Muchos factores se tienen en cuenta al diseñar un horno rotatorio. Cada uno afecta la capacidad de producir una reacción química deseada/cambio de fase de una manera eficiente. Características como la densidad aparente, el calor específico y la fluidez, entre otras, interactúan para influir en la forma en que el material responderá al procesamiento y, posteriormente, en la forma en que el horno deberá diseñarse en torno a esas características para producir el resultado deseado. Un factor crítico en el diseño de un horno rotatorio es la configuración del flujo de aire, o la dirección en la que el gas de proceso fluye a través del horno en relación con el material.
Configuraciones de flujo de aire de horno rotatorio
Los hornos rotatorios están disponibles en dos tipos de configuraciones de flujo de aire: corriente paralela y contracorriente. Ambas opciones se han desarrollado a través de una amplia investigación y desarrollo con el fin de maximizar la eficiencia térmica del proceso. Durante el proceso de diseño, la selección de la configuración de flujo de aire que mejor se adapte a la aplicación se basa en las propiedades del material, así como en los requisitos generales del proceso. Debido a esto, es importante entender cómo funciona cada opción de flujo de aire para comprender completamente los beneficios que cada una tiene para ofrecer.
Flujo de aire co-corriente
El flujo de aire Co-corriente, que también se conoce como flujo paralelo, es cuando los productos de combustión fluyen en la misma dirección que el material. Esto pone inmediatamente el material más frío en contacto con el gas más caliente del horno, lo que resulta en un rápido cambio de temperatura inicial. Los hornos de corriente paralela funcionan mejor con materiales que no necesitan un aumento gradual de temperatura para una transformación controlada. Un proceso de combustión orgánica comúnmente utiliza esta configuración de flujo de aire, ya que no requiere un producto final muy específico. En este ejemplo, se introduce en el horno un material de desecho (por ejemplo, un producto de vertedero) que contiene material orgánico e inorgánico. Estos materiales pueden entrar en contacto inmediato con el calor elevado y el horno puede facilitar el cambio de fase muy temprano en el proceso. El material orgánico se quema con el calor alto y lo que queda es una ceniza seca.
Flujo de aire a contracorriente
El flujo de aire a contracorriente es cuando el aire fluye en la dirección opuesta al flujo de material. En este diseño, el material se calienta gradualmente mientras viaja a través del horno. En esta configuración, el material entra en contacto con los productos de combustión más calientes justo antes de la descarga. El principal beneficio de esta configuración de flujo de aire es la eficiencia térmica; con el quemador montado al final del ciclo de procesamiento térmico, se requiere menos calor, lo que reduce el consumo de combustible. Esto se ilustra en los cuadros que figuran a continuación.
La configuración de corriente continua necesita una temperatura inicial mucho más alta (4000° en este ejemplo)para calentar el material de proceso desde su temperatura inicial y obtener el cambio de fase o químico deseado, que en este ejemplo se produce a 2000°. En cambio, en una configuración de contracorriente, el material y la temperatura del gas de proceso están directamente correlacionados. Para el ejemplo del gráfico, la temperatura del flujo de aire (gas de proceso) solo debe ser ligeramente superior a la temperatura requerida para la transformación del material. El resultado es una temperatura de quemador más baja y costos de operación más bajos.
Además, el diseño de contracorriente se usa comúnmente para un cambio de fase o químico más controlado, donde la temperatura del material debe aumentarse gradualmente para lograr el resultado final deseado. El endurecimiento por calor es un proceso común que utiliza el flujo de aire a contracorriente para mantener un cambio de fase controlado. El proceso de calentamiento gradual, pero extremo, permite que un material como el apuntalamiento se transforme en un material mucho más duro.
Comprender cómo funciona cada sistema de flujo de aire es una de las muchas consideraciones para diseñar el horno rotatorio más eficiente y efectivo para el trabajo. Ambas configuraciones de flujo de aire tienen sus beneficios únicos y variados para la transformación de materiales. FEECO fomenta que cada material pase por un proceso de investigación y desarrollo en nuestro Centro de Innovación in situ. La información obtenida a través de los procedimientos de prueba probados de FEECO nos permite diseñar el horno rotatorio más eficiente y beneficioso para los requisitos de material de nuestros clientes.