Diseño de contrastación de hipótesis

Mediante la investigación experimental y el empleo de literatura especializada teniendo en cuénta la matriz de consistencia de la tabla 2.1 La figura 2.1 muestra el esquema de escalamiento partiendo de ensayos de laboratorio, para luego pasar a escala piloto y finalmente a escala industrial.

Tabla 2.1 Operacionalización de variables

Variable Definición conceptual Definición operacional Unidades de medición Va Variable Independiente: Capacidad de producción Variable dependiente: Parámetros Energéticos Cantidad de producto elaborado a partir de un tamaño de equipo Características de operación y diseño del equipo en cuanto a empleo de algún tipo de energía para su funcionamiento.

Flujo másico de producto (cal) a partir de un flujo de materia prima (caliza) Consumo de energía calorífica: Eficiencia de combustión

Volumen de horno / ton de cal. Relación: aire /carbón: Eficiencia energética del horno (%) ton./h kJ/ton de cal (%) m³/ton de cal Kg de aire /Kg de carbón. (%)

Figura 2.1 Modelo de escalamiento para dimensionar horno continuo

para obtener cal viva

2.8 Procedimiento

Evaluar parámetros de operación del proceso

 Se determina los parámetros de operación del horno para producir la reacción de la caliza y transformar en oxido de calcio, determinando las propiedades físico químicas, calor de reacción y la temperatura de reacción de la caliza para su transformación en cal (oxido de calcio).Los datos son obtenidos del manual del ingeniero Químico de John Perry.

 Datos disponibles:

 Temperatura de disociación de la caliza: 925 ºC a 1340 ºC  Energía requerida para la reacción:

150 kg coque/ton. Cal

 Balance de masa y energía ( teórico)

En el balance de masa y energía se verifica:

Calor aportado = Calor absorbido

Para un horno intermitente consideramos la siguiente distribución de energía como base inicial para ser comprobado experimentalmente:

 Energía útil a la carga ( caliza) ...qu = 50%  Energía a los contenedores...qct = 20%  Pérdidas por las paredes del horno ...qp = 26,8%  Perdidas por radiación en desplazamiento... qr = 2,0%  Perdidas adicionales... qin = 1,2%  Consumo total... ct = 100%

Fuente: Manual del Ingeniero Químico Perry 1990.

Tanto en hornos continuos como intermitentes, se debe tener siempre en cuenta el calor de vaporización del agua.

Ensayos preliminares de cocción de caliza a nivel piloto

Se efectúan ensayos en horno experimental efectuando una carga de caliza con la cantidad de carbón como combustible según el balance de materia y energía determinado en el primer paso.

La prueba termina cuando la caliza se descompone en oxido de calcio y anhídrido carbónico; el termino del flujo de CO2 nos indica que la reacción culmina.

Se pesa y analiza la muestra (producto) para determinar el rendimiento del proceso y se determina:

a) Flujo de energía experimental requerido: producto obtenido, combustible gastado, tiempo de proceso.

b) Determinación de eficiencia térmica del horno en operación

 Se evalúa flujo de energía requerido para la reacción química de la caliza, determinándose a si mismo la eficiencia térmica del horno.

 Se evalúa los parámetros energéticos tales como: Requerimiento de energía térmica; Combustible requerido; aire de combustión, relación Kg. de combustible / Kg de carbón antracita empleado, altura y diámetro del horno.

Resultados finales

Los resultados son expresados como parámetros energéticos del horno según la capacidad de producción de cal.

La figura 2.2 muestra el diagrama de bloques que resume las cuatro etapas que permitieron establecer los parámetros de diseño para un horno continuo para la cocción de cal.

Capacidad de producción

Recursos externos necesarios

Figura 2.2 Procedimiento para determinar parámetros de diseño de horno para cocción de cal

La figura 2.3 constituye un horno vertical experimental donde se realizó pruebas a escala piloto para la calcinación de la caliza empleando como combustible carbón antracita, efectuando pruebas con 900 kg ⁄ mes.

Para su operación se tomó en cuenta las pruebas experimentales a escala de laboratorio empleando horno de tipo vertical de 1,25 kg decarbonato de calcio.

Caliza

Parámetros de operación del proceso

Ensayos preliminares de cocción de caliza a nivel piloto Resultados finales Determinación de parámetros energéticos Combustible (carbón) Flujo de Caliza a coccionar a) Flujo de energía experimental

requerido: producto obtenido, combustible gastado, tiempo de proceso.

b) Determinación de eficiencia térmica delhorno en operación c) 150 Kg coque/Ton. Cal (prueba

experimental) d) e) 150 Kg coque/Ton. Cal (prueba experimental) f) 150 Kg coque/Ton. Cal (prueba experimental) g) Parámetros de diseño Propiedades físico químicas de la caliza (Manual del ingeniero Químico: J.Perry)

 Datos de caliza

 Temperatura de disociación de la caliza: 925 a 1340ºC

 Energía requerida para la reacción:

 Consumo de energía calorífica: (KJ/ton de cal).

 Eficiencia de combustión (%).

 Volumen de horno / ton de cal (m³/ton de cal).

 Flujo de aire /carbón: Kg de aire/Kg de carbón.

 Eficiencia energética del horno (%)

Para determinar la temperatura y el tiempo de reacción de la caliza se empleó el horno eléctrico de la figura 2.4; para luego teniendo en cuenta estos datos experimentales se efectuó pruebas con prototipo de laboratorio, (figuras: 2.5- 2.6) determinando el flujo de aire de combustión y el volumen del horno para una determinada carga.

Figura 2.3 Horno vertical experimental (nivel piloto) para calcinación de cal empleando como combustible carbón (Se observa la parte inferior de ingreso de aire de combustión) (Empresa Zaña).

Figura 2.4 Horno eléctrico de 3 kW pruebas de temperatura de calcinación en laboratorio

Figura 2.5 Ventilador centrífugo de velocidad regulable

Figura 2.6 Prototipo de horno para fabricación de cal. Prueba de laboratorio para determinar capacidad de carga.

CAPITULO III

RESULTADOS