Cálculo de Aire y Producción de Energía en Incineración de Residuos: Optimizando el Proceso
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Cálculo de Aire y Producción de Energía en Incineración de Residuos
Datos Iniciales
Se requiere calcular la cantidad de aire necesario para incinerar 1000 toneladas/día de un residuo con la siguiente composición en peso:
- Carbono: 40,4%
- Hidrógeno: 3,8%
- Oxígeno: 40,63%
- Azufre: 6,5%
- Cenizas: Restante (8,67%)
Se asume un 75% de aire en exceso. El aire primario representa el 70% del aire total y se precalienta a 150°C desde una temperatura ambiente de 20°C.
Cálculos y Resultados
a) Calor Útil del Aire Primario
- Oxígeno estequiométrico: (1077,3 + 304 - 406,3 + 65) = 1040 t/día
- Aire estequiométrico: 1040 t/día * 100 / 23 = 4521,7 t/día
- Aire utilizado: 4521,7 t/día * 1,75 = 7913,04 t/día (329,7 t/h)
- Aire primario: 7913,04 t/día * 0,70 = 5539,13 t/día
Calor que lleva el aire primario:
5539,13 t/día * 1000 kg/t * 0,24 kcal/kg°C * (150°C - 20°C) = 172.820.856 kcal/día (7.200.869 kcal/h)
7.200.869 kcal/h * 4,18 kJ/kcal = 30.099.632,42 kJ/h
b) Calor Cedido a los Gases de Combustión
Calor de entrada del residuo:
1000 t/día * (1 día / 24 h) = 41,66 t/h
41,66 t/h * 11.780 kJ/kg * 1000 kg/t = 490.825.480 kJ/h
Pérdidas (13% del calor del residuo):
490.825.480 kJ/h * 0,13 = 63.807.312,4 kJ/h
Calor cedido a los gases de combustión:
(490.825.480 kJ/h - 63.807.312,4 kJ/h) + 30.099.632,42 kJ/h = 457.117.800 kJ/h
c) Producción y Venta de Energía Eléctrica
Electricidad generada (25% de rendimiento):
457.117.800 kJ/h * 0,25 = 114.279.450 kJ/h
Energía consumida por la planta (15% de la energía generada):
114.279.450 kJ/h * 0,15 = 17.141.917,5 kJ/h
Energía disponible para la venta:
114.279.450 kJ/h - 17.141.917,5 kJ/h = 97.137.532,5 kJ/h
97.137.532,5 kJ/h * (1 h / 3600 s) = 26.982,6 kW (27 MW aproximadamente)
Producción anual (considerando 8000 h/año de operación):
27 MW * 8000 h/año = 216.000 MWh/año
d) Producción de Gases de Combustión
Cenizas producidas:
86,7 t/día = 3,6 t/h
Balance de materia:
41,6 t/h (residuo) + 329,7 t/h (aire) - 3,6 t/h (cenizas) = 367,7 t/h de gas
Datos Adicionales
- Calor específico del aire: 0,24 kcal/kg°C
- Pesos atómicos (kg/kg átomo): H = 1, O = 16, S = 32, C = 12
- Poder calorífico del residuo: 11.780 kJ/kg