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Diseño de una planta de Cal

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Marcela Santos

on 11 July 2014

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Transcript of Diseño de una planta de Cal

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RECOLECCIÓN DE DATOS GENERALES


Las reacciones que se llevan a cabo son:

CALCINACIÓN
CaCO3 (s) + Calor <--> CaO (s) + CO2 (g) H1200-1300°C= +4GJ/t de cal producida
El efecto del calor sobre la roca caliza es, generalmente, el siguiente: hasta 100°C, se precalienta la roca; de 100°C a 450°C, se evapora agua higroscópica; de 450°C a 800°C, se disocian los carbonatos de magnesio y algunos carbonatos de calcio; de 800°C a 900°C, se disocian los carbonatos de calcio y se descompone la arcilla; de 900°C a 1500°C, se aumenta la velocidad de disociación; arriba de 1500°C.

HIDRATACIÓN
CaO (s) + H2O(g) --> Ca(OH)2 (S) H= -66.5kJ
La hidratación, es el proceso de obtener cal aérea a partir de cal viva, donde se produce una reacción química que alcanza temperaturas entre un rango de 90 a 99°C, es muy cáustica.
PROCESO
DE
OBTENCIÓN
DE CAL
RECOLECCIÓN DE DATOS TÉCNICOS ESPECÍFICOS
Yacimientos de cal en Colombia:

Las reservas de cales en Colombia son abundantes,
Están distribuidos en la región Andina, ubicadas principalmente en las cordilleras oriental, central y occidental.
El mineral más común es la caliza, como resultados de la acumulación de sedimentos calcáreos marinos presentes en las tres cordilleras, pero su presentación como mármol es muy frecuente y existen distritos amplios de calizas dolomíticas con contenidos hasta de 20% de magnesio.
Departamento de Boyacá: Son calizas cretácicas de edad cretácea y existen en Nobsa, Tibasosa, Corrales, Cerniza, Moniquirá con purezas hasta del 97%.
La caliza tiene un precio en Boca de Mina $/unidad de 13078 cuya unidad de medida se da en tonelada.
ESPECIFICACIÓN MATERIA PRIMA
Características Químicas:

• Óxido de Sílice (SiO2): Máx. 1.0%
• Óxido de Hierro (Fe2O3): Máx. 0.1%
• Óxido de Aluminio (Al2O3): Máx. 0.1%
• Carbonato de Calcio (CaCO3): Min. 96.0%
• Óxido de Calcio (CaO): Min. 54.0%
• Óxido de Magnesio (MgO): Máx. 0.1%

Características físicas:
La coloración de las calizas ricas en calcio y las calizas dolomíticas son blancas cuando son puras. Esta coloración puede llegar a ser gris o negra como consecuencia de las impurezas carbonosas, entre ellas se tiene el óxido férrico que le da una coloración amarillenta, rojo, pardo; los sulfuros generan un color rojizo y dentro de ellos se encuentran la pirita, marcasita y la siderita. También se encuentra de tonalidad café y amarilla debida al hierro.

ESPECIFICACIÓN PRODUCTO
CAL VIVA
• CaO: Min. 93.25% - 98% cal disponible.
• MgO: Min. 0.3% - 1.5%
• Contenido de S: Máx. 0.1%
• SiO2: Máx. 0.2% - 1%
• Fe2O3: Máx. 0.1% - 0.4%
• Al2O3: Máx. 0.1% - 0.5%

CAL HIDRATADA
• CaO: Min. 62% - 64%
• Ca(OH)2: Min. 85%
• Gravedad especifica: 2.3 - 2.4
• Densidad de la masa: 450-560 kg/m3.
• MgO: Máx. 1%
• SiO2: Máx. 0,5%
• Fe2O3: Máx. 0,1%
• Al2O3: Máx. 0,1%

DISEÑO DE PLANTA DE CAL
Mónica Fitatá
Marcela Santos

BALANCES
TERMODINÁMICA
MATERIALES , EQUIPO Y MANO DE OBRA
RECOLECCIÓN DE DATOS ECONÓMICOS ESPECÍFICOS
El apagado de la cal consiste en la combinación del óxido cálcico obteniéndose un producto, el hidróxido cálcico, que aumenta de volumen respecto al producto inicial y se desprende calor. Para este procesos se requieren 18 partes en peso de agua por cada 56 partes de óxido de cal para realizar el apagado.

En el equilibrio PCO2=1

Mano de obra
Para producir una tonelada de cal hidratada el costo es de $568.634. El precio de una tonelada de piedra caliza es de $13.078, los costos de agua y gas natural fueron supuestos de acuerdo a los valores de los servicios industriales en Bogotá.
El porcentaje de aumento de costo de materia prima se estimó así para 5 años.
 Año 1: 2%
 Año 2: 2,20%
 Año 3: 2,50%
 Año 4: 2,60%
 Año 5: 3,12%
Costos indirectos de fabricación
Utilidades
Proyección de ventas
Utilidad
 Ventas – Costo de ventas = UTILIDAD BRUTA EN VENTAS.
 Utilidad bruta en ventas – gastos de administración – gastos de ventas = UTILIDAD O PÉRDIDA OPERACIONAL.
 Utilidad o pérdida operacional – impuesto de renta = UTILIDAD O PÉRDIDA DEL PERIODO.

USOS Y APLICACIONES DE LA CAL
La cal estimula la producción del suelo, disminuyendo la acidez y proporcionando nutrientes. En construcción se usa como agregado para el concreto. La dolomita se usa como material refractario para revestimiento de hornos. Se usa también en procesos metalúrgicos como fundente, en la fabricación de pulpa de papel, en procesos de neutralización de ácidos, como relleno de muchos productos comerciales. Uno de los usos más importantes es en la fabricación de cemento. En la fabricación de alambre y acero, en el tratamiento de minerales de oro y plata, en la refinación del cobre y el plomo. En la purificación de agua, en el tratamiento de aguas residuales. También se usa en la refinación de azúcar y de petróleo, en la fabricación de hidróxido de sodio, vidrio, insecticidas, carburo de calcio, polvos de blanqueo, artículos de piel, barnices, magnesio.
COMPETENCIA
• Razón Social: CALVO ASOCIADOS S.A.S.
• Domicilio Social: VE POTRERO GRANDE, CHITARAQUE, BOYACÁ
• Forma jurídica: SOCIEDAD POR ACCIONES SIMPLIFICADA
• Actividad: Extracción de piedra, arena y arcillas comunes

• Razón Social: CALES MEDELLÍN LTDA.
• Domicilio Social: VE LAS CALERAS, NOBSA, BOYACÁ
• Forma jurídica: SOCIEDAD LIMITADA
• Actividad: Fabricación de cemento, cal y yeso

• Razón Social: CALES BOYACÁ CALBOY LTDA .
• Domicilio Social: VE LA CARRERA, SOGAMOSO, BOYACÁ
• Forma jurídica: SOCIEDAD LIMITADA
• Actividad: Extracción de piedra, arena y arcillas comunes

• Razón Social: CALIZAS TIBASOSA LTDA.
• Domicilio Social: VE LA CARRERA ALTO LA CAPILLA, TIBASOSA, BOYACÁ
• Forma jurídica: SOCIEDAD LIMITADA
• Actividad: Extracción de caliza y dolomita

• Razón Social: INDUSTRIAL DE CALES Y AGREGADOS LTDA.
• Domicilio Social: CL 5 A 22 21, SOGAMOSO, BOYACÁ
• Forma jurídica: SOCIEDAD LIMITADA
• Actividad: Fabricación de cemento, cal y yeso

Consumo de Cal en Colombia
Consumo de cal y proyecciones
Producción de Cal en Colombia
Producción y proyecciones
Inversión
La inversión propia y por parte de los socios por un valor de $880.000.000.
Toma un préstamo por parte del banco por un valor de $528.000.000, con un numero de cuotas de: 36 y una tasa de Interés cobrada por la Entidad Financiera (Efectivo Anual) de: 34,64%.










De esta manera la inversión total inicial ronda en un valor de $1.408.000.000.



Balance de masa
•La carga de piedra caliza por cada hora es de: 1,25 ton/h
• Flujo de Cal Viva obtenido: 0,673 ton CaO/h
• Flujo de CO2 desprendido: 0,506 ton CO2/h

Balance de energía
delta H reacción = 43,746 Kcal/mol
Qmin = 781,18 Kcal/kg CaO
Qutil = 530421,22 Kcal /h


DISTRIBUCIÓN DE PLANTA
Primer piso Oficinas y Control
Segundo Piso Oficinas y Control
RECOLECCIÓN DE DATOS GENERALES
COSTO DE MAQUINARIA Y EQUIPOS
CLIENTES POTENCIALES
Se espera llegar principalmente a las cementeras de Boyacá, ya que ésta es una de las industrias que mas consume nuestro producto. Dentro de ellas se encuentra Holcim, Cementos del Oriente S.A. y Colconcretos. También se podría cubrir la demanda de Argos y Cemex que se encuentran ubicadas en Cundinamarca. También se cuenta con la industria dedicada a la fabricación de alambre y acero, en el tratamiento de minerales de oro y plata, en la refinación del cobre y el plomo, aquí su mayor representante es Acerias Paz del Río, aunque hay empresas mas pequeñas que también pueden ser clientes potenciales.

LOCALIZACIÓN, CONSTRUCCIÓN,Y FUNCIONAMIENTO DE LA PLANTA
El área total es de aproximadamente una hectárea, la división del terreno se da de la siguiente manera:
• El área de la planta es de 375 m2, donde el primer piso tiene un área de 221 m2 y el segundo de 154 m2 las dimensiones de pisos varían como se muestra en las imágenes, según la disposición de equipos.

• El área de recepción de materia prima es de 40 m2, con campo suficiente para que entre un camión tolva con la carga y pueda ser descargado sin problema alguno.
• El área de parqueo se ubica en el primer piso, cerca al producto final para ser despacho por los camiones, esta área cuenta con 80,34 m2: puede albergar máximo 4 camiones

• El área de oficinas es de dos pisos como se muestra anteriormente y cuenta con un tamaño de 11 × 14; lo que representa 154 m2
• Las vías de acceso a la empresa, tienen un ancho de 3 metros por donde se puede mover los camiones y vehículos de los trabajadores

PLANOS DETALLADOS PARA LA CONTRUCCIÓN DE EQUIPOS
Criba
Zaranda
Ciclón
Horno
Hidratador
Empacadora automática
Peso: Aproximadamente 9 toneladas
Dimensiones de transportes: 2,55mx2,68mx6,80m
Potencia: 61kW
Combustible: Diesel
Volumen de recepción de la tolva: 2,50m3
Altura de la carga (Tolva): 2,70m

Capacidad: 50 ton/h
Material de construcción: Acero inoxidable
Transferencia de calor: -66.5kJ

Carga de calor: 530421,22 Kcal/h
Material de construcción:
Cilindro de acero con revestimiento de material refractario en su interior
Diámetro interior: 100 cm
Altura: 350 cm

Tamaño de zarandas: 1.5 x 4 m
Potencia: 15 kW
Peso. 2.8 - 5 ton

Velocidad: 350-700bag/h
Forma de embalaje: boca de la válvula
Presión de aire: 0.5 mpa
Energía: 220v 50hz
Peso propio: 1200 kg
Peso de los envases: 25-50 kg
DIAGRAMA DE TUBERíAS
Para el diagrama de tuberías se calcularon las perdidas correspondientes a los accesorios que son dos codos y la expansión y contracción gradual. También se determinó la caída de presión.
hL=2006,59m
P1-P2=Y*hL=15,68 N/m^3 *2006,59 m=31463,33 Pa
=31,46 kPa
P1=P2+31,46 kPa=132,79 kPa
Tamaño de la tubería 1 ½ cedula 40 acero L=1,3 m
Se usaron 2 codos de 90°, una expansión gradual y una contracción gradual. Esta tubería corresponde a la salida del CO2 del horno y conduce el gas con el material particulado hasta el ciclón.
Plano tubería
f=0,012 por diagrama de Moody
Re=300139,78
Flujo CO2=0,528 Ton/h
RIESGOS DE LAS UNIDADES DE PROCESOS
La producción de cal viva tiene varios puntos de emisión de contaminantes a la atmósfera. Los procesos de trituración, clasificación y calcinación son las actividades principales de éste tipo de empresas. Por lo mencionado el principal riesgo que se presenta es debido al
material particulado
que surge en el proceso de producción de cal, ya que se maneja un tamaño pequeño, acarreando un problema de gran envergadura provocando en el caso más extremo una

explosión
,
por lo que cada mes se debe hacer una exhaustiva limpieza de todos los equipos previniendo cualquier riesgo.
Se presenta una
reacción endotérmica
en el proceso de calcinación con 4 GJ/t de cal producida a temperaturas que están en el rango de 1200-1300°C y una
reacción exotérmica
en la hidratación desprendiendo -66,5 kJ a una temperatura entre 90 y 99°C, las variables deben ser controladas para la obtención de la cal. A su vez las altas temperaturas a la salida del horno pueden producir problemas de choques térmicos dentro de la estructura, corrosión entre las conexiones. Se propone un mantenimiento predictivo en el horno a través de una cámara termografía
Las
fugas
son un punto vital en varios equipos, de esta forma se puede tener perdida de material y se pueden presentar en diferentes equipos: En sistemas de
uso de combustible
como el horno previniendo explosiones. En el hidratador puesto que la lechada de cal se hace con agua.
Las bandas transportadoras son susceptibles a sufrir daños: se debe hacer una limpieza de la banda, cuidarla del impacto en la caída de material instalando barras de impacto, se debe controlar la alineación, problemas de deslizamiento, problemas de polvo
Para los molinos y las zarandas se realizan pruebas de ultrasonido la cual permite estudiar la frecuencia producida por los equipos, detectando señales de ruido como desequilibrio y desalineación
La planta tiene una zona llamada control donde se ubica un cuarto de automatización del proceso, el cual es asistido por computadora y por medio de sensores me indica el índice de nivel, presión y temperatura de los equipos. Activando las alertas que sean necesarias para el control del proceso.
En el almacenamiento se debe tener en cuenta la humedad puesto, que la cal es higroscópica y puede volver a su estado inicial (CaCO3)
COMERCIALIZACIÓN
Se utilizará una página web para dar a conocer la empresa y los productos que se ofrecen. También se hará un portafolio de productos mediante el cual los clientes encuentren información técnica y de contacto. La estrategia de ventas se verá orientada a atraer cementeras e industrias que requieran cal viva o hidratada en cantidades significativas dentro de sus procesos.
El uso de redes sociales será parte importante de esta estrategia puesto que hoy en día es una herramienta para la comercialización de productos.
Como se nombró anteriormente la distribución se hará a domicilio, ya que debido a la ubicación de la planta para algunos clientes pueda ser difícil el acceso, por lo que se hace necesaria la entrega en el lugar que el cliente necesite el producto. Cabe aclarar que dependiendo de la cantidad este servicio puede generar un costo adicional, ya que el costo del acarreo puede llegar a disminuir la utilidad de la venta representativamente si esta es muy pequeña. Por esta razón se determinaría una cantidad mínima en la que no se genere un costo adicional llamando la atención del cliente a comprar mínimo ese valor con el fin de no cobrar el domicilio y asegurar una venta mayor.
Uso de una página web, material publicitario como esferos, agendas, llaveros, pisapapeles y calendarios que tengan el logo de la empresa.
No hay servicio técnico directo con el cliente.
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