1

FACULTAD: INGENIERIA MATERIA: ING. De PLANTA CARRERA: ING. INDUSTRIAL PLAN 1.999

COMBUSTIBLES

FUENTES DE ENERGA Las fuentes de energa utilizadas actualmente, podemos enumerarlas por el

siguiente orden de importancia a saber:

Combustibles Saltos de agua Energa nuclear Energa solar Energa elica

Adems de estas fuentes, existen otras de menor importancia, como las de las

mareas, las qumicas (reacciones distintas a las de combustin que son exotrmicas), etc. Esto significa que los combustibles son por el momento la principal fuente de energa de que disponemos para realizar las transformaciones necesarias en diversos materiales.

La energa obtenida por los saltos de agua es excesivamente costosa (respecto

a la de los combustibles) debido a las grandes inversiones que deben realizarse en obra civil y de transmisin de la energa, y adems presenta el problema de que los grandes espejos de agua modifican severamente el medio ambiente del lugar donde son realizados, originando un impacto ambiental significativo.

La energa nuclear est creciendo fuertemente en la actualidad y se vislumbra

como el principal competidor de los combustibles en la generacin de energa til para el hombre. Presenta los siguientes inconvenientes: los residuos radioactivos, el elevado costo relativo por las grandes inversiones en obra civil y en seguridad, entre otros.

Los combustibles son la principal fuente de energa en la actualidad y son

utilizados a gran escala en las plantas generadoras de electricidad (centrales trmicas) y en pequea escala, en grupos generadores, en motores de combustin interna y equipos industriales.

CLASIFICACIN Podemos clasificar a los combustibles conforme a su estado de agregacin

particular o conforme a la cantidad de gases que liberan durante el proceso de combustin.

Segn esta ltima propiedad los clasificamos en:

Pobres: son aquellos que producen ms de 20 Kg. de gas por cada 10.000 Kcal de energa liberadas (lea, bagazo, cascarillas, residuos industriales, etc.).

Nobles: son aquellos que producen menos de 20 Kg. de gas por cada 10.000 Kcal liberadas (petrleo, carbn, gas natural, gasoil, etc.).

2

Segn el estado de agregacin en que se presentan o disponen, los clasificamos en combustibles Gaseosos, Lquidos y Slidos. Las caractersticas distintivas de cada uno de ellos, especialmente en lo que hace a su manipulacin y equipamiento empleado, nos lleva a estudiarlos por separado. No obstante cualquiera sea su forma de presentarse, podemos englobarlos a todos y definir lo que interpretamos como combustible a "toda sustancia que es capaz de quemarse en presencia de oxgeno para liberar una cantidad definida de energa trmica".

El detalle de las reacciones que ocurren al combinarse el combustible con el

oxgeno lo estudiaremos en el tema de "Combustin". Por ahora solo veremos los tres tipos de combustibles ya definidos segn tres aspectos distintos: a) su clasificacin, b) sus caractersticas y c) su manipulacin.

Pero antes de entrar en ello diremos que sin lugar a dudas la fuente principal y casi exclusiva de oxgeno para la combustin es el aire, de forma que de aqu en ms nos referiremos siempre al aire ms que al oxgeno.

Sabemos que el aire es una mezcla de diversos gases cuya composicin vara

segn la altura y el lugar considerado, por ello tomamos como valor promedio una composicin de aire igual a:

20,99 % Oxgeno 78,03 % Nitrgeno y menos del 1,00 % Argn y otros gases inertes( Nen, Helio, CO2,.......)

vemos que el contenido de gases inertes es muy pequeo, y a efectos industriales es despreciable, pudiendo emplearse una composicin en volumen media corregida para el aire seco tal como:

21 % Oxgeno 79 % Nitrgeno

COMBUSTIBLES SLIDOS. CLASIFICACIN Los combustibles slidos son de naturaleza fsil vegetal y pueden ser naturales

o artificiales, segn sean utilizados como se encuentran en la naturaleza o preparados por el hombre segn un proceso industrial. Los naturales son la lea y los carbones fsiles, los que a su vez reciben distintos nombres segn su composicin o porcentaje de carbn, estos son la turba , el lignito, la hulla, la antracita, el grafito y las asfaltitas.

Los artificiales son el coque, las briquetas, y el carbn de lea. En la Tabla 1 se presentan las principales caractersticas de los distintos combustibles slidos.

Todos estos combustibles slidos estn formados por carbono, hidrgeno, oxgeno, nitrgeno, azufre, humedad y materias minerales inertes.

La materia mineral no sufre prcticamente modificacin en el proceso de

combustin y queda como cenizas, no aportando por ende energa al proceso y consumiendo parte de la energa producida ya que se elimina a una temperatura superior a la entrada.

La humedad contenida no solo no aporta energa sino que la consume para

pasar al estado de vapor, y en lo posible debe ser eliminada o disminuida.

3

El azufre, si bien es una sustancia que aporta energa al quemarse con el aire, pasando a formar parte de los voltiles, es en general un elemento indeseado, ya que los xidos de azufre y el vapor de agua, contenidos en los gases de combustin, pueden formar cidos altamente corrosivos que son indeseables para el equipo empleado en la combustin. Tabla 1: Composicin media de combustibles slidos.

TIPO DE COMBUSTIBLE

% VOLTILES

% CARBONO FIJO

Pcs promedio Kcal/Kg

Lea 70 a 75 25 a 30 4.000 Turba 60 a 70 30 a 40 6.000 Lignito 50 a 60 40 a 50 7.500 Hulla 12 a 50 50 a 88 8.000

Semi Antracita 7 a 12 88 a 93 8.500 Antracita 3 a 7 93 a 97 9.200 Grafito - 100 8.100

Asfaltitas 30 a 65 30 a 52 8600 a 9700 Coque 1 a 10 90 a 99 8000 a 8100

Briquetas 13 a 17 Carbn de Lea 15.5 70 6.300

Residuos Vegetales 69 a 82 8 a 14 3800 a 6000 El nitrgeno est presente en el combustible formando compuestos orgnicos

complejos y en el proceso de la combustin enriquece la materia voltil, no aportando a la generacin de energa trmica. Para el caso de las hullas que son destiladas para producir gas, el nitrgeno se desprende como amonaco y es un subproducto de valor comercial.

Todos estos elementos son en general considerados como impurezas en el

combustible, y los dos nicos de inters son el hidrgeno y el carbono. El carbono puede hallarse combinado con N, O y S formando compuestos orgnicos que constituyen la mayor parte de las materias voltiles del combustible, el resto del carbono constituye lo que se conoce como carbono fijo del combustible.

El carbn puede ser vegetal o mineral. El primero se produce a partir de lea y el

segundo depende del yacimiento que tiene caractersticas variables segn el manto y la explotacin.

En nuestro pas se dispone de carbn mineral en el yacimiento de Ro Turbio. En

forma general podemos clasificar al carbn de este lugar como una hulla del tipo bituminosa (de alto contenido de voltiles, cenizas y humedad). Existen diversos yacimientos de turba en Tierra del Fuego y en San Lus, de importancia relativamente menor.

CARACTERSTICAS DE COMBUSTIBLES SLIDOS El poder calorfico es la principal caracterstica de un combustible y puede ser

expresado como Poder calorfico Superior o Inferior, segn se considere o no respectivamente la energa contenida por el vapor de agua que forma parte de la

4

corriente de gases de combustin. Sin lugar a dudas, desde el punto de vista industrial, el que nos interesa es el poder calorfico inferior, ya que es el calor efectivamente aprovechado.

Se llama poder calorfico superior al calor de combustin cuando las condiciones iniciales y finales del proceso son iguales, por lo que se supone que los productos de la combustin se hallan a la temperatura ambiente y por lo tanto la humedad del combustible y el hidrgeno constitutivo forman agua la cual condensa liberando una cierta cantidad de energa.

En cambio se denomina por poder calorfico inferior al poder calorfico cuando el agua de formacin se encuentra finalmente en estado vapor.

Si la humedad contenida por Kg de combustible es a y el calor de vaporizacin es r Kcal/Kg, entonces:

PcS = PcI + r (a + H2O por combustin de H2)

Donde el H2 reacciona segn:

H2 + O2 H2O

Que empero es 2 Kg de H2 por 16 Kg de O2, o sea 9 Kg de agua por cada Kg de H; si h es la cantidad de H2 por Kg de combustible:

PcS = PcI + r (a +9h) El poder calorfico inferior puede ser obtenido por la siguiente ecuacin: PCI = PCS 5,85 (9. H + H2O) H2, H2O son las composiciones en peso de los elementos, expresados en tanto

por ciento. El poder calorfico va aumentando proporcionalmente con el porcentaje de

carbono fijo, para los carbones naturales (vegetales y minerales) y este porcentaje crece de la lea a la antracita. El poder calorfico tambin aumenta con el aumento del contenido de los voltiles, por esta razn vemos que el grafito tiene un valor inferior a otros que son ms ricos en voltiles.

El Poder calorfico superior puede determinarse experimentalmente en bombas calorimtricas, o bien puede ser calculado por ecuaciones expresadas en funcin de la composicin del mismo, como por ejemplo la siguiente:

PCS = 80,8 C + 22,2 S + 344 (H2 O2/8) kcal/kgde carbn

Donde: C, S, H2, O2 son las composiciones en peso de los elementos, expresados en

tanto por ciento. Por ejemplo: si la composicin del combustible fuera de C = 100%, entonces el

Pcs = 8.080 Kcal/kg.

5

El mtodo experimental para determinar el Pcs se realiza por medio de un equipo denominado calormetro, si esto no es posible entonces puede emplearse la ecuacin anterior. Considere que esta ecuacin puede arrojar valores distintos al experimental ya que supone una composicin libre de los elementos C, H y S y no en su estado real de asociacin molecular.

Para las hullas, que son la principal fuente de combustibles slidos del mundo,

se puede utilizar una ecuacin para calcular el Pcs que solo considera los porcentajes de Carbono fijo y materia voltil:

PCS = 82 C + k V Donde C y V son las composiciones en peso de los elementos, expresados en

tanto por ciento.

La constante k depende de la relacin o proporcin entre voltiles y carbono fijo y puede verse en la Pg. 23 del libro (Combustibles y Combustin) de Arginbau.

TABLA DE PODERES CALORIFICOS

COMBUSTIBLES SLIDOS PODER CALORIFICO kcal/kg

INFERIOR SUPERIOR Carbn Mineral (nacional) (*) 5.900 6.200 Carbn Mineral (importado) 7.200 7.500 Coque 6.800 7.500 Carbn Residual 7.600 7.900 Coque de Carbn Residual 7.200 7.800 Lea Blanda 1840 2940 Lea Dura 2300 3500 Carbn de Lea 6500 7500 Marlo de Maz 2300 3000 Cscara de Arroz 2300 3000 Bagazo 1500 2000 Aserrn 1800 1995 Otros Residuos Vegetales 1760 2310 Papeles 1620 1796 Corteza/chips de lea 4600 -

La segunda caracterstica principal de un combustible es su anlisis, este puede

ser de dos tipos: fsico o "global" y qumico o "elemental". El primero incluye el valor de humedad, voltiles, carbono fijo y cenizas. Mientras que el segundo da el contenido o tasa de cada elemento C, H, O, S y N, y para obtenerlo, se realiza el anlisis qumico completo del combustible, con el que podremos calcular entonces su Pcs o el Pci.

De cualquier forma, ambos anlisis dan una idea aproximada del

comportamiento de un dado combustible y para conocer exactamente el comportamiento real del mismo, deber realizarse pruebas a escala piloto de la combustin, en las cuales se determinar ciertas propiedades o tendencias especficas como la formacin de costras, o el aglutinamiento, o reblandecimiento del

6

mismo, etc. Estas caractersticas son importantes para manipular adecuadamente el combustible y disear los equipos de combustin.

Otras propiedades importantes de un combustible slido son: dureza, densidad,

volumen especfico, contenido de azufre, humedad, contenido de cenizas, grado de coquificacin, temperatura de autoinflamacin, etc.

El contenido de azufre es muy variable segn su origen y es de naturaleza

indeseable como ya se explic por la formacin del anhdrido sulfuroso. La composicin del azufre en el combustible afecta el valor de la temperatura de roco de los gases de forma que sta aumenta con el aumento del porcentaje de S. Esto se puede apreciar en la figura 1.

Figura 1

La dureza de los combustibles slidos aumenta generalmente con el porcentaje de carbono fijo, creciendo desde el lignito hasta la antracita. Esta propiedad est asociada a la mayor o menor facilidad para la molienda del combustible, afectando la produccin y el consumo energtico del equipo. Esta propiedad tambin es importante en el almacenamiento del material para evitar que sufra procesos de desintegracin mecnica y la formacin de polvos.

La densidad de un combustible slido es importante desde el punto de vista del

tamao de los equipos que se utilizarn para quemarlo, en el transporte y almacenaje. Generalmente la densidad crece desde la turba a la antracita.

La humedad es muy variable segn la procedencia, forma de obtencin y

almacenaje. Debe distinguirse entre la humedad propia del combustible y la humedad adquirida por capilaridad o humedad superficial, esta ltima se elimina fcilmente dejando secar el combustible en pilas al aire libre, mientras que para eliminar la humedad propia es necesario calentar el combustible por arriba de los 105 C y es difcil de quitar pues se adhiere fuertemente al material.

La humedad causa algunos inconvenientes como ser: a) representa un peso

muerto en el transporte, b) consume energa til en la combustin industrial como ya

7

se explic, c) la molienda a granulometra fina se hace difcil de manipular ya que se opera con un material sumamente pastoso, disminuyendo la produccin de los molinos, d) aumenta el precio relativo de los combustibles.

El contenido de cenizas de un combustible slido es importante en los

siguientes aspectos, el porcentaje en peso y las temperaturas de deformacin, fusin y licuacin. A medida que aumenta el porcentaje de cenizas o materiales minerales: aumenta el peso muerto en el transporte, disminuye el poder calorfico, aumentan los problemas de limpieza y mantenimiento de los hogares donde es quemado el combustible. A estos inconvenientes se aade la formacin de escorias fundidas, las cuales atacan a los materiales refractarios y/o obturan las parrillas. Por ello, es deseable cenizas con temperaturas de fusin o deformacin lo mas elevadas posibles, se considera que temperaturas de fusin superiores a 1500C; las cenizas son favorables y que valores de temperaturas inferiores a 1200C; las cenizas son desfavorables.

Los carbones con ms de 30% de cenizas tienen escaso valor comercial. Se consideran buenos carbones los que dan de 4 a 6 % de cenizas. Se consideran regulares los que dan de 6 a 12% de cenizas. Se consideran malos los que dan de 12 a 30% de cenizas. La coquificacin es el proceso de destilacin del combustible que elimina los

voltiles del mismo quedando solo el carbono fijo. Se realiza en hornos o pilas de coquificacin donde se somete al combustible a temperaturas elevadas en ausencia de aire. Evidentemente las propiedades del coque dependern de la clase de carbn utilizado, por ello hay ciertos tipos que no son aptos para este proceso, ya que dan un residuo fino como que no es apto para uso industrial, que es la principal aplicacin del coque.

En general la capacidad de coquificacin de un combustible es muy variable y

depende de sus propiedades aglutinantes y del contenido de voltiles, como trmino medio se emplean carbones que contienen entre 20 y 30 % de voltiles y con contenido de S relativamente bajo.

Cuando el objetivo de la coquificacin es fabricar gas de alumbrado, y el coque

es un subproducto, el porcentaje de voltiles puede incrementarse hasta un 40% y finalmente diremos que cuando el objetivo es producir coque de aplicacin domstica (destilacin a baja temperatura entre 550 y 600C) pueden utilizarse hullas pobres y lignitos.

La ltima propiedad mencionada y de importancia es la temperatura de

autoinflamacin o de combustin espontnea, que es la temperatura a la cual el combustible inicia la combustin en presencia de aire.

El valor de esta temperatura depende del tamao o granulometra del

combustible, la porosidad de la masa, la superficie de contacto, la concentracin de oxgeno, etc. As en presencia de oxgeno los valores de la temperatura de autoinflamacin son ms bajas que en aire. Los valores de esta temperatura en presencia de aire, para diversos combustibles slidos granulados, se muestran en la siguiente tabla:

8

Combustible Temperatura de autoinflamacin [en C] Lea 300

Carbn de Lea 360 Hullas 410 a 470

Semi-coque 460 Antracitas 525

Coque 580 a 610 Estos valores de temperatura disminuyen sensiblemente si el combustible est

pulverizado. Si la autoignicin ocurre dentro de una pila de combustible almacenado, no es

posible apagarla por sofocamiento o con el uso de agua, y en ese caso debe removerse la pila para llegar al punto donde se inici el proceso. Esta operacin es difcil, costosa y peligrosa, por lo que, hay que evitar el almacenamiento de carbn en pilas durante periodos de tiempos prolongados.

MANIPULACIN DE COMBUSTIBLES SLIDOS

El manejo del combustible slido depende del tipo empleado, as en general

para los explicitados previamente podemos decir que: Residuos Vegetales o Subproductos Celulsicos: el nico de importancia

industrial es el bagazo, utilizado como combustible de las calderas en los ingenios. En ellos el bagazo es almacenado en pilas donde se seca por accin del aire a la intemperie y luego es transportado a las bocas de alimentacin de caldera donde es quemado directamente. Puede utilizarse tambin cascarillas vegetales (de man, arroz, etc.), aserrn.

Las asfaltitas: son sustancias bituminosas naturales, slidas, de color negro

brillante, de aspecto resinoso y fractura conoidal en las formas frescas, dotadas de un punto de fusin elevado, superior a 110 C. Qumicamente estn constituidas por hidrocarburos muy pobres en oxgeno y parafinas cristalizables, siendo compuestos de alto peso molecular.

Yacimientos de asfaltita pura u ortoasfaltita en la Argentina: han sido hallados

depsitos ubicados en el noroeste de la provincia de Neuqun. Briquetas: las briquetas de carbn vegetal son un producto hecho con

carbonilla aglomerada (carbn finamente molido), que es lo que queda de la quema del carbn y de la comercializacin del carbn. Presentan un mejor rendimiento que ste. Tambin hay briquetas fabricadas con materia residual, como cascarilla de arroz, bagazo de caa de azcar, residuos de pulpa de papel, papel o cartn.

Se les exige que sean productos de una dureza adecuada, homogneas, no sean higroscpicas y ardan con poca liberacin de humo. Deben poder romperse con facilidad cuando son fabricadas en forma de panes (10 Kg), pero no sufrir roturas durante su transporte y almacenamiento.

En forma general el proceso de briqueteado consiste de tres etapas bsicas, que

son:

9

I) el secado cuando el combustible es muy hmedo y puede ser natural al aire o artificial en hornos de secado calefaccionados por la combustin de una fraccin del combustible que se aglomera para ese efecto.

II) la formacin de la pasta que consiste en triturar el combustible y mezclarlo con un aglutinante adecuado que puede ser brea obtenida del alquitrn de hulla, brea de petrleo, asfalto, almidn, melazas o bentonitas.

III) la mezcla es amasada y calentada para formar una masa que pasa a la etapa de prensado, donde es sometida a elevadas presiones (200 a 2000 Kg/cm2) en moldes adecuados que producen briquetas chicas (1/2 a 1 Kg) de forma ovoide, esfricas o cilndricas; y en forma de panes o ladrillos ( 2 a 10 Kg).

Carbones: Las etapas a considerar en la manipulacin de combustibles slidos

carbonferos en general son: a) Recibo y Descarga del Combustible b) Almacenamiento c) Suministro de Combustible a la Planta d) Medicin e) Preparacin del Combustible f) Control de Polvo g) Operacin de la Planta a) Recibo y Descarga del Combustible: Cuando el consumo es cercano a la mina

o yacimiento del carbn, el transporte ms adecuado es el de camiones de volteo. Para grandes cantidades y distancias suele emplearse el ferrocarril por ser ms econmico y grandes barcos a granel cuando este medio de transporte es necesario. En el caso del ferrocarril, la descarga a las pilas se realiza por medio de carros sacudidores o por medio de volteadores de vagones, normalmente estos son de tipo abierto y con capacidades de 20 a 70 Tn.

Cuando no se dispone de carros volcadores o sacudidor de carros en transporte

por tren, al igual que en transporte por buques, la descarga deber realizarse a travs de gras mviles y cucharn de quijadas.

Para el caso de bajas temperaturas, el carbn a granel transportado puede llegar

a congelarse, en esta alternativa debe calefaccionarse el mismo antes de la descarga, de forma de aflojar el carbn congelado. Existen diversos dispositivos, el ms caro es alojar los vagones en compartimientos calefaccionados con serpentines de vapor, otro dispositivo consiste en atomizar agua caliente en los bordes y fondo del vagn, recirculando la misma previo recalentamiento. Otro dispositivo frecuentemente usado es el uso de antorchas descongeladoras ubicadas en trincheras ubicadas debajo de las vas, estas son alimentadas con combustibles lquidos.

b) Almacenamiento: El carbn almacenado est sujeto a calentamiento,

incrementndose su temperatura y pudiendo alcanzarse la condicin ya descripta de autoinflamacin, esto ocurre mas fcilmente cuanto mayor es el contenido de S en el mismo. En tales casos debe ponerse especial cuidado en este aspecto, y la forma de evitar ese problema es la de no construir pilas excesivamente altas y con un canal adecuado de ventilacin en su centro, de forma de reponer continuamente el aire en contacto con el carbn. Este mtodo es poco utilizado porque aumentan las prdidas de voltiles en el combustible (Pcs), se requiere de mayores superficies de almacenamiento y la construccin de las pilas debe ser realizada adecuadamente con canales de ventilacin.

10

El otro mtodo para eliminar la autoinflamacin es exactamente opuesto y

consiste en cerrar el acceso de aire al interior de la pila, en este caso la pila debe estar perfectamente asentada, se construyen pilas de 10 a 12 metros de altura, compactadas con equipos especiales (buldzer) provistos de llantas de plstico (hule). Las pilas en su parte superior deben tener una ligera inclinacin para producir el drenado del agua de lluvias en forma lenta para no provocar drenajes.

Cuando el tiempo de almacenaje va a ser largo es conveniente utilizar una capa

de carbn fino o aceite, de forma de disminuir el acceso de aire al interior de la pila. Tambin es aconsejable en estos casos proveer a las pilas de termocuplas de forma de registrar los aumentos de temperatura y evitar que lleguen a los 65C.

c) Suministro a la Planta: En la mayora de los casos el carbn debe ser

transportado o de la zona de recepcin o de la zona de almacenaje a la planta donde es consumido. Esto puede realizarse con una variedad muy grande de equipos disponibles, entre ellos podemos citar a palas cargadoras, gras con cucharas, cintas transportadoras, alimentadores vibratorios, o de tornillo.

Debe preverse un equipo para trituracin de las piezas grandes y una remocin

de las partculas metlicas, ambas etapas pueden realizarse con trituradoras Bradford, que son las ms recomendadas para este material. Esta es una trituradora por impactos de gravedad del mismo carbn, la cual dispone de una serie de zarandas internas que clasifican el material de granulometra menor a la establecida, dejndolo pasar y caer a una canaleta de descarga, mientras que los trozos grandes son recirculados y las partculas o piezas metlicas son llevados al final del triturador y eliminadas.

En otros tipos de trituradores debe utilizarse un separador magntico para

eliminar los metales, generalmente se emplea una polea magnetizada sobre la que se mueve la banda o cinta transportadora. Una vez transportado el carbn debe ser descargado en las carboneras, que son los depsitos de donde se alimenta el equipo de combustin. Estas se hallan normalmente encima de ste y descargan por gravedad. Para lograr una adecuada descarga debe suministrarse una pendiente de descarga de por lo menos 45.

Finalmente diremos que es necesario realizar una buena distribucin del carbn

en la carbonera, de forma de lograr una adecuada alimentacin al horno y evitar espacios muertos o concavidades que pueden ocasionar problemas de descarga. Para ello se emplean raspadores tipo raqueta o raspadores mviles que se deslizan sobre rieles en la parte superior de la carbonera.

Es aconsejable disponer de vibradores neumticos o electromagnticos en las

caeras de descarga al quemador y mantener vacas y limpias a estas y a la carbonera en caso de parada de la planta.

d) Medicin: Es necesario conocer perfectamente el valor o peso de carbn

alimentado a una planta, sea para realizar el pago del mismo o con propsitos de clculo. Existen diversos mtodos para cumplir este propsito, el primero es el de pesar los vagones, camiones o barcazas en bsculas a tal efecto antes y despus de la descarga.

11

Para barcos o grandes cantidades se utilizan las bsculas montadas sobre las cintas de descarga, las cuales miden la velocidad de la cinta y el peso neto por unidad lineal de la cinta, calculando de esa forma el peso total descargado.

Otro mtodo es el empleo de bsculas automticas, las cuales mueven un

contador luego de dejar pasar una masa predefinida, de forma que el peso total descargado es el valor predefinido por el nmero acumulado. Por supuesto todos estos dispositivos deben ser calibrados y testeados frecuentemente.

e) Preparacin del Combustible: Esta etapa depende fundamentalmente del

tamao del carbn recibido y del tipo de equipo de combustin, de forma que puede o no ser necesaria un primer paso de trituracin, y luego la etapa de pulverizacin. As existen alimentadores de baja los que operan con carbn grueso de 1,5 a 2", los alimentadores dispersores trabajan con una granulometra de 3/4 a 1". Los quemadores ciclnicos operan con un mximo de 1/4" y los quemadores requieren un combustible pulverizado que tenga un 70 % pasante por malla 200 y con un mximo retenido de 1 % en malla 50.

Los equipos pulverizadores mas frecuentemente empleados son cuatro, cada

uno con sus ventajas y desventajas. Son el molino de tubos, de bolas, de tazn y de friccin. El carbn pulverizado debe ser transportado por una corriente de aire seco para la combustin, el ventilador necesario a este efecto puede ser parte de la unidad pulverizadora o parte independiente de la misma.

f) Control de Polvo: Es importante evitar la acumulacin de grandes cantidades

de polvo de carbn cuando se descarga el mismo o se enva a las carboneras. Esto es as porque el carbn fino mezclado con aire en ciertas condiciones es explosivo, adems provoca daos en los rodamientos y otras partes mviles de las maquinarias. Por esta razn, el combustible puede ser regado con aceite o Cl2Ca. Puede utilizarse agua para reducir los polvos pero en cantidad controlada para no humedecer excesivamente al carbn.

Si la cantidad de polvo producida es excesiva debern ponerse ventiladores,

sistemas de captacin y separadores ciclnicos para recuperar carbn. Normalmente las carboneras trabajan cerradas con una abertura nica para la cinta, de forma de evitar levantamiento de polvos. El sistema de descarga y los alimentadores de combustible deben mantenerse limpios de polvos, de forma que normalmente operan bajo condiciones de succin. Por supuesto la eliminacin de polvos provocar una mayor limpieza general de la instalacin, mejorando el trabajo de los operarios, las tareas de inspeccin, mantenimiento, operacin y conservacin de la maquinaria.

g) Operacin de la Planta: La operacin de una planta puede dar lugar a

situaciones muy diversas imposibles de describir detalladamente, y solo podemos decir en forma general en este caso que debern cumplimentarse normas generales de operacin, mantenimiento y limpieza que faciliten el funcionamiento de los distintos dispositivos que integren una planta. Si podremos particularizar en lo que hace a la conveniencia de realizar operaciones de control encadenadas cuando se trabaja con cualquier tipo de combustibles, de forma que ante la falla de alguna de sus partes, la alimentacin de carbn y de los dispositivos dosificadores se detenga. De esta forma se logra prevenir una serie importante de accidentes, con este sistema de control encadenado.

12

Tambin podemos decir que es necesario evitar las sobrecargas en los sistemas de transporte (cintas, tornillos, etc.) que puedan dar lugar a roturas de las bandas, o rodamientos o engranajes, inconvenientes que no solo disminuyen la eficiencia de operacin global de la planta sino que pueden provocar serios accidentes de trabajo.

COMBUSTIBLES LQUIDOS. CLASIFICACIN Los combustibles lquidos industriales son productos obtenidos por destilacin

fraccionada o por destilacin destructiva (cracking) del petrleo. Este es un producto mineral de compleja y variada composicin, segn el yacimiento de extraccin.

Las proporciones relativas de gas y petrleo son muy variables, y dan lugar a

una clasificacin de los yacimientos segn la misma en yacimientos gasferos (alta proporcin de gas) y yacimientos petrolferos (alta proporcin de petrleo).

El petrleo est constituido por una mezcla de hidrocarburos gaseosos y

slidos disueltos en hidrocarburos lquidos, adems de estos hidrocarburos existen cantidades variables de compuestos de azufre, oxgeno y nitrgeno.

Un rango medio para la composicin del petrleo puede establecerse como: Carbono 83 a 87% Hidrgeno 10 a 14% Oxgeno menor a 3% Nitrgeno menor a 1% Azufre menor a 2% ( en casos excepcionales se hallan hasta un 6%.) De estos elementos el azufre es el mas perjudicial, y puede estar como azufre

libre disuelto, como SH2 o como diversos compuestos orgnicos como tiofenoles, mercaptanos, cidos sulfnicos, sulfuros etnicos, etc. Su principal efecto negativo es la corrosin de caeras y recipientes en general y la formacin de vapores de SO2 cuando es quemado.

Los petrleos reciben una clasificacin conforme a la naturaleza predominante

de los hidrocarburos que lo componen, conforme al siguiente detalle:

1. Petrleo de base parafnica: luego de destilar los componentes livianos, el residuo contiene parafina en cantidad significante (Petrleos de Salta y Pensilvania EEUU).

2. Petrleo de base asfltica: despus de destilar los componentes livianos, el residuo

contiene una apreciable cantidad de asfalto (Petrleos Mexicanos).

3. Petrleo de base naftnica: luego de la destilacin de los componentes livianos, el residuo contiene poca parafina y poco asfalto (Petrleos rusos).

4. Petrleo de base mixta: posteriormente a la destilacin de los componentes

livianos, el residuo contiene parafinas y asfaltos en forma simultnea y equivalente. Petrleos del Centro de EEUU y del Sur de Argentina).

Los petrleos crudos se destilan obtenindose de ellos una variada gama de

productos industriales, clasificados desde el punto de vista industrial como productos destilados y residuales. Los primeros son aquellos que son separados como productos de cabeza en la destilacin del crudo y los residuales como su nombre lo indica son los productos que quedan como residuos en el fondo de las columnas.

13

Tanto los residuales como los destilados deben responder a ciertas caractersticas bsicas perfectamente definidas, dando lugar a las distintas fracciones o cortes de destilacin que reciben distintos nombres comerciales y de uso comn o industrial. Estos cortes o subproductos o derivados del petrleo se caracterizan por el intervalo de temperatura de ebullicin, que van desde un mnimo de -75C hasta los 700C, as por ejemplo la nafta es una mezcla de hidrocarburos que destilan entre 30C y 200C, y el kerosn entre 170C y 285C.

De cada tipo de petrleo, por destilacin directa, se obtiene una cierta cantidad

de nafta, gasoil, kerosn, etc, sin lugar a dudas el producto mas valioso es la nafta, por ello interesa obtener la mayor cantidad posible de esta fraccin de un determinado tipo de crudo, le siguen en orden de importancia el kerosn, gasoil y fuel-oil, considerando solamente los combustibles (notar que se excluyen aceites, parafinas, alquitranes cuyo no es especficamente como combustibles)

El gasoil y el fuel-oil pueden ser descompuestos en productos ms livianos

(nafta) por descomposicin pirognica de sus molculas, es decir por efecto de elevadas presiones y temperaturas superiores a 400C, a esta operacin se la conoce como craqueo o cracking.

La lista completa es muy extensa, pero los productos ms importantes desde el

punto de vista de las aplicaciones, sera la siguiente:

PRODUCTO PRINCIPALES USOS Gas Natural y de Refinera Combustible industrial y domstico Nafta Combustible de Motores de explosin. Bencina, aguarrs, etc Disolventes en general. Kerosn Uso domstico. Combustible de aviones Gas oil y Diesel oil Combustible para motores Diesel y hornos

industriales. Aceites Lubricantes Lubricacin de Maquinarias. Parafina Papel parafinado, materiales aislantes. Sellado. Parafina amorfa Produccin de grasas y pomadas. Fuel-oil Combustible industrial. Asfalto Impermeabilizante. Uso en caminos. Coque de Petrleo Combustible Industrial Slido

Pueden entonces realizarse muchsimas combinaciones de craqueo y

destilacin directa de forma de obtener cualquiera de los productos mencionados en la tabla anterior, conforme a las necesidades particulares del pas o la zona, pero siempre el tipo de derivados obtenidos estar predeterminado por el tipo de crudo empleado como alimentacin de la planta.

Como combustibles en Argentina se utilizan diversos tipos de nafta, para

aviacin y automotores, el gasoil para transporte automotor principalmente y el fuel-oil y gasoil como combustibles industriales. Dado que el fuel-oil resulta demasiado pesado para algunas aplicaciones, es frecuente mezclarlo en proporciones distintas con diesel oil para dar los combustibles conocidos como 90-10 (90 % de Fuel oil y 10 % de diesel oil) y 70-30 (70 % de Fuel oil y 30 % de diesel oil) muy utilizados en nuestro pas.

14

Existen otros combustibles no derivados del petrleo, que en proporcin a los

derivados de petrleo tienen muy poca importancia o aplicacin. A ttulo informativo, se pueden citar a:

a) Alcoholes b) Aceites destilados de esquistos bituminosos (asfaltitas) c) Aceites destilados de alquitranes de hulla y lignitos d) Aceites vegetales

a) Alcoholes: los usados como combustibles son el metanol y el etanol, y slo

en casos domsticos. A nivel nacional se intent utilizarlos mezclado con nafta. Tanto el metanol como el etanol pueden ser obtenidos por procesos de sntesis en plantas petroqumicas, mientras que el etanol adems puede ser obtenido por procesos de fermentacin de productos vegetales como la melaza de azcar y de cereales. b) Aceites destilados de esquistos bituminosos (asfaltitas): Los esquistos bituminosos son rocas porosas impregnadas de materias orgnicas aceitosas, las que sometidas a un proceso de "destilacin" o calentamiento en ausencia de aire (similar al caso del coque), se desprenden gases que son quemados para calefaccionar el mismo proceso, y se produce un aceite lquido, que se comporta de manera similar al petrleo, es decir que por destilacin de este puede obtenerse fracciones de nafta, kerosn, gasoil, aceites, etc.

c) Aceites destilados de alquitranes de hulla y lignitos: son obtenidos de la

fraccin condensable de gases formados en la destilacin en vaco cerrado o de baja temperatura de hullas o lignitos, ya descrito para combustibles slidos

d) Aceites vegetales: actualmente se estudia la posibilidad de producir bio combustible.

PROPIEDADES DE LOS COMBUSTIBLES LQUIDOS Los combustibles derivados del petrleo presentan una serie de caractersticas

importantes para proceder a su almacenamiento y manipulacin, para lograr una combustin adecuada, las ms importantes son:

Poder calorfico Densidad o peso especfico Viscosidad Punto de escurrimiento Punto de congelacin Punto de inflamacin Punto de combustin Punto de auto ignicin Contenido de azufre Contenido de cenizas Contenido de humedad Calor especfico

Poder calorfico: Al igual que para el caso de slidos la mejor manera de

conocer el poder calorfico de un combustible lquido es recurrir a un ensayo en una

15

bomba calorimtrica. Si esto no es posible, se utilizan ecuaciones en funcin de su composicin elemental o en funcin de su densidad conforme a:

PCS = 80,8 . C + 22,2 . S + 344 (H2 O2/8) PCS = 7278 + 3111 / Densidad

Tambin se dispone de tablas experimentales para diversos combustibles en

funcin de sus caractersticas, por ejemplo la Tabla del Laboratorio de Kansas para derivados de petrleo secos, cuyo Pcs en funcin de la densidad es la siguiente:

Densidad Pcs Densidad Pcs

1,000 10.361 0,950 10.525 0,990 10.393 0,940 10.560 0,980 10.425 0,930 10.597 0,970 10.458 0,920 10.634 0,960 10.491 0,910 10.672

TABLA DE PODERES CALORIFICOS

Densidad o peso especfico: es la relacin de masa a volumen o viceversa de un

combustible, se expresa en Kg/L o gr/cm3 o sus equivalentes unidades inglesas.

Viscosidad: es la propiedad del combustible que describe la resistencia al desplazamiento relativo de dos capas paralelas vecinas, debida a la cohesin molecular. Es muy importante para la manipulacin y operacin del combustible, se mide en unidades poise = dina cm/seg2 = gr/cm seg

En la prctica, la viscosidad se determina con equipos denominados viscosmetros, el cual determina el tiempo que tarda un lquido en fluir entre dos marcas, o respecto al agua, conforme al aparato utilizado se obtienen distintas escalas llamadas Saybolt, Redwood, Engler, etc.

COMBUSTIBLES LQUIDOS

DENSIDAD PODER CALORIFICO INFERIOR PODER CALORIFICO

SUPERIOR Kg/lt kcal/lt kcal/kg kcal/lt kcal/kg

Petrleo Crudo 0,885 8850 10.000 9293 10.500 Aeronaftas 0,709 7374 10.400 8012 11.300 Naftas 0,735 7607 10.350 8232 11.200 Kerosene y Comb. Jets 0,808 8322 10.300 8945 11.070 Gas Oil 0,845 8619 10.200 9211 10.900 Diesel Oil 0,88 8800 10.000 9416 10.700 Fuel Oil 0,945 9261 9.800 9923 10.500 Mezcla 70-30 0,91 8995 9.885 9638 10.591 Alcohol de Quemar 0,789 6080 - 6400 - Metanol 0,8 3818 4773 4345 5431 Etanol 0,794 5082 6400 5633 7092 Licor Negro - - 3600 - -

16

La viscosidad vara inversamente con la temperatura, segn puede verse en la figura del libro Combustin y Generacin de Vapor de Torrequitar Weiss (Pg. 34) para los combustibles mas usados en nuestro pas, de forma que debe determinarse siempre la viscosidad y la densidad a la misma temperatura.

Esta propiedad es importante en el clculo de las tuberas de conduccin y en

el funcionamiento de bombas y quemadores, por ello, en la prctica se puede considerar que para bombear grandes cantidades de lquido (10 m3/hr), la viscosidad debe ser menor de 650 cSt y para menores caudales (500 L/hr) debe ser menor a 150 cSt, esto puede requerir a veces un calentamiento del combustible, en esos casos debe cuidarse de no sobrepasar los valores recomendados para cada tipo de instalacin (quemadores) para evitar vaporizaciones. El siguiente grfico ilustra esta situacin:

Punto de Escurrimiento: esta propiedad est definida por la temperatura a la

cual el petrleo comienza a fluir y est fijado por una cierta proporcin del contenido de parafinas del combustible, el cual cuando es sometido a temperaturas bajas, puede formar una red cristalina o aumentar excesivamente la viscosidad del fluido. Esta condicin le impide fluir y puede ocasionar problemas en la manipulacin y descarga de los tanques de almacenamiento ubicados a la intemperie. Para el transporte y uso en quemadores esta propiedad no influye ya que generalmente los combustibles deben ser calentados o atomizados.

17

Punto de Congelamiento: es el punto en el cual el combustible comienza a cristalizar cuando es enfriado progresivamente y est asociado a los problemas descriptos en el prrafo anterior.

Punto de Inflamacin: es la temperatura a la cual los vapores de un fluido se

inflaman momentneamente o explotan en presencia de una llama. Punto de combustin: es la temperatura a la cual los vapores del fluido estn

presentes en cantidad suficiente, para que, al acercar una llama se enciendan y mantengan la combustin en forma permanente.

Punto de auto-ignicin: es la temperatura mnima a la cual los vapores del fluido

se encienden espontneamente en contacto con aire sin presencia de llama. Todos estos parmetros son caractersticos de cada combustible y deben ser

determinados conforme a ensayos y procedimientos perfectamente establecidos segn las distintas normas. Dan una idea de la peligrosidad del combustible y las temperaturas lmites de operacin del mismo.

Contenido de Azufre: El contenido de azufre es perjudicial, encontrndose

normalmente en el petrleo en porcentajes variables, segn su origen, y por ende se halla tambin en sus derivados. Presenta mayor poder corrosivo cuando se encuentra en forma nativa que formando compuestos, dada su mayor reactividad. Por ello, en la nafta se exige que su contenido sea inferior al 0,15%, mientras que en los combustibles industriales (fuel-oil) los contenidos mximos son muchos mayores dado su menor efecto nocivo en las instalaciones industriales respecto a los motores de combustin interna. (Ver la figura de contenido de azufre para combustibles slidos en Pg. N 6)

Contenido de Cenizas y Humedad: El agua es muy poco soluble en los

hidrocarburos (0,005 a 0,06%), pero en presencia de alcoholes esta solubilidad aumenta fuertemente. Favorece la corrosin de los tanques de almacenamiento y se debe limitar su concentracin a trazas en los combustibles livianos y hasta un 2% en fuel -oil.

Las sales minerales contenidas en el petrleo, luego de la combustin forman las cenizas, entre los componentes mas nocivos estn el sodio y el vanadio, los que atacan el nquel y sus aleaciones, elemento del cual son construidos los sobrecalentadores de alta temperatura y las paletas de las turbinas de gas. Adems, las cenizas o sedimentos tienden a obturar los filtros, caeras y quemadores.

Calor Especfico: Es una propiedad de inters para los clculos de

calentamiento de combustible. Se dispone de tablas donde se dan los valores de esta propiedad para distintos

productos en funcin de su temperatura y densidad, en forma general para el fuel-oil se suele adoptar un valor de 0,4 kcal/kg.C mientras que para gasoil de 0,5 kcal/kg.C.

MANIPULACIN DE COMBUSTIBLES LQUIDOS La manipulacin de combustibles lquidos presenta menor dificultad que la de

los slidos y en general, comprende tres etapas:

18

a) Recepcin del combustible. b) Almacenamiento. c) Alimentacin a planta o quemadores.

Veremos a continuacin algunos detalles de inters para cada una de estas etapas. a) Recepcin del Combustible: el combustible es recibido generalmente en

vagones-tanque o camiones cisterna de baja presin, el valor de presin en estos recipientes debe ser el suficiente para que el lquido pueda salir por la parte inferior e ingresar al tanque de recepcin y almacenamiento de la planta. En caso de tener acceso por mar o ro es recomendable el empleo de buques-cisterna para el suministro del fluido para el caso de grandes consumos, debido al menor costo de este transporte.

Cualquiera sea el medio de llegada del combustible, en cada punto de descarga

debe preverse una conexin de vapor con manguera flexible que permita emplear vapor para calefaccin del combustible a recepcionar, a travs de los serpentines que disponen los tanques de transporte y que son usados para combustibles pesados.

El combustible es descargado por un cabezal de descarga del tanque transportador, ubicado en su parte inferior. A este cabezal se conectar una manguera flexible de succin, la que est conectada a bombas movidas por motores elctricos o por vapor. Estas mangueras sern de longitud suficiente para cubrir el tramo de descarga y tanques de recepcin de la planta, y en el caso de combustibles pesados debern estar provistas tambin de lneas de vapor para su calefaccin y estar cubiertas con aislamiento trmico a prueba de agua.

b) Almacenamiento: se realiza en grandes tanques, de construccin fuerte y

resistentes a la corrosin, viento y presin esttica del fluido. Estos tanques deben ser construidos en medio de un dique exterior, calculado de forma tal que en caso de accidente, el combustible derramado no se propague a tanques adyacentes o galpones fabriles. Un ejemplo de esto puede verse en el siguiente esquema:

19

Comnmente se dispone de dos o ms tanques de almacenamiento, para

asegurar un correcto manejo y operacin de este sector. Los tanques deben ser construidos sobre bases perfectamente niveladas y compactadas y las lneas debern poseer flexibilidad para el caso de existir algn tipo de asentamiento.

Los diques de proteccin deben ser provistos de vlvulas para drenar las

precipitaciones pluviales, pero el combustible fugado no debe ser drenado. Adems los tanques son provistos de un sistema de lneas de agua contra incendios, las que en caso de uso atomizan esta sobre la superficie del tanque.

Debe tambin preverse rendijas de ventilacin en la parte superior de forma de

evitar la sobrepresin en el interior. Al igual que el sistema de recepcin, si se opera con fuel-oil, debe instalarse serpentines interiores de calefaccin y lneas de vapor para la caera que comunica a los recipientes externos con los tanques internos o de da, receptores de combustible dentro de la planta. Estos son tanques pequeos ubicados dentro de la planta y que sirven o son calculados exclusivamente para contener el fluido necesario para un turno de trabajo.

Las bombas y tuberas deben ser calculadas conforme a la cantidad de

combustible a manejar y deben ser probadas hidrostticamente antes de entrar en servicio por primera vez, al igual que los tanques de almacenamiento y de da, puesto que es difcil evitar las fugas una vez que el sistema se ha llenado de combustible.

Las bombas sern provistas de filtros de succin y con vlvulas de alivio o

recirculacin para que las impurezas que pueda llevar el combustible no daen a bombas y tuberas. Finalmente diremos que los tanques son generalmente pintados en su interior con resina para disminuir la corrosin interior, se instalan una o mas purgas en el fondo para drenar el agua de contaminacin o condensacin y se colocan sistemas de control de temperatura y nivel de combustible en los mismos.

Alimentacin a Quemadores: Es muy importante que el suministro de

combustible a quemadores no sufra interrupciones, de forma de mantener una combustin estable y constante. La temperatura del combustible del tanque de da o alimentador de las bombas que dan presin al combustible debe ser adecuada para que el mismo fluya libremente, pero sin exceso que provoque acumulacin de gases

20

que son peligrosas. Un esquema completo para la manipulacin de un combustible pesado puede verse en la siguiente figura de la pgina que sigue:

Es recomendable que, en el caso de combustibles pesados tener el recaudo de realizar un pequeo retorno de combustible al tanque de suministro, para mantener todas las lneas calientes, o bien; calefaccionar las caeras con vapor.

Los filtros en la succin de las bombas debern mantenerse limpios para evitar

prdidas de carga excesivas y por ende, la formacin de vapores. Debe preverse una cmara de aire para la acumulacin de estos o de aire si se filtrase algo, esta cmara de aire tiene la funcin adicional de actuar como compensador de la presin, en caso de que la presin de la bomba aumente esta cmara absorbe el exceso de presin manteniendo constante la presin de la lnea y si disminuye esta cmara devuelve la presin manteniendo la presin de la lnea aproximadamente constante. La lnea de descarga de las bombas a los quemadores est provista de calentadores y filtro de descarga en dos lneas en paralelo, como tambin de vlvulas de control en los quemadores. Para mantener estable la temperatura del combustible se recircula una parte del caudal de fuel oil al tanque de alimentacin.

COMBUSTIBLES GASEOSOS. CLASIFICACIN

Los combustibles gaseosos, en general, tuvieron poca aplicacin respecto a los

lquidos y slidos debido a los grandes volmenes necesarios para acumular a presin

21

atmosfrica, o al elevado costo de tanques de alta presin necesarios para reducir el volumen de los mismos a valores frecuentemente usados en la industria para los otros tipos de combustibles.

Esto cambi totalmente desde que se construyeron los gasoductos que

permiten alimentar a grandes plantas industriales con este fluido combustible, disminuyendo al mximo en las mismas las instalaciones de recepcin y almacenamiento, ya que lo que hace de depsito es el yacimiento natural del gas.

Actualmente existen muchas instalaciones industriales provistas con combustibles gaseosos, ya que superado el problema inicial, el gas es un combustible excelente desde el punto de vista de su bajo costo, su limpieza, su facilidad de manipulacin, ausencia total de cenizas y azufre, adaptabilidad a procesos automticos y posibilidad de alcanzar alta eficiencia trmica.

Los combustibles gaseosos disponibles actualmente pueden clasificarse segn

el siguiente cuadro: Gas Natural Gas de Refinera Gases Industriales Gases Licuados Acetileno e Hidrgeno Gas de Minas de carbn Gas de pantano Gas Natural: est contenido en las cavidades subterrneas o terrenos porosos y

encerrados por una capa rocosa superior impermeable. Es una mezcla de hidrocarburos, principalmente metano, etano, propano y butano. Constituye por lejos el principal combustible gaseoso.

Gases de Refinera: son los gases separados en el proceso de destilacin y

craqueo del petrleo, su aplicacin industrial es cada vez menor como combustible y generalmente limitado a zonas cercanas a la fuente de produccin.

Gases industriales: son los producidos como subproductos en distintas

actividades industriales. Podemos mencionar entre ellos al gas de alumbrado, el gas de alto horno y el gas de gasgenos. En todos los casos su poder calorfico es muy inferior al gas natural, por lo que su aplicacin es limitada al uso por parte de las mismas industrias que lo generan.

Gases licuados: son el propano y butano, su aplicacin prctica abarca el

consumo tanto del tipo domiciliario como el industrial. Cuando se comercializan envasados en garrafas de 10, 15 o 45 Kg se trata de uso domiciliario. En Escala Industrial se comercializa a granel con el nombre de GLP. Las plantas industriales deben disponer de un recipiente de dimensiones adecuadas para abastecer las necesidades de la industria.

Estos gases se obtienen por separacin del gas natural o de los gases de las

plantas de refinacin de petrleo. Se comercializan como propano y butano o mezclas de ambos y deben estar libres de compuesto sulfurados corrosivos y de agua o humedad de arrastre.

22

Acetileno e Hidrgeno: el acetileno es utilizado en la mayora de los casos por

chapistas y tiene una aplicacin mas frecuente en la industria metalrgica para soldaduras autgena. El hidrgeno se utiliza en cohetera como combustible de propulsin.

Gases de Minas de Carbn: se hallan ocluidos en los yacimientos de carbn y

estn formados casi exclusivamente por metano y partes muy pequeas de etano. Solo son aprovechados ocasionalmente en las cercanas de la mina y en general son venteados por ser una fuente de accidentes por explosin en los yacimientos carbonferos.

Gas de Pantanos: es el gas metano que proviene de la descomposicin de los

residuos vegetales, tambin se observa su formacin en turberas. Su aprovechamiento industrial es por el momento impracticable. (la captacin de los gases se debera hacer con una campana suficientemente grande, que cubra la laguna)

Dado que el gas natural es el combustible gaseoso ms importante y que puede

tener aplicaciones variadas, como el domiciliario, comercial e industrial de pequea y gran escala, lo estudiaremos por aparte en la prxima unidad del programa.

CARACTERSTICAS DE COMBUSTIBLES GASEOSOS

Los combustibles gaseosos tienen sus caractersticas propias que son

importantes conocer para un correcto manejo y un adecuado diseo de las instalaciones que lo utilizan como combustible. Las principales caractersticas son:

Poder calorfico Densidad Velocidad de ignicin Condiciones explosivas Formas de suministro

Poder Calorfico: esta propiedad es determinada en forma anloga a los otros

combustibles, en calormetros adecuados para la combustin de gases y es el mtodo mas preciso para conocer esta propiedad.

Si no es posible esta alternativa entonces puede determinarse por medio

de tablas existentes para los principales gases o a travs del anlisis qumico del gas, por medio de la ecuacin:

PCS = 30,17 CO + 30,48 H2 + 94,94 CH4 + 166,34 C2H6 + 236,73 C3H8+ + 306,95 C4H10 + 377,15 C5H12 + 60,13 SH2

PCI = 30,17 CO + 25,77 H2 + 85,52 CH4 + 162,21 C2H6 + 217,89 C3H8 + + 283,40 C4H10 + 348,89 C5H12 + 55,42 SH2

Donde CO, H2, CH4, C2H6, C3H8, C4H10, C5H12 y SH2 son las composiciones en volumen de los elementos, expresados en tanto por ciento. Las unidades de estos poderes calorficos estn dadas en (kcal/m3) debido que su medicin es ms frecuente realizarlas en volumen.

23

Tambin puede expresarse el poder calorfico de estos gases por unidad de masa, estaran expresados en (kcal/kg).

TABLA DE PODERES CALORIFICOS

Densidad: es frecuente establecer la densidad de los gases referida a la del aire,

ya que esto es muy til para el clculo de los quemadores que trabajan a inyeccin, en general los gases naturales livianos son menos densos que el aire, mientras que el propano y el butano son mas densos que el mismo. Para estos gases es tambin de inters su densidad cuando se hallan licuados, para el clculo de los volmenes de los recipientes, en ese estado estos gases licuables tienen una densidad de 0,5 y 0,58 referida al agua.

Velocidad de ignicin: en los gases combustibles mezclados con aire, la llama

se propaga a velocidad variable conforme a la proporcin de la mezcla, esto puede verse claramente en la siguiente figura de la Pg. siguiente:

Condiciones explosivas: los gases combustibles mezclados con aire, en

presencia de una llama o chispa y cuando las proporciones de la mezcla son las adecuadas, pueden provocar una explosin o combustin instantnea. Esto ocurre para todos los gases dentro de ciertos lmites, por debajo del lmite inferior no ocurre la explosin y por encima del lmite superior ocurre la ignicin violenta pero sin explosin, es decir sin onda expansiva del orden de varios Km. /seg. En la siguiente tabla se dan estos valores para algunos gases:

Tipo de gas Lmite Inferior % Lmite Superior % Natural 5 14 Gasgeno 18 75 Propano 2,4 9,3 Butano 1,9 8,5 Industrial 5 35

Formas de Suministro: El gas suministrado por redes es el gas natural a 200 mm

de agua, en algunos casos particulares se distribuye propano a una presin de 280 mm de agua. En este caso se dice que el gas es de baja presin, cuando el gas es

COMBUSTIBLES GASEOSOS DENSIDAD PODER CALORIFICO INFERIOR PODER CALORIFICO

SUPERIOR Kg/lt kcal/m3 kcal/kg kcal/m3 kcal/kg Gas Residual de Petrleo - 8.500 - 9.000 - Gas Natural - 8.300 - 9.300 - Propano 0,508 5.588 11.000 6.102 12.013 Butano 0,567 6.180 10.900 6.735 11.878 Gas Licuado 0,537 - 10950 6.418 11951 Gas de Alto Horno de C. de Lea - 950 - 1.055 - Gas de Alto Horno de C. de Coque - 800 - 905 - Etano 1,27 14.413 11350 15.746 12399

24

distribuido a una presin de 2 Kg/cm2, entonces se habla de gas de media presin y por encima de ella se habla de gas de alta presin.

Este dato es importante en el clculo de los quemadores a fin de evitar el

retroceso de la llama o por el contrario el soplado de la misma y el consecuente apagado del quemador.

El gas envasado o gas licuado de petrleo se encuentra en estado gaseoso a

presin atmosfrica y temperatura ambiente. Para obtener butano lquido a presin atmosfrica, la temperatura debe ser inferior a - 0,5C y para el propano inferior a - 42,2 C.

Para obtener butano lquido a temperatura ambiente, el mismo debe ser sometido a presiones superiores a 2 atm. Para obtener propano lquido, la presin debe ser superior a las 8 atm.

La distribucin del gas desde los yacimientos a los puntos de consumo importantes se realiza a travs de los gasoductos, los que son tuberas de dimetro entre 20 cm y 50 cm, que conducen el gas natural a presin elevada (> 70 Kg/cm2) y dada la enorme distancia que hay entre el pozo de produccin y los puntos de distribucin, las prdidas de carga son elevadas y se deben instalar estaciones de recomprensin o bombeo cada 500 Km.

MANIPULEO DE COMBUSTIBLES GASEOSOS. Como ya dijimos, dado que el consumo industrial de combustibles gaseosos se

halla reducido al uso de gas natural, y el mismo es provisto a la planta a travs de gasoductos pertenecientes a empresas privadas o estatales, el suministro y regulacin primaria de la presin corresponde a su mbito. De forma que la manipulacin de gas natural solo se refiere a las etapas de reducir su presin a valores medios y luego a valores de consumo.

25

Estos puntos sern ampliamente detallados en el tema siguiente, de forma que aqu solo mencionaremos la facilidad relativa de manipular un combustible gaseoso frente a uno lquido o slido. Concluimos que la instalacin ms conveniente sera esta, pero no obstante, no debera eliminarse la instalacin necesaria para el uso de combustible slido o lquido que permitira a la planta seguir operando en condiciones de interrupcin del gas natural.

La manipulacin del gas natural debe considerar, dentro de la planta

exclusivamente, un adecuado drenaje de lquidos condensables que pudiese traer el gas, y un dispositivo de medicin y control del gas consumido. Para instalaciones domiciliaras y pequeas el equipo de medicin de consumo suele ser de desplazamiento positivo, mientras que para grandes instalaciones se utilizan los medidores de tipo de orificio.

Bibliografa:

- Combustibles y Combustin (Arguimbau Francisco) - Combustin y Generacin de Vapor (Trorreguitar Raul) - Manuales Tcnicos y de Instruccin para Conservacin de Energa. Tomos 1

Combustibles y su Combustin. - Tratado General de Gas (Llobera Raul) - Plantas de Vapor Donald Swif - Tecnologa de los Materiales (Andrs F. Molina). - Qumica Industrial (Carlos; Gini Lacorte).