JUEVES MINERO 3 FEBRERO 2011

OPTIMIZACIÓN DE LA COMBUSTIÓN OPTIMIZACIÓN DE LA COMBUSTIÓN EN ALTURAEN ALTURAEN ALTURAEN ALTURA

Expositor : Ing. PERCY CASTILLO NEIRA

La selección equivocada del tipo de quemador para sus hornos a 3800 s.n.m en el Complejo Metalúrgico más importante del mundo (Cerro de Pasco, Centromin Perú y Doe Run sucesivamente) determinó que se opereCentromin Perú y Doe Run sucesivamente) determinó que se opere ineficientemente durante 70 años y que La Oroya se convierta en la ciudad mas contaminada del mundo.

CORRIENTE

FRÍA DE CORDILLERA DE LOS

HUMBOLDT ANDES

PERÚPAÍS PESQUERO

PERÚ

PAÍS PESQUERO PAÍS

MINERO

LOS COMBUSTIBLES FÓSILES SON DEPÓSITOS DE LOS COMBUSTIBLES FÓSILES SON DEPÓSITOS DE ENERGIA QUÍMICA ALMACENADA POR LA NATURALEZA ENERGIA QUÍMICA ALMACENADA POR LA NATURALEZA QQ

DURANTE MILLONES DE AÑOSDURANTE MILLONES DE AÑOS

RESULTA FÁCIL COMPLICAR LA TECNOLOGÍA, LO RESULTA FÁCIL COMPLICAR LA TECNOLOGÍA, LO VERDADERAMENTE IMPORTANTE ES SIMPLIFICARLAVERDADERAMENTE IMPORTANTE ES SIMPLIFICARLA

En el Siglo XX, la complejidad científica, la En el Siglo XX, la complejidad científica, la interpretación académica y los intereses interpretación académica y los intereses p yp ycomerciales de los fabricantes de equipo y comerciales de los fabricantes de equipo y maquinaria, complicaron innecesariamente la maquinaria, complicaron innecesariamente la combustión.combustión.

En el Siglo XXI, la Teoría Inorgánica de la En el Siglo XXI, la Teoría Inorgánica de la Combustión ha demostrado que resulta Combustión ha demostrado que resulta

ill t i l t d lill t i l t d lmaravillosamente simple y que todos los maravillosamente simple y que todos los ingenieros de plantas industriales pueden y ingenieros de plantas industriales pueden y deben ser expertos en este campodeben ser expertos en este campodeben ser expertos en este campodeben ser expertos en este campo

“” DESDE QUE“” DESDE QUE LOS MATEMÁTICOS INVADIERON LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD,RELATIVIDAD, YO MISMO YA NO LA ENTIENDO MÁSENTIENDO MÁS

Todo el Todo el universo es universo es universo es universo es materia y materia y yyenergíaenergía

TEORÍA INORGÁNICA ÓDE LA COMBUSTIÓN

TEORÍA INORGÁNICA DE LA COMBUSTIÓNTEORÍA INORGÁNICA DE LA COMBUSTIÓN

1.1. Todos los combustibles industriales son lo mismo : Todos los combustibles industriales son lo mismo : combinaciones carbono / hidrógeno.combinaciones carbono / hidrógeno.gg

2. Todos los combustibles se disocian en carbono / hidrógeno 2. Todos los combustibles se disocian en carbono / hidrógeno antes de reaccionar siempre en forma elemental : antes de reaccionar siempre en forma elemental :

C + OC + O22 = CO= CO2 2 y 2Hy 2H22 + O+ O22 = 2H= 2H22OO

3.3. Siendo la combustión del hidrógeno instantánea, la partícula Siendo la combustión del hidrógeno instantánea, la partícula de carbón constituye el verdadero núcleo de la combustiónde carbón constituye el verdadero núcleo de la combustiónde carbón constituye el verdadero núcleo de la combustión de carbón constituye el verdadero núcleo de la combustión industrial. industrial.

4.4. La combustión siempre es heterogénea (gasLa combustión siempre es heterogénea (gas--gas y sólidogas y sólido--gas)gas)4.4. La combustión siempre es heterogénea (gasLa combustión siempre es heterogénea (gas gas y sólidogas y sólido gas)gas)Todos los combustibles terminan quemando como una Todos los combustibles terminan quemando como una partícula de carbón suspendida en aire.partícula de carbón suspendida en aire.

5 El j d l b tió tit f d t l t5 El j d l b tió tit f d t l t5. El manejo de la combustión constituye fundamentalmente un 5. El manejo de la combustión constituye fundamentalmente un problema de mecánica de fluidos. problema de mecánica de fluidos. El aire siempre es más El aire siempre es más importante que el combustibleimportante que el combustible

FUNCIONES DEL AIRE FUNCIONES DEL AIRE EN LA COMBUSTIÓNEN LA COMBUSTIÓNEN LA COMBUSTIÓNEN LA COMBUSTIÓN

FUNCIÓN QUÍMICA COMO COMBURENTEFUNCIÓN QUÍMICA COMO COMBURENTEAportar Oxígeno a la reacción de combustiónAportar Oxígeno a la reacción de combustiónAportar Oxígeno a la reacción de combustiónAportar Oxígeno a la reacción de combustión

FUNCIÓN MECÁNICA COMO AIRE PRIMARIOFUNCIÓN MECÁNICA COMO AIRE PRIMARIOAportar la energía cinética como impulso para formación de llamaAportar la energía cinética como impulso para formación de llamaAportar la energía cinética como impulso para formación de llamaAportar la energía cinética como impulso para formación de llama

FUNCIÓN TERMODINÁMICA COMO GASES DE COMBUSTIÓNFUNCIÓN TERMODINÁMICA COMO GASES DE COMBUSTIÓNEstablecer las condiciones de liberación y transferencia de calorEstablecer las condiciones de liberación y transferencia de calor

El aire de El aire de combustióncombustión

•• En Volumen :En Volumen :

O íO í 21%21%OxígenoOxígeno :: 21%21%

Nitrógeno :Nitrógeno : 79%79%

•• En Masa :En Masa :

OxígenoOxígeno :: 23%23%

NitrógenoNitrógeno :: 77%77%NitrógenoNitrógeno :: 77%77%

Altura vs. presión atmosféricaAltura vs. presión atmosférica

Corrección del volumen del aire Corrección del volumen del aire con la alturacon la alturacon la alturacon la altura

Variación del poder calorífico del aireVariación del poder calorífico del aire

VARIACIÓN DEL CONTENIDO DE VARIACIÓN DEL CONTENIDO DE MASA DE OXÍGENO POR MMASA DE OXÍGENO POR M3 3 DEDEMASA DE OXÍGENO POR MMASA DE OXÍGENO POR M DE DE

AIRE CON LA ALTURAAIRE CON LA ALTURAA 0 msnm : 1mA 0 msnm : 1m3 3 ------>297 gr de 0>297 gr de 022

A 1000 msnm : 1mA 1000 msnm : 1m3 3 ------>241 gr de O>241 gr de O22A 1000 msnm : 1mA 1000 msnm : 1m 241 gr de O241 gr de O22

A 2000 msnm : 1mA 2000 msnm : 1m3 3 ------>227 gr de O>227 gr de O22

A 3000 msnm : 1mA 3000 msnm : 1m33 >192 gr de O>192 gr de OA 3000 msnm : 1mA 3000 msnm : 1m3 3 ------>192 gr de O>192 gr de O22

A 4000 msnm : 1mA 4000 msnm : 1m3 3 ------>170 gr de O>170 gr de O22

A 5000 msnm : 1mA 5000 msnm : 1m3 3 ------>141 gr de O>141 gr de O22

VARIACIÓN DEL CONTENIDO DE VARIACIÓN DEL CONTENIDO DE MASA DE OXÍGENO POR MMASA DE OXÍGENO POR M3 3 DEDEMASA DE OXÍGENO POR MMASA DE OXÍGENO POR M DE DE AIRE CON LA TEMPERATURAAIRE CON LA TEMPERATURA

A 0 ºC : 1mA 0 ºC : 1m3 3 ------>297 gr de 0>297 gr de 022

A 100 ºC : 1mA 100 ºC : 1m3 3 ------>216 gr de O>216 gr de O22A 100 C : 1mA 100 C : 1m 216 gr de O216 gr de O22

A 200 ºC : 1mA 200 ºC : 1m3 3 ------>172 gr de O>172 gr de O22

A 300 ºC : 1mA 300 ºC : 1m33 >133 gr de O>133 gr de OA 300 ºC : 1mA 300 ºC : 1m3 3 ------>133 gr de O>133 gr de O22

A 500 ºC : 1mA 500 ºC : 1m3 3 ------>105 gr de O>105 gr de O22

A 1000 ºC : 1mA 1000 ºC : 1m3 3 ------> 67 gr de O> 67 gr de O22

COMO AFECTA LA ALTURA LOS COMO AFECTA LA ALTURA LOS OC SOS CO S ÓOC SOS CO S ÓPROCESOS DE COMBUSTIÓNPROCESOS DE COMBUSTIÓN

Función Química Función Química QQCAPACIDAD DE GENERACIÓN DE CALOR CAPACIDAD DE GENERACIÓN DE CALOR Factor determinante Menor disponibilidad de OxígenoFactor determinante Menor disponibilidad de Oxígeno

Función MecánicaFunción MecánicaCALIDAD DE LA COMBUSTIÓNCALIDAD DE LA COMBUSTIÓNFactor determinante: Menor disponibilidad de Impulso para intensidad Factor determinante: Menor disponibilidad de Impulso para intensidad de mezclade mezclade mezclade mezcla

Función TermodinámicaFunción TermodinámicaEFICIENCIA GLOBAL DEL SISTEMAEFICIENCIA GLOBAL DEL SISTEMAEFICIENCIA GLOBAL DEL SISTEMAEFICIENCIA GLOBAL DEL SISTEMAFactor determinante: Menor calidad de transferencia de calor por Factor determinante: Menor calidad de transferencia de calor por radiación (menor temperatura de llama) y Convección ( mayor volumen radiación (menor temperatura de llama) y Convección ( mayor volumen de gases)de gases)

VENTILADORVENTILADOR

Convierte la energía eléctrica del motor en la energía mecánica del giro del impulsor, que se convierte en energía cinética contenida en caudalcinética contenida en caudal y presión estática en el flujo de aire que se suministraal quemador

ENERGÍA CINÉTICA (IMPULSO) ENERGÍA CINÉTICA (IMPULSO) DEL AIREDEL AIRE

VENTILADORVENTILADOR Aire ventiladoAire ventiladoVENTILADOR VENTILADOR Aire ventiladoAire ventilado00--200 mBAR200 mBARSOPLADORSOPLADOR Ai l dAi l dSOPLADOR SOPLADOR Aire sopladoAire soplado200200--1000 Mbar1000 MbarCOMPRESOR COMPRESOR Aire comprimidoAire comprimido> 1000 mBAR> 1000 mBAR> 1000 mBAR> 1000 mBAR

ÁÁANÁLISIS ANÁLISIS DEDEDE DE

CASOS CASOS PRÁCTICOSPRÁCTICOS

DOE RUN : UN ERROR HISTÓRICO DOE RUN : UN ERROR HISTÓRICO FATAL EN LA SELECCIÓN DELFATAL EN LA SELECCIÓN DELFATAL EN LA SELECCIÓN DEL FATAL EN LA SELECCIÓN DEL

QUEMADORQUEMADOR

Atomización por aire a baja presiónAtomización por aire a baja presiónAtomización por aire a baja presiónAtomización por aire a baja presión

Atomización por fluido auxiliar (aire Atomización por fluido auxiliar (aire ))o vapor) o vapor)

QUEMADORES PARA CALDEROS

QUEMADOR DUAL QUEMADOR DUAL COENCOEN

Eficiencia en HornosEficiencia en HornosEficiencia en HornosEficiencia en Hornos

DISEÑO (SELECCIÓN) DEL QUEMADOR DISEÑO (SELECCIÓN) DEL QUEMADOR PARA HORNOSPARA HORNOSPARA HORNOS PARA HORNOS

QUEMADORMODIFICADOMODIFICADO

AIREAXIAL

AIRE RADIAL

AIRE CENTRAL

H O R N O P R O T O T I P O HORNO PROTOTIPO

Efecto de la altura sobre motores Efecto de la altura sobre motores lé ilé ieléctricoseléctricos

SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN DE GAS DE GAS NATURAL EN AREQUIPAR Q

PROYECTADO

250 000 li t250.000 clientes en un plazo de 5 qños

PLAN DE MASIFICACIÓN GN MR SURGN MR SUR

Ing. Percy Castillo Neira

Muchas Gracias.Muchas Gracias.

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