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.

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

Ver figura

Para la producción de una tonelada de cemento por vía húmeda en la elaboración de cemento, se registran las siguientes entradas y salidas :

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

 

Fuente: Cálculos UIS-IDEAM

Ver figura

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

  Aire de tramo medio

oC

374

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  

67.1

  Con utilización de aire de tramo medio  

85.6

Fuente: Cemento, fabricación propiedades y aplicaciones. Firtz Keil, Editorial técnico asociados.

Balance de energía eléctrica. En las siguientes dos tablas se listan los valores (además de los diagramas) de energía eléctrica consumida por tonelada de cemento según el proceso utilizado.

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