hornos de fundición
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HORNOS DE FUNDICIÓN
NO FERROSA CAMBIO DE COMBUSTIBLE DIÉSEL 2
A GAS NATURAL
ABRIL 2015 JORGE SIFUENTES SANCHO
MECÁNICA DE FLUIDOS II UNI FIM
PROBLEMA
• Una fundición tiene nueve hornos para obtener bronce 90 – 10 (90 % de cobre y 10 % de estaño) y todos ellos utilizan como combustible petróleo Diésel Nº 2 (Fuel-oil Nº 2).
• Usted es consultado sobre la conveniencia de realizar el cambio de Diésel Nº 2 a gas natural.
El informe que le solicitan debe entregarse en un plazo de cuatro semanas y en él debe indicarse: • La eficiencia con que trabajan actualmente los hornos.
• El ahorro por el uso del gas natural en reemplazo del Diésel Nº 2, en $ /año.
• El costo de producción, de una tonelada de bronce, debido al combustible.
• C1. Si se usa diésel 2.
• C2. Si se usa Gas Natural.
• Las ventajas ambientales del uso del gas natural frente al uso del Diésel Nº 2
Para llevar a cabo su trabajo:
• La empresa le otorga tres fotochecks para el ingreso a la fábrica, se le entregará la información que necesite a través de su contacto el Jefe de Planta. Así mismo el Ing. Jefe de Planta le otorgará permiso para llevar a cabo mediciones y pruebas pertinentes a su solicitud verbal o escrita.
Como información preliminar se le entrega lo siguiente:
• Consumo y capacidad de producción de los nueve hornos,
• rendimientos ideales y reales de los hornos de fundición,
• un esquema de horno de fundición mostrando sus dimensiones,
• un esquema de horno indicando las pérdidas de calor que se presentan.
Datos de los hornos
*La estructura es para albergar un crisol de 600 kg.
• 4 fundidas / día Lunes a Viernes2 2 fundidas / día Sábados
HORNO CONSUMO D2 PRODUCCIÓN TEMP. COLADA
Nº GPH kg / h º C
1 9,4 125 1150
2 9,1 125 1150
3 9,3 125 1150
4 18,4 200 1150
5 18,2 200 1150
6 28,5 300 1150
7 29,1 300 1150
8 36,8 350 1150
9 49,8 600 1150
TOTAL = 208,6 2325
Fig. 66. Rendimientos ideales y reales de hornos industriales del tipo intermitente o de carga por lotes
Q T = Q ÚTIL
+ Q GASES ESCAPE
+ Q PÉRDIDAS
Q P = Q PISO
+ Q PAREDES
+ Q TECHO
+ Q ENTRADA
Eficiencia = Q ÚTIL / Q TOTAL
Los gases, producto de la combustión,
salen al medio ambiente a 1150 ºC.
1. EFICIENCIA DE LOS HORNOS
Q u: Hay que calcularlo
Q T: Medido directamente
H
CALOR UTIL
CALOR TOTAL
Horno 1: Material: Bronce 90 – 10 125 kg
• Cobre = 0,90 x 125 = 112,5 kg
• Estaño = 0,10 x 125 = 12,5 kg
• Combustible: 9,4 GPH D 2
Calor útil Qu
Tc 1150 ºC
Tf
Ta 15 ºC
( ) ( )[ ( ) ( )]m s f f m L C fQU m Cp T Ta Cp T T
f ( )m LCp
( )m SCp
1 Hora
Temperatura de colada:
•Tc = T f + T sobrecalentamiento + T pérdidas
1084 ºC 50 ºC 16 ºC
Tc = 1150 [°C]
MATERIAL T f RANGO f
º C º K Kcal / kg
COBRE Cu 1084 63,6 5,44 + 0,01462 * T 273 - 1357 57,6 7,5 + 0,0146 * T
ESTAÑO Sn 232 119 5,05 + 0,0048 * T 273 - 504 14,5 6,6 + 0,0048 * T
PLOMO Pb 327 207 5,77 + 0,00202 * T 273 - 600 5,9 6,8 + 0,002 * T
ZINC Zn 420 65,4 5,25 + 0,00270 * T 273 - 692 24 7,6 + 0,0006 * T
a) 4,26 + 0,0064 * T 273 - 626
NIQUEL Ni 1455 58,7 71,6 8,6 + 0,0009 * T
b) 6,99 + 0,0009050 * T 626 - 1725
PESO Cp m (S) Cp m (L)
ATÓMICO
kg /kmol Kcal / Kmol - º K Kcal / Kmol - º K
Calores específicos medios:
Tm = 550 [°C] Cpm (S) = 0,2747 [Kcal/kg-k]
Tm = 1117 [°C] Cpm (L) = 0,4376 [Kcal/kg-K]
= 57,6 [Kcal / kg] f
112,5 [0,2747 (1084 15) 57,6 0,4376 (1150 1084)]UQ
Cobre:
• Calor útil del cobre = 42 770 Kcal
• Calor útil del estaño = 1425 Kcal
Q u = 44 195 Kcal <> 1,32 gal D2
Capacidad calorífica = 33 428 Kcal/galón
del Diésel 2
Eficiencia del horno:
Q T = Q ÚTIL
+ Q GASES ESCAPE
+ Q PÉRDIDAS
Q P = Q PISO
+ Q PAREDES
+ Q TECHO
+ Q ENTRADA
1,3214,04 %
9,4
Galones
Galones
1. Eficiencia de los hornos
HORNO CONSUMO D2PRODUCCIÓN TEMP. COLADA EFICIENCIA
Nº GPH kg / h º C %
1 9,4 125 1150 14,07
2 9,1 125 1150 14,53
3 9,3 125 1150 14,22
4 18,4 200 1150 11,50
5 18,2 200 1150 11,62
6 28,5 300 1150 11,13
7 29,1 300 1150 10,90
8 36,8 350 1150 10,06
9 49,8 600 1150 12,74
TOTAL = 208,6 2325 Eficiencia prom = 11,08%
2. ¿Conviene el cambio á GN?
• 4 fundidas / día Lunes a Viernes
• 2 fundidas / día Sábados
HORNO CONSUMO D2 PRODUCCIÓN TEMP. COLADA
Nº GPH kg / h º C
1 9,4 125 1150
2 9,1 125 1150
3 9,3 125 1150
4 18,4 200 1150
5 18,2 200 1150
6 28,5 300 1150
7 29,1 300 1150
8 36,8 350 1150
9 49,8 600 1150
TOTAL = 208,6 2325
PRODUCCIÓN AÑO 2008
• 4 f/d x 1 h/f x 2325 kg X 251 d/año =
2 334 300 kg
• 2 f/d x 1 h/f x 2325 kg X 50 d/año =
232 500 kg
TOTAL = 2 566 800 kg / año bronce
COMBUSTIBLE AÑO 2008
• 4 f/d x 1 h/f x 208,6 GPH X 251 d/año =
209 434,4 GPA
• 2 f/d x 1 h/f x 208,6 GPH X 50 d/año =
20 860 GPA
TOTAL = 230 294 Galones / Año de D2
1 MMBTU es equivalente a:
• Gas natural 28 m 3
• GLP 2,1 balones 38 litros
10 galones
• Gasolina 95 octanos 8,1 galones
• Diesel 7,3 galones
• Residual 7,1 galones
• Electricidad 293 Kw-h
• Leña 6 kg
COSTOS
• 230 294 GPA X 10,78 S/. / Galón
= 2 482 574 S/. / Año
• 883 320 m 3 GN / Año x 1,5 S/. / m 3 GN
= 1 324 980 S/. / Año
• A favor del GN: 1 104 622 S/. / Año
GN / D2 = 1 / 2
Costo promedio del bronce:
2 429 602 S/. / Año
2 566 800 kg / año bronce
C Bronce = 0,946549 S/. / kg
24,5911,79 %
208,6HORNOS
Galones
Galones
Algunas equivalencias
• 8,90494636 Kcal / m 3 <> 1BTU / ft 3
• 1 MMBTU <> 252 160 Kcal <> 293Kw – h
<> 1 055 000 Kj <> 398,3 HP (m) – h <>392,9 HP (USA) – h
• 125 barril – líquidos <>14 905 litros <>14,905m 3 <> 526,355 ft 3
<>3937,5galones USA
• 1 barril de petróleo <> 42 galones USA <>158,987 litros <> 5,61446 ft 3