Análisis termodinámico de un horno de lecho fluidizado

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FACULTAD DE INGENIERIA

CARRERA DE INGENIERIA INDUSTRIAL

Tema:

ANÁLISIS TERMODINÁMICO  DE UN HORNO DE LECHO FLUIDIZADO

Curso:                

                        Termodinámica

Actividad:         

                        Práctica Calificada – T2

Docente:                    

                        Mg. Ing. Miriam Bravo Orellana

Integrantes:        

• VALVERDE LOPEZ YAMILE DAFNE: N00246849
• VALENCIA VALDERRAMA JEAN ORLANDO: N00154622
• VIGO MARIN MARISOL: N00330659

N° de grupo:        

                        20

Fecha de entrega:                 

                         2 / 10/ 2023

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CAJAMARCA– PERÚ

2023

INDICE

1.        Introducción        3

2.        Descripción y datos del proceso unitario        4

3.        Análisis        5

4.        Resultados        7

5.        Conclusiones y recomendaciones        8

6.        Referencias bibliográficas        8

ANÁLISIS TERMODINÁMICO DE UN HORNO DE LECHO FLUIDIZADO

1. Introducción

El presente análisis termodinámico se adentra en el funcionamiento de un horno de lecho fluidizado, una tecnología que se basa en principios termodinámicos fundamentales para lograr una operación eficiente y sostenible. En un horno de lecho fluidizado, un lecho de partículas sólidas se suspende y se mezcla con un flujo de gas a una velocidad tal que las partículas se comportan como un fluido, lo que permite una excelente transferencia de calor y masa. Este proceso altamente dinámico y complejo involucra cambios de fase, reacciones químicas y fenómenos de transporte, y su análisis desde una perspectiva termodinámica se convierte en un valioso recurso para optimizar su funcionamiento.

A lo largo de esta exploración, se abordarán temas cruciales en la termodinámica de los hornos de lecho fluidizado, en relación a los temas que se ha trabajado. Además, se considerarán las fórmulas trabajadas en clase para una mayor facilidad del trabajo.

Este análisis termodinámico no solo servirá como una introducción al funcionamiento de los hornos de lecho fluidizado, sino este será elaborado con el objetivo de  tener un entendimiento más profundo aplicando las respectivas formulas y todo lo aprendido en las clases consecutivas que hemos tenido, lograr la comprensión de la utilidad de un horno de lecho fluidizado en la Termodinámica y tener en cuenta el rol fundamental que cumple al tener cambios esenciales para la optimización de su rendimiento.

1. Descripción y datos del proceso unitario

Caso: Se calculara la cantidad de carbono que se quemará por tonelada de petróleo para tener la temperatura de calentamiento deseada. Por lo tanto, se elevara la temperatura del crudo de 25° C a 950° C para facilitar su bombeo. Para proporcionar la energía necesaria se va a utilizar carbono como combustible que se quema completamente con aire más del 30% de presión. El carbono y el aire entran al horno fluidizado a 25°C y los gases de escape salen a 300° C, además se calculara la densidad del carbono a 1 atm y 950°C. Determina el balance de materia y energía para el carbon.

• Recopilamos los siguientes datos del proceso unitario, que servirá para el desarrollo del caso presentado:

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Reacción de combustión:  C + 2O2 -> CO2 + 2H2O

1. Análisis

• Empezaremos la resolución del caso, con la reacción Endotérmico:

∆H = 3 kg*  = 0.5 *(950 - 25) = 462,500 kcal[pic 11][pic 12]

1. Balance de materia para el Carbono Base (20 g)

                                     C + 2O2 -> CO2 + 2H2O

                                    20 g    64 g   46 g      38 g

• Composición volumétrica: 21% O2 y 79% N2

• Seguidamente cambiamos dichas masas a una base de 100 mol y luego determinamos el porcentaje en unidades de masa:

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• Continuamente hallaremos el aire teórico y en exceso:

• AIRE TEÓRICO:

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• AIRE EN EXCESO: (20%)

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1. Balance de energía utilizando el método ENTALPÍA[pic 22]

• Este balance, será desarrollado mediante dos reacciones (Exotérmica y Endotérmico), es decir con un valor negativo y un valor positivo:
• La entalpía inicia a 25° C:

• REACCIÓN EXOTÉRMICA: (productos, reactantes y reacción)

                              ∆H25 = -  393, 5  * 20 * 10-3 kg = - 7.87 kcal[pic 23]

• ∆H300 productos :

 46 * 10-3 kg  + 38 * 10-3 kg  + 38 *10-3 * 540   + 38 *10-3  = 44.1925 kcal[pic 24][pic 25][pic 26][pic 27]

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