Hornos Industriales: Funcionamiento, Diseño y Aplicaciones Clave

Hornos Industriales: Conceptos Fundamentales y Aplicaciones

Los hornos son sistemas de combustión en los que la energía química del combustible se libera en forma de calor, con el fin de aportar la energía térmica requerida para calentar un sólido o un fluido a temperaturas medias-altas (T). Su objetivo principal es lograr mayores temperaturas de proceso que las alcanzables al aire libre.

Eficiencia Energética en Hornos

La eficiencia (η) de un horno se define como la relación entre el calor de producto final (Qp) y el calor suministrado por la combustión (Qsc):

η = Qp (calor de producto final) / Qsc (calor suministrado por la combustión)

Aplicaciones Tecnológicas de los Hornos

Los hornos tienen una amplia gama de aplicaciones en diversas industrias:

• Industria cerámica y de fabricación de ladrillos
• Industria del cemento y la cal (incluyendo procesos regenerativos)
• Industria de fabricación de vidrio
• Industria metalúrgica (ej. alto horno, recuperación de cobre)
• Industria de refino de metales (ej. desulfuración de níquel)
• Hornos flash y de lecho fluidizado
• Procesado físico de materiales (ej. calentamiento rápido y recalentamiento de planchas grandes)
• Incineración y recuperación de recursos
• Industria petroquímica y de refino

Elementos Constitutivos de los Hornos

Los componentes clave de un horno incluyen:

• Calentamiento directo
• Calentamiento indirecto
• Quemadores
• Cámara de combustión

Balance Energético en Hornos de Llama

El balance energético es crucial para entender el funcionamiento de un horno. A continuación, se detallan los flujos de energía:

Entradas de Calor al Horno:

• Calor de combustión
• Calor sensible del aire
• Calor sensible del combustible
• Calor de reacciones exotérmicas

Salidas de Calor del Horno:

• Calor útil (calor de producto final)
• Calor en escoria
• Calor en humos
• Inquemados gaseosos y sólidos
• Pérdidas por paredes y aberturas
• Calor a contenedores
• Agua de refrigeración
• Calor en revestimiento y otras pérdidas
• Reacciones endotérmicas

Consideraciones para el Diseño y Operación de Hornos

Información Necesaria para el Diseño:

1. Intervalo de temperatura (T) requerido (incluyendo fluctuaciones).
2. Tipo de operación (continua/intermitente) y paradas previstas (mantenimiento).
3. Composición de la carga a procesar y efectos de los productos liberados sobre el material refractario y la estructura metálica del horno.
4. Combustible a utilizar.
5. Probabilidad de daños en el horno asociados a la situación de la carga.
6. Ventajas de emplear agua de refrigeración en las partes frías del horno.
7. Fuerzas externas potencialmente aplicables sobre la estructura.
8. Maquinaria situada en las proximidades del horno que puede transmitirle golpes y/o vibraciones.
9. Características de la solera sobre la que se instalará el horno (naturaleza, estabilidad, características hídricas: corrientes de drenaje, alcantarillado...).

Aspectos Clave Durante el Diseño, Construcción y Puesta en Marcha:

1. Materiales refractarios para paredes, techo, hogar y chimenea (propiedades térmicas, refractarios monolíticos, fibras refractarias).
2. Motivos de aparición de fallos en estructuras.
3. Aislantes.
4. Instalación, secado, puesta en marcha y reparaciones.
5. Revestimientos, morteros y cementos.
6. Componentes estructurales: hogar, chimeneas, raíles, colgadores, sujeciones.
7. Soportes refrigerados con agua.
8. Partes metálicas del horno: deben ser resistentes a la oxidación rápida, a atmósferas con azufre y a la deformación, y no sufrir crecimientos irreversibles superiores a la tolerancia de la aplicación. Ejemplos: hierros fundidos, aceros al carbono, aceros aleados.