tesis medina palomino, jose luis ingeniero mecánico

136 Pages·2017·2.88 MB·Spanish

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
TESIS

“MODELAR UN INTERCAMBIADOR PAR EL

ENFRIAMIENTO DE CLINKER DE CEMENTO QUE

OPTIMICE LA PÉRDIDA DE MATERIA PRIMA EN

CEMENTO ANDINO S.A.”
”
PRESENTADA POR EL BACHILLER:
MEDINA PALOMINO, JOSE LUIS

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE
INGENIERO MECÁNICO
HUANCAYO - PERÚ
2015
ASESOR
Ing. Omar Pablo Flores Ramos
DEDICATORIA
A Dios que me ha dado la vida y fortaleza
para terminar este proyecto de investigación,
A mis padres por estar ahí cuando más los necesité ejemplos de perseverancia,
en especial a mi madre por su ayuda y constante cooperación.

i
AGRADECIMIENTO

A mi asesor Ing. Omar Pablo Flores Ramos, por su constante apoyo, que sin el
mismo no hubiera sido posible la culminación de la presente tesis.
Al personal de la Fábrica Cemento Andino Tarma- La Unión el cual me brindó su
apoyo en el desarrollo de mi investigación.

ii
RESUMEN

Cemento Andino como parte de la fabricación de cemento, extrae y procesa caliza
para la obtención de Clinker, el cual conforma el mayor porcentaje del contenido
de cemento.
Los hornos rotativos son los encargados de transformar la caliza y otros aditivos
procesados en Clinker, lo que ocasiona que los materiales se encuentren a
altas temperaturas a la salida de este, es por ello que en este punto existe
instalado un sistema de enfriamiento por ventilación directa. Este tipo de
enfriamiento produce levantamiento de polvo a altas temperaturas (343 ºC) el cual
actualmente es aspirado y capturado por un filtro mecánico cuya eficiencia no es
óptima, por el cual se pierde Clinker a través de la chimenea del filtro.
Ante esto, se ha visto la necesidad de disminuir la temperatura del flujo de
polvo de Clinker para viabilizar la instalación de un filtro más eficiente el cual
resiste temperaturas máximas de 150ºC; para ello se diseñó un intercambiador de
calor aire-polvo de Clinker que disminuirá la temperatura de 343ºC a 131 ºC, el cual
se planea ubicar entre el enfriador de Clinker del Horno y el filtro actual. Mediante
iii
la instalación del enfriador instantáneo de Clinker se podrá incrementar la
recuperación de Clinker en 56351 kg por año.

Palabras claves: Hornos, clinker, filtro, ventilación, eficiencia, chimenea.

iv
ABSTRACT

Andino cement as part of the manufacture of cement, limestone extracts and
processes for producing clinker, which constitutes the highest percentage of cement
content. Rotary kilns are responsible for transforming the limestone and other
additives processed Clinker, which causes the material is high temperature at the
outlet of this, which is why at this point there is installed a cooling system for direct
vent. This type of cooling dusting occurs at high temperatures (343 ° C) which is
sucked and currently captured by a mechanical filter whose efficiency is not optimal,
whereby Clinker is lost through the chimney of the filter.
Given this, we have seen the need to reduce the temperature of the powder flow
Clinker to make possible the installation of a more efficient filter which withstands
temperatures of 150 ° C maximum; to do a heat exchanger air-powder Clinker will
decrease the temperature of 343 ° C to 131 ° C, which plans to place between the
cooler Clinker Kiln and the current filter is designed. By installing the instant clinker
cooler can be increased recovery of 56,351 kg clinker per year.
Keywords: Kilns, clinker, filter, ventilation, efficiency, fireplace.
v
INDICE
Página
Dedicatoria i
Agradecimiento ii
Resumen iii
Abstract v
Índice
INTRODUCCIÓN 1
CAPITULO I
PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO
1.1 Tema de investigación ……………………………………….………………… 3
1.2 Planteamiento del problema ………….……….…………………….............. 3
1.2.1 Enunciado del problema ……………………………………………….. 3
1.2.2 Formulación del problema …………….……………………………..... 5
1.3 Objetivos de la investigación………………………………………………..… 5
1.3.1 Objetivo general…………………………………………………………. 5
1.3.2 Objetivos específicos……………………………………………….….. 5
1.4 Justificación de la investigación…………………………………………….…. 5
1.4.1 Justificación Social…………………………………………………….….. 5
1.4.2 Justificación Técnica…………………………………………….............. 6
1.5 Limitaciones del Estudio………………………………………………………… 7
1.6 Viabilidad del Estudio………………………………………………………..…. 7

CAPITULO II
MARCO TEÓRICO
2.1 Antecedentes de la Investigación.……………………………………….……. 8
2.2 Bases Teóricas………………………………………………………….…..……. 9
2.2.1 Intercambiadores de Calor.…...…..………………………..………….. 9
2.2.1.1 Tipos de intercambiadores de calor según su construcción.. 11
2.2.1.2 Tipos de intercambiadores de calor según su operación…. 14
2.2.1.3 Funcionamiento de los intercambiadores de calor………… 18
2.2.1.4 Diseño de intercambiadores………………………………….. 18
2.2.1.5 Balance de energía…………………………………………… 19
2.2.1.6 Asignación de flujos………………………………………….. 21
2.2.1.7 Diagramas térmicos………………………………………….. 21
2.2.1.8 Número de celdas en serie………………………………….. 22
2.2.1.9 Diferencia de temperatura media corregida………….……. 22
2.3 Definiciones conceptuales…………………………………………………….. 23
2.3.1 Sistemas de enfriamiento de Clinker…………………………………. 24
2.3.1.1 Sistema de Enfriamiento por gravedad…………………….. 24
2.3.1.2 Sistema de Enfriamiento de tiro directo……………………. 25
2.3.1.3 Sistema de Enfriamiento por intercambiador……………… 26
2.3.2 Intercambiadores de calor……………………………………………… 27
2.3.2.1 Tipos de Intercambiadores de Calor………………………… 27
2.3.2.2 Coeficiente Global de transferencia de calor……………… 33
2.3.2.3 Análisis de Intercambiador de Calor: uso de la diferencia
de temperatura media logarítmica………………………….. 34
2.3.2.4 Análisis de intercambiador de Calor método de eficiencia
NUT……………………………………………………………. 40
2.3.2.5 Metodología de cálculo de un intercambiador de calor….. 46
2.3.2.6 Intercambiadores de calor compactos……………………. 48
2.3.3 Transferencia de calor por convección……………………………… 52
2.3.3.1 Mecánica de Fluidos………………………………………… 52
2.3.3.2 Convección Forzada: Flujo Laminar y turbulento………… 65
2.3.3.3 Flujo a través de un banco de tubos……………………… 70
2.4 Formulación de la hipótesis………………………………………………… 80
Hipótesis general………………………………………………………………. 80
2.5 Ingeniería del proyecto………………………………………………………… 80
2.5.1 Balance de materia y energía del sistema de enfriamiento de
Clinker…………………………………………………………………... 81
2.5.1.1 Balance de materia………………..………………………… 81
2.5.1.2 Balance de energía………………………………………….. 82
2.5.2 Modelación y predimensionamiento del enfriador………………….. 84
2.5.2.1 Antecedentes e identificación del enfriador a diseñarse… 84
2.5.2.2 Modelación y generación del enfriador instantáneo……… 87
2.5.3 Coeficiente de transferencia de calor del flujo externo…………….. 95