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.

BRONCE 90 - 10 SOLUCIÓN

ENERO 2008

Jorge SIFUENTES SANCHO

ABRIL 2015

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

COMBUSTIBLE D2 vs GN

230 294 GPA / 7,3 Galones x 28 m 3

= 883 320 m 3 GN / Año

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

• ¡Hay que obtener los datos utilizados, con una mayor precisión!

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