OBJETIVO

El objeto del presente estudio es cuantificar el ahorro energético obtenido al cambiar de diseño las piezas de refractario de las vagonetas. Se trata de comparar la diferencia de calor acumulado en la salida del horno, entre dos tipos de vagoneta diferentes:
   1. Vagoneta realizada con placas de solera macizas, realizada con material prensado que en adelante la denominaremos como VAGONETA MACIZA.
   2. Vagoneta realizada con placas de solera aligeradas, obtenidas por extrusión de Forgestal/Campo. Con estas piezas se han equipado un cierto número de vagonetas.
Se realiza un experimento con vagonetas reales para averiguar las temperaturas de del refractario a la salida del horno.
Los datos básicos de la instalación son los siguientes:

• Ciclo del horno: 14 horas

• Cadencia del horno: 30 min/vag

• Producción 48 vag/día.

• Tamaño de la vagoneta: Ancho 4,3m, largo 3,98 m

• Ladrillo hueco

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INTRODUCCION
En un horno túnel para la cocción de material cerámico, se utiliza combustible para calentar el material a una temperatura suficiente para que se produzca la ceramización.
Para alcanzar una mayor eficiencia energética, al cabo de un tiempo de haber alcanzado la temperatura máxima el material se enfría, aprovechando el calor obtenido para calentar el nuevo material entrante.
En esta fase de enfriamiento del horno, no sólo es conveniente enfriar el material cocido sino también la vagoneta. Dentro del horno, la vagoneta se va calentando a medida que avanza acumulando energía en forma de calor. En la fase de enfriamiento se
recupera parte de esta energía para calentar las nuevas vagonetas entrantes. Para ahorrar energía, se trata de recuperar la mayor parte posible de esta energía, ya que una vez fuera del horno el calor acumulado se va a perder en el ambiente de la fábrica.
Hay varias estrategias para reducir este calor que la vagoneta literalmente "saca" del horno y "vierte" en el ambiente de la fábrica:

1. Mejorando la efectividad de la zona de enfriamiento del horno. Ya sea alargando el tiempo de enfriamiento (aumentando longitud de este tramo del horno), o bien aumentando la eficiencia del intercambio (el coeficiente de convección), aumentando la velocidad del aire, la turbulencia etc.

2. Disponiendo de un diseño de vagoneta optimizado de manera que:

• Acumule el mínimo de energía en la fase calentamiento

• Favoreciendo su refrigeración en la fase de enfriamiento

• Tenga un calor específico ponderado bajo, de manera que a igualdad de temperaturas, tenga un calor acumulado menor

 

El punto 1 afecta sólo a la configuración del horno. Por tanto vamos a centrarnos en el punto 2 donde el diseño de la vagoneta entra en juego. En este punto, la mejor forma de cuantificar la eficiencia global de los aspectos descritos es MEDIR EL CALOR ACUMULADO en la vagoneta a la salida del horno.
Comparando el valor entre las dos vagonetas de diseños diferentes, en las mismas condiciones, podemos cuantificar la ventaja de una vagoneta con respecto a la otra en cuanto al ahorro energético.

Hay que puntualizar, no obstante, que cuando hablamos de calor acumulado, tomamos como valor de partida o referencia la temperatura de la vagoneta a temperatura ambiente.

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CÁLCULO DEL CALOR PERDIDO EN EL AMBIENTE DE LA FÁBRICA

El calor perdido en el ambiente de la fábrica, será la diferencia entre el calor acumulado a la salida del horno, y el calor acumulado en la entrada del horno.
El calor acumulado de cualquier elemento físico depende de tres magnitudes físicas:

1. Masa (kg)

2. El calor específico {kcal/kg!!C). que refleja la capacidad de almacenar calor de un material determinado. El producto de la masa por el calor específico, nos da la inercia térmica (kcal/!!C), que representa el calor necesario (kcal) para aumentar (o disminuir) un grado centígrado la temperatura de un cuerpo.

3. Temperatura

En el presente estudio, se comparan dos tipos diferentes de vagonetas. Los parámetros 1 y 2 dependen exclusivamente del diseño y material de la vagoneta, y por tanto son analíticamente calculables.
Las temperaturas se obtienen por medición con un sensor infrarrojo, que proporciona una lectura instantánea de la temperatura de la superficie de los cuerpos. Con este lector se mide la temperatura superficial de las placas de solera, tanto las del centro
como las del contorno, en varios puntos (en el contorno por ejemplo, en el borde exterior, medio e interior).
Para simplificar la operativa, se considerará que toda la placa está a la misma temperatura (media) que la cara superior. Esta simplificación es admisible ya que en realidad la parte inferior de la pieza estará aún más caliente (el enfriamiento empieza por la parte superior), y por tanto los resultados de ahorro calculados serán valores mínimos. Es decir, que los ahorros reales serán superiores a los aquí calculados.

Una vez tenemos los datos, aplicamos la siguiente formula: 

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                                                  ∆Q acumm= ∑ [ (Tfi – Tii) · ci · mi]
Donde:
∆Q acumm = Calor acumulado
T fi = Temperatura final elemento i
T ii = Temperatura inicial i
C i = Calor específico del material de i
m i = Masa del elemento
A continuación, vamos a comparar estos parámetros entre los dos tipos de vagoneta estudiados:

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TEMPERATURAS

Como se puede observar el cuadro adjunto, las temperaturas a la salida del horno son muy diferentes. Mientras que en la vagoneta tipo Forgestal/Campo las temperaturas a la salida son de 140ºC en la zona de las placas centrales, y 111 ºC en las placas de contorno, las temperaturas en la vagoneta maciza son respectivamente 225ºC y 121 ºC.