proceso de combustion en calderas
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DESCRIPCION DETALLADA DEL PROCESO DE COMBUSTION EN CALDERASTRANSCRIPT
CALDERAS
La Combustión
• Proceso de Oxidación con el oxígeno de la
atmósfera de una sustancia susceptible a tal
proceso.
• Hay generación de energía radiante en todo el
espectro electromagnético.
• Radiación se concentra en el infrarrojo y luz
visible.
• La sustancia a ser oxidada debe ser un elemento
o producto químico dador de electrones.
• La sustancia oxidante debe ser un aceptor de
electrones.
Combustible
• Es toda sustancia dadora de electrones o que se
combina con el oxigeno.
• Viene en varios estados
– Sólido
– Líquido
– Gaseoso.
• Los dos primeros estados involucran gasificación
del combustible en un proceso llamado pirólisis.
• El segundo no lo requiere, ya que es gaseoso.
Comburente
• Es toda sustancia que reacciona con el
combustible oxidándolo.
• Es un aceptor de electrones.
• El mas comúnmente utilizado es el oxígeno
puro o el contenido en la atmósfera.
• La atmósfera tiene un 21% en volumen de
O2 y un 79% en volumen de Nitrógeno.
La Reacción de Combustión
• Para la quema estequiométrica (suministro del oxigeno
justo para la combustión) la reacción es :
)(2
)()(4
)4()( 222 gOH
ngmCOgO
nmgHC nm
En esta ecuación:
m = número de carbonos en el combustible
n = número de Hidrógenos en el combustible
CONSIDERACIONES:
• En esta fórmula se indica que todos los
reactantes (lado izquierdo de la reacción ) y
todos los productos de reacción (lado derecho )
están en fase gaseosa.
• La fórmula es universal.
• Si se usa aire para la combustión, solamente
reaccionará el Oxigeno. El Nitrógeno no debe
aparecer en la fórmula ya que no es reactante.
La Llama
• Llamada también flama
• Los reactantes, para combinarse, pasan a unestado denominado excitado.
• Este estado excitado está compuesto porradicales libres.
• Estos radicales libres chocan violentamenteentre si, reaccionando.
• Los choque generan energía en forma de luz ycalor.
• A dicho estado se le llama plasma.
• Llama estable durante el encendido y la
operación
• Punto de ignición cerca de la tobera
• Llama fuertemente brillante
• Longitud y diámetro de la llama ajustables
• Posición ajustable de la punta del quem
EXIGENCIAS AL QUEMADOR
• Inyección central de combustible
• Bajo consumo de aire primario
• Diseño robusto con pocas partes móviles
• Apropiado para combustibles alternativos
CRITERIOS DE DISEÑO
Temperatura de la Flama
Adiabática
• Es la máxima temperatura que puede alcanzar la
llama en una reacción de combustión, dado que
se logra la estequiometría.
• Se calcula asumiendo que la llama es adiabática,
es decir, no irradia calor ni lo transmite por
conducción y/o convención a sus alrededores.
• Está tabulada en la mayoría de la literatura
técnica.
oxigeno
combustible
luz
calor
Medio
ambiente
Pirolisis combustible e inicio
reacción
La Energía en la Combustión
QUEMADOR• Es el encargado de que la mezcla sea la
apropiada.
• La cantidad de calor por unidad de masa quedesprende un combustible al quemarse es elPoder Calorífico (kJ/kg)– PCI (el vapor de agua de los humos no condensa)
– PCS (se condensa el vapor de agua de los humos)
• Los elementos básicos que reaccionan son:
• El oxígeno del aire como comburente (aprox.
1 m3 por kWh)
• El carbono y el hidrógeno del combustible
• Otros elementos (azufre), e inertes (cenizas).
Reacciones del Carbono :
C + O2= CO2 + 32.780 MJ/kg
C + 1/2 O2= CO + 9.188 MJ/kg
CO + 1/2 O2= CO2 + 10.111
MJ/kg
La reacción del Hidrógeno es:
H2+ 1/2 O2 = H2O + 118.680 MJ/kg
Si el agua se condensa:
H2+ 1/2 O2= H2O + 142.107 MJ/kg
La reacción de Azufre es:
S + O2 = SO2+ 2.957 MJ/kg
ESTEQUIOMETRIA
• C + O2= CO2 → 12 g de C necesitan 22,4 litros de O2
• H2+ 1/2 O2= H2O → 2 g de H2 necesitan 11,2 litros de O2
• S + O2= SO2 → 32 g de S2 necesitan 22,4 litros de O2
EXCESO DE AIRE
El exceso de aire empleado se deduce del contenido de CO2 en los humos.
El exceso de aire no es deseable, es una masa que
absorbe calor y disminuye la Tª final y el nivel
energético.
Punto de rocío húmedo y ácido ⇒ limitan la temperatura de los humos
Gas Natural 155 g agua/kWh⇒(T humos mayor)
Gasóleo C 87 g agua/kWh
SO3 + H2O = SO4H2 T > 130°C
PROPIEDADES DE LOS COMBUSTIBLES
Potencia o poder calorífico: el superior y el inferior
Límite de inflamabilidad: porcentajes de combustible y
aire en la mezcla, a presión y temperatura para que sea
de forma autosostenida
Velocidad de propagación de la llama: en un frente
gaseoso.
Temperatura de ignición; punto de inflamación:
(combustibles líquidos); temperatura a la cual la
velocidad de combustión es lo suficientemente elevada
para que la combustión se propague
Indice Wobbe: (combustibles gaseosos), es el cociente
entre el PCS y la raíz cuadrada de la densidad relativa
respecto del aire (MJ/m3).
QUEMADOR DE PULVERIZACION
Q
U
E
M
A
D
O
R
R
O
T
A
T
I
V
O
QUEMADOR COMBUSTIBLE GASEOSO
QUEMADOR DE GAS A BAJA PRESION
QUEMADOR TIPO DUAL ( GAS / PETROLEO)
ENCENDIDO DE LA CHISPA• Piezoeléctrico; es un cristal de cuarzo de que se
carga eléctricamente cuando se le deforma, nonecesita conexión eléctrica.
• Por filamento incandescente; se calienta alpaso de una corriente eléctrica; necesita conexióneléctrica, y el filamento es muy frágil.
• Por chispa de alta tensión; un transformadorgenera una tensión que produce el salto de unachispa; es un sistema de larga vida pero necesitaconexión eléctrica.
• Apertura de paso de combustible y elcomburente; debe quedar cerrado cuando lacaldera está parada; el paso de aire contribuye aenfriar la caldera y con ello a bajar el rendimientodel sistema.
CONTROL DE ENCENDIDO
La extinción es debida casi siempre a que,
por una causa fortuita, la proporción
aire/gas sobrepasa los límites de
inflamabilidad.
Los aparatos para evitar estos riesgos
suelen ser:
•Manostatos detectando la baja presión o
alta presión de gas.
•Detector de falta de aire comburente.
•Dispositivo detectando extinción de la llama.
•Bimetálicos, se deforman por calor
•Termopares, generan una cierta tensión
al calentarse.
•Electrónicos.
TIEMPOS DE ENCENDIDO
• Tiempo de prebarrido: es el periodo defuncionamiento del ventilador antes de encenderla llama; elimina gases residuales.
• Tiempo de preencendido: desde que se provocala chispa hasta que se empieza a suministrarcombustible, con esto se logra un encendidosuave.
• Tiempo de seguridad: es el tiempo máximo en elque se puede suministrar combustible a lacaldera sin que aparezca la llama.
• Tiempo de postencendido: es el periodo en elque se mantiene el sistema de encendidodespués de haber provocado la aparición de lallama.
FORMACION DE INQUEMADOS
a)Por falta de aire a nivel de combustión. Ya sea por
falta global de aire o por malas mezclas de aire e
hidrocarburo
b) Por los fenómenos de cracking y de reforming,
que conllevan la formación de grafito
c) El grafito o el compuesto carbonoso de alto peso
molecular se forma cuando la combustión quema
a poca velocidad, provocando combustión
incompleta, lo que es una función exponencial de
la temperatura.
DISEÑO DEL QUEMADOR
Parámetros de diseño:
- Tipo de combustible a quemar
- Potencia calorífica
mV
h
Qm
hmQ
SELECCIÓN DE COMPONENTES
BOMBA
- Caudal
- Presión
- Aplicación
MOTOR
HPPV
Wbomba1714
MONTAJE MOTOR Y BOMBA
BOQUILLA DE TIPO REMOLINO
BOQUILLAS NORMALIZADAS
Boquilla N° Caudal (GPH) Angulo (°) marca
1 1 80 Devalan
2 1 45 SH
3 1.75 30 HAGO
4 2 30 HAGO
5 2.25 45 HAGO
6 3 45 HAGO
7 3 60 HAGO
Cono de rocío: de 5 a 15°
L/do (0.2 – 0.5)
L (de la tobera) se determina por:
- ∆L de P
- ∆L de H
- ∆L de v
a lo largo de la tobera
TANQUE DE SUMINISTRO Y ALMACENAMIENTO
DIAGRAMA DEL SISTEMA DE INYECCION DE COMBUSTIBLE
Depósito
combustible
Línea
succión
Válvulas
cierre
Filtro
combustible
Bomba
combustible
manómetro
Válvula
cheque
Válvula
reguladora de
presión
Línea
descarga
Línea de retorno
Boquilla
inyección
PARAMETROS DE DISEÑO DEL VENTILADOR
DIMENSIONES
Ancho del rotor succión b1 cm
Ancho del rotor descarga b2 cm
Lado A de la descarga cm
Lado B de la descarga cm
Rmax cm
Rd = D1/D2
Area de descarga As m2
V
E
N
T
I
L
A
D
O
R
CURVA CARACTERISTICA DE VENTILADORES
CON EL MISMO DIAMETRO DE RODETE
VENTILADOR
• Aplicación
• Caudal
• Presión de trabajo
• Diámetro exterior del rodete
V
2
2
11int
2
.:d
d
n
ugráfico
Angulo medio de los álabes
l
tz
Triangulo de velocidades
Pérdidas internas en cada zona:
Pérdidas hasta la entrada de los alabes
Pérdidas en el rodete
Pérdidas en el difusor
Rendimiento volumétrico
Par transmitido por el eje al rotor
Ancho de entrada de los álabes
Ancho del rodete a la salida
Los álabes se construyen mediante un arco
de círculo
R
E
G
U
L
A
C
I
O
N
DEL
C
A
U
D
A
L
ELECTRODOS Y BOQUILLA DE COMBUSTIBLE
ELECTRODOS
BOQUILLA
Q
U
E
M
A
D
O
R