BALANCES DE MATERIA Y ENERGIA DEL PROCESO DE PRODUCCION DE CEMENTO.
Para la producción de una tonelada de cemento en por vía seca, se registran las siguientes entradas y salidas. Los datos presentados son calculados por el Grupo de Investigación del Convenio UIS-IDEAM, a partir de información bibliográfica y de campo. VER FIG. 1
ENTRADAS MASICAS AL PROCESO SALIDAS MASICAS DEL PROCESO
Caliza = 1.4112 Ton Cemento = 1.040198 Ton Arcilla = 0.1848 Ton Vapor de agua = 0.172815 Ton Min de Hierro = 0.084 Ton Polvo = 0.130671 Ton
Carbón = 0.2 Ton CO2 = 1.005756 Ton
Aire = 1.861378 Ton N2 = 1.40625 Ton
Yeso = 0.06 Ton O2 = 0.03856 Ton
SO2 = 0.0068 Ton
Fuente: Cálculos UIS-IDEAM
Para la producción de una tonelada de cemento por vía húmeda en la elaboración de cemento, se registran las siguientes entradas y salidas (VER FIG 2) :
ENTRADAS MASICAS AL PROCESO SALIDAS MASICAS DEL PROCESO
Caliza = 1.46723 Ton Cemento = 1.2947 Ton Arcilla = 0.2093 Ton Polvo = 0.084 Ton Min de Hierro = 0.06978 Ton Vapor de agua = 1.2558 Ton
Gas natural = 0.1787 Ton CO2 = 1.0937 Ton
Aire = 3.212 Ton N2 = 2.4267 Ton
Agua = 0.74748 Ton O2 = 0.0351 Ton
Yeso = 0.06 Ton
Puzolana = 0.0242 Ton
Agregado 1 = 0.195 Ton
Agregado 2 = 0.0263 Ton
BALANCE MATERIA Y ENERGIA VIA SECA
BALANCE MATERIA Y ENERGIA VIA HUMEDA
Consumo Energético.
En la molienda. Casi el 85 % del total de la energía invertida en la producción de cemento,
corresponde al desmenuzamiento y a la molienda de las materias primas y del cemento ; aproximadamente el 75% sólo a la molienda. El nivel del grado de eficiencia de la molienda es objeto de controversia, según la definición que se adopte. De acuerdo con interpretaciones muy diversas, la energía que el molino requiere para transformarla en trabajo de desmenuzamiento queda situada entre el 2% y el 20% ; el resto se distribuye en rozamiento de las partículas entre sí, rozamiento de las partículas con las paredes del molino, ruido, calor, vibración, rendimientos del motor y del molino y elevación del material en el molino.
El grado de utilización de energía suministrada, teóricamente baja, ofrece más interés en el proyecto de los dispositivos de molienda, que para explotación práctica, en la cual la energía aplicada en la molienda se puede considerar baja en relación con las ventajas del resultado tecnológico que con ella se obtiene.
En desmenuzamiento. La exigencia específica de trabajo en el proceso de desmenuzamiento, es
decir, la energía aplicada por tonelada de material subdividido, es esencialmente más baja en la molienda grosera que en la molienda fina. Sin embargo, si se compara el trabajo aplicado con la superficie creada, se comprueba todo lo contrario.
En separadores por aire. El consumo específico de energía de los separadores por aire depende
de las propiedades de material tratado, del caudal circulante y también de la finura final deseada. Se han dado cifras que van desde 2 a 6 kwh/t de producto fino. En este dato también se incluyen los separadores que reciben el aire de operación desde el exterior.
En hornos. La energía eléctrica consumida por los hornos largos para vía húmeda es de 14-22
kwh/t, limitada al tramo comprendido desde la extracción de la pasta del silo de alimentación, hasta la salida del clincker del enfriador de parrilla. Todos los hornos largos para vía húmeda cuentan con intercambiadores de calor interno ( la mayoría de ellos son cadenas), para acelerar el secado de la pasta.
En la siguiente tabla se presenta el balance térmico simplificado de un horno largo vía seca provisto con intercambiador de calor por suspensión de un tramo y con enfriador de satelites :
Balance térmico de un horno largo vía seca con intercambiador de calor y con enfriador de satélites.
kcal/ kg clinker
Cocción del clinker 420
Evaporación de agua 4
Pérdidas con los gases residuales 223 Calor residual con el clinker 22
Aire residual del enfriador 0
Tubo del horno 104
Intercambiador 10
Enfriador 66
Resto (no determinado) 48
Fuente: Cemento, fabricación propiedades y aplicaciones. Firtz Keil, Editorial técnico asociados.
La temperatura de los gases residuales es de 370oC y el consumo específico de calor, 897 kcal /kg de clinker.
En enfriadores. El enfriador planetario eleva el consumo de energía del horno y del exhaustor.
El requerimiento de energía adicional del horno se determina con la fórmula. K= 0.03*L
en la que :
k= consumo específico, en kwh/t de clinker. L= Longitud de los tubos del enfriador planetario.
En la siguiente tabla se listan las características y balances térmicos de enfriadores planetarios . En esta tabla se han destacado las pérdidas de calor por las paredes, que suponen el 26-27 % de las cantidades de calor entradas en el enfriador.
Características y balance térmico de enfriadores planetarios.
HORNOS LARGOS VÍA SECA HORNOS CON INTERCAMBIADOR
Caudal del horno t/24h 1100 2200
Consumo específico de Calor kcal/kg 870 750
Número de tubos enfriados
11 11
Diámetro * Longitud m 1.65*12 1.80*18 Temperaturas Entrada de Clinker oC 1200 1250 Salida de Clinker oC 139 135 Entradas de Calor Clinker kcal/kg 291 307 Cesiones de calor
Aire secundario kcal/kg 189 205
Calor residual en el clinker kcal/kg 23 22 Pérdidas de calor por la "piel" kcal/kg 79 80 Pérdidas totales de calor kcal/kg 102 102
Rendimiento % 65 67
Fuente: Cemento, fabricación propiedades y aplicaciones. Firtz Keil, Editorial técnico asociados.
En la siguiente tabla se relacionan las características y el balance térmico de un enfriador Fuller de parrilla del tamaño 825/1050 ; el horno dispone de intercambiador de ciclones. El caudal del horno rotatorio es de 1934 t/24h.
Características y balance térmico de un enfriador de parrilla Fuller.
1 Temperaturas Unidad Cuantía
Clinker a la entrada oC 1460
Clinker a la salida oC 83
Aire de enfriamiento oC 22
Aire secundario oC 920
Aire residual oC 158
2 Exceso de aire
1.056 3. Cantidades de aire referidas al clinker
Aire primario Nm3/kg 0.034
Aire de enfriamiento Nm3/kg 2.312
Aire secundario Nm3/kg 0.842
Aire residual Nm3/kg 0.889
Aire de tramo medio Nm3/kg 0.581
4 Cantidades de calor referidas al clinker
Consumo de calor en el horno kcal/kg 750 Balance térmico del enfriador referido a 20oC
Entradas
Clinker kcal/kg 383
Aire de enfriamiento kcal/kg 1
Total kcal/kg 384
Salidas
Aire secundario kcal/kg 257
Aire residual kcal/kg 40
Aire residual del ramo medio kcal/kg 71
Calor residual en el clinker kcal/kg 12
Pérdidas de calor por la "piel" kcal/kg 4
Total perdidas de calor kcal/kg 127
5 Rendimiento del enfriador
