Combustion Hornos

COMBUSTIÓN EN HORNOS. DISTINTOS TIPOS DE COMBUSTIBLE. DETERMINACIÓN DEL MÁS CONVENIENTE DESDE EL PUNTO DE VISTA TÉCNICO-ECONÓMICO

COMBUSTIÓN EN HORNOS. DISTINTOS TIPOS DE COMBUSTIBLE

Autores: Lic. Ángel Garay Ing. Graciela López Ing. Viviana Vila Ing. Héctor Verdi

1 Maestría en Energía – Energía y Combustibles. Transformación Energética


COMBUSTIÓN EN HORNOS. DISTINTOS TIPOS DE COMBUSTIBLE. AUTORES: AUTORES: Lic. Ángel Garay, Ing. I ng. Graciela López, Ing. Héctor Verdi, Ing. Viviana Vila. OBJETIVO: DETERMINACIÓN DEL MÁS CONVENIENTE DESDE EL PUNTO DE VISTA TÉCNICO-ECONÓMICO. TÉCNICO-ECONÓMICO. ANTECEDENTES SOBRE EL TEMA HORNOS Definiremos primeramente un horno como un espacio encerrado en el que se produce calor mediante la oxidación química de un combustible. Uno de los requisitos de un horno es que debe completar el encendido del quemador para obtener la reacción de combustión que se desea. Es esencial que se tomen en consideración al horno y al quemador en combinación para proporcionar los cuatro elementos de una buena combustión: •

•

•

•

Intima mezcla del combustible y el oxidante (aire). Admisión de cantidades suficientes de oxidantes para quemar por completo el combustible. Una temperatura suficiente para encender la mezcla combustible-aire y completar su combustión. El tiempo necesario de residencia para que la combustión sea completa.



LA COMBUSTIÓN La demanda creciente de petróleo en el mundo afecta directamente la economía de las empresas dedicadas a su procesamiento. Las refinerías de petróleo no escapan de este tema, ya que en ellas generalmente, se obtiene la totalidad de la energía necesaria para los distintos procesos quemando parte de los hidrocarburos procesados, ya sea como gas, fuel oil, asfalto, etc. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS COMBUSTIBLES COMBUSTIBLES Se puede definir la Combustión como una reacción química según la cuál un elemento se combina con oxígeno desprendiendo apreciable apreciable cantidad de calor. Para que exista combustión es necesario que exista un elemento que queme (combustible) y el oxígeno (carburante). (carburante). Los combustibles utilizados contienen dos elementos que poseen la propiedad de unirse exotérmicamente al oxígeno: el carbono y el hidrógeno, generalmente combinados entre sí (como hidrocarburos). Algunos combustibles arden más fácilmente que otros y en general esto depende de cuan fácil sea ponerlos en contacto con el oxígeno del aire. Reacciones Químicas básicas que se producen en la combustión a) el carbono cuando se quema con suficiente aire produce anhídrido carbónico. Esto se llama combustión completa del carbono. C + O2 C02 + calor carbono oxígeno anhídrido carbónico 7.818 Kcal/kg b) al quemar el carbono con menos aire que el anterior, da origen al monóxido de carbono. Se dice entonces que la combustión es incompleta: C + 1/2 O2 CO + calor carbono oxígeno monóxido carbónico 2.185 Kcal/kg c) El hidrógeno se quema produciendo agua 2H2 + O2 2H2O calor hidrógeno oxígeno agua -33.944 Kcal/kg 3 Maestría en Energía – Energía y Combustibles. Transformación Energética


d) el azufre quema dando anhídrido sulfuroso S + O2 azufre oxígeno

S02 anhídrido sulfuroso

+

calor

e) el nitrógeno no quema pues es un gas inerte y no contribuye a la combustión. c ombustión. Productos de la combustión: Los principales productos de combustión: •

dióxido de azufre (SO2)

•

dióxido de carbono (CO 2)

•

monóxido de carbono (CO)

•

óxido de nitrógeno (NO 2, NO3, etc. en general NOx)

•

partículas

Aire necesario para la combustión Cuando se conoce la composición química de un combustible es posible calcular la cantidad de oxígeno necesario para una combustión completa. Sin embargo, la combustión no se hace con oxígeno puro, sino con aire, compuesto casi exclusivamente de nitrógeno y oxígeno (79%vol. de nitrógeno y 21 %vol. de oxígeno). Al utilizar aire como medio carburante trae como consecuencia la introducción de una gran masa de nitrógeno (que no participa en las reacciones químicas de la combustión) que absorbe buena parte del calor generado, con el consiguiente descenso de la temperatura de la llama y aumento de las pérdidas de calor arrastrado por los humos en la chimenea. c himenea. CH4 + carbono

202 oxígeno

C02 + bióxido carbónico

2H2O agua

+

calor 11.953 Kcal/kg



Es decir que se necesitan 2 m3 de oxígeno para quemar 1 m 3 de metano. La cantidad de aire necesaria sería la siguiente: como el aire tiene 21% de oxígeno en volumen. 0,21 m3 de oxígeno están contenidos en 1 m 3 de aire. 2 m3 de oxígeno están contenidos en 10 m 3 de aire Se tiene entonces que para quemar 1 m 3 de metano se necesitan 10 m 3 de aire. Si se representa esto en forma gráfica, tendremos la figura:

Los productos de una combustión completa que salen por chimenea serán bióxido de carbono (C02), agua, anhídrido sulfuroso (S0 2) y nitrógeno (N 2). Si la combustión es incompleta, también tendremos monóxido de carbono (CO). Si existe exceso de aire, también habrá oxígeno en los gases de chimenea. Si existe déficit de aire, también habrá hidrocarburo no quemado en los gases de chimenea. Aire teórico Se llama así a la cantidad de aire que según la reacción química se necesita para una combustión completa. La combustión completa es un concepto teórico y se presenta como un caso ideal. En la práctica se requiere mayor cantidad de oxígeno. Exceso de aire Durante las combustiones reales no se puede quemar completamente todo el combustible empleando la cantidad de aire mínima y necesaria, ya que es imposible 5 Maestría en Energía – Energía y Combustibles. Transformación Energética


que cada partícula de combustible éste rodeada del oxígeno necesario que requiere su combustión total, pues en un horno por ejemplo, existirían lugares con exceso y otros con defecto de aire. La cantidad de calor generada por la combustión de una cantidad de combustible es independiente del exceso de aire siempre que la combustión sea completa. Mientras mayor sea la cantidad de aire en exceso, mayor será la pérdida de combustible y menor será la eficiencia del horno. Si se usa una cantidad insuficiente de aire, el carbono no se quemará completamente hasta bióxido de carbono (CO 2), sino que se formará una cierta cantidad de monóxido de carbono (CO). Bajo condiciones promedio, la presencia de 1% de monóxido de carbono en los gases de combustión representa aproximadamente una pérdida del 4% en combustible. c ombustible. El criterio a seguir es lograr el porcentaje más alto de CO 2 en los gases de combustión evitando la formación de CO.



Definición de exceso de aire Es la relación entre el excedente de aire y el aire teórico y solo lo expresa en porcentaje: exceso de aire :

100 x %O2 chimenea 21- % O2 chimenea

Problema: ¿Que valor de Oxígeno en chimenea se debe obtener para operar el horno con un 20% en chimenea de exceso de aire (valor teórico óptimo)? 20%

=

100 * X / 21- X

siendo X el porcentaje de O 2 en chimenea de donde se despeja que X es: X

=

%Aire * 21 / 100+ % aire

reemplazando los valores: X = 20 * 21 / 100 + 20 = 3.5 % O2



EQUIPO DE COMBUSTIÓN -descripción Supongamos que se debe calentar un líquido para un proceso determinado. El sistema que podríamos utilizar es colocar un recipiente directamente sobre el fuego.

Analizaremos los defectos (que se traducen en costos) presentados por el sistema: 1. se pierden vapores del producto al ambiente, por lo tanto se s e pierde dinero. 2. el sistema es discontinuo. 3. el fuego da directamente sobre el metal, lo cual acorta la vida útil del recipiente. 4. se pierde calor al ambiente con los gases de combustión calientes 5. se pierde calor a través t ravés de la pared del recipiente. Las alternativas técnicas a los efectos de solucionar los problemas planteados serían: 1. Para solucionar los problemas presentados presentados en los los puntos 1 y 2 se podría podría hacer circular el producto a través de un serpentín. Para solucionar los problemas presentado en el punto 3, se podría construir una caja de material refractario y re ubicar el quemador, y la fragilidad de esta pared de refractario se podría solucionar colocando una cubierta metálica. 2. Para solucionar los problemas presentado presentado en el punto 4 se podría construir construir un serpentín superior con su correspondiente caja, generando así lo que se conoce como haz de convección. 3. Para optimizar aún más, más, se podría colocar otro serpentín serpentín como por ejemplo para sobrecalentar vapor. 8 Maestría en Energía – Energía y Combustibles. Transformación Energética


De esta manera conseguimos un equipo de combustión que puede alcanzar un 80% de rendimiento. Si se quiere conseguir mayor eficiencia técnico - económica podría utilizarse un sistema de precalentamiento de aire recuperando parte del calor que aún tienen los gases de combustión, para lo cuál se debe introducir el aire a presión como ocurre con una caldera. Este sistema más completo puede alcanzar hasta 95% de rendimiento, lo que se traduce en la obtención del beneficio de una mayor combustión al menor costo.



DATOS BÁSICOS PARA EL CÁLCULO DE LA COMBUSTIÓN FORMULA

NOMBRE

C

Carbono

H2

Hidrógeno

S

Azufre

CH4

Metano

C2H2

Etileno

C2H6

Etano

C3H6

Propileno

C3H8

Propano

H20

Agua

C02

Bióxido de carbono

CO

Monóxido de carbono

S02

Bióxido de azufre

Productos de la Combustión en peso

C a CO 2 H2 a HO2 S a SO 2 CH4 a CO2 y H2O C2H6 a CO2 y H2O C3H8 a CO2 y H2O C3H8 a CO2 y H2O C4H10 a CO2 y H2O

Aire requerido para la combustión de 1 kg de combustible Kg m3 1 1 .5 3 9 .4 0 3 4 .3 4 2 7 .9 9 4 .2 9 3 .5 0 1 7 .2 7 1 4 .0 7 1 3 .3 0 1 0 .8 4 1 4 .8 1 1 2 .0 7 1 5 .7 0 1 2 .8 0 1 5 .4 9 1 2 .6 2

Productos de la combustión de 1 kg de combustible en peso m3/kg CO2 3 .6 6 2 .7 4 3 .3 8 3 .1 4 2 .9 9 3 .0 3

H2O

8 .9 4

S2O

2 .0 0

2 .2 5 0 .6 9 1 .2 9 1 .6 3 1 .5 5

N2 8 .8 6 2 6 .4 1 3 .2 9 1 3 .2 8 1 0 .2 2 1 1 .3 9 1 2 .0 7 1 1 .9 1



Productos de la Combustión en volumen

C a CO 2 H2 a HO2 S a SO 2 CH4 a CO2 y H2O C2H6 a CO2 y H2O C3H8 a CO2 y H2O C3H8 a CO2 y H2O C4H10 a CO2 y H2O

Aire requerido para la combustión de 1 kg de combustible Kg m3 1 1 .5 3 9 .4 0 3 4 .3 4 2 7 .9 9 4 .2 9 3 .5 0 1 7 .2 7 1 4 .0 7 1 3 .3 0 1 0 .8 4 1 4 .8 1 1 2 .0 7 1 5 .7 0 1 2 .8 0 1 5 .4 9 1 2 .6 2

Productos de la combustión de 1 kg de combustible en volumen m3/kg CO2 1 .9 5 1 .4 6 1 .8 0 1 .6 7 1 .5 9 1 .6 1

H2O

1 0 .8 2

S2O

0 .7 2

2 .7 2 0 .8 3 1 .5 6 1 .9 7 1 .8 7

N2 7 .4 2 2 2 .1 3 2 .7 6 1 1 .1 3 8 .5 6 9 .5 4 1 0 .1 1 9 .9 8

Poderes Caloríficos C a CO2 H2 a HO2 S a SO2 CH4 a CO2 y H2O C2H6 a CO2 y H2O C3H8 a CO2 y H2O C3H8 a CO2 y H2O C4H10 a CO2 y H2O

11530 34340 4290 17270 13300 14810 15700 15490

9400 27990 3500 14070 10840 12070 12800 12620

TIPOS DE COMBUSTIBLES COMBUSTIBLES Los combustibles usuales en la industria, ya sean líquidos, sólidos, etc., presentan una serie de características que le son propias. Para quemarlos eficientemente, es necesaria la adopción de medidas y la utilización de equipos especiales, adecuados a cada uno de ellos. El petróleo, carbón, gas natural, o sea los combustibles que podemos llamar nobles, producen de 15 a 18 kg de gases cada 10.000 calorías liberadas. Los procesos usados en una refinería de petróleo implican el uso de calor y este calor se obtiene quemando combustible, directamente en un horno 11 Maestría en Energía – Energía y Combustibles. Transformación Energética


Cuando se utiliza vapor de agua como fluido calefactor, éste se obtiene quemando combustible, el cual representa aproximadamente aproximadamente el 85% del costo del vapor. Los combustibles representan una parte importante del presupuesto de una refinería. Petróleo Es un producto mineral de compleja y variada constitución, que difiere de acuerdo a las zonas de extracción, dando lugar a distintos productos al procederse a su destilación y elaboración. Los petróleos crudos se destilan obteniéndose de ellos una gama variada de combustibles y productos industriales. CLASIFICACIÓN DE COMBUSTIBLES COMBUSTIBLES Los combustibles se suelen clasificar de acuerdo a su estado en condiciones normales, es decir: a) gaseosos b) líquidos c) sólidos Gaseosos •

naturales: gas natural

procesados: gas residual de refinerías, gas de coque, propano, butano, etc. Líquidos •

•

naturales: betún, petróleo

procesados: destilados de petróleo, alquitrán, residuos de refinería Sólidos •

•

procesados: coque, carbón de leña, carbón pulverizado

•

naturales: hulla, madera, etc.

Gas combustible: Los gases que se queman en una refinería son, en general: a) subproductos de la destilación y procesamiento de crudo: el gas de refinería contiene en su mayor parte hidrocarburos saturados como el metano, etano, etc., olefinas (etileno, propileno, etc.) y el resto es hidrógeno molecular. El poder calorífico promedio es de aproximadamente 10.000 Kcal/m3. b) Gas natural: está compuesto fundamentalmente por metano. El poder calorífico es de aproximadamente 8300 Kcal/m3. 12 Maestría en Energía – Energía y Combustibles. Transformación Energética


Combustibles líquidos: En refinerías de petróleo se utilizan como combustibles líquidos residuos de destilación atmosférica o al vacío, generalmente con el agregado de un depresor para disminuir su viscosidad a un valor apto para su atomización en los quemadores a una temperatura alrededor de 100 ºC. Asfalto penetración

Fuel Oil Temperatura quemador

viscosidad

Temperatura quemador

ºC

SSF

ºC

40

250

100

93

50

250

150

101

60

245

200

105

100

220

300

111

El fuel oil utilizado normalmente en destilerías tiene una viscosidad de alrededor de 200 SSF (Segundos Saybolt Furol) a 50 QC y su poder calorífico es del orden de las 9.000 Kcal/kg. El fuel oil es un combustible que para ciertos usos resulta demasiado pesado. Por ello se preparan mezclas de proporciones fijas de fuel oil y diese oil, consiguiéndose así disponer de varios tipos que se adaptan mejor a las distintas necesidades. Los combustibles líquidos requieren una buena atomización para mejorar el contacto con el aire, la llama producida es mucho más sucia que la de los gaseosos y requieren de mayor exceso de aire. La relación hidrógeno-carbono hidrógeno-carbono de los combustibles líquidos está por el orden de 0,15. Combustibles Gaseosos: Desde hace algunos años, en Argentina, se dispone del gas natural para uso industrial, en cantidades considerables. El gas natural es muy apreciado como combustible por su sencillez de manejo, facilidad de adaptación a procesos automáticos, posibilidad de alcanzar alta eficiencia térmica, limpieza, falta total de cenizas, ausencia de azufre, etc. Todas estas cualidades de gran valor en la práctica, han hecho que el gas se utilice ampliamente, absorbiéndose siempre las disponibilidades ofrecidas, para suministros a la industria. 13 Maestría en Energía – Energía y Combustibles. Transformación Energética


Actualmente se dispone para el uso los siguientes gases combustibles : •

Gas natural

•

Gas residual

•

Propano

Butano El gas residual se produce en cantidades limitadas, estando en general su consumo reducido a las cercanías de sus fuentes f uentes originales. El propano y el butano, que son llamados también gases licuados, cubren fundamentalmente por ahora el campo del consumo doméstico, teniendo en la industria un uso bastante reducido. Los combustibles gaseosos tienen sus características propias, que conviene conocer para su correcto manejo y para el proyecto adecuado de las instalaciones. Ellas son: el poder calorífico, la composición química, la densidad, la velocidad de ignición, las condiciones explosivas, las formas de suministro, los datos para la combustión y usos comerciales. •

GAS COMBUSTIBLE

ORIGEN

Gas Natural

pozos yacimiento petrolíferos

Propano

Subproductos destilación

Butano Gas residual

Tipo Gas

de

COMPOSICION

PODER CALORÍFICO SUPERIOR Kcal/m3

OBSERVACIONES

de

variable

9.300

usado en distribución domiciliaria

de

C3H8 y algunas impurezas

27.500

se licua fácilmente

Ídem anterior

C4H10 y algunas impurezas

22.400

Ídem anterior

Ídem anterior

C 1H4 y C2H6 y algunas impurezas

9.500/11.000

Uso en refinería

PCS

PCI

Kcal/m3

Natural

9300

Kca/kg

12500

Peso Kg/m3

Específico

Kcal/m3 Kcal/kg

8300

11300

Densidad Gas relativa aire

0,76

0,62

0,98

0,80

Líq. relac. H2O

Refinería

9500/11000

Propano

22500

12600

21400

11100

1,91

1,56

0,5

Butano

27500

10700

25000

97700

2,56

2,09

0,58



Combustibles sólidos: Este tipo de combustibles no es utilizado generalmente generalmente por las refinerías. El rendimiento típico de la combustión de un combustible sólido no supera el 65%. El carbón es un combustible de origen mineral. Son muy amplias sus variedades de constitución, propiedades, etc. En Argentina se dispone de carbón del yacimiento de Río Turbio y coque de petróleo. Para quemar eficazmente los carbones, conviene conocer: el poder calorífico, la composición química, la clasificación por tipos, la densidad, la dureza, el contenido de azufre y humedad, el porcentaje de cenizas y sus temperaturas de fusión, las propiedades de coquificación, los problemas vinculados al almacenaje y los usos comerciales. CONCLUSIONES Requisitos generales para una combustión eficiente 1. Preparación del combustible para la combustión: en el caso de combustibles

líquidos, esta preparación consiste en precalentar el combustible hasta la temperatura requerida y luego atomizarlo, es decir convertirlo en partículas pequeñas. Esto se hace con el fin de ofrecer una gran superficie de exposición al calor del horno, logrando de esta manera vaporizar rápidamente el combustible líquido. 2. Llevar a los combustibles el aire en la proporción al momento de la temperatura adecuada para la ignición y combustión: para asegurar una

combustión completa es necesario más aire del requerido teóricamente. Este aire en exceso es el problema fundamental en la combustión eficiente. Mientras menor sea el exceso de aire, más eficiente es la instalación. 3. Transferir calor de los productos de la combustión hasta los tubos del horno:

mientras se retiene en la zona de combustión el calor necesario para mantener la temperatura de ignición requerida. Puede notarse que el quemador y el horno desempeñan funciones separadas en el conjunto global de la combustión. Ayudas visuales en el control de la combustión



Las siguientes observaciones pueden ser de utilidad en la operación del horno: a) Chimenea: Chimenea: Las temperaturas de las chimeneas están determinadas en la mayoría de los hornos, por lo tanto cualquier incremento apreciable sobre los niveles normales debe ser investigado. Si el incremento es gradual significa que la transferencia de calor en la sección de convección está disminuyendo debido a deposiciones de material extraño. b) Llama: Llama: si la llama es de color blanco incandescente y las paredes del horno son claramente visibles a través de ella, es indicativo de la presencia de alto porcentaje de aire en exceso. A medida que el exceso se reduce, la llama se torna más amarilla pálido, luego de color naranja amarillento. A velocidades de combustión muy elevadas, cuando la llama llena completamente el horno, las altas temperaturas en el horno no permiten la aparición de estos colores en la llama. En blanco incandescente y deslumbrante indica exceso de aire. Debe evitarse la presencia de humo en la cámara de combustión. Llamas largas y brumosas que chocan contra los tubos son indicio de una combustión pobre. Las siguientes indicaciones son signo de una combustión satisfactoria de fuel oil: 1) Una llama brillante y limpia, de color que puede ir desde el anaranjado hasta el amarillo (los fuel oil livianos generalmente arden con una llama más brillante y más amarilla). 2) La llama es compacta en casi toda su longitud. La llama no vaga por el horno. A velocidades de quemado el extremo de la llama tenderá generalmente a ser inestable, aunque esto no le ocurrirá al resto de la llama. 3) No deben aparecer chispas en el extremo de la llama. Una atomización inadecuada da generalmente como resultado pequeñas lenguas de fuel encendido que salen de la llama y chocan contra los tubos. 4) No deben aparecer franjas negras en el cuerpo de la llama. Estas franjas indican que el extremo de la llama está generando humo, y dando lugar a que se deposite hollín en ciertos lugares del horno. 5) El fuel oil atomizado cerca de la boquilla del quemador debe dar una apariencia de una neblina negra que sale por la boquilla. Cualquier tendencia del F.O. a salir por la boquilla en forma de chorros indica una mala atomización. c) El material refractario y los soportes de los tubos: tubos: una coloración uniforme 16 Maestría en Energía – Energía y Combustibles. Transformación Energética


d) Tubos de horno: horno: las manchas calientes en los tubos puede detectarse por su color cereza, la experiencia y la buena observación se hace indispensable para detectar estas manchas. Muchas veces lo que aparece ser un tubo caliente no es más que un depósito de material extraño incandescente sobre la superficie del tubo. e) Sección de convección: convección: debe estar clara aunque quizás aparezca una bocanada de humo de vez en cuando. La presencia de humo en la sección de convección indica una combustión deficiente. IMPORTANCIA ECONÓMICA DE UNA COMBUSTIÓN EFICIENTE Combustión Eficiente Es imposible en la práctica industrial que todo el calor liberado por un combustible sea aprovechado. Normalmente se produce una cierta cantidad de pérdidas, por diferentes motivos, las cuales no permiten obtener un aprovechamiento total. Sin embargo estas pérdidas se pueden reducir a un mínimo compatible con el equipo en cuestión ya que generalmente en un horno común no se puede recuperar mucho más del 90 % del calor liberado. Esta reducción en las pérdidas debe surgir del análisis de costos y beneficios a los efectos de lograr no sólo eficiencia técnica sino también económica, es decir obtener la máxima producción al mínimo costo. En este sentido, se deben analizar los beneficios y costos económicos de cada alternativa. Las pérdidas se pueden dividir en tres grandes grupos: Pérdidas por radiación : : se producen desde las paredes calientes del horno hacia la

atmósfera. Pérdidas a la atmósfera por formación de agua : la formación de agua consume

energía. El agua se forma por la presencia de hidrógeno de los combustibles y el oxígeno del aire. Esta pérdida no puede ser evitada porque depende de la composición del combustible utilizado. Calor arrastrado con los gases de combustión : : depende de la temperatura y

cantidad de los gases. Los gases de combustión elevan la temperatura ambiente del



aire hasta la temperatura de la chimenea. Esta elevación de temperatura consume energía y baja la eficiencia del equipo. Para disminuir este efecto se instalan los serpentines de convección, en los cuales se precalienta la carga del horno u otra corriente (vapor). En otros equipos se utilizan sistemas de precalentamiento de aire, donde los gases de chimenea calientes precalientan el aire de combustión. Este sistema posibilita que los gases de chimenea se envíen al ambiente lo más fríos posibles. De este aspecto es absolutamente responsable el operador y del buen manejo que haga del equipo, dependerá finalmente la eficiencia de la combustión. En definitiva un Quemador es un dispositivo para introducir combustible a un horno a velocidades y turbulencias adecuadas para una combustión controlada Quemadores de combustibles líquidos Factores de mayor influencia Pulverización Vaporización Mezclado del combustible con el aire Estabilización de la llama Función pulverizar el líquido para lograr una un correcta combustión Quemadores de combustibles gaseosos Estos queman y se regulan con mayor facilidad. La combustión se realiza en una sola fase y no existen problemas de atomización, vaporización Es más conveniente quemar combustibles gaseosos que líquidos debido a: •

Miscibilidad con el aire

•

Facilidad de regulación del caudal de combustible

•

Evacuación de los productos de combustión

•

Diseño más sencillo de los quemadores de gas que de combustibles líquidos 18

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Lo expresado anteriormente indica la obtención de una eficiencia técnica que también garantizaría una eficiencia económica en el sentido de que utilizar gas hace incurrir en menores costos y da más beneficios que utilizar fuel oil.



UNIDADES DE MEDIDA Temperatura

ESCALA

CENTIGRADA (ºC)

FAHRENHEIT (ºF)

temperatura de ebullción del agua temperatura de fusión del hielo

1 00

2 12

0

32

La escala de medición de temperatura utilizada normalmente es la centígrada, la cual atribuye al punto de fusión del hielo el valor cero y al punto de ebullición del agua a 1 atmósfera de presión el valor cien grados. También se utiliza la escala Fahrenheit, en sistema inglés que se utiliza en EEUU e Inglaterra, que tomo los valores 32º y 212º respectivamente. Fórmulas para cambiar de escala: ºC = (ºF-32)*5/9

y

ºF= (ºC*9/5) + 32

Calor

La unidad métrica de medición de calor es la Kilocaloría (Kcal.) que se define como el calor necesario para aumentar en 1 ºC la temperatura de 1 kilogramo de agua. El sistema inglés de unidades tiene como unidad a la BTU, la cuál se define como el calor necesario para aumentar en 1 QF la temperatura de 1 libra de agua. Una libra equivale a 454 gramos. 1 BTU equivale a 0,252 Kcal.



Poder calorífico

El poder calorífico de un combustible es la cantidad de calor liberado, por unidad de masa en los sólidos y líquidos, o por unidad de volumen en los gases, cuando es quemado con la cantidad necesaria de oxígeno. De esta manera la unidad métrica es Kilocaloría/kilogramo .mientras que la unidad inglesa en BTU/ kilogramo. 1 BTU/libra equivale a 0,556 Kcal/kilogramo.

Para gases se utiliza Kcal/ metro cúbico (Kcal/m3). Ejemplos de poderes caloríficos típicos: Poder calorífico del gas natural: 8.100 -8.300 Kcal/m3 Poder calorífico del fuel gas: 9.500 -10.500 Kcal/m3 Poder calorífico del fuel oil: 8.000 -9.500 Kcal/kg

Presión

La presión se define como el coeficiente entre la fuerza aplicada y la superficie sobre la cuál se ejerce, es decir que en unidades métricas se expresa en kilogramos por centímetro cuadrados (Kg/cm2), mientras que en unidades inglesas corresponde la libra por pulgada cuadrada (Lb/pulg 2 ó psi). 1 Kg/cm2 equivale a 14,2 psi Otra medida de presión es la atmósfera, cuya relación es: 1 atmósfera equivale a 1,033 Kg/cm 2 que equivale a 14,7 psi



Otra forma de medir las presiones está basada en la equivalencia con columnas de líquidos. Las más comunes son las columna de mercurio y la de agua: 1 atm equivale a 760 mm columna de mercurio (mmHg) que equivale 10,33 metros de columna de agua. 1 pulgada equivale a 2,54 centímetros 1 pie equivale a 30,48 centímetros

presión efectiva presión atmosférica

vacío absoluto

760 mm Hg.=0 Kg/cm2 manométrica

0 mm Hg

a) a partir de cero absoluto o vacío absoluto, llamada presión absoluta. b) a partir de la presión atmosférica, denominada presión manométrica. manométrica. En el primer caso se habla de presión absoluta, en el segundo de presión manométrica, 22 Maestría en Energía – Energía y Combustibles. Transformación Energética


por ejemplo: psia: libras/pulgada cuadradas absolutas atm a: atmósferas absolutas Kg/cm2 man (ó Kg/cm2 g): kilogramos por centímetro cuadrado manométrico Cuando se habla de vacío, vacío, se habla de presiones inferiores a la atmosférica.



BIBLIOGRAFÍA Manual de Eficiencia Térmica en la Industria, Edición Diciembre 1993 CADEM, Bilbao Manual del Ingeniero Químico Robert Perry, Cecil Hilton 6ta Edición. Mc Graw Hill 1986 Combustión y Generación de Vapor Raul Torreguitar, Alfredo Weiss. Editor MellorWoodwin 1968


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