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!