Combustion Tecnigas

Curso InternacionalCONVERSIONES DE EQUIPOS Y SISTEMAS PARA USO DE GAS EN LAS INDUSTRIAS

LIMA, JULIO 22 AL 25 DEL 2004

Principios de combustin.Equipos de combustin.Parmetros para el diseo de un sistema de medicin. Control de combustin Adaptacin de equipos de combustin al uso de gas natural.Beneficios econmicos del uso del gas natural.CONTENIDO

PRINCIPIOS DE COMBUSTION

Definicin de CombustinTipos de CombustiblesQumica de la CombustinTermodinmica de la CombustinTipos de Combustin Condiciones para la CombustinMecanismos del Proceso de CombustinClculo terico del proceso de CombustinEficiencia del proceso de CombustinControl de la reaccin de Combustin PRINCIPIOS DE COMBUSTION

PRINCIPIOS DE COMBUSTIONDEFINICION DE COMBUSTIONCOMBUSTION: Reaccin que se realiza rpidamente con la conversin de energa qumica a energa sensible. A una mayor rea de contacto se obtiene una mayor velocidad de reaccin. Reaccin de oxidacin y exotrmica con desprendimiento de llama

Combinacin Qumica Violenta Desprendimiento de calor

El avance de la combustin ocurre por reacciones rpidas en cadena, que se sucede en etapas, las cuales dependen del tipo de combustible que se utilice, ya sea gas, lquido o slido.

PRINCIPIOS DE COMBUSTIONDEFINICION DE COMBUSTIONEs necesario que la temperatura en algn punto de la mezcla de oxgeno y combustible, adquiera un determinado valor.Reaccin imperfecta oxidacin en grado inferior o no oxidacin.Combustibles formados por carbono e hidrgenoLa propagacin de calor debe cesar para un valor finito de la velocidad de inflamacin.(LII-LSI)La forma de producirse la combustin vara segn el estado del combustible.El proceso de combustin es controlado por la concentracin, temperatura y la mezcla de los reactivos.Cada combustible exige un diseo apropiado.

PRINCIPIOS DE COMBUSTIONDEFINICION DE COMBUSTIONINGENIERIA DE LA COMBUSTION: Se refiere a la optimizacin de la reaccin en cuanto a velocidad, eficiencia y control de emisiones atmosfricas mediante el uso adecuado de combustibles y equipos. Para mejorar los diseos de un proceso de combustin es necesario entender la combustin desde el punto de vista cientfico y de ingeniera, para ello se debe utilizar la qumica, matemticas, termodinmica, transferencia de calor y mecnica de fluidos. De igual manera debe aplicar en forma conjunta la ciencia, la experimentacin y la experiencia para mejorar los procesos de combustin.

PRINCIPIOS DE COMBUSTIONDEFINICION DE COMBUSTIONOBJETIVOS DE LA COMBUSTION: Generar calor a un proceso determinado, fundicin. Incrementar la temperatura para facilitar la ocurrencia de un proceso, generacin de vapor. Crear una atmsfera con los productos de combustin, secado.

PRINCIPIOS DE COMBUSTIONTIPOS DE COMBUSTIBLESCombustible es aquel compuesto que almacena energa qumica en su estructura molecular, y en contacto con aire dicha energa es liberada a travs de complejas reacciones qumicas y expresadas por una llama. Especificaciones bsicas de los combustibles:

Alta densidad de energa: Contenido de calor. Alto calor de combustin: Potencial calor a liberar. Estabilidad trmica: Almacenamiento. Presin de vapor : Volatilidad. Contaminacin atmosfrica : Efecto impacto ambiental.

PRINCIPIOS DE COMBUSTIONTIPO DE COMBUSTIBLESSeleccin de combustibles: Costo Disponibilidad Transporte Reglamentacin Ambiental

Tipos de combustibles Slidos Lquidos Gaseosos

PRINCIPIOS DE COMBUSTIONCOMBUSTIBLES MAS USADOS

COMBUSTIBLES SLIDOS

La buena combustin depende de la facilidad de acceso del aire a las partculas del combustible

CLASIFICACIN DE LOS COMBUSTIBLES SLIDOS Carbn mineral Carbn vegetal: Madera Biomasa: Bagazo Desechos slidos: cauchos, polietileno, etc

FORMAS DE USO Pulverizado: Fluidizado y Banda Transportadora Emulsin Estado NaturalPRINCIPIOS DE COMBUSTIONTIPOS DE COMBUSTIBLES

COMBUSTIBLES SLIDOS

El proceso de combustin de un combustible slido posee las siguientes fases: Secado del combustible: Humedad contenida en el combustible Destilacin: Separacin de los componentes voltiles contenidos en el combustible. Quema de los componentes menos voltiles debido al calor generado por la combustin de los voltiles. Residuo de cenizas en el proceso de combustin

El uso de combustibles slidos requiere una mayor inversin para el almacenamiento, preparacin, manejo y transporte del combustible, pero a su vez su costo es mucho ms bajo que los combustibles lquidos y gaseosos. PRINCIPIOS DE COMBUSTIONTIPOS DE COMBUSTIBLES

COMBUSTIBLES SLIDOS

CARACTERSTICAS Alto contenido de oxgeno, nitrgeno y azufre Poder calorfico Contenido material vlatil Contenido de cenizas Humedad Granulomatra Temperatura de fusin de las cenizasPRINCIPIOS DE COMBUSTIONTIPOS DE COMBUSTIBLES

COMBUSTIBLES SLIDOS

EVALUACION COMO COMBUSTIBLES Mayor inversin para el almacenamiento, manejo, preparacin y transporte Alta contaminacin atmosfrica Menor eficiencia Costos bajos respecto a combustibles lquidos y gaseosos

COMPOSICION DE COMBUSTIBLES SLIDOSCONSIDERACIONES DE SELECCION Disposicin y tipo de cenizas Efectos de corrosin / abrasivos Mezcla con otros combustiblesPRINCIPIOS DE COMBUSTIONTIPOS DE COMBUSTIBLES

COMBUSTIBLES LIQUIDOS

CLASIFICACIN DE LOS COMBUSTIBLES LIQUIDOS

Son mezclas de hidrocarburos derivados del petrleo por medio de procesos de refinacin. En el petrleo se pueden distinguir diferentes compuestos, adems de hidrocarburo, el petrleo contiene pequeas cantidades de oxgeno, nitrgeno, azufre, vanadio, nquel, hierro, trazas de otros metales e impurezas tales como agua y sedimentos.

PRINCIPIOS DE COMBUSTIONTIPOS DE COMBUSTIBLES


ESTRUCTURA MOLECULAR DE LOS COMBUSTIBLES LIQUIDOSCrudo y Destilados Parafnicos Naftenicos Aromticos OlefinasResiduales

COMPOSICION DE COMBUSTIBLES LIQUIDOS Anlisis Qumico C, H, S, N, O Contenido de C: 83 88% Contenido de H: 7 12% PRINCIPIOS DE COMBUSTIONTIPOS DE COMBUSTIBLES


Origen del petrleo Naturales: Crudo Refinados: Nafta, Keroseno; Gas oil, Diesel, JetA Residuales: Fuel oil

Origen de combustibles slidos A partir del carbn.

Subproductos industriales Licor negro


COMBUSTIBLES LIQUIDOS PRINCIPIOS DE COMBUSTIONTIPOS DE COMBUSTIBLES

COMBUSTIBLES LQUIDOS

CARACTERSTICAS DE LOS COMBUSTIBLES LIQUIDOSComposicin qumica parecida, propiedad fsica diferente Gravedad especifica Viscosidad Poder calorfico Curva de destilacin Punto de inflamacin Contenido de carbn conradson Contenido de cenizas Contenido de sedimento y agua Contenido de azufrePRINCIPIOS DE COMBUSTIONTIPOS DE COMBUSTIBLES


CARACTERSTICAS DE LOS COMBUSTIBLES LQUIDOSGRAVEDAD ESPECIFICA: Relacin de densidad con respecto al agua

Variacin con la temperatura: Un lquido se expande cuando se incrementa la temperatura y se contrae cuando se disminuye



CARACTERSTICAS DE LOS COMBUSTIBLES LQUIDOS VISCOSIDADLa medida de la resistencia a fluir. Para un combustible lquido es la facilidad para ser bombeado y atomizado.Los combustibles lquidos se manejan a diferentes niveles de viscosidadComportamiento de la viscosidad con la temperaturaA mayor temperatura menor viscosidad (GPSA FIG 23.21)

PODER CALORIFICOEnerga liberada como calor en la combustinRelacin poder calorfico y gravedad especficaPRINCIPIOS DE COMBUSTIONTIPOS DE COMBUSTIBLES


CARACTERSTICAS DE LOS COMBUSTIBLES LQUIDOS DESTILACIN DE LOS COMBUSTIBLES LQUIDOS Combustibles destilados: baja viscosidad, humedad y contenido de metalesCombustibles residuales: alto contenido de contaminantesLa destilacin ayuda a determinar el comportamiento de los combustibles lquidos.

PUNTO DE CHISPATemperatura a la cual los vapores del combustible liquido produce combustin rpida en presencia de una llama.Propiedad que determina la seguridad en el manejo de los combustibles lquidosPRINCIPIOS DE COMBUSTIONTIPOS DE COMBUSTIBLES


CARACTERSTICAS DE LOS COMBUSTIBLES LQUIDOS

RESIDUOS DE CARBNTendencia a formar holln en el proceso de combustinSe mide como carbn conradson y determina el potencial del combustible lquido a formar humos.

CONTENIDO DE CENIZAS Y METALESMaterial no inflamable presente en el combustible.Causan problemas en los equipos y en la eficiencia de la transferencia de calorPRINCIPIOS DE COMBUSTIONTIPOS DE COMBUSTIBLES



AGUA Y SEDIMENTOSArrastre de humedad y lodos en los procesos de destilacin.Causan discontinuidad de la llama y obstruccin en los quemadores.Daos en los equipos de control.

CONTENIDO DE AZUFRE Y NITROGENOComponentes orgnicos que liberan xidos de azufre y nitrgeno en la combustin.Causan corrosin y lluvia cida.




PUNTO DE FLUIDEZTemperatura mas baja a la cual el combustible lquido fluye.Propiedad que determina inversiones para su manejo.

TEMPERATURA DE AUTO IGNICIONLa temperatura mas baja para que ocurra combustin auto-sostenida en ausencia de llama o chispaEs una indicacin de la facilidad de un combustible a combustirTemperatura auto-ignicin de gasolina: 370 oC


COMBUSTIBLES GASEOSOS

Un combustible gaseoso es ms fcil de manejar y su combustin es limpia y sin problemas de operacin.

El gas es un combustible de fcil quemado, ya que para su combustin slo requiere ser mezclado con determinada cantidad de aire a condiciones ptimas de temperatura.

CLASIFICACIN DE LOS GASES COMBUSTIBLES PRIMERA FAMILIA: Gases manufacturados SEGUNDA FAMILIA: Gas Natural TERCERA FAMILIA: GLP, Propano, ButanoPRINCIPIOS DE COMBUSTIONTIPOS DE COMBUSTIBLES


COMPOSICION TPICA DEL GAS NATURAL

METANO: 70 96% ETANO: 1 14% PROPANO: 0 4% C+4: 0 2%PRINCIPIOS DE COMBUSTIONTIPOS DE COMBUSTIBLES


Propiedad.UnidadesEspecificaciones de calidad.Mnimo.Mximo.Poder calorfico bruto.Kcal/sm3845010300Sulfuro Hidrgeno. (H2S)mg/sm33Azufre Total. (S)mg/sm315Vapor de aguamg/sm365 4 lb/MMPCDixido carbono. (CO2).% Vol.3.5Gases Inertes (*).% Vol.6Temperatura.C.50Material Slido.Libre de polvos, gomas y de cualquier slido que pueda ocasionar problemas en la tubera.Lquidos.Libre de agua en estado lquido.


APLICACIONES DEL GAS NATURAL COMO COMBUSTIBLE

Utilizacin trmica clsica: gasodomsticos, calderas, hornos, turbogs. Utilizacin trmica especial: tratamientos trmicos (oxi-red). Utilizacin trmica particular: caractersticas qumicas y termodinmicas tanto del gas como productos de combustin. PRINCIPIOS DE COMBUSTIONTIPOS DE COMBUSTIBLES


CARACTERSTICAS DE LOS COMBUSTIBLES GASEOSOS

Gravedad Especfica: Relacin de densidad con respecto al aire.

@ c.s

Composicin del gas Poder calorfico: energa liberada en el proceso de combustin. Temperatura de Ignicin: Temperatura mas baja a la que sucede la combustin auto-sometida. Limites de Inflamabilidad: Rango de concentracin aire-combustible en el que sucede la combustin.PRINCIPIOS DE COMBUSTIONTIPOS DE COMBUSTIBLES

REACCION DE COMBUSTIONCombustible: Material que libera energa, cuyo principales componentes son C y H.

Oxidante: El aire cuya composicin es 79% N2 y 21% O2.

Productos de combustin: Compuestos resultado de la reaccin de combustin.

La ecuacin de reaccin presenta el resultado inicial y final, no indica el camino real de la reaccin que involucra varias etapas.PRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION

REACCION DE COMBUSTION

La ley de conservacin de la masa

La ecuacin de una reaccin qumica es una expresin cualitativa y cuantitativa.

En la oxidacin completa se produce el mximo rendimiento energtico y los productos finales no son susceptibles de nueva combustin. PRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION

ESTEQUIOMETRIA DE LA COMBUSTION

ESTEQUIOMETRIA: Es el estudio de la cantidad de materia proporcional en la combinacin para que ocurra una reaccin. La estequiometra es el punto de partida para el diseo de un equipo de combustin. Permite:

Cantidad de aire requerida para quemar una determinada cantidad de combustible. Cantidad y composicin de los gases producto de la combustin. Determinar coeficientes de transferencia de calorPRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION


BALANCE ESTEQUIOMETRICO

Vi: Coeficiente estequiomtrico, signo positivo para productos, signo negativo para reactivos.Ci: Compuestos que entran a la reaccin.PRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION


Los productos de la combustin se presentan en forma gaseosa, cuando existe baja temperatura es posible la condensacin de agua. Para los productos de combustin se aplica con bastante aproximacin la ley de los gases ideales.

Si V1=1 Se aplica la ley de conservacin de las especies qumicas as:

Para C: 2 = V3Para H: 6 = 2 V4 V4=3Para O: 2V2 = 2V3 + V4 Reemplazando V3 y V4 tenemos:

PRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION

ESTEQUIMETRIA DE LA COMBUSTION Determinacin de Oxgeno y aire terico Cantidad mnima para oxidar todo el combustible.

Cantidad de oxgeno: (n + m/4) / vol CnHm VO2= 0.21Va o Va=4.76VO2 Cantidad de aire: (4,76)(n + m /4) / vol CnHm PRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION

ESTEQUIMETRIA DE LA COMBUSTION Para una mezcla de gas como combustible se tiene:

Donde:XO2: Fraccin volumtrica de O2 en el combustible Vam: Volumen de aire terico por volumen de gas Xi: Fraccin de componente i en la mezcla de gas. Vai: Volumen de aire terico del componente i, por volumen del gas iPRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION

ESTEQUIOMETRIA DE LA COMBUSTION Ejemplo de clculo terico de aire para la combustin . Determinar el volumen de aire terico para quemar un metro cbico del siguiente gas natural: CH4:85% C2H6:13% C3H8:2%

Contenido de oxgeno en el gas es cero, luego Xo2= 0PRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION

ESTEQUIOMETRIA DE LA COMBUSTION Ejemplo de clculo terico de aire para la combustin . PRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION

ESTEQUIOMETRIA DE LA COMBUSTIONPRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION

ESTEQUIOMETRIA DE LA COMBUSTION EXCESO DE AIRE: Para obtener la combustin completa se requiere utilizar una cantidad adicional de aire a la terica

En los productos de la combustin debe estar presente el aire no requerido en la reaccin de combustin Los equipos de combustin se disean para trabajar con exceso de aire a fin de garantizar una combustin completa


ESTEQUIOMETRIA DE LA COMBUSTION EXCESO DE AIRE: La eficiencia del equipo esta relacionada directamente con los requerimientos de exceso de aire: mayor eficiencia menor exceso de aire.

El exceso de aire se relaciona con: Temperatura deseada de los gases Variaciones de la carga trmica del equipo Limitaciones de tipo metalrgicoPRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION

ESTEQUIOMETRIA DE LA COMBUSTION EXCESO DE AIRE Clculo de exceso de aire a partir de medir el suministro de aire: %aire exceso= [ ( aire utilizado - aire terico ) / aire terico] 100 Clculo de exceso de aire a partir de la composicin de los gases de combustin : %aire exceso= donde: X: Es la fraccin molar o volumtrico de los diferentes compuestos presentes en los gases de combustin. PRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION

ESTEQUIOMETRIA DE LA COMBUSTION EXCESO DE AIRE Clculo de exceso de aire cuando en los gases de combustin esta presente combustible no quemado, hidrgeno y monxido de carbn


ESTEQUIOMETRIA DE LA COMBUSTION EXCESO DE AIRE Clculo de exceso de aire si solo se conoce el contenido de dixido de carbono en los gases de combustin

(CO2)t: Produccin terica de CO2 para el combustible dado (CO2) : Produccin real de CO2 en los gases de combustin PRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION

ESTEQUIOMETRIA DE LA COMBUSTION Ejemplo: Los gases de combustin en base seca de una caldera , presentan la siguiente composicin: 5% O2 y 9% CO2. Determinar el exceso de aire. PRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION% exceso de aire = 27.97%


PRODUCTOS DE COMBUSTION Volumen de productos de combustin, generados por la combustin completa de un volumen de gas a condiciones tericas.

PRODUCTOS DE COMBUSTION HUMEDO Se tiene en cuenta el agua producto de la reaccin de combustin. Vfo= (n+m/2)CnHm+0.79Va

Donde: Vfo :Volumen de gases de combustin incluyendo el agua Va :Volumen terico de airePRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION


PRODUCTOS DE COMBUSTION SECO No se tiene en cuenta el agua producto de la reaccin de combustin Vfo = nCnHm + 0.79Va Donde Vfo: Volumen de gas de combustin sin incluir el aguaPRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION


PRODUCTOS DE COMBUSTION

Clculo de volumen de gases de combustin para una mezcla de gases como combustible.

Donde:Vfo , Vfo : Poderes fumigeno hmedo y seco. : Fraccin de N2 en la mezcla de gas combustible. : Fraccin de CO2 en la mezcla de gas combustible.Vfom , Vfoi: Poderes fumigenos hmedos y secos para cada componente i.PRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION



Clculo de volumen de gases de combustin incluyendo el exceso de aire.



Ejercicio: Calcular el volumen de gases de combustin con base hmeda y seca

Para un gas cuya composicin es: CH4 =85% C2H6=13% C3H8=2%

CH4 : Vfo = (1+4/2) + 0.79(4.76)(1+4/4) Va =(4.76)(n+m/4) Vfo =10.52 Vfo= (1)+0.79(4.76)(1+ 4/4) = 8.52

C2H6 : Vfo= (2+6/2) + 0.79(2+6/4)(0.76) = 18.16o = 15.16

C3H8: Vfo = (3+8/2) + 0.79(4.76)(3+8/4) = 25.8 = 21.8 PRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION



= 0.85(10.52) + 0.13(16.16) + 0.02(21.8) + 0 + 0 = 11.82 m3 de gases de combustin/m3 de gas combustible

= 0.85(8.52) + 0.13(15.16) + 0.02(21.8) + 0 + 0 = 9.465 m3 de gases de combustin/m3 de gas combustiblePRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION



Determine en volumen de gases de combustin con un 10% exceso de aire.

Exceso de aire = %exceso * Vam = (0.1)(10.73) = 1.073

Vfo = 11.82 +1.073 = 12.893Vfo = 9.465 + 1.073= 10.538 PRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION


HUMEDAD EN EL AIRE DE COMBUSTIONLa cantidad de vapor de agua en el aire se puede calcular midiendo directamente la masa de vapor de agua presente en una masa unitaria de aire seco, lo que se denomina humedad absoluta o especifica (w):PRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION


HUMEDAD EN EL AIRE DE COMBUSTIONLa saturacin de aire con vapor de agua se logra cuando se inicia la condensacin de la humedad, es decir se presenta una separacin fsica del aire y el agua lquida.

La humedad relativa, , es la cantidad de vapor de agua contenida en el aire en relacin con la cantidad mxima de humedad permitida a las condiciones de presin y temperatura.PRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION


HUMEDAD EN EL AIRE DE COMBUSTIONPg : Presin de saturacin @ TDonde: mv : masa de vapor mg : mximo contenido de vapor en el aire a condicin de saturacinRelacionando humedad absoluta con humedad relativa tenemos:

w : masa de agua / masa de aire secoPRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION


HUMEDAD EN EL AIRE DE COMBUSTIONEjemplo: En 100 m3 de aire a 1 atmsfera de presin y 50C y una humedad relativa de 80%; determine la masa de vapor de agua existente y su volumen

Pg (1 atm y 50C) = 12.349 KpaPv = Pg = 12.349 Kpa * 0.8 = 9.88 Kpa

PT = Pa + PvPa = 101.92 9.88 = 91.44 KpaR = 8.31434 PRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION


HUMEDAD EN EL AIRE DE COMBUSTIONmaire = 0.9874 Kgr mvapor = 0.066 KgrPRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTIONPV = nRT


ANALISIS DE LOS PRODUCTOS DE COMBUSTION La presencia de CO y H2 en los gases de combustin causan ineficiencia en el equipo por menor energa y prdida de combustible.Alto exceso de aire genera alto volumen de gases de combustin lo que provoca prdidas de calor con los humos.Control del suministro de aire al proceso de combustinDeterminacin de la composicin de los gases de combustinAnlisis Orsat y Analizadores de oxgeno tipo xido de CirconioPRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION

ESTEQUIOETRIA DE LA COMBUSTION

ANLISIS DE LOS PRODUCTOS DE LA COMBUSTIN

ANALIZADOR ORSAT Principio de Operacin Ley de volmenes parciales Absorcin de cada componente de la mezcla a T y P constantes Resultados en base seca

ANALISIS DE LOS RESULTADOS DEL ORSAT Combustin completa o incompleta Exceso de aire en la reaccin Emisiones de combustible no quemado Cantidad de agua en los gases de combustinPRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION


ANLISIS DE LOS PRODUCTOS DE COMBUSTIN

DETERMINACION DE LA RELACION CARBONO-HIDROGENO EN EL COMBUSTIBLE

EJERCICIO CON DATOS DE ANALIZADOR DE ORSAT

Un hidrocarburo reacciona con aire a 1 atmsfera de presin, 15 C y 60% de humedad relativa. El anlisis en volumen Orsat de los humos es el siguiente: CO2: 10% ;O2: 2.37% y N2: 87.1%. Determinar la relacin C / H en peso del combustible PRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION

ESTEQUIOMETRIA DE LA COMBUSTIONPRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION

ESTEQUEOMETRIA DE LA COMBUSTION

Clculo de la cantidad de agua en los gases de combustinCantidad de N2: 87.1 molesCantidad de O2: 87.1/3.76 =23.1 moles O2 totalO2 para formar agua= O2 total - O2 Gases de CombustinO2 (H2O)= 23.1 - 12.635= 10.465 moles O2 para formar H2OH2 en el combustible: 2 * moles de O2 (H2O)H2 en el combustible: 2 * 10.465= 20.93 moles de H2Cantidad de agua formada: 20.93 moles H2O por 100 moles de humos secos

Clculo de Relacin C / HMoles de C: 10.53 molesMoles de H2: 20.93 moles Relacin C / H =



Anlisis de los productos de combustin

DETERMINACION DE COMBUSTIBLE NO QUEMADO

EJERCICIO 2, CON DATOS DEL ANALIZADOR ORSAT.

Un combustible lquido posee C: 86% y H:14% en peso, y se quema con aire. El anlisis de los gases de combustin es el siguiente:

CO2: 0.2% CO:3% O2: 3.5% N2: 83.3%

Encontrar la fraccin de C no quemado.PRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION


Desarrollo:Balance de la reaccinmC + nH + q(O2+3.76) 10.2CO2 + 3CO + 3.5O2 + 83.3N2 + pH2OPRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION

SustanciaMoles Moles CMoles O2Moles N2CO210.210.210.20CO3.03.01.50O23.503.50N283.30083.3Totales10013.215.283.3


Cantidad de aire: q= 83.3/3.76 = 22.1 moles de aireCantidad de C: m= 13.2 molesCantidad de O2 total: 22.1 moles =q

O2 para formar agua: 22.1-15.2 = 6.9

Moles de H2O: 2*6.9 = 13.8 moles de agua = pMoles de H: 2*13.8 = 27.6 moles H = n

13.2C + 27.6H + 22.1(O2 + 3.76N2) 10.2CO2 + 3CO + 3.5O2 + 83.3N2 + 13.8H2O



Consumo de combustible: 13.2(12) + 27.6(1)=186 gramos

Composicin del combustible: H:14% C:86%Moles de H: 27.6 Peso de H: 27.6*1 = 27.6

Relacin msica combustible: 27.6/(x+186) = 0.14 x=11.1 gramos de holln no quemado

Masa total de combustible: 186+11.1=197.1 gramosPRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION

Anlisis de los productos de combustinVolumen de Dixido de carbonoVolumen de CO2 resultante de la combustin completa VCO2

Volumen de vapor de agua totalVolumen de H2O resultante de la combustin completaPRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION

ESTEQUIOMETRIA DE LA COMBUSTION Anlisis de los productos de combustin Analizadores de oxgeno tipo xido de Circonio Nueva tecnologa en medicin de oxgeno para facilitar el control de la combustin Creacin de voltaje como resultado de dos concentraciones de oxigeno diferentes, uno considerado de referencia. Relacin entre el voltaje creado y las presiones parciales. Alta sensibilidad a bajas concentraciones de oxigeno Gran estabilidad y exactitud. Respuesta rpida lo que facilita un sistema de control automtico. Aplicacin diversaPRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION


RELACION AIRE COMBUSTIBLE Variable que define la eficiencia del proceso de combustin. C3H8 + 5O2 3C02 + 4H2O + Energa CalricaMolar 1 mol + 5 moles 3 moles + 4 molesPeso 44 + 160 132 + 72

Relacin Aire / Combustible: AF= Peso de Aire / Peso de Combustible Moles de aire: Moles de O2 * 4.76

AF= N moles aire * PM aire/ N moles Combustible * PM CombustiblePM aire= 29PM combustible = para una mezcla de gasesPRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION

ESTEQUEOMETRIA DE LA COMBUSTIONRELACIN AIRE COMBUSTIBLE A = maireteorico / mcombustible1 mol de O2 4.76 moles de aire CxHyOz + [O2+3.76N2] xCO2 + 1/2yH2O + 3.76 N2PRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION

ESTEQUEOMETRIA DE LA COMBUSTIONCalculo para CH3OH (METANOL)

A0 =1.44 (8C+24H+3S-3O) donde: C,H,S,O son las fracciones msicas de carbono, hidrogeno, azufre y oxgeno, en el combustiblePRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION

RELACIN AIRE-COMBUSTIBLE Ejercicio: Determinar la relacin aire combustible requerida para la combustin de 1 Kg de tolueno. cules son los anlisis molar y msico de los gases de combustin?C6H5CH3 + 9[ O2 + 3.76N2] 7CO2 + 4H2O + 33.8N2PRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION

RELACIN AIRE-COMBUSTIBLEANALISIS MOLAR Y MASICOPRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTION

ProductoMoles Xi%(molar)GramosY1% (peso)CO2715.630823.2H2O48.9724.3N233.875.5946.472.5Totales44.81001326.4100

PRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTIONRELACIN AIRE-COMBUSTIBLE EXCESO DE AIRE A : Relacin aire-combustible terica A : relacin aire-combustible real A= A Donde: es el porcentaje de exceso o defecto de aire. > 1 : exceso < 1 : defecto

PRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTIONRELACIN AIRE-COMBUSTIBLE Ejercicio: Un carbn utilizado como combustible tiene la siguiente composicin en peso: C: 80.7% ;H:4.9%;S:1.8% O:5.3% ; N:1.1% ; cenizas:10.97%. Cal es la relacin aire combustible real si se utiliza 20% de exceso

Desarrollo: Base de clculo: 100 gr de carbn

PRINCIPIOS DE COMBUSTIONQUIMICA DE LA COMBUSTIONRELACIN AIRE-COMBUSTIBLE Clculo de aire terico: 6.725 C + 6.725 O2 6.725 CO2 2.45 H2 + 1.225 O2 2.45 H2O 0.0562 S + 0.0562 O2 0.0562 SO2 0.0393 N + 0.0393 O2 0.0393 NO2 O2 total = 8.0455 O2 terico = 8.0455 0.1656 = 7.8799 moles A= A A= (138.3*7.8799)/100 = 10.89 A= 10.89*1.2 = 13.07=A

FENMENOS TERMODINMICOS EN LA COMBUSTINComportamiento Fsico-Qumico:Relacin aire-combustibleContenido CalricoComposicin de los gases de combustinComportamiento Cintico:Proceso de mezclaGeometra de la llamaPropagacin y estabilidad. PRINCIPIOS DE COMBUSTIONTERMODINAMICA DE LA COMBUSTION

FUNDAMENTOS TERMODINAMICOS

Todo cuerpo posee energa manifestada en su estado, en su temperatura, en su estructura molecular y en su estructura atmica.Durante los procesos de combustin se presentan cambios en el contenido energtico: estructura qumica por efecto de una reaccin como resultado del rompimiento de enlaces La termodinmica trata los cambios de energa de un sistema durante un proceso y no en la energa de los estados particulares razn por la cual se establece el estado de referencia estndar.PRINCIPIOS DE COMBUSTIONTERMODINAMICA DE LA COMBUSTION

CALOR DE FORMACION

DEFINICION: Cambio de energa entlpica que acompaa la formacin de un mol de sustancia a partir de sus elementos, o reactivos cuando la reaccin ocurre a condiciones estndar (P0= 1atm T0= 250C). El calor de formacin de sus reactivos en su estado estndar es cero. Ah0 H2= 0 Ah0H 0La entalpa de una sustancia cualquiera en el estado de referencia es igual a su entalpa de formacin h0f= h (T0, P0)PRINCIPIOS DE COMBUSTIONTERMODINAMICA DE LA COMBUSTION

PRINCIPIOS DE COMBUSTIONTERMODINAMICA DE LA COMBUSTIONENTALPIA ABSOLUTA Definicin Contenido de energa de un compuesto a unas condiciones de T y P, la cual es la sumatoria de la energa de formacin ms la entalpa sensible Entalpa absoluta de una compuesto consiste de la energa asociada a su formacin, y otra relacionada con el cambio de las condiciones respecto a la estndar a composicin constante

PRINCIPIOS DE COMBUSTIONTERMODINAMICA DE LA COMBUSTIONENTALPIA ABSOLUTA Determinacin de entalpa absoluta: Gases:

Lquidos slidos:

PRINCIPIOS DE COMBUSTIONTERMODINAMICA DE LA COMBUSTIONPODER CALORIFICO Definicin: Es la cantidad de energa liberada cuando un combustible se quema por completo en un proceso de flujo permanente, y los productos vuelven a las mismas condiciones de T y P que los reactivos. Unidades de medicin: BTU,Joule, Kwh, Kcaloras Poder calorfico superior: El agua producto de la reaccin de combustin permanece en forma lquida en los productos de combustin.

PRINCIPIOS DE COMBUSTIONTERMODINAMICA DE LA COMBUSTIONPODER CALORIFICO

Poder calorfico Inferior: El agua producto de la reaccin permanece en forma gaseosa. (PCS PCI) : Calor requerido para vaporizar el agua producto de la combustin

PRINCIPIOS DE COMBUSTIONTERMODINAMICA DE LA COMBUSTIONClculo del poder calorfico:Mezcla de un combustible gaseoso:

Donde:PCm : Poder calorfico de la mezclaPCi : Poder calorfico del componente iXi : Fraccin del componente i en la mezcla

Combustibles lquidos y slidos: Mtodo experimental mediante el uso de un calormetro

Ejercicio: Calcular el PCS de una mezcla gaseosa de CH4: 85% ; C2H6: 13% ; C3H8: 2%PODER CALORIFICO

PODER CALORIFICO

PRINCIPIOS DE COMBUSTIONTERMODINAMICA DE LA COMBUSTION

Introduccin:Las condiciones de combustin estn referidas por la relacin aire-combustible en la reaccin y proporcin de aire (aire realmente usado/aire terico).

Relacin aire-combustible: R=Qa/Qg Donde: Qa: Flujo de aire, m3/h Qg: Flujo de gas, m3/h

Proporcin de aire: n=Qa/(VaQg)=R/Va Donde: Va:Volmen terico de aire/m3gas

Combustin Estequiomtrica o ideal:Es aquella reaccin de combustin que utiliza la cantidad mnima de aire necesaria para la combustin completa. No hay presencia de oxgeno y combustible en los gases de combustin. PRINCIPIOS DE COMBUSTIONTIPOS DE COMBUSTION

COMBUSTION INCOMPLETA

Reaccin donde los elementos que conforman el combustible no son completamente oxidados en el proceso de combustin. Los componentes que identifican una combustin completa en los gases de combustin son C, CO, H2, OH.

Las causas de una combustin incompleta :- Cantidad insuficiente de oxgeno- Mezcla combustible - aire deficiente - Tiempo de residencia inadecuado

PRINCIPIOS DE COMBUSTIONTIPOS DE COMBUSTION

COMBUSTION REAL

Es la practica comn de combustin donde un exceso de aire garantiza la reaccin con todo el combustible liberando la energa total contenido en dicho combustible. Exceso de aire superior al exigido en la combustin real causa ineficiencia en el proceso.

COMBUSTION ADIABATICA

Proceso donde todo el calor liberado en la combustin se usa exclusivamente a elevar la temperatura de los gases de combustin. No existe intercambio de calor con los alrededores. PRINCIPIOS DE COMBUSTIONTIPOS DE COMBUSTION

CONDICIONES PARA LA COMBUSTIONLa mezcla combustible - oxidante reaccionan generando una llama auto - sostenida cuando se cumplan ciertas condiciones termodinmicas y cinticas que el proceso de combustin exige.

TEMPERATURA DE INFLAMABIIDADTemperatura a la cual lo vapores de combustible en presencia de aire y una fuente de calor reaccionan y se propaga poco a poco a toda la masa de combustible.PRINCIPIOS DE COMBUSTIONCONDICIONES PARA LA COMBUSTION

CONDICIONES PARA LA COMBUSTIONLIMITES DE INFLAMABILIDADLmites de concentracin aire - combustible inferior y superior para que ocurra la reaccin de combustin auto - sostenida en presencia de una fuente de calor. Los lmites de concentracin varan de acuerdo al tipo de combustible.

TEMPERATURA DE IGNICIONEs la temperatura mas baja a la cual la reaccin de combustin se auto - sostiene. La temperatura de ignicin depende de las condiciones cinticas de la reaccin del combustible y los equipos de combustin PRINCIPIOS DE COMBUSTIONCONDICIONES PARA LA COMBUSTION

PRINCIPIOS DE COMBUSTIONCONDICIONES PARA LA COMBUSTION

CONDICIONES PARA LA COMBUSTION

Inestabilidad de llama

Llama: La manifestacin visible y calrica de la reaccin de combustin Tipos de llama en funcin de la mezcla aire - combustible Sin mezcla previa: Baja temperatura, gran longitud, color amarillo (gas) Con mezcla previa: Alta temperatura, longitud corta, color azul (gas)Velocidad de propagacin de la llama propiedad caracterstica de cada combustible bajo una condicin ideal de la mezclaVelocidad de salida del combustible: Condicin de presin de suministro de la mezcla aire - combustible o combustible (caso llama sin mezcla previa)Estabilidad de la llama: Equilibrio entre las velocidades de propagacin y salida del combustible PRINCIPIOS DE COMBUSTIONCONDICIONES PARA LA COMBUSTION

Causas de Inestabilidad de la llama Aumento de presin de suministro de combustible:Desprendimiento de llama. Baja presin de suministro de combustible : Retrollama o retroceso

Factores que determinan estabilidad de llama Forma y dimensiones de los orificios de los quemadores Naturaleza del combustible Relacin de pre-mezcla aire-combustible Temperatura de la mezcla aire-combustible: incremento de la temperatura disminuye la tendencia al desprendimiento y aumenta la posibilidad de la retrollama. Deficiencia de aire primario a la salida del quemador y aire secundario alrededor de la boquilla ocasiona puntas amarillas en la llama PRINCIPIOS DE COMBUSTIONCONDICIONES PARA LA COMBUSTION

ETAPAS EN EL PROCESO DE COMBUSTION

Etapa de Pre-combustin

Etapa de combustin propiamente dicha

Etapa de Post-combustin

PRINCIPIOS DE COMBUSTIONMECANISMOS DEL PROCESO DE COMBUSTION

ETAPA DE PRE-COMBUSTION

- Actividades de manejo y suministro del combustible hasta los quemadores del equipo de combustin. - La problemtica de la pre-combustin esta referida al tipo de combustible y a las facilidades que se disponganPRINCIPIOS DE COMBUSTIONMECANISMOS DEL PROCESO DE COMBUSTION

ETAPA DE COMBUSTION PROPIAMENTE DICHA

Etapa donde se realizan el conjunto de reacciones qumicas de oxidacin que desprenden energa qumica en forma de calor asociado a la formacin de llama

Existencia de combustible-comburente-energa de activacin

El quemador es el equipo principal en esta etapa de combustin: Facilita la mezcla aire-combustible Garantiza estabilidad del proceso Facilita la atomizacin de combustibles lquidos Facilita la continua ignicin de la mezcla Disminuye los efectos negativos de contaminacin atmosfrica


ETAPA DE POST-COMBUSTION

Manejo que se da a los gases de combustin para cumplir los objetivos de transferencia de calor.

La etapa de post-combustin incluye:

Cmara de combustin: Acomodar llama y mantener temperatura y tiempo de residencia

Seccin de conveccin: Area de intercambio de calor entre los gases de combustin y el proceso .

Chimenea: Salida a la atmsfera de los gases de combustin PRINCIPIOS DE COMBUSTIONMECANISMOS DEL PROCESO DE COMBUSTION

ETAPA DE POST-COMBUSTION

La etapa de post-combustin incluye:

Equipo de manejo de aire: Suministro e aire para la mezcla con el combustible Tiro forzado Tiro inducido Tiro balanceado Tiro Natural

Sistema de control: Instrumentacin requerida para regular y controlar el proceso de combustin.

Corrosin y limpieza interna PRINCIPIOS DE COMBUSTIONMECANISMOS DEL PROCESO DE COMBUSTION

Mecanismos del Proceso de CombustinLas variables que intervienen en el proceso de combustin estn relacionadas con las propiedades de los combustibles; como aquellas propiedades externas del combustible como son los equipos de proceso, la turbulencia y el tiempo de residencia. Tanto los unos como los otros influyen en forma positiva o negativa en el logro de un correcto proceso de reaccin definido claramente en el modelo de la combustin. PRINCIPIOS DE COMBUSTIONMECANISMOS DEL PROCESO DE COMBUSTION

Generalidades

Requerido para el uso de combustibles lquidos

A menor tamao de partculas menor tiempo para que ocurra la reaccin

La atomizacin busca romper la masa de liquido en pequeas gotas para facilitar el modelo de la combustinMecanismos del Proceso de Combustin - ATOMIZACION PRINCIPIOS DE COMBUSTIONMECANISMOS DEL PROCESO DE COMBUSTION

Mecanismos del Proceso de Combustin - ATOMIZACION Propiedades del combustible que inciden en la atomizacinViscosidad del lquidoA menor viscosidad mejor atomizacinCada quemador esta diseado para una viscosidad del combustible determinadoLa temperatura como variable operacional para lograr la viscosidad del combustible


Mecanismos del Proceso de Combustin ATOMIZACIONFactores dependientes del equipo

Tipos de Atomizacin Atomizacin mecnicaAtomizacin fluido motriz

Variables operacionales en la atomizacin Presin del combustible a la entrada del quemador: alta para atomizacin mecnicaTipo de fluido motriz: calidad y cantidadDimetro de la boquillaAngulo de dispersinRelacin fluido motriz - combustiblePRINCIPIOS DE COMBUSTIONMECANISMOS DEL PROCESO DE COMBUSTION

Generalidades- Todo combustible reacciona en estado gaseoso.- La mezcla aire-combustible se realiza en estado gaseoso

Factores que afectan la velocidad de evaporacin.- Tamao de partcula.- Conductividad trmica del combustible.- Temperatura de ebullicin.- Poder calorfico.- Turbulencia en la cmara de combustin Alta temperatura de la cmara PRINCIPIOS DE COMBUSTIONMECANISMOS DEL PROCESO DE COMBUSTIONMecanismos del Proceso de Combustin - VAPORIZACION

SECADO DE LOS COMBUSTIBLES

Eliminacin de la humedad contenida en el combustible lo que ocasiona una menor temperatura de cmara de combustin, prdida de eficiencia y baja velocidad de reaccin de combustin. PRINCIPIOS DE COMBUSTIONMECANISMOS DEL PROCESO DE COMBUSTION

ETAPA DE IGNICIN E INFLAMABILIDAD Para llegar al punto de ignicin e inflamabilidad los vapores del combustible se someten a un post-calentamiento y mezcla con aire.

Todo combustible es una mezcla de componentes de diferentes puntos de ignicin, por lo que la combustin se presenta como un modelo de diferentes secuencias de acuerdo a la naturaleza de los vapores.

ZONA DE REACCIN Y LLAMA

Serie de reacciones en cadena para obtener CO2, H2O, CO, NOX, etc. Las caractersticas de la llama depende del tipo de combustible, de las especificaciones del equipo de combustinPRINCIPIOS DE COMBUSTIONMECANISMOS DEL PROCESO DE COMBUSTION

IntroduccinEl clculo terico del proceso de combustin se basa en la combustin adiabtica, es decir el calor desprendido por la reaccin es absorbido por los gases de combustin

Temperatura Adiabtica de LlamaTemperatura mxima de los gases de combustin cuando toda la energa qumica liberada en el proceso de combustin se usa para elevar su temperatura. No existe interaccin con los alrededores ni cambios de energa cintica y potencial en la corriente del combustible- Reaccin completamente aislada

Temperatura Adiabtica Entalpia de productos = Entalpia de los reactivosPRINCIPIOS DE COMBUSTIONCALCULO TEORICO DEL PROCESO DE COMBUSTION

Clculo Temperatura Adiabtica de Llama

Clculo del contenido entlpico de los reactivos como energa qumica de reaccin

Composicin de los gases de combustin sobre la base de un volumen de combustible

Asumir una temperatura adiabtica y confrontar calor liberado por la reaccin y el contenido entlpico de los gases de combustin PRINCIPIOS DE COMBUSTIONCALCULO TEORICO DEL PROCESO DE COMBUSTION

Todo el calor entregado por la reaccin de combustin no es aprovechado por el proceso lo que significa que parte de este calor se pierde al medio externo, de igual manera no siempre ocurre combustin completa

Eficiencia del proceso: Relaciona el calor absorbido por el proceso con el calor total entregado por el combustible

Factores que afectan la eficienciaMezcla aire-combustible defectuosaTiempo insuficiente para que ocurra la reaccinSuministro inadecuado de reactivos PRINCIPIOS DE COMBUSTIONEFICIENCIA DEL PROCESO DE COMBUSTION

Diagrama de Sankey PRINCIPIOS DE COMBUSTIONEFICIENCIA DEL PROCESO DE COMBUSTION

Control de la reaccin de combustin

El control de la reaccin de combustin se constituye en uno de los principales parmetros a tener en cuenta en la bsqueda de la eficiencia de los equipos de combustin minimizando el consumo de combustibleMedicin directa de la regulacin aire-combustibleMedicin de la concentracin de dixido de carbnConcentracin de oxgeno en los gases de chimeneaContenido de monxido de carbn en los gases de combustinPRINCIPIOS DE COMBUSTIONCONTROL DE LA REACCION DE COMBUSTION

EQUIPOS DE COMBUSTION

CALDERAS

DEFINICION: Una caldera es un recipiente cerrado en el cual se calienta agua, se genera vapor, se sobrecalienta bajo presin o vaco mediante la aplicacin de calor de combustibles

OBJETIVO: Generacin de vapor o produccin de agua caliente

USOS: Residencial - Comercial - Industrial Generacin Electrica

CONSIDERACIONES DE DISEO: Tipo de combustible Capacidad de Generacin mnima, normal y mximaEQUIPOS DE COMBUSTIONEQUIPOS INDUSTRIALES

EQUIPOS DE COMBUSTIONCALDERASCirculacin Natural: Flujo de Agua y vapor por diferencia de densidad por efecto de la temperatura

EQUIPOS DE COMBUSTIONCALDERASCirculacin Forzada: Uso de bomba de agua para garantizar flujo en la caldera

Para entender la operacin de una caldera es necesario observar lo que sucede con las corrientes que intervienen en el procesoCiclo de calor: combustible y gases de combustinCiclo de agua : Circulacin y alimentacin al sistemaCiclo de vapor: Generacin y sobrecalentamientoCiclo de condensado: Agua formada del vapor producido despus de realizar su trabajoComponentes de las CalderasEQUIPOS DE COMBUSTIONCALDERAS

Hogar: Liberacin de calor por reaccin de combustin. Su diseo se basa en tiempo turbulencia - temperaturaSeccin de la Caldera o Convencin: rea de intercambio de calor con los gases de combustin calientesSobrecalentador: Area de intercambio de calor con los gases de combustin para incrementar la temperatura del vapor.RadianteConveccin Calentadores de Aire: Incremento de eficiencia trmicaChimenea: Punto de salida de los gases de combustin.Tiro Natural - Tiro Inducido Tiro Balanceado - Tiro Forzado Componentes de las CalderasEQUIPOS DE COMBUSTIONCALDERAS

Chimenea: Punto de salida de los gases de combustin

Tiro Terico: Fuerza debida al diferencial de densidad entre aire atmosfrico y los gases de combustin

Tiro Real: Diferencia de tiro terico con las perdidas causados por friccin y velocidad de los gasesComponentes de las CalderasEQUIPOS DE COMBUSTIONCALDERASPrdidas por velocidad =

Caldera Pirotubular Tipo HorizontalEQUIPOS DE COMBUSTION TIPOS DE CALDERAS

Productos de combustin fluyen por el interior de los tubos.Su costo es bajo comparado con una caldera acuatubularLa capacidad de las calderas pirotubulares es limitada. Mximo 30.000 libras por hora de vaporLa fluctuacin de demanda de vapor ocasiona pequeos cambios operacionales por su capacidad de almacenamiento de agua.Requieren mayor tiempo para su estabilizacin.Capacidad de sobrecarga es limitada.Requiere limpieza interna de los tubos, su frecuencia depende del tipo de combustible utilizado y la limpieza con que se realiza la combustin. Calderas PirotubularesEQUIPOS DE COMBUSTIONCALDERAS

Caldera Pirotubular Partes de la Caldera Horizontal EQUIPOS DE COMBUSTIONTIPOS DE CALDERAS

Caldera Pirotubular Caldera Horizontal a carbnEQUIPOS DE COMBUSTIONTIPOS DE CALDERAS

Caldera Pirotubular Tipo Econmico tres pasosEQUIPOS DE COMBUSTIONTIPOS DE CALDERAS

Caldera Pirotubular Hogar interior de 4 pasosEQUIPOS DE COMBUSTIONTIPOS DE CALDERAS

Caldera Pirotubular Tipo VerticalEQUIPOS DE COMBUSTIONTIPOS DE CALDERAS

Ventajas:Compactas y manejablesBajo costo inicialPoca superficie por HPInstalacin rpida y sencillaNo requieren bases especiales

Desventajas: Dificultad para limpieza internaBaja capacidad de agua, afecta la operacin a cambios de produccin de vaporPropensa a arrastres de humedad en el vaporBaja eficiencia Calderas Pirotubulares VerticalesEQUIPOS DE COMBUSTIONCALDERAS

Caldera Acuatubular

Principio Operacional:

El agua circula por el interior de los tubos expuestos a los gases de combustin.

EQUIPOS DE COMBUSTIONTIPOS DE CALDERAS

Tipo Circulacin Natural Circulacin de agua debida a la diferencia de densidad entre la columna descendente de agua y la ascendente de vapor y agua Calderas de tubos rectos: Bajas presionesCalderas de tubos curvos: Facilita dilatacin, flexibilidad en la disposicin

La mayoria de las calderas acuatubulares poseen diseos tipo A,D,O Calderas AcuatubularesEQUIPOS DE COMBUSTIONCALDERAS

Caldera Acuatubular de tubos rectosEQUIPOS DE COMBUSTIONTIPOS DE CALDERAS

Caldera Acuatubular de tubos curvosEQUIPOS DE COMBUSTIONTIPOS DE CALDERAS

Caldera Acuatubular compacte tipo DEQUIPOS DE COMBUSTIONTIPOS DE CALDERAS

Caldera Acuatubular Tipo AEQUIPOS DE COMBUSTIONCALDERAS

Caldera Acuatubular Tipo DEQUIPOS DE COMBUSTIONCALDERAS

Caldera Acuatubular Tipo OEQUIPOS DE COMBUSTIONCALDERAS

Calderas Acuatubulares de Circulacin Forzada

Requeridas en produccin de vapor a alta presinUso de bombas para facilitar circulacin de aguaOperacin a una condicin de mnimo flujo de produccin de vaporMnimo espacio para su instalacinLa circulacin forzada asegura una refrigeracin a todos los tubosEliminan el uso de tambores acumuladores de aguaUtilizan tubos de menor dimetro respecto a los de flujo naturalMnima rea requerida para su instalacin. Calderas AcuatubularesEQUIPOS DE COMBUSTIONCALDERAS

Caldera para Quemar Gas, fuel y Carbn Pulverizado EQUIPOS DE COMBUSTIONCALDERAS

OBJETIVO: Aumentar temperatura a una corriente de proceso

USOS: Procesos de refinacin Secado Petroquimica - Quimica

TIPO DE TRANSFERENCIA DE CALOR: Conduccin Radiacion y Conveccion.

CONSIDERACIONES DE DISEO: Capacidad Trmica

TIPOS DE HORNOS: Horizontales: Tipo Cabina, Tipo CajnVerticales: CilndricosEQUIPOS DE COMBUSTIONHORNOS DE PROCESO

EQUIPOS DE COMBUSTIONHORNOS DE PROCESO

Caractersticas:Operacin por batch o continuosLa calidad del combustible influye en el producto a tratarOperan a altos excesos de aireConstruccin metlica o mamposteraHogar en ladrillo refractario

Usos:Industria de la CermicaSecadores de LaminasSecadores de Madera

EQUIPOS DE COMBUSTIONHORNOS DE FUEGO DIRECTO

Hornilla industria Cermica y Ladrillera EQUIPOS DE COMBUSTIONHORNOS DE FUEGO DIRECTO

Clasificacin:Secadoras: Flujo ContinuoSecadoras por batchSilas secadoras

Secadoras de Flujo Continuo:El producto a secar se alimenta en forma continua o intermitente pero con inventario permanente del producto en su interiorOperacin de secado y enfriamiento se efectan en forma simultanea y continuaPueden operar a flujo vertical, mixto y cruzado

Secadoras de flujo en Contracorriente y Co-CorrienteEQUIPOS DE COMBUSTIONSECADORAS DE ALIMENTOS

Secadora de Flujo Continuo EQUIPOS DE COMBUSTIONHORNOS DE FUEGO DIRECTO

Secadora de ParrillasEQUIPOS DE COMBUSTIONHORNOS DE FUEGO DIRECTO

Secadora en Tres EtapasEQUIPOS DE COMBUSTIONHORNOS DE FUEGO DIRECTO

Secadora por batch en dos ciclos EQUIPOS DE COMBUSTIONHORNOS DE FUEGO DIRECTO

Equipos para uso con gas natural Sector Residencial y ComercialUSO RESIDENCIAL Y COMERCIALDEL GAS NATURALClasificacin de los Gasodomsticos Naturaleza de los gases utilizadosInstalacin y mtodo de evacuacin de los gases de combustin Debido al uso de gasodomsticos

Naturaleza de los gases utilizadosCategora I: Artefactos diseados para utilizar gases de una sola familiaCategora II: Artefactos diseados para utilizar gases de dos familias: Gas y GLP

Equipos para uso con gas natural Sector Residencial y ComercialUSO RESIDENCIAL Y COMERCIALDEL GAS NATURALClasificacin de los Gasodomsticos - Instalacin y Evacuacin de los Humos

Tipo A: No requieren ductos de evacuacin: Cocinas, hornos y secadorasTipo B: Aparatos que requieren evacuacin de humos al exterior. El aire de combustin se toma del recinto donde se encuentran instalados. Tipos B1 (tiro natural) B2 (forzado)Tipo C: Evacuacin de humos al exterior. En aire de combustin se toma del exterior del recinto donde se encuentra.

Equipos para uso con gas natural Sector Residencial y ComercialUSO RESIDENCIAL Y COMERCIALDEL GAS NATURALClasificacin de los Gasodomsticos - Debido al uso del Gasodomsticos

Aparatos populares: Equipos pequeos y transportablesAparatos de uso domstico: Equipos a usar en el interior de las viviendasAparatos de uso comercial o colectivo: Aparatos ubicados en locales donde concurren personas diferentes al manejo del equipoAparatos de uso industrial: Aparatos que consumen altos volmenes de gas.

GasodomsticosUSO RESIDENCIAL Y COMERCIALDEL GAS NATURALAparatos Domsticos de Coccin

Cocina o EstufaHorno

GasodomsticosUSO RESIDENCIAL Y COMERCIALDEL GAS NATURALCalentador Acumulador

GasodomsticosUSO RESIDENCIAL Y COMERCIALDEL GAS NATURALCalentador de Paso o Instantneo

GasodomsticosUSO RESIDENCIAL Y COMERCIALDEL GAS NATURALCalentadores de Ambiente

Quemador atmosfrico con llama de premezclaUSO RESIDENCIAL Y COMERCIALDEL GAS NATURALSu mayor uso en los Gasodomsticos Quemador Gas Inductor Aire Inductor Componentes del SistemaInyector: Punto de descarga del gas combustiblesMezclador: Venturi de mezcla aire-gasCabeza o Boquilla: Punto donde se efecta la combustin Caractersticas del QuemadorPotencia TrmicaRata de aireacin primaria Funcionamiento OptimoFormacin de CO en la combustin

Instalacin de GasodomsticosUSO RESIDENCIAL Y COMERCIALDEL GAS NATURALEl manejo incorrecto del gas y el uso inapropiado de los gasodomsticos ocasionan riesgos por lo que se requiere verificar su instalacin y seleccin.

La instalacin debe obedecer a las instrucciones de los fabricantes en lo referente a:Fijacin Distancia mnima entre equipos deber ser 0.4 metrosCorrecta ventilacin en el rea de instalacin Conexiones de los aparatos: Tubera rgida Tuberia flexibleTubera Rgida: Equipos empotrados o fijosTubera Flexible: Equipos mviles

Ventilacin de Recintos Interiores USO RESIDENCIAL Y COMERCIALDEL GAS NATURALLocalizacin del gasodomestico (Calentador de agua): Circulacin libre y espontnea del aire de combustin, renovacin y dilucin.

Requerimientos adicionales de aire: Inyeccin de aire adicional cuando exista en el recinto limitacin de aire

Mtodo de ventilacin en espacios confinados (NFPA-54)

Comprobacin del Funcionamiento de los Gasodomsticos USO RESIDENCIAL Y COMERCIALDEL GAS NATURALFuncionamiento del InyectorComprobar la correcta seleccin del inyector respecto al gas a utilizarComprobar el dimetro nominalFijacin y soportes del tubo de conexin Aspecto de las llamasOperacin de vlvula de entrada (Mximo y mnimo flujo): No extincin de la llama.Dispositivos de seguridadCorrecto funcionamiento: Realizar pruebas mediante accionamiento manual

PARAMETROS PARA EL

DE UN SISTEMA DE COMBUSTIONDISEO

Potencia trmica requeridaCapacidad de relevo de calorEficiencia del equipoObjetivo de proceso

QuemadoresCriterios de seleccinTipos de quemadoresAspectos ambientales

PARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTIONCmara de combustinTipo de combustibleTiempo de residenciaSeleccin de materiales

Operacin de QuemadoresOptimo mezcladoExceso de aire

Flujo volumtrico o msico de combustible requerido

Ep = Energa requerida para el procesoLHV = Poder calorfico inferior= Eficiencia del equipo sobre la base LHVQ = Flujo de combustiblePotencia Trmica Requerida Dimensionamiento del sistema de suministros de combustiblesPARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTION

Transforma energa qumica en calor tilAmplio rango de operacinUniformidad en el suministro de calorReaccin total del combustibleImpedir efectos contrarios al procesoRetorno de llama y Desprendimiento de llamaFacilitar la rpida ignicin del combustibleOperar a niveles de ruido aceptablesQuemadores Quemador: Representa el equipo bsico del proceso de combustin y su diseo se basa en la aplicacin y el tipo de combustible a utilizarPARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTION

Por presin de suministro

Quemadores de baja presinPresin de suministro menor a 1.45 psig: Calentadores y cocinas

Quemadores de media presinPresin de suministro mayor a 1.45 psig y menor a presin crtica (

Presin a la cual un flujo de gas en expansin alcanza la velocidad del sonidoCada combustible posee su propia presin crtica

Condicin de presin crtica en el suministro de GasPARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTION

GasesPresin crtica relativa (bar)Gas manufacturado0,876Propano comercial0,856Butano comercial0,752Gas natural0,741

Por punto de mezcla aire combustible

Quemadores de premezclaGas y aire primario se mezclan previamente antes de llegar a la zona de combustin. El aire secundario se entrega en la zona de combustin.

Quemadores de premezcla a Presin. Diseo de premezcla total. Flexibilidad limitada, elevada intensidad de combustin y alta temperatura de llama

Quemadores sin mezcla previaGas y aire se suministra por separado a la zona de combustin QuemadoresClasificacin de los quemadores a gasPARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTION

Segn el suministro de aireQuemadores de aire forzado: Aire suministrado por un ventiladorQuemadores de aire de tiro naturalQuemadores de aire inducido: Aire arrastrado por el gasQuemadores de aire inductor: Gas arrastrado por el airePor presin de operacin respecto a la atmosfricaQuemadores atmosfricosZona de reaccin a presin atmosfrica; gasodomsticosQuemadores no atmosfricosLos quemadores operan en sitios cerrados donde la presin esta por encima o por debajo de la presin atmosfricaQuemadores Clasificacion de los quemadores a gasLa seleccin de un quemador en la prctica responde a una combinacin de los diferentes tipos de quemador:Quemador no atmosfrico, de alta presin, llama de premezcla y aire forzadoPARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTION

Quemadores Industriales a GasPARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTIONLa combustin de gas aparentemente es la ms sencilla pero en realidad requiere de cuidados especiales ms especficos que los otros combustibles. Una razn de lo anterior, es que la llama en muchos tipos de gas tiene poca luminosidad por lo que es difcil verla en el horno, otra es que la acumulacin del gas sin quemarse por resultado de fugas dentro del horno, o prdida de fuego dentro del horno, o por prdida de fuego dentro de los quemadores, no lo hace visible y por tal motivo no ser notado por los operadores dando por consecuencia una explosin

Quemadores a Gas Abiertos de Tiro NaturalPARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTIONPresin negativa en la cmara de combustin que aspira aire del medio controlado por rejillas o obturadores ajustables. Difcil control aire combustible. Tiro natural o tiro inducido

Quemadores Industriales a GasQuemador de tiro natural JZ para hornos de procesoPARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTION

Quemadores a Gas Sellados Mecnicos PARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTIONFlujo de entrada de aire controlado por un ventilador de inyeccin (tiro forzado). Buena mezcla por la cada de presin y control de configuracin de llama

Quemadores Industriales a GasQuemador de tiro forzado para hornos y secadoresPARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTION

Quemadores a Gas Sistema de Quemador con PremezcladoPARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTIONGas y aire se mezclan completamente corriente arriba de la tobera. Se utilizan en hornos de parrilla a baja temperatura. Ej. Tostado de alimentos. La mezcla airecombustible puede ser tipo Inyector o tipo Aspirador.

PARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTION

Quemadores a Gas Sistema de Mezcla en la punta del QuemadorPARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTIONMezcla de aire gas en la boquilla del quemador. Permiten usar una amplia variedad de relaciones aire combustible y formas de llama.Se presentan varios tipos: Quemador de alta velocidad, Quemador de radiacin de pared.

Quemadores a Gas Controlados por CombustiblePARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTIONSuministro de combustible a alta presin utilizando dicha energa para controlar la estabilidad y la forma de llama usando fuentes de aire a baja presin.

Criterios generales relativos al quemadorTemperatura a alcanzar: aireacin, recirculacin, precalentamiento, exceso de oxgenoNaturaleza de los productos de combustin: norma ambiental (CO2, NOx)Rango de operacin: Mnima y mxima carga trmica a manejarRango de regulacin: Operacin correcta a diferentes ratas de aireacin. Ruido

Criterios especficos relativos a la aplicacinCaractersticas trmicas del proceso: Conductividad, coeficiente de absorcin por radiacinCaractersticas trmicas del equipo: Aislamiento trmico, paredes trmicas y precalentamientoQuemadores Industriales a Gas Criterios de Seleccin PARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTION

Los combustibles lquidos se vaporizan o atomizan en la boquilla del quemador La llama azul en la quema de un combustible lquido significa buena atomizacin y buena mezcla con aireLa llama amarilla indica presencia de partculas de carbn debido a la pirlisis del combustible por deficiente atomizacin o mezcla con aire. Una cmara amplia facilita la quema posterior de los residuos menos voltiles. Quemadores para combustibles Lquidos PARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTION

Quemadores para Combustibles lquidos Criterios de DiseoTiempo de residenciaTurbulenciaTemperaturaClasificacin de quemadores de combustibles lquidosQuemadores de vaporizacin: El combustible lquido pasa a estado gaseoso antes de suministrarse a la boquilla del quemador por transferencia de calor: sopletes, lmparas, cocinas de queroseno o por cambio de presin en el combustiblePARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTION

Quemadores de atomizacin De uso masivoBaja viscosidad: 10 centistokesEl aire se mezcla con el combustible atomizadoLas velocidades del combustible deben evitar la acumulacin interna de carbn endurecido.Los ndices de liberacin de calor dependen de las propiedades del combustible, la concentracin del aire en exceso, la mezcla aire combustible y los niveles tolerables de humo.

Tipos de Atomizacin RotacinMecnica por presin de aceitePor Fluido matriz: Aire Vapor Gas CombustibleAtomizacin mixta PARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTIONQuemadores para Combustibles lquidos

Quemadores para Combustibles lquidos Clasificacin Quemadores de atomizacinAtomizacin por fluido motriz a baja presin PARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTION

Quemadores para Combustibles lquidos Clasificacin Quemadores de atomizacinAtomizacin por fluido motriz a alta presinConsumo de vapor: 0,1 0,5 Kgr/ Kgr combustibleConsumo de aire: 0,2 0,8 Kgr / Kgr combustible PARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTION

Quemadores para Combustibles lquidos Clasificacin Quemadores de atomizacinAtomizacin mecnicaSuministro de combustible a alta presin de acuerdo a su viscosidad ( 8 20 cs ). Bajos excesos de airePARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTION

Quemadores para Combustibles lquidos Clasificacin Quemadores de atomizacinAtomizacin rotatoria o centrifugaInyeccin de combustible a baja presin con una rotacin alta (2500 7000 rpm) PARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTION

Quemadores para Combustibles lquidosQuemadores de atomizacin mixtaCombinacin de atomizacin mecnica y con fluido motrizBajo consumo de fluido motriz: 0.05 Kgr / Kgr de combustibleAlta presin de suministro de combustible PARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTION

PARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTIONQuemadores para Combustibles lquidosUtilizando grandes velocidades de aire e imprimindole circulaciones giratorias.Provocando fuertes recirculaciones, forzadas o inducidas, de los gases quemados, con lo que se consigue aportar calor suplementario a la base de las llamas.Utilizando aire precalentado.Forzando turbulencias en la mezcla.En los quemadores de combustible lquido tiene importancia el control del desprendimiento de llama, lo que se logra principalmente

Quemadores EspecialesPARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTIONQuemadores duales: gas lquido. En general se basan en un quemador de lquido al que se le acopla un colector anular de gas que conduce ste a la vena de aire

Quemadores de aire precalentado. Si el aire no pasa de los 200 C no se requiere generalmente precauciones especiales; pero por encima de estas temperaturas deber prestarse atencin a los refractarios y partes internas del quemador

Quemadores con control de forma de llama. La forma de la llama se ajusta variando la velocidad de mezclado, pasando de llamas largas y estrechas a cortas y anchas. Tambin puede lograrse el mismo efecto variando la posicin de las aletas del aire

Quemadores EspecialesPARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTIONQuemadores de residuos lquidos. Generalmente es de tipo dual, alimentando el residuo por la boquilla del combustible lquido. Se ha de asegurar que el residuo sea combustible, que sea atomizable y que los productos no sean txicos ni corrosivos

Quemadores con enriquecimiento de oxgeno. En ellos el oxgeno se mezcla con el aire, nunca con el combustible. Esto aumenta la eficiencia de combustin y la temperatura de llama

Quemadores de baja emisin de NOx. Constituyen la ltima tecnologa en diseos de quemadores. Grandes y ambiciosos programas son desarrollados actualmente en el mundo con el fin de disminuir las fuentes que contaminan nuestro medio ambiente

Rango entre mxima y mnima mezcla de combustible-aire para una correcta operacin del quemador

El punto mximo de operacin de un quemador se limita cuando la velocidad de la mezcla excede la velocidad de llama (la llama se apaga) y por el tamao fsico del quemador (velocidad del combustible)

El punto mnimo de operacin lo determina el efecto de retrollama y mnima velocidad de combustible

Alta relacin de reduccin se aplica en procesos batchCaractersticas de diseo de los quemadores

Relacin de reduccin PARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTION

Relacin de ReduccinRelacin entre la mxima y la mnima mezcla de combustible y aire bajo la cual el quemador opera satisfactoriamente.

EstabilidadVelocidad de suministro en equilibrio con la velocidad depropagacin de llama (ignicin) .Mantener la ignicin respecto a la presin del combustible.Caractersticas de diseo de los quemadores PARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTION

Diseo de la llamaManifestacin visible y calrico de la reaccin de combustin Variacin de presin de suministro y relacin aire combustible afectan la forma de la llamaRequerimientos exigidos por el proceso determinan la forma de llama

AtomizacinLa viscosidad del combustible se fija como variable de diseo de un quemadorMxima temperatura del combustible determina seleccin de materialesCaractersticas de diseo de los quemadores PARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTION

SISTEMA DE IGNICION - MANUAL

Uso de sistemas convencionales para proporcionar la chispa que permite la ignicin del combustible

Iniciadores de llama viva

Iniciadores tipo chispa o bobinaPARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTIONOperacin de Quemadores Normas de seguridad: Se deben tener en cuenta en la ignicin Manual.

SISTEMA DE IGNICION - AUTOMATICA

Control de envo de seal de entrada de combustible al piloto y encendido con un arco o una chispa dentro de un programa de operacin automtico del quemador. PARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTIONOperacin de Quemadores

OPERACIN DEL SISTEMA

La operacin de un quemador o conjunto de quemadores que se incluyen dentro de un equipo de combustin se puede realizar en forma manual o automtica.La operacin del quemador es la parte fundamental del equipo de combustin; incide en la eficiencia del equipoVariables operacionales: Color y longitud de llama, temperatura de chimenea, humosAjuste de variables: Relacin aire combustible, presin del combustible, compuerta de chimenea y rejillas de aire de combustion. Todos los quemadores de un mismo equipo deben operar en similares condiciones. PARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTIONOperacin de Quemadores


Control Electromecnico del quemador en calderas PirotubularesPARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTION


Ajuste de las proporciones aire combustible

Control ElectromecnicoControl Automtico PARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTION

Espacio geomtrico donde se acomoda la llama y se realiza la reaccin de combustinVariables que determinan el diseo de la cmara de combustin Tiempo de residencia para la ocurrencia de la reaccin: depende del tipo de combustible gas, liquido o slidoDiseo del quemadorPresin y velocidad de los combustiblesAplicacin de proceso (longitud de llama)Humedad de los combustiblesCmara de Combustin IV : Factor emprico de la cmaraV : Volumen de la cmara (m3,ft3)W : Flujo masico del combustible (Kg/hr, lb/ft3)LHV : Poder calorfico internos del combustible (BTU/ft3)V = W * LHV / IVPARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTION

Cmara de Combustin Valores de IV (Factores empricos de cmara) para diferentes combustiblesPARAMETROS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE COMBUSTION

ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE GAS NATURAL

Causas de sustitucinDisponibilidadCostoNormas AmbientalesSeguridadRequerimientos del proceso

Aspectos a tener en cuenta en la sustitucin de combustiblesRata de suministro de combustibleCapacidad de manejo del combustible y los gases de combustinEstabilidad de los quemadoresModelo de transferencia de calorAtmsfera interna del equipo de combustin Sustitucin de Combustibles ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Intercambiabiliad gas gas

Diferente composicin implica diferente comportamiento como combustibleGases diferentes pueden ser utilizados con idnticos resultados en el proceso.Dos gases son perfectamente intercambiables si al reemplazar el uno por el otro las caractersticas de operacin del quemador no se modificanEl ndice de Wobbe se utiliza para determinar la intercambiabilidad de los gases Sustitucin de Combustibles ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Efectos no deseables en la operacin de un quemador

Disminucin en su potencia trmicaRetrollama y desprendimiento de llamaEmisiones de CO y NOx por encima de los lmites permitidosHolln y puntos amarillos en la llamaExceso de nivel de ruido

Caso de intercambiabilidad de gases: Gas Natural y Aire Propanado (Mezcla 65% aire y 35% propano)Sustitucin de Combustibles ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Sustitucin Gas - GasReemplazo de un gas por otro con modificacin en el equipo de combustin para obtener el mismo resultado en el procesoEl principal caso de sustitucin gas-gas es el uso de gas natural en reemplazo de GLPEn ciertos equipos solo se requiere cambios en las condiciones operacionales para usar GLP por gas natural o viceversa En otros equipos se debe cambiar el dimetro de los orificios de la boquilla de entrada del combustiblePara los gasodomsticos se debe revisar el inyector.

Sustitucin de Combustibles ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Sustitucin entre combustibles lquidos

Diferentes propiedades fsicas y qumicas entre los combustibles lquidos determinan un comportamiento diferente en el proceso de combustin

La variable viscosidad determina la condicin de sustitucin entre combustibles lquidos.

La presencia de contaminantes afecta la vida til de los equipos de combustin.

Cambio de metalurga en el quemador por manejo de combustibles a alta temperatura.

Sustitucin de Combustibles ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Sustitucin gas-liquido

Un quemador se disea para uso de combustibles en un estado determinadoSuministro dual (gas liquido) es posible, facilitando alimentacion diferenteCada suministro de combustible puede disearse para operar al 100% de la carga trmica del quemadorEl relevo de calor es diferente entre combustibles lquidos y gaseosos (temperatura adiabtica de llama)El tiempo de residencia requerido para el proceso es mayor para liquido que para gasesLa incidencia del combustible en el proceso de produccinSustitucin de Combustibles ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Procedimiento para adaptar equipos al uso de Gas Natural ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Dimensionamiento del sistema de alimentacin a Gas Dimensionamiento lnea de entrada de la red principalDiseo y seleccin de equipos para estacin de regulacin y medicin.

Dimensionamiento de la red de suministro interno

Suministro gas y aire al equipo de combustin

Revisin del quemador y del equipo de combustin.Procedimiento para adaptar equipos al uso de Gas Natural ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Dimensionamiento del sistema de alimentacin de gas

Lnea de entrega de la red principal

Determinar las condiciones de entrega y disponibilidad de gasLevantamiento de ruteo de punto de conexin a estacin de medicin y regulacin. Clculo del flujo de gas requerido por el equipo de combustinDeterminacin de las condiciones de presin del gas en punto de conexin.Utilizando las ecuaciones de flujo determinar el dimetro de la tubera a utilizar.Procedimiento para adoptar Equipos al Uso de Gas Natural ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

UNA PLANTA DE ALIMENTOS DESEA CAMBIAR EL DIESEL POR GAS NATURAL ENTRES EQUIPOS A SABER: CALDERA PIROTUBULAR, CONSUMO DE DISEO 160 GPHUN HORNO DE SECADO DE 100 GPH Y UN HORNO DE ACEITE TERMICO DE 60 GPH.LA DISTANCIA DEL PUNTO DE SUMINISTRO DE GAS ES DE 2 KM Y SE DISPONE UNA PRESIN DE 250 PSIG. CALCULAR EL DIAMETRO DE LA TUBERIA A UTILIZAR

Procedimiento para adoptar Equipos al Uso de Gas Natural ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.43.2 MPCH 21.6 MPCH 8.1 MPCH400 ft 50 ft 300 ftHORNOESTACION R&MHORNOCALDERA

Procedimiento para adoptar Equipos al Uso de Gas Natural

DESARROLLO:Determinar el volumen de gas a manejar:1Galn de diesel = 135.000 BTU = 13 PC GasConsumo total diesel = 160+100+60 = 320 GPH = 43,200 PCH Gas = 1,036.8 Kpcd = Q

ECUACION DE WEYMOUTH

ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Longitud de tubera L = 2000 m *3.28 = 6,560 pies.Las condiciones base estipuladas por norma son: Pb=14.65 psia y Tb=60 OFPresin atmosfrica: 14.0 psiaLas propiedades del gas suministradas por el comercializador, segn cromatografasuministrada son: Gravedad Especifica G = 0.60 ; Factor Z = 0.9800La temperatura de suministro del gas es de 90oFProcedimiento I : Suponer una presin de recibo en la estacin de entrega.Procedimiento II : Suponer una velocidad de flujo dentro de los lmites de diseo. (10 30 ft/sec)Caso IPresin de recibo en estacin de entrega en planta: 200 psig P1= 250 psig + 14.7 psia = 264.7 psia P12 = 70,066.09P2= 200 psig + 14.7 psia = 214.7 psia P22 = 46,096.09Factor GLTZ = 0.60 * 6,560ft * 500oR * 0.980 = 1,928,640Factor (Tb/Pb) = 520oR/14.65 psia = 35.49Factor ((P12 - P22 ) / GLTZ)1/2 = 0.11148Despejando D de la ecuacion de WEYMOUTH tenemos: D = 2.2 = 3Verificacion de velocidad: V = Q / 3600 A A= 3.14 * D2 / 4 *144 = 0.049 ft2 V = 43200 ft3/h/3600*0.049V = 245 ft/seg @ c.b. Factor correccin por presin = 214.7/14.65 = 14.65 [email protected] = 245/14.65 = 16.7 ft/seg Procedimiento para adoptar Equipos al Uso de Gas Natural ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Diseo y seleccin de equipos estacin de Regulacin y Medicin.La configuracin de una estacin puede variar, dependiendo de las circunstancias, la aplicacin y los cdigos y regulaciones que se apliquen. Pero en todos los casos, esta tendr siempre una vlvula de entrada, un regulador, una vlvula de alivio, una vlvula de cierre automtico y un sistema de medicin.

Condiciones de diseo: Presin de entrada Presin de salida Mxima velocidad Temperatura del gas Composicin del gasRata de flujo mnima, normal y mxima.Dimensionamiento del sistema de alimentacin a GasADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Tamao de la Tubera El tamao de la tubera en una estacin de regulacin y medicin es usualmente escogida para el lmite de velocidad del gas, alrededor de los 65 pies/seg. La tubera de entrada es diseada sobre la mxima tasa de flujo a la presin mnima de entrada. Para presiones de salida por debajo de (25mbar), la velocidad del gas es limitada a 30 pies/seg para evitar unas altas cadas de presin. Los criterios para el dimensionamiento de las tuberas dentro de la estacin son los mismos definidos para la lnea de suministro del punto de conexin a la entrada de la industria.Para el caso del ejemplo anterior se utiliza una tubera de 3 para la estacin de regulacin y medicin. Dimensionamiento del sistema de alimentacin a GasEstacin de Regulacin y Medicin ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Vlvulas de BloqueoLas estaciones de regulacin y medicin estn equipadas con vlvulas de bola a la entrada y a la salida. El mejoramiento en las tcnicas de produccin ha hecho este tipo de vlvulas cada vez ms econmicas y ms rentables que las vlvulas de tapn usadas anteriormente.Las vlvulas de bola de paso completo se requieren aguas arriba del medidor, con el fin de eliminar disturbios en el flujo, en la forma ms efectiva que sea posible.Las vlvulas de entrada y salida para el caso del ejemplo sern de 3 dimetro. ANSI 150. Tipo bola.Estacin de Regulacin y Medicin ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Vlvula de BolaADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Sistema de Regulacin Suministran el gas a las condiciones de presin exigida por la red de distribucin interna en la industria.Condiciones de seleccinMxima presin aguas arriba y aguas abajoMnima presin aguas arriba y aguas abajoCapacidad de flujoTipos de reguladores Reguladores cargados por resorteReguladores cargados por pilotosDimensionamiento del sistema de alimentacin a GasEstacin de Regulacin y Medicin ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Regulador con resorte

ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.Regulador cargado con Resorte

Regulador cargado con PilotoADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Dimensionamiento del sistema de alimentacin a Gas

EjercicioQmax: 43,200 PCSHPresin Mxima de entrada: 214.7 psiaPresin de salida o regulada: 114.7 psiaCg: Coeficiente caracterstico del regulador calculado mediante ecuacin del fabricante Cg = f ( P1, P2, Q )

El regulador se selecciona con la mnima presin de entrada.

De acuerdo al Cg se va a los catlogos de reguladores del fabricante y se selecciona el dimetro del regulador.ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Sistema de Filtracin Los filtros protegen el equipo localizado aguas abajo de la estacin. Contribuye a una buena exactitud en la medicinLnea de bypass es requerida para facilitar su mantenimientoUn diferencial de presin alto en el filtro avisa la necesidad de su limpiezaLa capacidad del filtro depende de la presin de operacin y el diferencial permitidoEstacin de Regulacin y Medicin ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Filtro de GasADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Ejercicio

Seleccin del Sistema de Filtracin Caso Anterior

Presin Mnima de operacin: 214.7 psiaCada Mxima de presin: 2 psiTamao de partculas a remover: 3 micrasPorcentaje de retencin: 99%Qmax: 43,200 PCSHANSI 150

Con la informacin anterior se selecciona en los catlogos de losfabricantes de filtros el dimetro de conexin del filtro.Estacin de Regulacin y Medicin ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Vlvulas de Escape o Alivio

Las vlvulas de escape aseguran el control de presin en el sistema, es decir, previenen sobrepresiones ante la ocurrencia de fallas en el regulador. Una vlvula de escape se resetea para abrir cuando la presin del sistema excede la presin de control o ajuste y debe poseer la capacidad de mantener la presin aguas abajo del sistema. La mayora de estas vlvulas estn diseadas para aliviar solamente el 10% de la mxima tasa de flujo de la estacin. Estacin de Regulacin y Medicin ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Vlvula de AlivioADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Vlvulas de Cierre por alta y baja presin

Las vlvulas de cierre por alta, baja o una combinacin de alta-baja presin se instalan para cortar el flujo en caso de que la presin de salida del regulador este en lmites superior o inferior no especificados.Previenen explosiones o incendios en el interior de los equipos de combustinNFPA exige la instalacin de dos vlvulas en serie para garantizar la seguridad del sistemaEn lo posible las dos vlvulas deben ser de diseo diferente Estacin de Regulacin y Medicin ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Vlvula de Cierre Automtico Alta y/o Baja Presin ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

MEDIDORES DE GAS

Determinar el volumen de gas consumido en el equipo de combustinSeleccin adecuada del medidorInstalacin de acuerdo a la normatividadADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Medidores de Gas

Estacin de Regulacin y Medicin ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

El arreglo del sistema de tubera de alimentacin de gas a los equipos de combustin depende de las localizaciones dentro de la planta y los consumos de cada equipo. Un sistema de alimentacin mal instalado puede ocasionar seales de presin falsas, un control de relacin aire-combustible defectuoso, inestabilidad del quemador y temperatura no homognea en la cmara del equipo de combustin.Los criterios de diseo a aplicar para el dimensionamiento de la red interna son los mismos definidos en la lnea de conexin a la red principal del comercializador. Existen normas en algunos pases donde limitan las cadas de presin en sistemas internas de distribucin.Dimensionamiento de la red de Suministro Interno ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Tramo 1Longitud de tubera L = 400 pies. Qmax = 41.6 MPCSHPresin de salida de estacin de regulacin y medicin = P1= 114.7psia P12 = 13,156Factor GLTZ = 0.60 * 400ft * 500oR * 0.980 = 117,600Factor (Tb/Pb) = 520oR/14.65 psia = 35.49Diamtro de tubera = 3 Factor D8/3 = 18.70Despejando P2 de ecuacin WEYMOUTH tenemos: P2 = 113 psiaDiamtro de tubera = 2 Factor D8/3 = 6.34Despejando P2 de ecuacin WEYMOUTH tenemos: P2 = 103 psia Dimensionamiento tubera de alimentacin interna.ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Tramo 2 Longitud de tubera L = 50 pies. Qmax = 21.6 MPCSHP1= 103 psia P12 = 10,609Factor GLTZ = 0.60 * 50ft * 500oR * 0.980 = 14,700Diamtro de tubera = 1.5 Factor D8/3 = 2.95Despejando P2 ecuacin WEYMOUTH tenemos: P2 = 100 psiaTramo 3Longitud de tubera L = 300 pies. Qmax = 8.1 MPCSHPresin de salida de estacin de regulacin y medicin = Factor GLTZ= 88,200P1= 103 psia P12 = 10,609 D = 1 Factor D8/3 = 1P2 = 98 psia Dimensionamiento tubera de alimentacin interna.ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

La evaluacin del quemador durante el proceso de adaptacin a gas natural parte de la base de reutilizar el quemador actual o disponer de un quemador nuevo, esta decisin se toma mediante el anlisis en campo de las facilidades que posee el equipo de combustin. La posibilidad de usar el mismo quemador surge del tipo de quemador, pues existen equipos de combustin que disponen de quemadores que no facilitan la adaptacin y la solucin es su reemplazo por uno nuevo Quemadores y suministro de combustible ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Quemador aceite Quemador aceite-gas

Quemadores y suministro de combustible ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Quemador compacto


Uso mnimo de accesorios en la instalacin.El material a usar debe ser acero-carbn (no galvanizado) para el combustible y otros tipos de material de acero para el sistema de aire.Los escapes de gas o aire en los sistemas deben ser evitados Distribucin simtrica de gas y aire cuando se alimentan varios quemadores simultneamenteQuemadores y suministro de combustible El diseo del sistema debe garantizar el control combustible-aire, estabilidad del quemador, temperatura homognea y seales correctasADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.El suministro de gas se adapta al tipo de Quemador a utilizar

Suministro de Gas y Aire a cada equipo de Combustin ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Vlvula de paso Manual Vlvula de entrada de aire


Sistema control entrada aire Vlvula Reguladora


Vlvula Control Proporc. gas-aire Vlvula de Medicin de flujo


Vlvula de Cierre Automtico Motorizada Vlvula Solenoide On/Off


Instalacin de Quemadores

Quemadores y suministro de combustible ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.Teniendo en cuenta los tipos de quemadores que se utilizan en la industria se describe la instalacin de los siguientes quemadores:Quemadores de gas con mezcla en la boquillaQuemadores de aceiteQuemadores duales lquido-gas

Quemadores de Gas con mezcla en la boquillaEste tipo de quemadores realiza la mezcla aire combustible en la boquilla del quemador y facilita el control de la relacion de una manera exacta. El rango de aplicacin es alto en el sector industrial; se adaptan al sistema dual. Suministro de Gas y Aire a cada equipo de Combustin ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

Quemador con Mezcla en la BoquillaInstalacin del sistemaADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO DE G.N.

PROCEDIMIENTO DE INSTALACION DE SISTEMA DE ALIMENTACION DE GAS QUEMADOR CON MEZCLA EN LA BOQUILLA

1.Instalar una vlvula limitadora de orificio entre el regulador y el quemador.

2. Si la presin mnima de gas en la entrada del regulador excede la presin mxima de aire por 2 ms Osi, conecte el venteo del regulador a la lnea principal de aire despus de la vlvula


PROCEDIMIENTO DE INSTALACION SISTEMA DE ALIMENTACION QUEMADOR DE LIQUIDO

El propsito de un quemador de aceite es doble; primero, inyectar el aceite o cualquier otro combustible lquido al hogar en forma de una neblina fina (ATOMIZACION); el segundo, abastecer y mezclar el lquido con el aire, en la cantidad adecuada correcta para las mejores condiciones de combustin (MEZCLA)

El regulador aire / aceite hace que la presin de salida del aceite vare en proporcin a la presin de impulso del aire principal. Esto mantiene una relacin constante entre el flujo de aceite y el flujo de aire en todo el rango de capacidad del quemador. ADAPTACION DE EQUIPOS DE COMBUSTION AL USO

Combustion Tecnigas

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