Clase Auxiliar Nº 3 Auxiliar: Ricardo Olivares Q. Ayudante: Carlos Hernández I. Semestre Otoño 2007

Temario Clase Nº 3 Balances de Energía Pérdidas de Calor Proceso de Secado Ejemplos

Balance de Energía de la Capacidad Calórica Promedio del valor de la capacidad calorífica en el rango de temperatura T1 – T2 El calor necesario para calentar una masa de mi de una especie i desde la temperatura T1 a T2 qi – calor, J. mi – masa de la especie i, kg. Cp(i) – promedio de la capacidad calorífica de la especie i, J Kg-1 K-1 Nota: Cp también se puede trabajar en unidades de capacidad calorífica molar, con unidades de J mol-1 K-1. En este último caso deberemos trabajar mi con unidades de mol

Balance de Energía de la Capacidad Calórica Ejemplo: Encuentre el calor necesario para calentar y fundir 1 kg. de cobre desde 500 K a 1500 K. DHfusión = 13.14 kJ/mol Tfusión = 1357 K Cp(Cu s) = 17.3 kJ/mol Cp(Cu l) = 45.2 J/mol PMCu = 63.55 gr/mol qCu = 1330 MJ

Principios de construcción de balances de energía Calor de Reacción: 3 FeS + 5 O2 = Fe3O4 + 3 SO2

Ley de Conservación de Energía

Ley de Conservación de Energía El balance de energía puede ser descrito en términos de: Entalpía de todas las especies (fases) en la entrada y salida de materiales. Cambios relativos de entalpía de todas las especies con su masa y temperatura.

Ejemplo 1. Calcular el calor estándar de formación de PbO desde sus componentes Pb y O2 a 227 ºC (500 K), considerando los siguientes datos: H0 298 PbO = - 52,4 kcal/mol Cp PbO = 10,6 + 4,0 * 10 -3 T cal/K mol Cp Pb = 5,63 + 2,33 * 10 -3 T cal/K mol Cp (O2) = 7,16 + 1,00 * 10-3 T - 0,4 * 105 T-2 cal/K mol siendo,   sólido, ( ) gas

Solución

Pérdidas de Calor Las pérdidas de calor de reactores metalúrgicos pueden ser determinadas: Desde el balance de energía Flujo de calor a través de las paredes del horno Calor transferido desde la carcaza del horno o del agente refrigerante

Pérdidas de Calor

Secado Operación unitaria consistente en evaporar el agua u otro líquido contenido en el concentrado húmedo proveniente de la planta de concentración de minerales. La humedad del concentrado es necesaria para el transporte desde la planta concentradora hasta la fundición, ya que de esta manera se evitan combustiones espontáneas del concentrado. Esta humedad oscila entre 8 y 10%. Sin embargo, una vez en la fundición, es necesario extraer la humedad del concentrado. De no ser así, el agua contenida en el concentrado se evapora de manera prácticamente instantánea al inyectarse en el reactor, generando explosiones que ponen en peligro la operación, además de hacer mas ineficiente el proceso de fusión desde el punto de vista energético.

Secado Existen varios tipos de operaciones de secado, que se diferencian entre sí por la metodología seguida en el procedimiento de secado; puede ser por eliminación de agua de una solución mediante el proceso de ebullición en ausencia de aire; también puede ser por eliminación de agua mediante adsorción de un sólido, y por reducción de del contenido de líquido en un sólido, hasta un valor determinado mediante evaporación en presencia de un gas. Las operaciones de secado pueden clasificarse ampliamente según que sean por lotes o continuas. Estos términos pueden aplicarse específicamente desde el punto de vista de la sustancia que está secando.

Clasificación de Secadores Los secadores se clasifican según: El método de transmisión de calor a los sólidos húmedos Secadores directos. Secadores indirectos. Secadores diversos. Las características de manejo y las propiedades físicas del material mojado Secadores discontinuos o por lote. Secadores continuos. Secadores para sólidos granulares o rígidos y pastas semisólidas. Secadores que pueden aceptar alimentaciones líquidas o suspensiones. El primer método de clasificación revela las diferencias en el diseño y el funcionamiento del secador, mientras que el segundo es más útil para seleccionar entre un grupo de secadores que se someten a una consideración preliminar en relación con un problema de desecación específico.

Clasificación de Secadores Secadores directos La transferencia de calor para la desecación se logra por contacto directo entre los sólidos húmedos y los gases calientes. El líquido vaporizado se arrastra con el medio de desecación; es decir, con los gases calientes. Los secadores directos se llaman también secadores por convección. Secadores indirectos El calor de desecación se transfiere al sólido húmedo a través de una pared de retención. El líquido vaporizado se separa independientemente del medio de calentamiento. La velocidad de desecación depende del contacto que se establezca entre el material mojado y las superficies calientes. Los secadores indirectos se llaman también secadores por conducción o de contacto.

Secadores mas usados Rotatorio Tornillo sin fin Flash

Secador Rotatorio Un secador rotatorio esta formado por una carcasa cilíndrica giratoria horizontal o ligeramente inclinada hacia la salida. La alimentación húmeda se introduce por un extremo del cilindro y el producto seco descarga por el otro lado. Cuando gira la carcasa, unas placas elevan los sólidos y los esparcen en el interior de la misma. Los secadores rotatorios se calientan por contacto directo de aire o gases con el sólido, por medio de gases calientes que circulan a través de un encamisado que recubre la carcasa, o por medio de vapores que condensa en un haz de tubos longitudinales que están montados en la superficie interna de la carcasa. Este ultimo recibe el nombre de secadero rotatorio de tubos de vapor.

Secador Rotatorio Los Secadores Rotatorios son apropiados para el secado continuo de minerales en polvo en plantas de chancado, concentración y fundición flash. Cada aplicación de secado es un caso particular y el dimensionamiento del secador se basa en la vasta experiencia en aplicaciones similares y en las pruebas de secado llevadas a cabo en el laboratorio.

Secador Rotatorio Los secadores rotatorios se dividen en dos tipos, conforme a las direcciones de la corriente de material a ser secado y de los gases de secado. La elección entre un secador rotatorio de co-corriente o uno de contra-corriente se efectúa de conformidad con las propiedades del material a ser secado: - Grado de secado - Calor específico - Capacidad de evaporación de humedad - Inflamabilidad - Propiedades de sinterización

Secador de tornillo sin fin Es un secador continuo de calentamiento indirecto, formado esencialmente por un transportador de tornillo sin fin horizontal (o un transportador de paleta) encerrado dentro de una carcasa cilíndrica encamisada. La alimentación que entra por un extremo se transporta lentamente a través de la zona caliente y se descarga por el otro extremo. El vapor generado se extrae a través de conducciones colocadas en la parte superior de la carcasa. Esta tiene de 8 a 65 cm. de diámetro hasta 7 m de largo; cuando se requiere mas longitud se colocan varios transportadores, unos sobre otros formando una bancada.

Secador Flash En un secador de evaporación súbita o de flash, se transporta el sólido húmedo pulverizado durante unos pocos segundos dentro de una corriente gaseosa caliente. El secado tiene lugar durante el transporte. La velocidad de transmisión de calor desde el gas a las partículas sólidas suspendidas es alta y el secado es rápido, de modo que no se requieren mas de 3 o 4 segundos para evaporar prácticamente toda la humedad que contiene el sólido. La temperatura del gas es elevada, frecuentemente del orden de los 600ºc a la entrada, pero el tiempo de contacto es tan corto que la temperatura del sólido rara vez llega a mas de 40ºc durante el secado.

Secador Flash El secado por evaporación subita puede, por consiguiente aplicarse a materiales sensibles al calor que habrían de secarse indirectamente en otro tipo de secador, utilizando un medio de calefacción a temperatura mucho mas baja.

Dimensionamiento Secador Rotatorio Ss/s = Flujo volumétrico de alimentación Ss = Flujo másico de sólidos secos rs = Densidad aparente del sólido Z = Longitud del secador Td = Diámetro del secador D = Retención del sólido = Fracc. del volumen seco ocupado por el sólido q = Tiempo promedio de paso = Tiempo requerido de secado

Ejemplo Sea un secador rotatorio de dimensiones Ø 4.0 m x 38.0 m de largo, que procesa 160 t/h de concentrado de cobre (base seca), que sale completamente seco ( 0,2% humedad), y cuya densidad aparente es de 4 t/m3 aproximadamente. El concentrado es alimentado con una humedad del 8%. Determine el tiempo requerido de secado del concentrado para cumplir con los requerimientos de secado a muerte (0,2% humedad)