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HORNO ROTATORIO PARA LA CALCINACION DE YESO

1. INTRODUCCIÓN.-

En nuestra actualidad existen industrias rurales que producen yeso.

Industrias que en un mayoría utilizan como principal combustible la

leña, siendo que solamente un 25% posee en la actualidad

abastecimiento de gas natural, claro que debemos resaltar el hecho de

que este porcentaje cada vez asciende más debido a Diversos factores

que se toma en cuenta en varios aspectos, entre ellos se puede

destacar el hecho de la deforestación ambiental y las leyes que cada vez

las protegen aún más.

Los productores se hallan organizados en la ASOCIACIÓN DE

PRODUCTORES DE YESO Y CAL (APYC). Dicha Asociación realiza

actividades sobre todo dirigidas a la nivelación de los precios,

especialmente del yeso. Sin embargo la heterogeneidad ha provocado a

la asociación serias dificultades en la coordinación y en la toma de


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En este sentido, se propuso diseñar un horno industrial, implementando

los siguientes cambios con respecto al horno antiguo.

I. Aumento de la capacidad de producción: A 4 toneladas/hora de

yeso

II. Cambio de combustible: Los hornos antiguos empleaban leña o

gas natural, este nuevo horno funcionara ya sea con gas natural o

gas industrial.

III. Aumento de las dimensiones del horno: Los hornos antiguos eran

pequeños y precarios por lo que el cocido no era uniforme y

además se producía poca cantidad de producto terminado. Este

nuevo horno será un horno rotatorio hecho de acero con una

dimensión de 2.2 metros de diámetro y 45 metros de longitud

para cubrir la capacidad deseada de 4 toneladas/hora.

Combustible

Leña Gas Natural


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2. OBJETIVOS.-

2.1 OBJETIVO GENERAL.-

Diseñar un horno rotatorio de calcinación de piedra caliza molida

para cubrir la demanda existente del departamento de Cochabamba.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.-

Calcular las dimensiones del horno, con el propósito de hacer

los respectivos cortes al acero utilizado, doblado, armado,

preparación del material y soldaduras respectivas.

Seleccionar los materiales adecuados con los cuales se

fabricara el horno, recubrimientos externos, cadena y todos

sus demás elementos.

Calcular las variables operacionales del horno, teniendo en


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temperaturas más elevadas a las anteriores, permiten la fusión de

metales y minerales.

La temperatura deseada en el horno se produce por la generación de

calor, para lo cual se emplean dos métodos:

Combustión de combustible.

Conversión de energía eléctrica en calor.El tipo de horno de combustión se emplea mucho más que el eléctrico,

sin embargo, para muchas aplicaciones se prefiere el eléctrico, porque

ofrece ventajas que no pueden ser medidas por el coste de combustible.

Teniendo en cuenta que el presente proyecto se involucra la puesta a

punto de un horno rotatorio para la calcinación de mineral de yeso, a

continuación se describe el funcionamiento de este tipo de horno que

usa combustible para generar calor.

3.1 TIPOS DE HORNOS PARA LA PRODUCCION DE CAL

3.1.1 HORNOS ROTATORIOSUn horno rotatorio es un reactor químico que se usa para

tostar o calcinar materiales como bauxita yeso alúminia


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Este horno consiste de un cilindro de acero, recubierto interna

o externamente por un material refractario. Los hornosrotatorios con recubrimiento interno se diseñan para soportar

temperaturas cercanas y superiores a 1000°C, por ejemplo

para la reducción de ferroníquel. Por su parte, los hornos

rotatorios con recubrimiento externo, se diseñan para

aplicaciones en los que la temperatura está entre 100 y 600

°C. Como es el caso de los hornos de calcinación de yeso.

Como su nombre lo indica, los hornos rotatorios poseen un

mecanismo de rotación sobre su eje, el cual permite el

transporte del material por tratar dentro del horno. El horno

tiene dos cabinas, situadas en los extremos del cilindro, la

primera, en donde inicia el proceso de calentamiento se

denomina cabina de alimentación, Se llama así por tener una

abertura en la vista frontal para la entrada del material y una

chimenea en la parte superior. Gracias a la inclinación del

horno y a su rotación, el material alimentado se mueve cuesta

abajo hasta la segunda cabina, denominada cabina de salida.


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De acuerdo al sentido de rotación del horno se unen porsoldadura en su pared interior las aspas en forma de espiral.

Esto se hace para que haya un buen mezclado, una apropiada

exposición al calor dentro del horno y para direccionar hacia la

zona inferior.

Después de la alimentación del mineral, este desciende

gracias a su rotación, hasta llegar a un punto bajo en donde

hay incremento de su temperatura porque se acerca a la

llama. Esto se denomina proceso en contra flujo, porque el

material desciende y la llama asciende.


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pequeño que la caliza y se mueve goteando entre los

intersticios.La calidad de la cal tiende a ser moderada, con una

reactividad baja. La retención de azufre del combustible es

alta.

Las zonas de trabajo en este tipo de horno son las siguientes.

a) Zona de precalentamiento: La piedra caliza es

precalentada desde la temperatura ambiente hasta 800 °C

por el contacto directo con los gases provenientes de la

zona de calcinación, es decir los gases de combustión.

b) Zona de calcinación: El combustible se quema en aire

precalentado de la zona de enfriamiento y (dependiendo

del diseño) en el aire adicional de la “combustión”

agregado con el combustible. Esto produce una

temperatura sobre los 900 °C y causa la disociación de la

piedra caliza en el bióxido de la cal viva y de carbono.

c) Zona de enfriamiento: La cal viva que sale de la zona de

calcinación a 900 °C, es enfriada por el contacto directo


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Figura 3.2 horno de columna

3.1.3 HORNO DE COLUMNA DOBLE INCLINADO

Este es esencialmente rectangular en su sección transversal,

pero incorpora dos secciones en la zona de calcinación. Los


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El aire frío es precalentado por la cal en la zona de

enfriamiento y es llevado, desempolvado y reinyectado vía la

cámara de combustión.

Una de las características es que la temperatura de las

cámaras de combustión bajas puede ser variada para

controlar la reactividad de la cal en un amplio rango.

3.1.5 HORNO REGENERADOR DE FLUJO PARALELO

La principal característica de este horno es que cuenta con

dos columnas interconectadas. El lote de caliza es cargado

alternadamente a cada columna, se distribuye por gravedad

hacia abajo a través de la zona de precalentamiento o

intercambiador de calor regenerativo, atraviesa el lanzado de

combustible en la zona de calcinación, se produce la

disociación del carbonato de calcio en oxido de calcio (cal

viva) y dióxido de carbono, finalmente la cal viva pasa a través

de la zona de enfriamiento y es descargada del horno.


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piedra a la temperatura de calcinación. Este es luego

recobrado desde la piedra al aire de combustión en la

segunda columna. Como resultado, el aire de combustión es

precalentado hasta 800 °C.

La calcinación es completada a nivel del canal transversal de

comunicación entre las columnas a una temperatura sobre los

1100 °C, esto favorece la producción de cal viva altamente

reactiva, que puede ser producida con un bajo contenido de

CaCO3, debido a que el horno es diseñado para operar con un

alto exceso de aire (nada de aire de enfriamiento es requerido

para la combustión), el nivel de CO2 por volumen es bajo,

alrededor del 20%. En la figura se presenta un esquema de

las principales secciones que conforman el horno regenerativo

de flujo paralelo.


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3.2 PRODUCCIÓN DE YESO

El yeso es un mineral constituido por sulfato de calcio, que seencuentra en muchos lugares de la superficie terrestre,

formando unas veces masas compactas o rocas blandas,

otras veces masas terrosas y en algunos casos disueltos en

determinadas aguas, llamadas selenitosas.

Se considera que el yeso se originó hace 200 millones de

años como resultado de depósitos marinos, cuando parte de lo

que ahora son nuestros continentes eran inmensas

extensiones oceánicas. Durante este periodo algunos mares

se secaron dejando lechos de yeso que se recubrieron para

ser cubiertos posteriormente por el hombre.

El yeso tiene poca dureza y es poco resistente a la intemperie

por lo que raras veces emplea como piedra de exterior.

El mineral de yeso puede contener impurezas tales como,

carbonato de cal, arcilla, betún, óxido ferroso, etc. Que pueden

conferirle color amarillento, rojizo, verdoso, azulado u oscuro.


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El estudio de los efectos de la cocción del mineral de yeso se

deben al químico francés Lavoisier (1743-1794), quien

determino que dicho mineral contiene dos moléculas de agua

de cristalización en la proporción de la cuarta parte de su peso

o sea, 25% aproximadamente.

Luego de retirar el agua de cristalización, mediante la acción

de calor, si se adiciona agua, el yeso retoma su estado original

desprendiendo así calor y presentando un rápido

endurecimiento. Esta propiedad puede serle dada o quitada, al

yeso, según se le quite más o menos agua de cristalización.

De aquí las diversas clases de yeso que pueden obtenerse.

Lavoisier observo también que el yeso cocido en exceso

pierde la facultad de fraguar, y al amasarlo con agua forma

una pasta friable que se reduce a polvo al evaporarse el agua

amasado.


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Al seguir calentando entre 180 y 200 °C, se elimina la mayor

parte de la media molécula restante, pero si se deja en

contacto con el aire la recupera parcialmente. Este yeso,

amasado con agua, fragua tan rápidamente que no puede

aplicarse como mortero, sirviendo en cambio para estucos y

modelado.

La aptitud para el fraguado disminuye gradualmente cuando

se cuece el yeso a temperaturas más elevadas.

De 200 a 250 °C se obtiene un yeso con ligero residuo de

agua, con fraguado muy lento y buena resistencia.

De 250 a 400 °C se obtiene un yeso de fraguado

aparentemente rápido, pero con resistencia casi nula.

De 400 a 700 °C, conseguida la deshidratación total, se forma

el yeso anhídro (CaSO4) o yeso cocido a muerte, de fraguado


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4. COMPLEMENTOS DEL HORNO

4.1 TRANSPORTADOR HELICOIDAL

4.1.1 MARCO TEORICO

El tornillo sin fin es uno de los aparatos más antiguos para transportar

materiales que conoce la humanidad, el diseño original data de hace

más de 2000 años. Desde que el transportador de tornillo sin fin o

helicoidal apareció su uso se enfocó en instalaciones para regadío,

transporte de granos, polvos finos y otros materiales a granel.

A través de los tiempos, ha venido a ocupar un lugar muy importante en

el área del proceso de transporte y manipulación de materiales. Hoy en

día, la tecnología moderna ha hecho del transportador de tornillo sin fin

uno de los métodos más eficaces y baratos para el movimiento continuo

de materiales al granel a cortas distancias.

Los transportadores de tornillo sin fin se pueden usar para mover lo

pastoso. La fuerza de la gravedad y la fricción en las paredes de la

artesa o recipiente limitan el arrastre del material en la dirección del

perímetro, que es producido entre el bien del transporte y el tornillo sin

fin, por eso solo hay desplazamiento del material en la dirección axial


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4.1.3. CLASIFICACIÓN DE LOS TRANSPORTADORES SIN FÍN

Los transportadores de tornillo sin fin se clasifican según el paso en:

Transportadores de Paso Estándar.

Estos transportadores tienen un paso igual al diámetro (ver fig.

2), y se les denomina estándares, se utilizan para todas las

aplicaciones comunes de transporte continuo de materiales al

granel. Transportadores de Paso Cortó.

Los transportadores helicoidales de paso corto de los

helicoidales esta reducido a 2/3 del diámetro del sinfín, (ver fig.

2). Se recomiendan para uso en transportadores inclinados con

inclinaciones de 20º grados a más.

Transportadores de Paso Medio.

Son similares a los de paso corto excepto que el paso es

reducido a ½ del diámetro del sinfín. Son utilizados en

aplicaciones inclinadas, verticales, alimentadores y cuando se

conduzcan materiales extremadamente fluidos.

Transportadores de Paso Largo.En este caso el paso es 1-1/2 veces el diámetro del sinfín y son

usados para agitar materiales fluidos o para mover materiales de


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Fig.2 Clasificación de Sinfín por el paso

a) Sinfín de Paso Estándar

b) Sinfín de Paso Corto

c) Sinfín de Paso Medio

d) Sinfín de Paso Largo

e) Sinfín de Paso Variable

Los transportadores de sinfín se clasifican también según el tipo

o forma del helicoide o espira en:

Transportadores de Espiras Estándares


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Transportadores de Espiras Recortadas y Dobladas.

Similar al caso anterior, con la diferencia de que las

secciones recortadas no son extraídas de los espirales, sino

que son dobladas a 90º hacia el lado de giro del

transportador, obteniendo así un efecto de retardo de flujo y

mezcla en tránsito del material transportado, es útil para el

calentamiento, enfriamiento o aireación.

Transportadores de Cinta.

Son excelentes para transportar materiales pegajosos y

viscosos. El espacio abierto entre el borde interior del espiral

y el tubo, evita la acumulación del material conducido.

Transportadores de Espiras con Paletas.

Son transportadores helicoidales estándar pero llevan

paletas ajustables unidas al tubo y distribuidas siguiendo una

trayectoria helicoidal opuesta a la del sinfín a lo largo del tubo

del sinfín, lo que proporciona al material transportado una

suave y completa mezcla.

Transportadores de paletas.


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Fig.3 Clasificación de Sinfines por el tipo de helicoide:

a) Sinfín con Espiras Estándares

b) Sinfín con Espiras Recortadas

c) Sinfín con Espiras Recortadas y Dobladas

d) Sinfín de Cinta

e) Sinfín Estándar con Paletas

f) Sinfín de paletas

Fig. 4 Transportador helicoidal dispuesto horizontalmente

Aclaraciones

Capacidad requerida

Es el gasto volumétrico por unidad de tiempo (caudal), que se necesita

transportar desde el punto de carga (entrada), hasta el punto de salida

(d ) L id d d b á d t l d h


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Tiempo de operación que requerimos

Es el tiempo promedio en horas al día en que se utiliza el sinfín, este parámetro

es importante para clasificar los rangos de trabajo del tipo de transmisión

utilizada, teniendo tres clases a analizar:

Clase I.-carga constante no excede la capacidad normal del motor y

cargas de choque ligeras son manejables dentro de 10 horas al día.

Cargas de choque moderadas son permitidas si la operación es

intermitente.Clase II.- carga constante no excede la capacidad normal del motor por

encima de las 10 horas al día. Cargas de choque moderadas son

permitidas durante 10 horas en un día.

Clase III.-cargas de choque moderadas por encima de las 10 horas en

un día. Cargas de choque pesadas son permitidas durante 10 horas en

un día.

Estableciendo el tipo de trabajo que va a desempeñar el

transportador y los parámetros encontrados anteriormente podemos

encontrar el tipo de clase de la transmisión para nuestro

transportador elegimos clase III


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IDEF 0 DEL PROCESO DE COMBUSTION DEL YESO

ALIMANTADOR

NORMAS

ESTANDARIZADAS

TERMOMETROAIRE

GRANOS DE

SULFATO DE

CALCIO

DIOXIDO DE

CARBONO CO2

CONBUSTIBLE MOTOR

HUMEDAD

(VAPOR DE

AGUA)

VENTILADOR

BALANZA

UEMADOR

SULFATO DECALCIO SEMI

HIDRATADO

DESCARGA

OPERARIO

CALCINADOR

ENERGIADOSIFICADOR

TAMIZVERNIER

RECIPIENTE

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