de medida

Color

Petróleo R -500

B-6

Negro

Negro

Viscosidad cinemática, 100º Máximo

mm/s2

25

37

Azufre

% peso

1

2,5

Punto de inflamación mínimo

ºC

65

65

Agua y sedimento máximo

% volumen

1.0

1.0

Agua, máxima

% volumen

0.5

0.5

Potencia calorífica, superior mínima

Kcal/kg MJ/kg

10 100 42,29

9 900 41,46

Potencia calorífica, inferior mínima

Kcal/kg MJ/kg

9 600 40,19

9 400 39,36


11/03/2012

17

Combustible

PCS: kcal/kg

PCI: kcal/kg

Gasoil

10 300

Sin especificar

Fuel-oil Nº 1 (R -500)

10 200

9 700

Fuel-oil Nº 2 (B – 6)

10 000

9 500


11/03/2012

18

El gas natural es un recurso fósil gaseoso: versátil, El gas natural es una fuente de energía no renovable formada por una mezcla de gases que se encuentra frecuentemente en yacimientos de petróleo, disuelto o asociado con el petróleo o en depósitos de carbón. Su composición varía en función del yacimiento del que se extrae, está compuesto principalmente por metano en cantidades que comúnmente pueden superar el 90 ó 95 % El gas natural presenta una ventaja competitiva frente las otras fuentes de energía pues, solamente alrededor del 10 % del gas natural producido se pierde antes de llegar al consumidor final. El gas natural es considerado como uno de los combustibles fósiles más limpios Ing. Henry G. Polanco Cornejo

11/03/2012

19

Combustibles gaseosos manufacturados Gas de ciudad: Obtención por destilación de combustibles sólidos. Requiere depuración de S y CO, tiene su origen en fábricas y se suministra en forma canalizado Gas manufacturado: Obtención a partir de combustibles líquidos. Requiere menor elaboración y depuración. G.L.P: Butano y propano, obtenidos en la destilación del petróleo por cracking, licuables a bajas presiones, Gas natural Obtención directamente en yacimientos Alta compresibilidad: Disminución volumen 600 veces Licuación por temperatura (-160ºC) Distribución y transporte hasta el punto de consumo mediante canalizaciones (P = 70 bar) o en estado líquido Ing. Henry G. Polanco Cornejo

11/03/2012

20

Peso molecular del gas (PMg (PMg): PMg): Es la unión de los pesos moleculares de cada elemento que conforman el gas natural. Las unidades del peso molecular son: Kgr/Kmol ó Lb/lbmol. Gravedad específica (GE): Es la relación de la densidad de una sustancia a la densidad de una sustancia de referencia., es necesario que ambas se encuentren a la misma presión y temperatura. Densidad del gas: Es la relación entre la masa y el volumen de una sustancia en estudio. Viscosidad del gas (µ (µg): La viscosidad de los gases tendrán el siguiente comportamiento: ◦ A bajas presiones (menor a 1500 libras/pulg2), un aumento de la temperatura aumentará la viscosidad del gas. ◦ A altas presiones (mayor a 1500 libras/pulg2), un aumento de la temperatura disminuye la viscosidad. ◦ A cualquier temperatura, si se aumenta la presión la viscosidad aumenta.


11/03/2012

21

PC Inferior

8,400 kcal/m3

Índice de Wobbe

11,811 kcal/m3

Masa Molecular Principal (M)

16,043

Densidad Relativa (Aire=1)

0,62

Densidad fase gas

0,742 kg/m3

Densidad fase líquida

455 kg/m3

Límite Superior de Inflamabilidad en Aire

15% en volumen

Límite Inferior de Inflamabilidad en Aire

5% en volumen

Temperatura de Ignición Temperatura de Llama Teórica Contenido de Azufre (aprox.)

35 (mg/m3)


11/03/2012

22

Gas

Limites de inflamabilidad (% en volumen de gas

Hidrogeno

4,0

75,0

Metano

5,0

15,0

Etano

3,2

12,5

Propano

2,4

9,5

Isobutano

1,8

8,4

n-butano

1,9

8,4

Punto de inflamación de combustibles gaseosos Gas Hidrogeno Metano Etano Propano Isobutano n-butano

Punto de inflamación ºC En aire 570 580 480 420 310 610

En O2 560 535 470 280 260 590


11/03/2012

23

% .PC i = 1 100 n

PC = ∑

Peso molecular

Gas

PCS (kcal/Nm3)

i

Vol. esp. PCS (m3/kg) (kcal/kg)

Hidrógeno

2

3027

11,2

33910

Metano

16

9485

1,4

13280

Etano

30

16770

0,75

12410

Propano

44

22710

0,51

12040

Butano

58

31150

0,39

1184

GLP Gas Ciudad GN

PCS

PCI

Butano comercial

Kcal/Nm3 28358

Kcal/Nm3 26200

Propano comercial Gas reformado Argelia Libia Mar del Norte

22000 4198 10080 11200 9200

20400


9080

11/03/2012

24

Componente

%

Componente

%

Metano

95,0812

i-pentano

0,0152

Etano

2,1384

Benceno

0,0050

Propano

0,2886

Ciclohexano

0,0050

n-butano

0,0842

Nitrógeno

1,9396

i-butano

0,0326

CO2

0,3854

n-pentano

0,0124

Otros

0,0124


11/03/2012

25

La combustión es un conjunto de reacciones de oxidación con desprendimiento de calor, que se producen entre dos elementos: el COMBUSTIBLE, y COMBURENTE,. Es el proceso de oxidación rápida de un combustible acompañado con aumento de calor y frecuentemente de luz. En el caso de los combustibles comunes, el proceso consiste en una combinación química con el oxígeno de la atmósfera que lleva a la formación de dióxido de carbono, monóxido de carbono y agua, junto con otros productos como dióxido de azufre, que proceden de los componentes menores del combustible. La combustión se distingue de otros procesos de oxidación lenta, por ser un proceso de oxidación rápida y con presencia de llama


11/03/2012

26


11/03/2012

27

Desde el punto de vista de sus componentes fundamentales (C, H); posteriormente se comentará la influencia de los restantes elementos. Las reacciones de combustión son: ◦ C + O2 → CO2 + Calor (28,09 kWh/kg CO2) ◦ 2 H2 + O2 → 2 H2O + Calor (39,47 kWh/kg H2)

En la práctica los combustibles pueden definirse de la forma CxHy, CxHy dando lugar a las siguientes reacciones: ◦ CxHy + n O2 → x CO2 + (y/2) H2O + Calor


11/03/2012

28

Las reacciones de combustión de los gases que nos interesan son las siguientes: ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦

Metano: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O Etano: 2C2H6 + 7O2 → 4CO2 + 6H2O Eteno: C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O Propano: C3H8 + 10O2 → 3CO2 + 4H2O Butano: 2C4H10 + 13O2 → 8CO2 + 10H2O Pentano: C5H12 + 8O2 → 5CO2 + 6H2O Benceno: 2C6H6 + 15O2 → 12CO2 + 6H2O Ciclohexano: C6H12 + 9O2 → 6CO2 + 6H2O Ing. Henry G. Polanco Cornejo

11/03/2012

29

Combustión completa Conduce a la oxidación total de todos los elementos que constituyen el combustible. ◦ ◦ ◦ ◦ ◦

Carbono → CO2 Hidrogeno → H2O Azufre → SO2 Oxigeno → Participará como oxidante El nitrógeno se considera como masa inerte

Combustión incompleta Los componentes del combustible no se oxidan totalmente por lo que aparecen los denominados inquemados, los más importantes son CO y H2; otros posibles inquemados son carbono, restos de combustible, etc. Combustión estequiométrica Es la combustión completa realizada con la cantidad estricta de oxígeno; ◦ CxHy + n Aire (O2 + N2) → x CO2 + (y/2) H2O + 0,79 nN2 + Calor (Q)


11/03/2012

30

Calentamiento del carbón en recipientes cerrados hasta temperaturas de destilación destructiva, se obtienen gases de coque (H2, CH4, CO, CnH2n, N2 y CO2), líquidos (alquitrán de hullaI y un residuo sólido: coque (85 - 90%). ◦ Hasta 100ºC: se desorben oxígeno, nitrógeno, metano, aire y vapor de agua retenidos en las partículas de carbón. ◦ Entre 100-300ºC: continúa la desorción de gases ya exentos de vapor de agua; abunda SH2, CO, CO2 y oleofinas de molécula corta. ◦ Alrededor de los 310ºC: empiezan a aparecer las primeras porciones líquidas. ◦ Entre 400-450ºC: se inicia la fusión acompañada de contracción de volumen. ◦ 550ºC: acaba la fusión, dejando el carbón de ser plástico; se produce una dilatación que en los carbones. ◦ Entre 500-600ºC: se inicia la despolimerización, para producir partículas independientes formadas por 12 carbonos (partícula C12), con desprendimiento abundante de hidrógeno que acompaña a los gases hidrocarburados. ◦ De 700-1000ºC: ya no hay combinados esenciales, excepto craqueo. El componente fundamental de los gases es el hidrógeno que, por su pequeño volumen, escapa a través de los poros que deja la estructura del coque ◦ Por encima de 1000ºC: la temperatura del coque se grafita Ing. Henry G. Polanco Cornejo

11/03/2012

31

Temperatura Teórica Llama

3200.00 3000.00 2800.00 2600.00 2400.00 2200.00 2000.00 1800.00 1600.00 1400.00 1200.00 1000.00 10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Porcentaje de Exceso de Aire

100ºC

200ºC

300ºC

400ºC

500ºC

600ºC

700ºC

800ºC

900ºC

1000ºC


11/03/2012

32

Temperatura Teórica Llama

6000.00 5500.00 5000.00 4500.00 4000.00 3500.00 3000.00 2500.00 2000.00 1500.00 1000.00 30

40

50

60

70

80

90

100

Porcentaje de Oxígeno

100ºC

200ºC

300ºC

400ºC

500ºC

600ºC


800ºC

11/03/2012

1000ºC

33

1645 alto contenido de sílice, hasta 1800, 1 850 se inició la fabricación de los ladrillos de sílice. 1880, ladrillos de magnesita y minerales de cromo, resistentes al ataque de las escorias. Concepto Se puede definir como refractario a todo material estable a altas temperaturas. Clasificación de los refractarios Ladrillos y bloques: Morteros refractarios. Concretos refractarios. Plásticos y apisonables: Fabricación: Arcillas refractarias, alta alúmina, magnesita, cromita magnesita, sílice, zirconia, carbono de silicio y grafito. Ácidos: Sílice, Silico-aluminosas. Básicos: dolomita, magnesita, cromo-magnesía. Neutros: cromo, grafito, carburo de silicio.

Eutéctico ternario de 1 170ºC de: 23,25 % de CaO, 14,75 % de Al2O3 y 62 % de SiO2, Anortita: 2SiO2.CaO.Al2O3 de 1533°C, Gehlenita: SiO2.2CaO.Al2O3 de 1593°C

Están basadas en las pruebas estándar de la ASTM para este tipo de productos: Tamaño y forma: C-134, sus variedades son de formas rectas, cuñas y arcos Temperatura de remblandecimiento C-134, el cono pirométrico es una medida indirecta de, permite la medición entre 66ºC y 2000ºC con rangos de 20ºC Deformación bajo carga: C-137, con el rango de 3520 – 5480 lb/pulg2, determina la tenacidad del refractario con respecto a otro Porosidad: C-20, rango de 18 - 20 %, depende de la presión que se utiliza en el moldeo y la granulometría Dilatación y contracción: C-202; de 1/16 á 3/16 pulg/pie, es le cambio de dimensión o volumen permanente por acción de la temperatura, Descochado: C-38; resistencia relativa a choques térmicos, para se ello se calienta la muestra hasta una determinada temperatura y luego se le enfría con agua atomizada con aire. ◦ Malos, resisten menos de 5 ciclos - Mediocres, que resisten de 5 a 10 ciclos ◦ Medianos, que resisten de 11 a 15 ciclos - Buenos, resisten de 16 a 20 ciclos ◦ Muy buenos, resisten de 21 a 25 ciclos - Excelentes, resisten mas de 25 ciclos

Permeabilidad: C-21; Oscila 2,9 á 3,25, es el paso de gases a presión a través del refractario moldeado. Esta condicionada por el volumen de los poros cuya dimensión es de 20 - 100 µm. Modulo de ruptura: C-133: rango de 1 040 á 1 550 lbs/pulg2, resistencia a la rotura transversal a temperatura ambiente Pérdida por abrasión: C-138; rango de 3, 57 á 10,0 cc, resistencia de la superficie a la acción de sólidos en movimiento Resistencias a las escorias: Es el control menos satisfactorio, es difícil determinar el valor de la acción aumentando la temperatura o el flujo de escorias. Conductividad térmica: Varia de unos ladrillos a otros, los de carburo son buenos conductores. Los demás son malos conductores de calor varía de 0,47-1,05. Refractariedad: El punto de fusión se extiende a lo largo de un intervalo de temperatura, se emplean conos patrón, de temperatura de ablandamiento conocida. Resistencia Mecánica: La resistencia mecánica en caliente depende de la estructura o Resistencia a la compresión: A 1600ºC, esta resistencia varía de 0.5 a 4 kg /cm2, de sílice es 4 kg/cm2, de cromo-magnesita, de 107 kg/cm2. o Resistencia a la rotura bajo carga a elevada temperatura: Es la máxima temperatura que resiste el material sin romperse bajo la acción de una carga de 2 kg/ cm2.

De arcilla refractaria (25 - 45 % Al2O3) La arcilla refractaria se define generalmente como una arcilla sedimentaria cuyo CPE (cono pirométrico equivalente) no es menor que cono 19 (1315ºC). Según ASTM los refractarios de arcilla refractaria se dividen en cinco clases: ◦ de súper servicio: CPE 33 ◦ alto servicio: comunes, resistentes a las escorias y resistentes al astillamiento térmico , CPE 31 1/2 ◦ semisiliceos, ◦ de mediano servicio ◦ de bajo servicio. ASTM también clasifica a las arcillas refractarias según su contenido de alúmina y de sílice (% SiO2) : Silíceos: 65-85 Arcillas refractarias de bajo servicio CPE de 19-26 Normales 55-65 Semi pedernal 48-55 Arcillas muy refractarias Pedernal 42-50 Nodular 30-45 CPE ≥ cono 27 Diáspora 10-20

Tipos de ladrillos ácidos Los ladrillos refractarios de bajo servicio (CPE 15) y mediano servicio (CEP 29) se pueden fabricar con una sola clase de arcilla refractaria por extrusión o por prensado en seco. Los ladrillos refractarios de alto servicio (CPE 31 1/2) se hacen de una mezcla de arcillas refractarias plásticas y magras (crudas, calcinadas o en ambas formas). Los ladrillos refractarios de súper servicio se fabrican combinando arcillas del tipo pedernal y semi-pedernal para alcanzar el CPE 33. Los ladrillos refractarios de tipo intermedio, con un contenido menor de alúmina que los de súper servicio, usando de materia prima caolín precalcinado a 1550°C, Las propiedades de los ladrillos de 25 – 28 % de alúmina varían mucho respecto a las de los ladrillos de 40 o 45 % de alúmina. ◦ Porosidad aparente: Varía de 9 % (baja) a 22.5% ◦ Densidad total: De 1.96 á 2,36 gr/cm3. ◦ Resistencia al aplastamiento en frío. Es variable; ha llegado hasta 10 000 lb/plg2 ◦ Alta resistencia a la abrasión. ◦ Refractariedad bajo carga. No es buena si se le compara con otros ladrillos más refractarios. ◦ Resistencia al choque térmico. Estos refractarios son los que mejor resisten a cambios bruscos

Tipos de ladrillos Sílice Refractarios de sílice Se les emplea en instalaciones de tipo ácido y que requieren que no haya alta contracción en servicio a temperaturas elevadas. Resiste a la carga hasta 50 lb/pulg2 a grados antes de su punto de fusión (1710 1730ºC). Relativamente alta resistencia al ataque del oxido de hierro y los álcalis. Libre de contracción, aún a temperaturas cercanas a las de fusión (1600 - 1700ºC). Buena resistencia al choque térmico sobre los 600ºC. Refractario de sílice denso Se obtienen agregando 2 % de Cu2O (oxido cuproso) a la composición de ladrillo de sílice normal u ordinario. Este ladrillo denso presenta 17.6 % de porosidad. Su conductividad térmica es 28 % mayor y casi el doble de modulo de rotura que del ladrillo común y tiene dilatación térmica casi igual que este ultimo. Refractarios semi-siliceos Propiedades intermedias entre las refractarios de arcilla refractaria y los de sílice. Se fabrican dos tipos con 75 % y 82 % de sílice respectivamente. Los ladrillos de 82 % de sílice poseen la máxima resistencia a la carga en caliente y los de 75 % alta resistencia mecánica y al astillamiento vitreo. Los ladrillos semi-siliceos con contenido de 88 – 93 % de SiO2 fabricado con mezclas naturales o artificiales de arena y arcilla

Tipos de ladrillos Alumina Refractarios de alta alúmina Se clasifica los refractarios silico-aluminosos según porcentaje de Al2O3 en: ◦ Refractarios de arcilla refractaria (25 – 45 % Al2O3) ◦ Refractarios de alta alúmina (45 – 65 % Al2O3) ◦ Refractarios de mullita (65 – 80 % Al2O3) ◦ Refractarios de corindón (80 a 100 % Al2O3) Los refractarios de alta alúmina contienen un mayor contenido de alúmina que los de arcilla refractaria de súper servicio. Los primeros refractarios de alta alúmina se fabricaron utilizando la diáspora (arcilla refractaria con 10 - 20% de SiO2) y al agotarse el material, utilizaron la bauxita calcinada (que contiene sólo 30 % de agua) Refractarios de Mullita (3Al2O3.2SiO2) Contenido de alúmina 65 % - 80 % de Al2O3. Como hay poca mullita natural, se le obtiene por conversión de los minerales de la sillimanita o de la pirofilita. Una vez que se tiene la mullita se fabrica el refractario con la misma técnica que los refractarios se sillimanita pero a más temperatura.

De Dolomita: Ca3Mg-CO3Ca La roca dolomía calentada a 1200ºC se transforma en una mezcla de óxido de calcio y óxido de magnesio. La composición de la dolomita, contiene el 30.41% de CaO, 21.86 % de MgO y el 47.73 % de CO2. Después de calcinada es del orden del 40 % MgO, 58 % de CaO, 1 % de SiO2. Es muy resistente al ataque por las escorias de acería, especialmente del FeO, alta reactividad al azufre y al fósforo De Magnesita: MgCO3 Los ladrillos de magnesita calcinada son densos (170 lb/pie2) y muy resistentes a las escoria a temperaturas altas, pero tiene la desventaja de tener baja resistencia al desconchamiento, alto coeficiente de expansión térmica, baja capacidad para soportar cargas a temperaturas elevadas y tendencia a la contracción irreversible. El contenido de MgO explica una alta refractariedad de los refractarios básicos. La magnesita (carbonato de Mg) se le calcina para eliminar CO2 a 1500ºC. El óxido de Fe ayuda en la calcinación formando una liga entre la periclasa (MgO). La magnesita resiste bien el ataque del óxido manganoso. La magnesita se ha usado como una liga de cemento de aluminato de calcio en los hogares de hornos de recalentamiento y en escorias sintéticas para hornos de inducción.

De Cromita: Cr2FeO4 La cromita contiene el 32 % de hierro y el 68 % de Cr2O3 con sustitución de parte del hierro por magnesio y el cromo por aluminio. El principal mineral es la espinela cromita (Fe,Mg)O.(Cr,Al,Fe)2O3, Siendo su punto de fusión 2015ºC y su densidad de 4.5. Las cantidades de cromita requeridas en industria deben tener un alto porcentaje de Cr2O3 + Al2O3. La cromita es un refractario a base de sesqui-óxido de cromo (45 % Cr2O3) y tiene un comportamiento neutro, posee muy poca resistencia a la compresión en caliente y a los cambios bruscos de temperatura. Refractarios de magnesita-cromo y de cromo-magnesita Se denomina refractario de magnesita-cromo los que contienen más de 50 % de magnesita y cromo-magnesita los que tienen más de 50 % de cromo. Los de 50 – 70 % de contenido de cromo presenta mejor resistencia a alta temperatura. Alta resistencia en caliente, una resistencia mejorada a las escorias y estabilidad de dimensiones hasta los 1800ºC. Porosidad: 13 % para ladrillos refractarios de magnesita-cromo y de 16% para cromomagnesita. Resistencia y aplastamiento en frío: Modernamente en el rango de 3000 a 8000 Ib/plg2. Los cromo - magnesita (15 - 50 % Cr2O3) se comporta mejor que los ladrillos de cromita en los ensayos bajo cargas de 2 kg/cm2.

De Forsterita: MgSiO4 Este silicato de magnesio posee buenas propiedades refractarias. La refractariedad depende del contenido de hierro, debe que ser muy bajo, teniendo un valor de 1750ºC aproximadamente. Bajo carga, las briquetas son típicamente básicas, se deforman lentamente a cualquier temperatura superior a 1550ºC. La dilatación térmica es pequeña y la resistencia a la rotura solamente es moderadamente buena. Este refractario es resistente, tanto a las escorias básicas como acidas aunque quizás no sea tanto como la sílice. Además, la magnesita se combina con alumina, como MgO.Al2O3 (1925ºC) espinel, la magnesita forma un refractario tipo espinel con el oxido crómico MgO.Cr2O3, (2260ºC). La cal como impureza en la magnesita forma silicato y ferritas que afectan las propiedades del cuerpo. La forsterita (2MgO.SiO2) proveyó el primer ladrillo básico con suficiente resistencia a la carga a temperaturas de servicio.

Refractarios de Carbón El carbón elemental sublima a los 3526°C, siendo el material más refractario. Pero se deteriora rápidamente en atmósfera oxidante. El carbón amorfo es muy duro y es aislador de calor Refractarios de Grafito El grafito natural se encuentra en cristales grandes, industrialmente se obtienen por grafitización comercial del carbón (sobre los 1000 °C). ◦ Muy estables bajo condiciones reductoras. ◦ Buena resistencia al choque térmico. ◦ Baja resistencia mecánica a temperatura ambiente y muy buena a altas temperaturas. Refractarios de Carburo de Silicio Resistencia a altas temperaturas Alta conductividad térmica Bajo coeficiente de dilatación térmica. A resistencia bajo carga en caliente. A resistencia al astillamiento Alta la resistencia a la abrasión

Refractarios monolíticos Pueden designarse como refractarios monolíticos a los: castables, sopleteables, los plásticos y los apisonables, tiene las siguientes ventajas: Sirve para construcciones sencillas y complicadas usando los anclajes. Buena resistencia al choque térmico Mantenimiento mas sencillo del homo Castables o concretos refractarios Generalmente se utiliza para la cocción "ín situ", deben tener propiedades satisfactorias, tanto a mínimas como a máximas temperaturas. El más utilizado es el cemento de aluminio de calcio, de fraguado hidráulico. Aditivos plastificantes, para facilitar la instalación (una cantidad mínima) Mezclas sopleteables Tienen las mismas composiciones que los castables, pero diferente granulometría. Solo se emplearan con pistolas a presión de aire, en seco o premezclado con agua en cámara al vacío.

Cementos o morteros refractarios Se emplean para unir los ladrillos refractarios y formas preformadas, ligando como una sola estructura, evitando que penetre gases y escorias liquidas. ◦ Morteros fraguados al aire (en frio), secan al aire, se recomienda para las aplicaciones que requieren una alta resistencia, antes de alcanzar la temperatura de servicio. ◦ Mortero de fraguado en caliente, no se endurece hasta que se calienta, se recomienda para las aplicaciones que no sean expuestas al exceso mecánico. Los morteros deben ser de composición química semejante a la de los ladrillos que se están colocando. Refractarios para aislamiento térmico El aislamiento térmico tiene como fin la conservación del calor. Si va ahorrarse combustible. Si va a subir o bajar el rendimiento del horno. El aumento del costo de los refractarios. Los materiales aislantes son: La diatomita, asbesto, vermiculita, las arcillas refractarias y caolín, silicatos de calcio, sílice, alúmina, magnesita y cromo magnesita. Refractarios de magnesia - carbón

Materia prima para su fabricación Existe diversas arcillas que tienen en su composición Al2SiO5 llamados: silimanita, andalucita, cianita, topacio Al2SiO4(OH)2 y corindón (Al2O3) Caolín: Son esencialmente alúmina, dióxido de silicio y agua, con trazas de otras sustancias, Al2(Si2O5)(OH)4. Magras y Gredas: Estas arcillas, que contiene materia orgánica, tienen un grano fino, muy utilizados en los refractarios Arcillas refractarias: De alta alúmina son superiores a 38 %. DIASPORO: (HAlO2) Presenta buena plasticidad y ofrece excelentes propiedades de cocción. GIBSITA.Al(OH)3: El de más alto contenido de alúmina se presentan siempre en forma de nódulos y considera a las bauxitas como una mezcla de gibsita y caolinita Ganister: Es la cuarcita, tiene mas de 97 % de SiO2. El punto de fusión de la cuarcita es cercano a 1700ºC. Arenas de cuarzo: Actualmente se utilizan en la fabricación de ladrillos ácidos y ladrillos de silicato. Tierra diatomea: Una forma especial de sílice se presenta en la tierras diatomeas, se trata de depósitos de restos infusorios, antediluvianos Minerales magnesita y cromita

La arcillas se somete a un chancado primario y luego a calcinación, chamota; La chamota y partes de arcillas se le lleva a chancado secundarlo Molienda en un molino de barras, se clasifican a malla – 35 Mezcla y adición de agua para dar humedad adecuada para el prensado. Prensado y moldeado ◦ MOLDEO A MANO. Este sistema se usa principalmente en la fabricación de formas irregulares o cuando se requiere una contextura mas porosa. ◦ PRENSADO EN HUMEDO. Produce material de estructura muy compacta, máxima de resistencia a fricciones y raspadura, resistencia a la corrosión de las escorias. ◦ PRENSADO EN SECO. Facilita el control de la contextura y densidad. Además, se producen moldeados de tamaño uniforme y con resistencia a la desintegración, Secado variando el tiempo según el tamaño y la humedad de la misma. De 50 á 90ºC, Cocción a 1450 - 1480ºC en un promedio de 12 á 15 días ◦ Los refractarios se somete a cocción para darle estabilidad y fortalecer estructura, ◦ La temperatura es gradual hasta llegar a la temperatura de cocción hasta 1480ºC, ◦ Ladrillos de caolín a 1780ºC y algunos ladrillos básicos a 1870ºC . Durante la cocción el cuarzo se transforma en fases estables son: cuarzoβ, tridimita, cristobalita y sílice líquida. La inversión de fase a tridimita ocurre a los 575ºC, si se calienta hasta los 1250ºC el cuarzo se transforma en crsitobalita

Piro Verano 5

Recommend Documents