Cálculo de rendimiento de horno alimentado con biomasa (Valoración de 5.00 sobre 5, resultante de 1 votos)

Limitación de demanda energética, instalaciones térmicas, eficiencia energética, instalaciones de iluminación, contribución fototérmica, contribución fotovoltaica
por
#280974
Buenas a todos,

Pues os escribo porque estoy encargado de la realización de una auditoría energética en una industria cerámica que dispone de un horno un tanto particular. El horno es artesanal compartimentado en 4 estancias que se alimenta de biomasa y actúa por cargas. Es decir, se le introduce una carga de unas 40 TN de arcilla húmeda, se inyecta aire caliente de otra estancia del horno (la que ha acabado anteriormente) y una vez ha llegado a suficiente temperatura directamente se inyecta biomasa de diversos tipos con una granulometría pequeña que al entrar en contacto con el aire caliente directamente arde. Con este método se calienta y se mantienen 970ºC (proceso de cocción) en el horno, se mantiene en esas condiciones unas 16 horas inyectando más biomasa y finalmente se sacan los ladrillos una vez se ha bajado la temperatura de la estancia aspirando el aire que se puede para la siguiente estancia del horno (la que se va a poner en funcionamiento a posteriori) y dejando escapar el calor restante.

Las condiciones de entrada de los ladrillos: humedad, temperatura y peso de arcilla húmeda las conozco. Las condiciones de salida de los ladrillos: humedad, temperatura y peso tras el proceso de cocción las conozco. Las temperaturas del horno tanto del aire-gas de combustión como del ladrillo las tengo. La temperatura a la que llega la pared y el techo que contactan con el aire exterior también las tengo. Con esto he supuesto que el calor útil del horno se puede calcular en cuatro partidas: Calentamiento de aire, calentamiento de arcilla, evaporación de agua y pérdidas a través de paredes y techo.

La cuestión es que si calculo para 2010 el calor útil empleado para transformar toda la arcilla cuantificada en 2010 y divido entre la energía suministrada a través de biomasa, el rendimiento del horno se encuentra entorno a un 20%. Este rendimiento me parece excesivamente bajo.

Tengo dos teorías respecto al posible fallo de los cálculos. La primera es que existe alguna otra partida de calor útil que no he cuantificado.

La segunda es que he considerado la temperatura final para el ladrillo como la temperatura a la que está el ladrillo cuando se extrae del horno, unos 150ºC. ¿debería considerar los 970ºC de cuando finaliza el proceso de cocción y se deja de inyectar biomasa?

Espero que alguien me pueda dar un poco de luz en mi posible error o confirmarme que el proceso es correcto y el rendimiento del horno es del 20%.

Un saludo y muchas gracias por anticipado.
por
#280976
Entiendo, de perogrullo, que has tenido en cuenta la entalpía de cambio de fase del agua, de líquido a vapor, no?

Ese es el principal gasto.

Saludso,

Luis

Edito: Las reacciones de formación de los distintos compuestos te faltan. Son todo procesos quimicos endotérmicos.

Saludos,

Luis
Última edición por XIKE el 13 Sep 2011, 10:00, editado 1 vez en total
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#280980
Efectivamente he usado un higrómetro especialmente indicado para calcular la humedad de los ladrillos al final del proceso de cocción, y con este dato y las pesadas anterior y posterior he diferenciado el peso de la arcilla y el agua contenida en los ladrillos al inicio y al final del proceso de cocción.

He usado el calor latente del agua para calcular cuanto calor se ha consumido para evaporar el agua.

Con el peso de la arcilla he calculado el calor empleado en calentar la masa de arcilla de 15ºC a 150ºC, lo que no se es si debiera calcular el calor según la temperatura a la que está el ladrillo justo al terminar el proceso de cocción (950ºC), cuando se termina de añadir biomasa.

Un saludo
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#280987
Buenas,

Primero muchas gracias LuisM, como siempre estás al pie del cañón. Buscaré información sobre los distintos compuestos y las posibles reacciones químicas existentes. De todos modos sigo teniendo la misma duda, a la hora de hacer el balance energético, ¿Considero que el resultado final es la arcilla a 950ºC o a 150ºC?

Un saludo y mil gracias
por
#280988
pues la verdad, es que para hacerlo bien deberías ir paso por paso, porque por lo poco que he leido hay bastantes pasos en la cocción, con distitnas temperaturas a las que van asociadas reacciones químicas. En cada estado el horno está a una temperatura, por lo que las pérdidas son distintas (y esque a 1000º la radiación ya manda mucho... ahora que está tan de moda el tema de los radiadores...) por lo que deberías evaluar las pérdidas en cada fase.

No obstante, para empezar a echarlo a "bulto" con la temperatura a la que salgan los ladrillos cuando abres la puerta vale. (aunque el horno esté a 150º, los ladrillos, cosas del Cp y de la inercia, van a estar mucho mas calentitos... Un buen termómetro infrarojos te dirá a cuanto están.

Y las reacciones químicas. Tirando media hora de google seguro que puedes encontrar las entalpias de formación de cada paso, o bien, la necesidad teórica por kilo de arcilla.

A mi también se me hace bastante escaso ese 20%.

Por cierto, ¿a que humedad metes la biomasa? ten en cuenta el tema de la evaporación de su humedad.

Salutt,
Luis
por
#281035
Buenas LuisM

Me pondré a documentarme sobre hornos cerámicos y las reacciones del proceso de cocción, a ver que saco en claro.

Respecto a la biomasa la humedad depende del tipo de biomasa que se emplee en cada momento, pero principalmente usan serrín con un 3% de humedad y hueso de aceituna con un 4% de humedad, lo tendré en cuenta para los cálculos, a ver si la energía de evaporación de ese agua tiene un valor que afecte cualitativamente a los números.

Un saludo y gracias de nuevo.
por
#281047
Después de informarme con bibliografía al respecto, y por si a alguien se le presenta una situación similar, comentar que después de indagar solo he encontrado dos procesos endotérmicos cualitativamente importantes:

Las transformaciones del Cuarzo alfa a Cuarzo Beta y seguidamente a Cristobita alfa
La eliminación del agua ligada del Al2O3·2SiO2·2H2O inicial de la arcilla

El resto de reacciones químicas son de descomposición de impurezas como carbonatos, hidroxido de aluminio, algunos sulfatos y materia orgánica, pero al ser impurezas su concentración es pequeña.

Un saludo.
por
#281052
Por fin tras incorporar estos datos el rendimiento del horno sube a 60,8%, un número mucho más lógico que el 20% anterior.

Un saludo.
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