TERMO_BALANCE DE MATERIA ENERGIA_Suger_T2

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TERMODINAMICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TEMA: 
“BALANCE DE ENERGIA DEL PROCESO DE TOSTACIÓN DE 
CONCENTRADOS DE ZINC EN UN HORNO DE LECHO FLUIDIZADO O 
TURBULENTO (TLR)” 
TERMODINAMICA 
 
 
Asignatura : TERMODINAMICA 
 
 
“BALANCE DE ENERGIA DEL PROCESO DE TOSTACIÓN DE CONCENTRADOS DE 
ZINC EN UN HORNO DE LECHO FLUIDIZADO O TURBULENTO (TLR)” 
 
 
I. OBJETIVO: 
Efectuar los cálculos del balance de energía del proceso de tostación de concentrados de 
sulfuro de zinc, usando aire atmosférico”. 
 
II. FUNDAMENTO TEORICO: 
El balance de energía, como el balance de materiales, cuenta para las cantidades caloríficas 
en dos categorías, entrada y salida, cuyos totales deben ser idénticos. No se introducen 
conceptos nuevos; es simplemente otra manera de exponer la primera ley de la termodinámica 
para un proceso a presión constante. En primer lugar, al preparar un balance de energía o 
balance térmico, debe seleccionarse y especificarse una sola temperatura base o de referencia. 
Esta temperatura de referencia es preferiblemente 25C y es una temperatura para la cual se 
dispone fácilmente de los calores de formación; sin embargo, en casos especiales, puede 
usarse una temperatura característica del proceso. El agua aparece en una u otra forma en 
muchos procesos y se requiere especificación, ya que el estado de referencia puede ser bien 
agua gas o agua líquida. 
 
Evidentemente, el balance térmico debe referirse a los estados inicial y final de un sistema 
definido, el cual puede ser una carga simple de material, un peso unitario de rendimiento 
total, el rendimiento durante un intervalo de tiempo fijo, tal como un día o una hora, etc. 
El calor sensible en una sustancia que entra o que sale es la cantidad de calor positiva que se 
requiere para cambiar la sustancia desde la temperatura de referencia y el estado de referencia 
a la temperatura y estado reales en los cuales está presente en la entrada o en la salida del 
proceso. El cálculo de calor sensible es un cálculo de ΔH para el calentamiento desde el 
estado de referencia al estado real. Los calores de reacción deben tener valores 
correspondientes a la temperatura de referencia y no a las del proceso u otras temperaturas, y 
deben ser para las reacciones entre sustancias en sus estados de referencia a la temperatura 
base. 
TERMODINAMICA 
 
 
TOSTACIÓN DE CONCENTRADOS DE SULFURO DE ZINC. 
 
➢ ESQUEMA DEL TOSTADOR DE LECHO FLUIDIZADO PARA CONCENTRADO DE 
ZINC: 
 
 
 
TERMODINAMICA 
 
 
➢ DESCRIPCION DEL PROCESO DE TOSTACIÓN 
 
 
1. Los concentrados de sulfuro de zinc son alimentados por medio de una faja de alta 
velocidad (slinger belt) que los introduce dentro del horno por una tolva, que cuenta 
en la parte inferior por una balanza, que nos permite conocer el peso del concentrado 
que va ingresar a la tostadora. 
 
2. Por la parte inferior está ingresando el aire es inyectado a través de toberas de 
distribución ubicadas en el fondo de la tostadora y es suministrado a la caja de viento 
(4 cajas de viento en el gráfico), recordar que esto se realiza a alta presión. 
 
3. Debemos encender el quemador de arranque ya que el material ingresa a una 
temperatura ambiente. Este tostador llegará a una cierta temperatura y luego se 
apagará. 
 
4. El aire luego pasa por una parrilla que se encuentra en el piso del horno cilíndrico, 
como el aire va a presión, va a mantener en turbulencia la carga, la presión debe ser 
exacta, no puede ser muy alta o muy baja. Bajo estas condiciones los sólidos llegan a 
suspenderse libremente en el flujo de gas y la cama adquiere el aspecto de un líquido 
hirviendo violentamente. 
 
5. La carga de concentrado es secada con la alta temperatura del material de la cama y 
luego calentadas hasta la temperatura de la cama. Durante este periodo se produce 
algún aglutinamiento de las partículas finas dentro de los aglomerados más grandes, 
los cuales son subsecuentemente desgastados por la acción de mezcla de la cama. 
 
6. Se realizan las reacciones necesarias y gracias a la turbulencia que solo genera el aire, 
obtenemos nuestra calcina. 
 
7. La calcina es depositada en un transportador de espiral enfriado con agua. 
 
8. Los gases que salen de nuestra tostadora, ingresan a un ciclón, que separa los gases 
de algunas partículas de calcina y esta las deposita en el transportador de espiral. 
 
9. Finalmente obtenemos nuestro producto de tostación de al calcina depositada y 
partículas de calcina que se recupera con el ciclón. 
https://www.monografias.com/trabajos11/travent/travent.shtml
https://www.monografias.com/trabajos11/travent/travent.shtml
https://www.monografias.com/trabajos35/categoria-accion/categoria-accion.shtml
TERMODINAMICA 
 
 
III. PROCEDIMIENTO: 
 
 
1. Preparar el balance estequiométrico y de materiales completo. 
 
2. Añadir a los datos estequiométricos los datos de las temperaturas a las cuales todos los 
materiales entran y salen del sistema. 
 
3. Fijar y especificar la base del balance térmico, incluyendo la cantidad desde el principio 
hasta el fin, así como el período cubierto, temperatura de referencia y estado de referencia 
para el agua. 
 
4. Calcular el calor sensible para cada material de entrada y de salida. 
 
5. Calcular los calores de reacción para las cantidades de todas las reacciones químicas que 
sean necesarias para dar cuenta de toda la estequiometría general del proceso. 
 
6. Calcular los calores requeridos, si los hubiese, para llevar a los materiales de entrada hasta 
los estados de referencia. Calcular también el calor suministrado eléctricamente o de otra 
manera desde los alrededores si lo hubiese. 
 
7. Calcular las pérdidas de calor a través de las paredes del horno. Las pérdidas de calor 
pueden ser verificadas independientemente por estimación, basándose en los principios 
del flujo calorífico. 
 
8. Enlistar y totalizar las partidas de entrada y salida, hallando el exceso de calor (-) o 
deficiencia de calor (+), de manera que los totales de entrada y de salida sean iguales. 
 
9. Comprobar los cálculos 
TERMODINAMICA 
 
 
IV. CALCULOS 
 
• Dados los siguientes datos para el proceso de tostación de concentrados de zinc en un 
horno de lecho fluidizado, efectuar el balance de energía: 
Se tuesta 𝒁𝒏𝑺 con un exceso de aire del 10 % por arriba del que se necesita para la 
reacción: 
𝒁𝒏𝑺 + 𝟑⁄𝟐 𝑶2 = 𝒁𝒏𝑶 + 𝑺𝑶2 
 
 
a) Prepare un balance de calor para el proceso (base 1 kg de 𝒁𝒏𝑺 con 𝟐𝟎 % 𝒅𝒆 
𝑯𝟐𝑶) si los reactivos se introducen a 25ºC y los productos se extraen a 900ºC. 
 
b) Calcule el exceso de calor disponible en el horno para la producción de vapor en 
𝑲𝑱/𝒉𝒐𝒓𝒂, si La tostación se efectúa en un horno cilíndrico de cama fluidizada con 
dimensiones: Diámetro interno 2 m, altura interna 5 m. La superficie cilíndrica y 
los extremos están recubiertos de ladrillo refractario de 0.25 m de espesor y 
conductividad térmica media 𝒌 = 𝟏. 𝟓 𝑾 𝒎 . ⁄ 𝒐 𝑲. La temperatura interior del 
revestimiento es 900ºC y la exterior, 100ºC. La rapidez de alimentación de 𝒁𝒏𝑺 
es 𝟓𝟎𝟎𝟎 𝒌𝒈⁄𝒉𝒓. 
Datos: Pesos atómicos: Zn=65 S=32 O=16 N=14 
 
 
1. BALANCE DE MATERIALES: 
Base de cálculo: 1 kg ZnS=1000 g concentrados de ZnS 
 
 
GASES 
 
 
 
H2O(g) 
O2(g) : exceso 
N2(g) 
SO2(S) 
 
 
 
 
1 000 g de concentrado 
de ZnS. 
H2O al 20 % = 200 g 
ZnS al 80 % = 800 g 
Calcina de Zn 
ZnO(s) 
 
 
 
 
Aire 10 % de exceso. 
O2(g) 
N2(g) 
 
TOSTADOR 
(TLR) 
TERMODINAMICA 
 
 
• Cuadro resumen: Tabla Nº 1: 
 
 
Tabla N° 1: Balance de materiales (base de cálculo: 1 kg ZnS) 
 
 
ENTRADAS Moles Peso (g) SALIDAS Moles Peso (g) 
1. Concentrado de Zn: 1. Calcina de Zn: 
 
𝒁𝒏𝑺(𝒔) 
 
8.247 
 
800 
 
𝒁𝒏𝑶(𝒔) 
 
8.247 
 
668.007 
𝑯𝟐𝑶(𝒍) 11.111 200 
2. Aire: 2. Gases: 
 𝑯𝟐𝑶(𝒈) 11.111 200.00 
𝑶𝟐(𝒈) 13.608 435.456 𝑶𝟐(𝒈) 
 1.237 39.584 
𝑵𝟐(𝒈) 51.193 1433.404 
𝑵𝟐(𝒈) 
𝑺𝑶𝟐(𝒈)51.193 
8.247 
1433.404 
527.808 
TOTAL: 84.159 2868.87 g TOTAL: 80.035 2868.82 g 
 
 
 
 
 
 
PESO ATOMICO: 
𝑍𝑛 = 65 
𝑆 = 32 
𝑂 = 16 
𝑁 = 14 
PESO MOLECULAR 
𝑍𝑛𝑆 = 97 
 𝑂2(𝑔) = 32 
𝐻2𝑂 = 18 𝑁2(𝑔) = 28 
 
 
 
 
Concentrado de Zn 1000 g 80% 𝑍𝑛𝑆 
20% 𝐻2O 
 
EN LAS ENTRADAS 
 
➢ Concentrado de ZnS 
 
 
➢ Balance parcial de aire: 
- Aire total = Aire teórico + Exceso de aire 
- O2 total = O2 teórico + Exceso de O2 
- N2 total = N2 teórico + Exceso de N2 
 
 
Moles 𝑂2(𝑔) + 𝑁2(𝑔) = Aire 
Teórico 12.371 + 46.540 = 58.911 
Exceso 1.237 + 4.653 = 5.890 
Total 13.608 + 51.193 = 64.801 
 
Reacción: 𝒁𝒏𝑺(𝒔) + 𝟏. 𝟓 𝑶𝟐 (𝒈) → 𝒁𝒏𝑶(𝒔) + 𝑺𝑶𝟐 (𝒈) 
 
 
𝑀𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑂2 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 = 8.247 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑍𝑛𝑆 
1.5 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑂2 = 12.371 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑂 
1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑍𝑛𝑆 2 
 
𝑀𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝐸𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑂2 = 0.10𝑥12.371 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑂2 = 1.237 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑂2 
 
𝑀𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑂2 = 12.371 + 1.237 = 13.608 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑂2 
 
 
 
 
𝐴𝑖𝑟𝑒 
21 % mol 𝑂2 
79 % mol 𝑁2 
TERMODINAMICA 
 
 
Factor de composición del aire: 
 
En 100 moles de aire: 
 
79 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑁2 
21 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑂2 
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑁2 
= 3.762 
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑂 
 
 
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑁2 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 = 12.371 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑂2 
 
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑁2 = 13.608 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑂2 
3.762 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑁2 
1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑂2 
3.762 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑁2 
 
 
1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑂2 
 
= 46.540 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑁2 
 
= 51.193 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑁2 
 
𝑀𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑁2 = 𝑁2𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 − 𝑁2 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐o 
 
𝑀𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑁2 = 51.193 − 46.540 = 4.653 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑁2 
 
• Calculamos el aire teórico: 
 
𝐴𝑖𝑟𝑒 teórico = 𝑂2 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 + 𝑁2 teórico 
𝐴𝑖𝑟𝑒 teórico = 12.371 + 46.540 = 58.911 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 
 
• Calculamos el exceso de aire: 
 
𝐸𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 = 𝐸𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜 𝑂2 + 𝐸𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜 𝑁2 
𝐸𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 = 1.237 + 4.653 = 5.890 𝑚𝑜𝑙𝑒s 
 
• Calculamos los moles del aire total: 
 
𝐴𝑖𝑟𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐴𝑖𝑟𝑒 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 + 𝐸𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 
𝐴𝑖𝑟𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 58.911 + 5.890 = 64.801 𝑚𝑜𝑙es 
 
• Calculamos el peso de O2 total: 
 
 
𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑂 
 
total = 13.608 moles de 
𝑂 
32 𝑔 𝑑𝑒 𝑂2 = 435.456 g 𝑂 
2 
• Calculamos el peso de N2 total: 
2 1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑂2 
2
 
 
𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑁2 
 
total = 51.193 moles de 𝑁 
28 𝑔 𝑑𝑒 𝑁2 
2 1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑁 
 
= 1433.404 g 𝑁2 
 
• Calculamos el peso de aire total: 
 
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑂2 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 + 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑁2 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 
2 
2 
TERMODINAMICA 
 
 
𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 435.456 𝑔 𝑑𝑒 𝑂2 + 1433.404 𝑔 𝑑𝑒 𝑁2 = 1868.860 𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 18 
TERMODINAMICA 
 
2 
 
 
EN LA SALIDA 
 
En la calcina: 
Calculamos los moles de ZnO: 
 
1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑍𝑛𝑂 
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑍𝑛𝑂 = 8.247 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑍𝑛𝑆 
1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑍𝑛𝑆 
= 8.247 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑍𝑛𝑂 
Calculamos el peso del ZnO: 
 
 
𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑍𝑛𝑂 = 8.247 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑍𝑛𝑂 
 
En los gases: 
Calculamos los moles de SO2: 
81 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑍𝑛𝑂 
1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑍𝑛𝑂 
= 668.007 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑍𝑛𝑂 
 
1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑆𝑂2 
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑆𝑂2 = 8.247 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑍𝑛𝑆 
1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑍𝑛𝑆 
= 8.247 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑆𝑂2 
Calculamos el peso de SO2: 
 
64 𝑔 𝑑𝑒 𝑆𝑂2 
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑆𝑂2 = 8.247 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑆𝑂2 
1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑆𝑂
 = 527.808 g 𝑑𝑒 𝑆𝑂2 
 
Calculamos los moles de H2O(g): 
 
1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒𝐻2𝑂 
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝐻2𝑂 = 200 𝑔 𝑑𝑒 𝐻2𝑂 
18 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐻 𝑂 
= 11.111 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝐻2𝑂 
Calculamos el peso de H2O(g): 
 
𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝐻2𝑂 = 0.20 𝑥 1000 𝑔 = 200 g 𝑑𝑒 𝐻2𝑂 
 
Peso de exceso de O2: 
 
32 𝑔 𝑑𝑒 𝑂2 
𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑂2 = 1.237 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑂2 
1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑂
 
 
= 39.584 𝑔 𝑑𝑒 𝑂2 
Calculamos el peso de N2 total: 
 
28 𝑔 𝑑𝑒 𝑂2 
𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑁2 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 51.193 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑁2 
1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑁
 
 
= 1433.404 𝑔 𝑑𝑒 𝑁2 
2 
2 
2 
TERMODINAMICA 
 
298 𝐾 
− (𝑚 
∫ 
 
 
2. BALANCE DE ENERGIA: 
Base de cálculo: 1 kg ZnS=1000 g concentrados de Zn. 
 
 
 
 
 
Reacción: 𝑍𝑛𝑆(𝑠) + 1.5𝑂2(𝑔) = 𝑍𝑛𝑂(𝑠) + 𝑆𝑂2(𝑔) 
Datos: 
𝐶𝑝,𝑂2(𝑔) = 29.96 + 4.18 𝑥 10−3𝑇 − 1.67 𝑥 105𝑇 −2 𝐽/𝑚𝑜𝑙°𝐾 
𝐶𝑝, 𝑁2(𝑔) = 27.87 + 4.27 𝑥 10−3𝑇 𝐽/𝑚𝑜𝑙°𝐾 
𝐶𝑝, 𝑍𝑛𝑆(𝑠) = 50.88 + 5.19 𝑥 10−3𝑇 𝐽/𝑚𝑜𝑙°K 
𝐶𝑝, 𝑍𝑛𝑂2(𝑠) = 49 + 5.10 𝑥 10−3𝑇 − 9.12 𝑥 105𝑇 −2 𝐽/𝑚𝑜𝑙°𝐾 
𝐶𝑝, 𝐻2𝑂(𝑔) = 30 + 10.71 𝑥 10−3𝑇 + 0.33 𝑥 105𝑇 −2 𝐽/𝑚𝑜𝑙°𝐾 
𝐶𝑝, 𝑆𝑂2(𝑔) = 43.43 + 10.63 𝑥 10−3𝑇 − 5.94 𝑥 105𝑇 −2 𝐽/𝑚𝑜𝑙°K 
 
𝑄 = ∑ (𝑚 ∫
𝑇
 𝐶𝑝 𝑑𝑇 ) 
𝑠 
∑ 
𝑇𝑒 
298 𝐾 𝐶𝑝 𝑑𝑇 )𝑒 + ∑ ∆𝐻𝑅 , 298° 𝐾 + 𝑃 
𝑻𝒓𝒆𝒇: 298°𝐾 
 
Concentrado 
de Zn 25°C 
(298°K)1000 
 
GASES, 900° C 
(1173° K) 
 
TOSTADOR 
(TLR) 
 
Calcina de Zn 
900° C (1173°k) 
 
Aire, 25° C ( 298° K) 
TERMODINAMICA 
 
 
CUADRO RESUMEN 
 
TABLA N° 2: BALANCE DE ENERGÍA (BASE DE CÁLCULO) 
 
 
ENTRADAS: Moles Calor, J SALIDA: Moles Calor, J 
1. Concetrado de Zn 
𝒁𝒏𝑺(𝑺) 8.247 0 
𝑯𝟐𝑶(𝑰) 11.111 0 
 
2. Aire 
𝑶𝟐(𝒈) 13.608 0 
𝑵𝟐(𝒈) 51.193 0 
 
3. Oxidación de Zn 
∆𝐻1 8.247 3648472.8 
1. Vaporización de 𝐻2𝑂 
∆𝐻2 11.111 488884.00 
 
2. Calcina 
𝑍𝑛𝑂(𝑆) 8.247 361831.02 
 
3. Gases 
𝐻2𝑂(𝑔) 11.111 369165.31 
𝑂2(𝑔) 1.237 35238.44 
𝑁2(𝑔) 51.193 1389084.17 
𝑆𝑂2 8.247 357552.15 
 
4. Exceso de calor 
Q 646717.665 
TOTAL 3648472.8 J TOTAL 3648472.8J 
 
 
Los totales de entrada y salida deben ser iguales: 
 
(𝐻𝛿𝑚) 𝑒 − (𝐻𝛿𝑚) 𝑠 + 𝛿𝑄 = 0 
𝛿𝑄 = (Hδm) 𝑠− (Hδm) 𝑒 
𝑄 = ∑(Hδm) 𝑠 − ∑(Hδm) 𝑒 
𝑄 = (∆𝐻3 + ∆𝐻4 + P)𝑆 − (∆𝐻3 + ∆𝐻4 + W)𝑒 
𝑄 = ∑ (𝑚 
𝑇𝑠 
∫
298 
𝐾 
𝐶𝑝 𝑑𝑇 ) 
𝑠 
− ∑(𝑚 
𝑇𝑒 
∫
298 
𝐾 
𝐶𝑝 𝑑𝑇 )𝑒 + ∑ ∆𝐻𝑅 , 298° 𝐾 + 𝑃 
 
= (−) 𝐸𝑋𝐶𝐸𝑆𝑂 𝐷𝐸 𝐶𝐴𝐿𝑂𝑅 Ó → (𝑒𝑛 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎𝑠) 
= (+)𝐷𝐸𝐹𝐼𝐶𝐼𝐸𝑁𝐶𝐼𝐴 𝐷𝐸 𝐶𝐴𝐿𝑂𝑅 → (𝑒𝑛 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎𝑠) 
 
Calculo ∑(𝑚 
𝑇𝑒 
∫
298 
𝐾 
𝐶𝑝 𝑑𝑇 )𝑒 
𝑇𝑒 𝑇𝑒 
= (𝑚 ∫ 𝐶𝑝 𝑑𝑇 )[ ]𝑑𝑜 + 𝑚 ∫ 𝐶𝑝 𝑑𝑇 )𝐴𝑖𝑟𝑒 = 0 
298 𝐾 298 𝐾 
TERMODINAMICA 
 
 
Calculo ∑ ∆𝐻𝑅 , 298° 𝐾 
∆𝐻1 : calor oxidación del 𝑍𝑛𝑆(𝑆) = ∆𝐻1 + ∆𝐻2 = {∆𝐻 : calor vaporización del )𝐻 𝑂 
2 2 (𝐼) 
 
1.𝑍𝑛𝑆(𝑆) + 1.5 𝑂2(𝑔) = 𝑍𝑛𝑂(𝑆) + 𝑆𝑂2(𝑔) ∆𝐻° 298 𝐾 = ? 
2. 𝐻2𝑂(𝐼) = 𝐻2𝑂(𝑔) ∆𝐻° 298 𝐾 = ? 
 
 
Especies 
 
𝑯° 𝟐𝟗𝟖° 𝑲, 𝑲𝑱 
𝒁𝒏𝑺(𝑺) 𝒁𝒏𝑶(𝑺) 𝑺𝑶𝟐(𝒈) 𝑯𝟐𝑶(𝑰) 𝑯𝟐𝑶(𝒈) 
 
-205.0 -350.6 -296.8 -285.8 -241.8 
 
 
 
Cálculo del ∆𝐻1 
∆𝐻°298° 𝐾 = ∑ 𝐻°298° 𝐾 , 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠 − ∑ 𝐻°298° 𝐾 , 𝑟𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 
= 𝐻°298° 𝑍𝑛𝑂 + 𝐻°298° 𝑆𝑂2 − ( −205.0) − 1.5(0) 
= −350.6 − 296.8 + 205.0 
= −442 400 𝐽 
 
Entonces, según reacción (1) 
 
{ 
mol ZnS ==> −442 400 J 
8.247 moles ZnS ==> ∆𝐻1 
 
∆𝐻1 = 
8.247 moles ZnS (−442 400 J) 
1 mol ZnS 
 
∆𝐻1 = −3648472. 80 𝐽 
 
 
Cálculo del ∆𝐻2 
∆𝐻°298° 𝐾 = 𝐻°298° 𝐻2𝑂(𝑔) + 𝐻°298° 𝐻2𝑂(𝐼) 
= −241.8 − ( −285.8) 
= −241.8 + 285.8 
= 44000 𝐽 
TERMODINAMICA 
 
298° 𝐾 
 
Entonces, según reacción (2) 
1 mol 𝐻2𝑂(𝐼) ==> 44000 J {
11.111 moles𝐻 𝑂 ==> ∆𝐻 
2 (𝐼) 2 
 
∆𝐻1 = 
 11.111 moles𝐻2𝑂(𝐼) (44000 J) 
1 mol 𝐻2𝑂(𝐼) 
∆𝐻1 = 488884 𝐽 
 
 
∑ ∆𝐻𝑅 , 298° 𝐾 = −3648472. 80 𝐽 + 488884 𝐽 = −3159588.8 𝐽 
 
Cálculo ∑ (𝒎 
𝑻𝒔 
∫
𝟐𝟗𝟖 
𝑪𝒑 𝒅𝑻 ) 
𝒔 
 
𝑇𝑠=1173° 𝐾 𝑇𝑠=1173° 𝐾 
= (𝑚 ∫ 𝐶𝑝 𝑑𝑇 ) 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑖𝑛𝑎 + (𝑚 ∫ 𝐶𝑝 𝑑𝑇 ) 𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠 
298 𝐾 298 𝐾 
 
𝑇𝑠=1173° 𝐾 𝑇𝑠=1173° 𝐾 
= (𝑚 ∫ 𝐶𝑝 𝑑𝑇 ) 𝑍𝑛𝑂 + (𝑚 ∫ 𝐶𝑝 𝑑𝑇 ) 𝐻2𝑂 
298 𝐾 
𝑇𝑠=1173° 
298 𝐾 
𝑇𝑠=1173° 𝐾 
+ (𝑚 ∫ 𝐶𝑝 𝑑𝑇 ) 𝑂2 + (𝑚 ∫ 𝐶𝑝 𝑑𝑇 ) 𝑁2 
298 𝐾 
𝑇𝑠=1173° 𝐾 
+ (𝑚 ∫ 𝐶𝑝 𝑑𝑇 ) 𝑆𝑂2 
298 𝐾 
298 𝐾 
 
 
 
Calculando (𝑚 
𝑇𝑠=1173° 𝐾 
∫298 𝐾 𝐶𝑝 𝑑𝑇 ) 𝑍𝑛𝑂 
= 
[8.247 
∫
1173° 𝐾
(49 + 5.10 𝑥 10−3𝑇 − 9.12 𝑥 105𝑇−2) 𝑑𝑇 ]𝑍𝑛𝑂(𝑆) 
= 8.247 [ 49𝑇 + 
5.10 𝑥 10−3𝑇 
+ 
9.12 𝑥 105] 1173° 𝐾 
2 𝑇 298° 𝐾 
= 8.247 [(49 (1173) + 
5.10 𝑥 10−3(1173)2 
+ 
9.12 𝑥 105 
) − (49 (298) + 
5.10 𝑥 10−3(298)2 
+
 
2 1173 2 
9.12 𝑥 105 
) ]
 
298 
= 8.247 [ (57477 + 3508.62 + 777.49) − ( 14602 + 226.45 + 3060.40)] 
= 8.247 ( 61763.11 − 17888.85 
𝐽 
= 361831.02 
𝑚𝑜𝑙
 
TERMODINAMICA 
 
 
Calculando (𝑚 ∫
𝑇𝑠=1173° 𝐾 
𝐶𝑝 𝑑𝑇 ) 𝐻 𝑂 
298 𝐾 2 
= [11.111 ∫
1173° 𝐾
(30 + 10.71 𝑥 10−3𝑇 + 0.33 𝑥 105𝑇−2) 𝑑𝑇 ] 
298° 𝐾 
 
= (11.111) [ 30 𝑇 
+ 
 
10.71 𝑥 10−3𝑇 
− 
2 
 
0.33 𝑥 105 
] 
𝑇 
 
1173° 𝐾 
298° 𝐾 
𝐻2𝑂 
= (11.111) [( 30 ( 1173) + 
10.71 𝑥 10−3(1173)2 
− 
0.33 𝑥 105
) − (30 (298) + 
10.71 𝑥 10−3(298)2 
− 
0.33 𝑥 105 
)]
 
2 1173 2 298 
= (11.111) [ (35190 + 7368.1 − 28.13) − (8940 + 475.55 − 110.74)] 
= (11.111) (33225.21) 
𝐽 
= 369165.31 
𝑚𝑜𝑙
 
Calculando (𝑚 ∫
𝑇𝑠=1173° 𝐾 
𝐶𝑝 𝑑𝑇 ) 𝑂 
298 𝐾 2 
= [1.237 ∫
1173° 𝐾
(29.96 + 4.18 𝑥 10−3𝑇 − 1.67 𝑥 105𝑇−2) 𝑑𝑇 ] 
298° 𝐾 
= (1.237)[29.96 𝑇 + 
4.18 𝑥 10−3𝑇 
− 
1.67 𝑥 105
] 1173° 𝐾 
𝑂2 
2 𝑇 298° 𝐾 
= (1.237) [( 29.96 ( 1173) + 
4.18 𝑥 10−3(1173)2 
− 
1.67 𝑥 105
) − (29.96 (298) + 
4.18 𝑥 10−3(298)2 
− 
1.67 𝑥 105 
)] 
2 
= (1.237) ( 28487.06) = 
35238.49 
𝐽 
 
 
𝑚𝑜𝑙 
1173 2 298 
 
 
Calculando (𝑚 ∫
𝑇𝑠=1173° 𝐾 
𝐶𝑝 𝑑𝑇 ) 𝑁 
298 𝐾 2 
= [51.093 ∫
1173° 𝐾
(27.87 + 4.27 𝑥 10−3𝑇) 𝑑𝑇 ] 
298° 𝐾 
= (51.093) [27.87 𝑇 + 
4.27 𝑥 10−3𝑇
] 1173° 𝐾 
𝑁2 
2 298° 𝐾 
= (51.093) [(27.87 𝑇 + 
4.27 𝑥 10−3(1173)2
) − (27.87 𝑇 + 
4.27 𝑥 10−3(298)2
) ] 
2 2 
= (51.093)[ (32691.51 + 2937.61) − (8305.26 + 189.60)] 
= (51.093) ( 27134.26) = 1389084.17 
𝐽
 
𝑚𝑜𝑙 
 
 
Calculando (𝑚 ∫
𝑇𝑠=1173° 𝐾 
𝐶𝑝 𝑑𝑇 ) 𝑆𝑂 
298 𝐾 2 
= [8.247 ∫
1173° 𝐾
(43.43 𝑇 + 10.63 𝑥 10−3𝑇 − 9.12 𝑥 105𝑇−2) 𝑑𝑇 ] 
298° 𝐾 
= 8.247 [ 43.43𝑇 + 
10.63 𝑥 10−3𝑇 
+ 
5.94 𝑥 105
] 1173° 𝐾
 
𝑆𝑂2 
2 𝑇 298° 𝐾 
= (8.247) [( 43.43 ( 1173) + 
10.63 𝑥 10−3(1173)2 
− 
5.94 𝑥 105
) − (43.43 (298) + 
10.63 𝑥 10−3(298)2 
+ 
5.94 𝑥 105 
)]
 
2 1173 2 298 
= (8.247) [ (50943.34 + 7313.06 + 506.39 ) − (12942.14 + 471.99 + 1993.29)] 
𝐽 
= (8.247) ( 43355.42 ) = 377552.15 
𝑚𝑜𝑙
 
TERMODINAMICA 
 
( 𝑚 
∫ 
 
∑ 𝑇1 
298° 𝐾 𝐶𝑃 𝑑𝑇 )𝑠 
= 361831.02 𝐽 + 369165.31 𝐽 + 35238.49 𝐽 + 1389084.17 𝐽 + 377552.15 𝐽 + 
𝑚𝑜𝑙 
 
𝐽 
𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑜𝑙 
= 2512871.14 
𝑚𝑜𝑙
 
𝑃 
= 0 ; 𝑙𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑖𝑔𝑛𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑞𝑢𝑒 𝑛𝑜 𝑒𝑥𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛 𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑣é𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒𝑙 ℎ𝑜𝑟𝑛𝑜. 
 
Finalmente: 
 
𝑄 = ∑ (𝑚 
 
 
 
𝑇𝑠 
∫
298 
𝐾 
 
 
𝐶𝑝 𝑑𝑇 ) 
𝑠 
 
 
− ∑(𝑚 
 
 
 
𝑇𝑒 
∫
298 
𝐾 
 
 
𝐶𝑝 𝑑𝑇 )𝑒 + ∑ ∆𝐻𝑅 , 298° 𝐾 + 𝑃 
𝑄 = 2512871.14 J − 0 − 3159588.80 J + 0 
𝑄 = −646717.66 J 
 
 
 
 
V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 
 
 
• La tostación de concentrados de zinc se llega a realizar de manera eficiente en 
hornos de lecho de cama fija si se utiliza el calor de autocombustión. 
 
• El horno de tostación de lecho fluidizado es sensible a dos variables: la 
temperatura y al porcentaje de aire suministrado. 
 
• Se pudo optimizar el proceso de purificación de ZnSO mediante el cambio de 
temperatura de 298°K a 1173°K. 
• Los valores para el flujo de energía son: 
Para energía de entrada: 0 
Para energía de salida: 2512871.14 
Los valores de reacción (∆𝐻𝑅): 3159588.80 
Las pérdidas que se generan en las paredes (P): 0 
 
• Se logra obtener un exceso de calor (exotérmica) de: 646717.665 
TERMODINAMICA 
 
 
 
 
RECOMENDACIONES 
 
✓ Para poder disminuir el exceso de calor en el horno, se podría disminuir la temperatura 
a la que llega los quemadores de arranque, puesto que estos son los que llevan hasta 
cierta temperatura el horno. 
 
✓ También se puede aumentar la cantidad de humedad en el concentrado al ingresar a la 
tolva y posteriormente al tostador. 
 
✓ Asimismo, se puede colocar tubos enfriados con agua en la pared del horno. 
 
 
 
VI. BIBLIOGRAFIA: 
 
• Rosenquist, Terkel. Fundamentos de Metalurgia Extractiva. Pág. 251-260 
 
• Universidad Católica del Norte - Departamento de Ingeniería Metalúrgica 
(Mayo- 2003). 
Tratamientos Pirometalúrgicos metales no reactivos. Pag 7-9. 
 
• Figueroa, A. (2010). Optimización y Simulación de Procesos Metalúrgicos. 
1era edición, UNMSM. 
 
• Cortijo A. (2020). Balance de energía del proceso de tostación de concentrados 
de zinc en un horno de lecho fluidizado o turbulento (TLR). 
 
• Prácticas y principios de de tostación en camas fluidizadas. Jacinto Sack 
ArzolaCarlos Paz Gordillo Cerro de Pasco Corporation 
 
• La tostación José Vidalón G. INCITEMI