Presentacion de Tesis
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UNIVERSIDAD VERACRUZANAFACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS
REGIÓN POZA RICA-TUXPAM
“CÁLCULO DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR EN UN HORNO LADRILLERO DE LA REGIÓN DE EL CHOTE, PAPANTLA, VER.”
TESIS“PARA ACREDITAR LA EXPERIENCIA EDUCATIVA DE EXPERIENCIA
RECEPCIONAL DEL PROGRAMA EDUCATIVO DE INGENIERÍA QUÍMICA”
PRESENTA:JOSÉ LUIS XOCHIHUA JUAN
DIRECTOR:M.C. RAÚL ENRIQUE CONTRERAS BERMÚDEZ
ASESOR:MTRO. LUIS ELÍAS CÁRDENAS PÉREZ
INTRODUCCIÓN
El presente proyecto de tesis tiene como estudio e investigación de campo en la Región de El Chote,
Papantla, Ver. sobre la producción de ladrillos, teniendo en cuenta que para que su producto salga al
mercado, se necesita un proceso de fabricación (preparación de la mezcla, amasado, moldeo, secado,
carga al horno, cocción y enfriado del producto). El enfoque de la investigación es la parte de la cocción
del producto, donde las personas usan como equipo de cocción un horno diseñado rústicamente y aceite
automotriz usado o leña de naranjo como combustible.
Dependiendo del tipo de combustible utilizado, será la cantidad de energía calorífica aportada para el
proceso de cocción, el cual se sabe que no es aprovechado totalmente, ya que existen pérdidas de energía
calorífica, repercutiendo esto directamente en la cantidad de combustible empleado y en el grado de
contaminación. De manera particular se cuantificará una de las pérdidas caloríficas, el cual es generada a
través de las paredes de un horno ladrillero que utiliza aceite usado como combustible, por lo que será
necesario definir las variables para calcular la transferencia de calor.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El presente proyecto de tesis tiene como investigación sobre la producción de ladrillos en
la región de El Chote, donde su producción es de manera artesanal y la cocción se realiza
en hornos tradicionales o artesanales, que operan con aceite automotriz usado.
Respecto a lo anterior se ha podido observar que existe una serie de problemas durante la
cocción del ladrillo, una de ellas es que el horno presenta un rendimiento térmico muy
deficiente, es decir, la mayor parte de la energía calorífica aportada por el combustible no
es aprovechada totalmente, generando un consumo excesivo de combustible, provocando
así un problema económico como ecológico en la zona ladrillera.
JUSTIFICACIÓN
El diseño y construcción empírica de un horno ladrillero trae consigo algunos problemas:
uso excesivo de combustible, pérdidas energéticas, exceso en la cantidad de gases
contaminantes, los cuales son perjudiciales para la salud de las personas. Lo anterior
expresa que el horno ladrillero diseñado puede presentar una deficiencia térmica, el cual
nos indica que este no reúne las características necesarias para el mayor aprovechamiento
de la energía producida por el combustible utilizado. Por lo que es necesario realizar un
estudio sobre las perdidas caloríficas que se dan a través de las paredes planas de un
horno ladrillero durante el proceso de cocción y así poder llegar a definirlo numéricamente.
HIPÓTESIS DE TRABAJO
La transferencia de calor a través de las paredes planas de un horno ladrillero operado con
aceite automotriz usado en la región del El Chote es numéricamente aceptable para el
proceso de cocción, tomando como base: diseño de construcción y las variables de mayor
influencia generadas durante el proceso de cocción.
ALCANCE DEL PROYECTO DE TESIS
En el presente proyecto de tesis se estudiara y cuantificará la transferencia de calor que se
dan a través de las paredes planas de un horno ladrillero que opera con aceite automotriz
usado. Definiendo para esto: las dimensiones del mismo, la cantidad de carga de ladrillos,
temperaturas y tiempo de cocción.
OBJETIVO
Objetivo General
Calcular la transferencia de calor a través de las paredes planas de un horno ladrillero que opera
con aceite automotriz usado diseñado empíricamente en la región de El Chote, utilizando
ecuaciones de transferencia de calor.
Objetivo Específico
1. Analizar el diseño de construcción de un horno ladrillero que opera con aceite automotriz
usado de la región de El Chote.
2. Especificar las características técnicas de construcción del horno ladrillero en estudio de la
región de El Chote.
3. Establecer las variables del proceso de cocción para poder hacer el estudio de la
transferencia de calor a través de las paredes planas del horno ladrillero.
4. Determinar numéricamente la transferencia de calor a través de las paredes planas del horno
ladrillero operado con aceite automotriz usado de la región de El Chote aplicando
ecuaciones de transferencia calor por convección y conducción a régimen permanente.
ESTRUCTURA DEL PROYECTO DE TESIS
Antecedentes
Estudios preliminares
Metodología
Resultados y discusión
Conclusiones
ANTECEDENTES
Proceso de producción del ladrillo
Sistemas térmicos para la cocción de elementos cerámicos
Funcionamiento térmico en un horno
La velocidad de cocción
Eficiencia energética en la producción
Mecanismo de transferencia de calor (conducción, convección y radiación)
ESTUDIOS PRELIMINARES
Extracción de la materia prima
Preparación de la materia prima
Amasado de la materia prima
Moldeo de los ladrillos
Secado de los ladrillos
Carga al horno ladrillero
Cocción de los ladrillos
Enfriado de la carga
Hornos utilizados en la industria ladrillera de la región de EL Chote
METODOLOGÍA
1. Dimensiones de construcción del horno (base y forro)
2. Características de los materiales de construcción del horno (base y forro)
3. Propiedades del combustible (PCS)
4. Temperatura necesaria para la cocción del ladrillo
5. Áreas de los materiales de construcción del horno (base y forro)
6. Transferencia de calor a través de las paredes del horno (base y forro)
7. Porcentaje de la pérdida energética
8. Pérdida económica de combustible
RESULTADOS
Dimensiones de construcción
Base del horno
Forro del horno
Características de los materiales de construcción del horno
Base del horno
1. Ladrillo
Coeficiente de conductividad térmica: 0.47002 W/m°K
2. Mortero de concreto
Densidad: 1555.391 Kg/m³
Coeficiente de conductividad térmica: 0.9405 W/m°K
Forro del horno
1. Adobe
Densidad: 1763.88 Kg/m³
Coeficiente de conductividad térmica: 1.10 W/m°K
Propiedades del combustible (PCS)
2. Densidad: 0.88 g/cm³
Poder Calorífico Superior (PCS): 45.073 MJ/Kg de combustible
2. Composición química del combustible
Poder Calorífico Superior (PCS): 45.0077 MJ/Kg de combustible
Temperatura necesaria para la cocción del ladrillo
Como temperatura necesaria de cocción de ladrillo de 1273.15 a 1173.15 °K. Por lo tanto la
temperatura interna se considera entre el rango de 1123.15 °K (base) y 1023.15 °K (forro).
Áreas de los materiales de construcción del horno
Base del horno
Nota: Los resultados obtenidos sobre las áreas en la pared A corresponden de igual manera a la pared C, del mismo modo que los resultados de la pared B son para la pared D.
Forro del horno
Nota: Los resultados obtenidos sobre las áreas en la pared A corresponden de igual manera a la pared C, del mismo modo que los resultados de la pared B son para la pared D.
Transferencia de calor a través de las paredes de la base del horno
Fórmula aplicada para la transferencia de calor en la base del horno
Representación de la pared de la base del horno
Acomodo de los materiales de construcción en la pared de la base del horno
Temperaturas y coeficientes de convección (Pared A)
Resistencias y flujo de calor generadas en la pared A de la base del horno
Temperaturas y coeficientes de convección (Pared B)
Resistencias y flujo de calor generadas en la pared B de la base del horno
Transferencia de calor a través de las paredes del forro del horno
Fórmula aplicada para la transferencia de calor en el forro del horno
Representación de la pared del forro del horno
Transferencia de calor a través de las paredes del forro del horno
Acomodo de los materiales de construcción en la pared del forro del horno
Temperaturas y coeficientes de convección (Pared AF)
Resistencias y flujo de calor generadas en la pared AF del forro del horno
Temperaturas y coeficientes de convección (Pared BF)
Resistencias y flujo de calor generadas en la pared BF del forro del horno
Cálculo de la transferencia de calor total en la base del horno
Cálculo de la transferencia de calor total en el forro del horno
Cálculo de la transferencia de calor total del horno
Determinación del porcentaje de la pérdida energética
Determinación de la pérdida económica de combustible
CONCLUSIONES
En la base de la carga es el único lugar de temperatura en el cual puede coccionarse
adecuadamente los productos de arcilla, porque esta, se encuentra cerca al punto de
sinterización de la arcilla, obteniéndose productos de arcilla cocida irreversibles a la
acción de la humedad.
En la parte superior la temperatura tarda en elevarse con respecto a la temperatura del
hogar de combustión, pero en determinado tiempo adquiere el rango necesario para
producirse la cocción del los ladrillos, ya que la cocción es de la parte inferior a la
superior. También nos muestra la existencia de una diferencia de temperatura entre la parte
inferior y superior de la carga, ya que se debe a que es eliminado prontamente, es decir
depende del tiempo de residencia de los gases de combustión es muy baja o mínima. Otro
factor importante sobre la diferencia de temperatura es por el aire que circula alrededor del
forro del horno.
En base los materiales de construcción de la base del horno, el ladrillo y el mortero de
concreto son materiales con un rango bajo de aislamiento térmico, esto se aprecia en su
coeficiente de conductividad térmica. Siendo aún más particular, el ladrillo presenta mayor
resistencia al calor con respecto al mortero de concreto. Ahora bien, hablando del forro del
horno, la masa de para hacer ladrillos, que en este caso se clasifico como “adobe”, nos
muestra ser un material con cierta característica de aislamiento térmico, puesto que no
permite la disipación de calor a través del forro, mas sin embargo no es el ideal.
En base a lo anterior se determinó que el flujo de calor a través de las paredes del horno
es numéricamente grande (321978.01 W), el cual no es del todo aceptable, representado
esto por un porcentaje de pérdida alrededor del 10.03 % con respecto a la energía aportada
por el combustible empleado. Motivo por el cual en base a la sustentación teórica y
características técnicas del horno de este proyecto, nos lleva a citar algunas alternativas
que podrían ser consideradas en un determinado momento.
¡POR SU ATENCIÓN…MUCHAS GRACIAS!