seminario combustión industrial aplicada y control de ... ab.pdf · cenizas 0.08 0.04 0.02 hexano...

107
Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de Contaminantes Alfredo Barriga Rivera Ph.D. Coordinador del CDTS FIMCP ESPOL

Upload: trinhduong

Post on 01-Feb-2018

221 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Seminario Combustión Industrial Aplicada y

Control de Contaminantes

Alfredo Barriga Rivera Ph.D.Coordinador del CDTSFIMCP ESPOL

Page 2: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

COMBUSTION INDUSTRIAL

Page 3: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

DEFINICION BASE

Es la reacción de oxidación rápida de un producto químico oxidable (combustible), liberando calor y emisiones lumínicas; la reacción se confina a una zona denominada “llama”, donde se produce la mayor parte de las reacciones del proceso. El oxidante es oxígeno molecular, generalmente suministrado como aire ambiental. Combustible y oxígeno deben estar en contacto.

Page 4: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Definiciones Básicas en CombustiónCombustión:

Secuencia de reacciones químicas entre combustible y un oxidante, generalmente aire, por las cuales se libera energía calórica y luminosa en un ambiente confinado.

La zona donde tiene efecto se denomina cámara, hogar, u horno de combustión, que cumple las siguientes funciones:

• Permite ingreso de combustible y aire • Mezcla íntima de los reactantes• Confinamiento de reactantes y productos• Redistribución y almacenamiento de calor

Page 5: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Combustión Completa:Cuando el combustible se oxida completamente, generando CO2, agua y demás productos de combustión.

Quemador:Componente donde se combina el combustible con aire, preparándolos para la combustión.

Combustibles:Los combustibles industriales son generalmente de origen fósil; los principales son fuel oil #2 (liviano) y fuel oil #6 (residual).

Page 6: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

COMBUSTION INDUSTRIAL

Las cámaras de combustión actúan como reactor. Están conformadas por paredes que retienen parte del calor. La llama se forma y fluye a través de la cámara. El “corazón es el denominado quemador.

Page 7: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

COM

BUST

IBLE

SGASES: Gas natural y gas licuado

LIQUIDOS: Diesel, bunker liviano, y residual, como bunker pesado

• SOLIDOS PULVERIZADOS: Como el carbón mineral, no son comunes en el medio local

• SOLIDOS GRUESOS: se queman en lecho fijo o lentamente móvil ( quema en parrilla)

Page 8: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

COMBUSTIBLES INDUSTRIALES

Son productos químicos, generalmente polímeros complejos, que contienen componentes fácilmente oxidables

Hidrocarburíferos: provienen de derivados del petróleo o carbón mineral.La antrancita es un carbón típicoCoke es producto procesado (pirólisis) de carbón mineralMetanoGas licuado: Mezcla de propano (C3H8) Butano (C4H10)DieselResiduales pesados

Page 9: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Poder CaloríficoEs la energía que la masa del combustible puede liberar, debido a una reacción química de oxidación.

El poder calorífico típico de los combustibles fósiles es:

PCcomb.fósiles ≈ 19.500 Btu/lb = 10.000 kCal/kg

PODER CALORIFICO .

Page 10: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Poder Calorífico Superior e InferiorEl agua formada por la oxidación del combustible puede

presentarse como líquido o como vapor; esto da origen a dos valores de poder calorífico:

PCSUPERIOR → Agua como líquidoPCINFERIOR → Agua como vapor

Nota: Generalmente el agua no se condensa en la cámara de combustión, por lo cual para efectos de cálculo se toma el poder calorífico inferior.

Para combustibles hidrocar buriferos líquidos esta entre 40 a 45 M Joule/kg en base volumétrica dependiendo de la densidad.

Para el fuel-oil será entre 41 -43 M Joule/kg.

Page 11: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye
Page 12: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye
Page 13: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

0.020.040.08Cenizas

2.24.710.33HexanoInsoluble %

49129690(cSt @ 38 GradC )

Viscosidad

24.721.517.3API

0.160.260.41N

11.8510.2311.03H

87.9487.1186.25Carbono %

0.501.02.2% S (masa)

BajoIntermedio

ElevadoPropiedad

Contenido de S

Propiedades de Fuel Oils de acuerdo a

Contenido de S

Page 14: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

BajoIntermedioElevado

5913Hierro

51025Sodio

102041Níquel

70155350Vanadio

Metales (ppm)

Propiedades de Fuel Oils de acuerdo a

Contenido de S

Page 15: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Relación entre Poder Calorífico y Densidad en los Fuel Oils

42.07 – 42.430.96 – 0.97Residual6

40.98– 41-700.92 – 0.95Residual5

40.47 – 40.640.90 – 0.91Residual4

38.91 – 40.280.86 – 0.90Destilado2

37.91– 38.940.80 - 0.85Destilado1

Poder Calorífico Superior* GJ/m3

Densidad Ton/m3

TipoFuel Oil No.

* Canadá y USA emplean el Poder Calorífico Superior- PCS. Otros países el PC

Page 16: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Química de la Combustión

Page 17: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

REACCIONES BASICAS

C+O 2 CO 2El aire contiene 79/21 partes de nitrógeno molecular por cada parte (mol) de O2. La fracción es equivalente a 3.76 , por lo que el aire puede expresarse como: O2 + 3.76 N2, por tantoC+ (O2 + 3.76 N2 ) CO2 + 3.76 N2

Page 18: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

PRESENCIA DE HIDROGENO

Los combustibles hidrocarburíferos contienen hidrógeno además de oxígeno. Este también participa en la reacción de oxidación y genera agua como producto de la combustión

CH4+2O 2 CO 2+ 2H2O

Donde 2 moles de O2 oxidan tanto el carbono como el hidrógeno presentes en el metano

Page 19: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

REACCIONES BASICAS DE COMBUSTION

El combustible hidrocarburífero puede expresarse como CxHy, otra manera más simplificada es la forma CH y/x, indicando que se tiene y/x átomos de H por cada átomo de C.

La reacción que contiene la cantidad de oxígeno justa para oxidar todo el material oxidable del combustible sería:

Page 20: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Reactantes:

CH y/x + (1 + y/4x) ( O2 + 3.76 N2)

Productos:

CO2 + ( y/2x) H2O + 3.76 (1+ y/4x) N2

Page 21: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

PRESENCIA DE EXCESO DE AIRE

La buena combustión requiere de un poco más de aire que el estequiométrico. Se puede introducir por un lado el llamado Factor de aire estequiométrico, que es la relación entre aire real y aire estequiométrico.En cálculos técnicos se prefiere el Factor de Exceso de Aire que implica la fracción adicional de aire en relación al estequiométrico

Page 22: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

REACCION DE EXCESO DE AIRE

La reacción de combustión de CH4

con 20% de exceso de aire quedaría:

ReactantesCH4+ (1+0.20) (1+ 4/4 ) (O2 + 3.76 N2)

ProductosCO2+2H2O + ( 1 + 0.20) ( 1+4/4).3.76 N2 + 0.20 (1+ 4/4) O2

Page 23: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Para la combustión completa de Metano con exceso de Aire de 20%, el número de moles totales en productos será (Ntp):

Ntp. = 1+2+(1+0.20)*(1+4/4)*3.76+0.2*(1+4/4)

Ntp= 12.424 (incluye agua en el producto)

Mientras que en base seca (b.S) este número es

(Ntp) =1+ (1+0.20)*(1+4/4)*3.76+0.2*(1+4/4)

Ntp=10.424 (no incluye agua en los productos)

CONCENTRACIÓN DE GASES EN PRODUCTOSLa reacción de combustión presentada anteriormente genera un número de moles totales NT

Page 24: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Para un Fuel oil pesado típico y/x= [1.5 -1.8] Para y/x = 1.6Con un exceso de aire del 20% (base seca)

Ntp=(1+(1+0.20)*(1+1.6/4)*3.76+0.2*(1+1.6/4)

Ntp = 7.6

Page 25: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

(CCO2) bs=N CO2 / NT = 1/7.6 = 0.131 o sea 13.1 %

Tabulando , para x/y =1.6, en base seca

Por lo tanto la Concentración de gas (mol/mol) en productos, En base seca será:

0.0370.1317.60.20 (20%) 0.15 (15%) 0.10 (10%)

0.05 ( 5 %)

CO2CCO2NtpEA

Page 26: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Esta relación depende tanto del tipo de combustible (y/x) como del exceso del aire

Para el caso estequiometrico (ea=0):

Relación Aire Combustible en base Masa (a/f)

Maire=(32+3.76*28)=137.28 g/mol

Mf=(12+y/x)

Mf

Mairexy

fa).1(

).4

1(/

+=

Y en presencia de Exceso de Aire

Mf

Mairexyea

fa).1(

).4

1)(1(/

++=

Page 27: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

y/x (ma/mf) Esteq (ma/mf) real 2.521.6 14.13 16.96

Ejemplo

con exceso de aire 20%

Page 28: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Composición real de Combustibles

Mineral

0.0112.5S

N

0.01341.5O

1.7112H

184C

Ni/Ncmi/m toti

Mineral

0.3.5S

0.06970.5N

O

1.39510%H

186 %C

Ni/Ncmi/m toti

CASO 1 CASO 2

En base a los pesos moleculares se puede expresar una molécula de la forma

Page 29: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Los coeficientes y/x, w/x, z/x se obtiene en base a las masas (m) y masa moleculares (M) de los elementos respectivos

Asi, y/x es el cociente entre el número de mole de H y número de moles de C (NH/NC)

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛==

H

C

C

H

C

H

MM

mm

NN

xy

Similarmente para los otros

Page 30: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

++++ 2222 2NO

xuSO

xwOH

xyCO

Luego se procede a plantear la ecuación de combustión, de la siguiente forma:

En los reactantes:

En los productos:

22 )24

1()24

1)(1(76.3 Oxz

xu

xw

xyeaN

xz

xu

xw

xyea −++++−++++

( )22 76.3)24

1)(1( NOxz

xu

xw

xyeaNOSCH

xu

xz

xw

xy +−+++++

Page 31: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Los valores del caudal emitido [Q] por cada uno de los contaminantes desde la chimenea, utilizamos las relaciones estequiometricas de la ecuación de combustión a partir del consumo de combustible

En donde:Ncont= numero de moles del contaminante en la ecuaciónPMcont= peso molecular del contaminantePMcomb= peso molecular del combustible

Page 32: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Ejemplo

Mineral2.5S

0N1.5O12H84C

mi/mt (100%)i

0.0000u/x0.0134z/x0.0112w/x1.7143y/x

Coeficientes de la molécula de combustible

Page 33: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

0.287O26.466N2

0.0000NO20.0112SO2

0.857H2O1CO2

Coeficiente de los Productos

Analisis de Concentración en base seca 7.7636

0.128805810.00143756

00.832839960.03691666Concentracion de O2

Concentracion de CO2Moles Totales en los productos

Concentracion de SO2Concentracion de NO2Concentracion de N2

Exceso de Aire 20%

Page 34: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Termodinámica de la Combustión

La temperatura de gases depende de temperatura de gases de entrada, del calor especifico de los gases, exceso de aire y principalmente del poder calorífico del combustible

gg

faire

Cpm

PCmTTg

..

.

+=

Page 35: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

fag mmm +=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

f

f

f

a

f

g

mm

mm

mm

1+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

f

a

f

g

mm

mm

gf

a

aire

Cpmm

PCTTg

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

1

Page 36: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Balance de Masa en Procesos de Combustión

GASES DE COMBUSTIÓN

CENIZAS Y MATERIA INERTE (vidrio, metales, etc)

CÁMARA DE COMBUSTIÓN

(Reacciones Químicas de Transformación, Liberación de

Energía)

AIRE

COMBUSTIBLE

(79% N2, 21 % O2)

(Fuel Oil, Diesel, Materia Sólida)

CO2

N2

O2

NOx

SO2

HCl

VOC’s

Partículas e Inquemados

Masa Reactivos = Masa Productos

Page 37: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Depende del poder calorífico y del exceso de aire. Si no hubiese perdidas térmicas de diseño y temperaturas adiabática.

En la práctica se pierde calor tanto por acumulación en las paredes, por perdidas hacia el exterior y por transferencia a la carga térmica .

TEMPERATURA DE LLAMA .

Page 38: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

∆E = m Cp (Tg-Ta)

∆E Cambio en flujo de Energíam flujo de masaCp calor especifico de gases(1.1 kJ/kg °C)Tg temp de llama Ta temp de aire

Asumiendo comportamiento de gas ideal

Page 39: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

EFECTOS DE PAREDES DEL HORNO (HOGAR)

PROPOSITO 1Confinar llamas y

gases, permitiendo las reacciones

PROPOSITO 2Retener parte del calor

de la combustión, retornándolo a la mezcla que ingresa por el quemador y permitiendo la estabilización térmica de la llama

Page 40: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye
Page 41: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Ignición

Q gen

T

Q loss

T

Se produce cuando la mezcla combustible libera al inflamarse, suficiente cantidad de energía para vencer las pérdidas térmicas.Se aplica principio de la explosión térmica.

T

P3

P2

P1

Page 42: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Límites de InflamabilidadLa mezcla aire/combustible es inflamable en un cierto rango de valores.A presión normal ( aprox atmosférica) existe un límite superior de inflamabilidad y un límite inferior en la relación masa de combustible a masa de mezcla. El inferior se llama límite de mezcla pobre y el superior límite de mezcla rica. Para que la mezcla se inflame (combustionarse) esta deberá encontrarse localmente ( punto a punto) dentro de los límites de inflamabilidad. Regiones en las que esto no se emplee no combustionarán

Page 43: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Velocidad de llama

Si se iniciase ignición en un punto de una mezcla inflamable aire/ combustible, se formaría un frente de combustión que se propagaría con velocidad característica Vfl. Para condiciones ambientales de la mezcla fresca, esta velocidad es del orden de fracción de metro por segundo hasta unos pocos m/s.

Page 44: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Velocidad de llama

Example of a pulverised coal flame

Page 45: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

.- Llamas de difusión.-

FUEL O2

Page 46: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Llama de Pre-mezcla

Esta se da cuando el combustible y el comburente (aire ) se Inter.-mezclan antes de llegar al frente de llama. En este caso el frente de combustión ocupa un volumen mayor.Los quemadores de gas para cocinas se tipifican como de llama de premezcla. La llama se forma en el interior del mechero.

Page 47: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Llama de Pre-mezcla

Page 48: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Reacciones Intermedias.-

La combustión se da a través de un conjunto de reacciones. Los principios se agrupan en los siguientes pasos:IniciaciónPropagaciónRamificaciónTerminación

Page 49: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Cinética de Reacciones.-

las reacciones de combustión toman un tiempo dado que depende de temperatura y presión. Para tipificarse se utiliza la constante de reacción, que mide la rapidez de reacción. Su valor depende de la temperatura a la que se desarrolla la reacción, así como de las concentraciones.

Page 50: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Elementos de Reacciones de Combustión

Page 51: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Equilibrio.

Dado un tiempo suficiente, la reacción tiende a un equilibrio entre la reacción directa y reversa.La constante de equilibrio depende de la temperatura (exponencial) y de la presión, así como las concentraciones. Ver más detalle en la bibliografía.

Page 52: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Combustión Industrial de Combustibles líquidos.-

Page 53: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Combustión Industrial de Combustibles líquidos.-

La buena combustión requiere mezcla íntima combustible/comburente.Cuando el combustible es sólido y se pulveriza previamente, se puede generar una mezcla de comburente ( aire) y combustible suspendiendo las partículas.

Page 54: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Combustión Industrial de Combustibles líquidos.-Pero si el combustible es líquido, debe

evaporarse previo a la combustión.

Un mecanismo es el térmico, induciendo evaporación por calentamiento del combustible, que luego se mezcla en fase gaseosa con aire.

Page 55: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Combustión Industrial de Combustibles líquidos.-

En este proceso, se procede primero a inducir una atomización de fluido, generando una nube de finas gotillas que se mezclan con el aire, donde se evaporen y ocurra la combustión en la zona de llama.En la atomización, la corriente fluida es forzada a continuar hacia el elemento atomizador, que recibe continuo líquido y emite una película cónica

Page 56: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Combustión Industrial de Combustibles líquidos.-

Las fuerzas viscosas fraccionan la lámina formando “cilindroides” de líquido que siguen fraccionándose bajo la acción de fuerzas viscosas y la corrosividad propia de las partículas fluidas. Finalmente se genera una fina nube de gotillas que se evaporan rápidamente conforme se acercan a la zona de combustión.

Page 57: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Combustión Industrial de Combustibles líquidos.-

Figure 6: Example of a burner mixed natural gas flame

Page 58: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Características de Atomizadores

buen funcionamiento depende una buena combustión.La buena atomización depende, entre otras cosas, de:CaudalViscosidad del fluidoTensión SuperficialPresión de OperaciónPresencia de partículas / substancias perturbadoras.

Page 59: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Características de Atomizadores

Combustibles “pesados” como fuel oil N°6 deben calentarse para reducir su viscosidad. Además, para estos casos se utiliza un segundo fluido, aire ó vapor para apoyar el fraccionamiento.

Page 60: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Características de Atomizadores

Figure 5: Example of a fuel oil flame

Page 61: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Problemas con mala atomización.-

Mientras más pequeñas sean las gotillas, más rápido se vaporizan, gotas demasiado gruesas (diámetro superior a 75 micrones) pueden no alcanzar a vaporizarse antes de llegar a la llama.

Las gotas finas poseen más área por unidad de masa, y se evaporan mucho más rápido; pues evaporación es un fenómeno superficial.

Page 62: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Problemas con mala atomización.-

Si la gota llega a la cercanía de la zona de llama sin evaporarse completamente, se forma una llama de difusión alrededor de la gota. Este actúa como una envolvente, desde cuyo interior fluye combustible y por el exterior el oxígeno ( aire ):

Page 63: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Problemas con mala atomización.-

Se forman residuos “gomosos” que son en definitiva hidrocarburos incompletamente quemados, parte de VOC´s que salen por la chimenea ó se depositan en las paredes.

Cualquier elemento que afecte la atomización y evaporación subsecuentemente tendráefecto sobre la generación de contaminantes ( hidrocarburos mal quemados).

Page 64: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Quemador.-Es la unidad que indica la combustión. Para el caso de combustibles líquidos debe proveer la inyección de combustible por medio de bomba ( de engranajes ), así como insuflamiento de aire. Provee también el espacio para atomización y mezcla previa, así como para la combustión .Algunas veces incluye un bloque cerámico refractario.La entrada de aire se da por el exterior de la boquilla de atomización, y se colocan álabesinductores de giro ( swire )

Page 65: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Quemador.-

Page 66: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Quemador.-La presencia del bloque de quemador asegura que la llama se desarrolla completamente antes de enfrentar la carga térmica, caso contrario pueden generarse “puntos fríos” de temperatura insuficiente para reacción completa.

Page 67: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye
Page 68: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

El atomizador es una unidad de tipo fluido-mecánico. Su función consiste en permitir que el combustible, que ingresa como una corriente fluida continua, se convierta en una “niebla” de pequeñas gotillas de diámetro variable.

El fraccionamiento se da por un efecto de interacción fluido-dinámica, por ejemplo por doble fluido (combustible y vapor o aire caliente), combinado con paso por pasajes “tortuosos” , impactación contra placas y cambios bruscos de dirección.

Page 69: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

09.- Las gotillas así formadas, que se emite como una fina “sábana”cónica de fluido y se fracciona subsecuentemente en gotillas más y más finas.

La distribución va desde décimas de micra (micro-metros) hasta unos pocos centenares de micras.

Las gotillas muy finas (orden de una micra o menos) se evaporan muy rápidamente, mientras que las gotillas de diámetro cercano a 100 micras o superior tienen dificultades para evaporarse.

Page 70: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

10.- La nube de gotillas se va acercando a la zona de llama y se evapora. Si las gotas son muy gruesas (mayor a 100 micras) pueden llegar a la zona de llama todavía como gotillas líquidas, atravesando la llama con combustión de llama de difusión, es decir que se forma una llama alrededor de la gota en la envolvente en que se junta el combustible evaporado y el oxígeno del exterior.

Esto aumenta rápidamente la temperatura en el interior de la gota, esta se piroliza y descompone térmicamente, generando un núcleo “gomoso” con restos de hidrocarburo mal quemados (NMHC). Estas gotas se perciben visualmente como incandescencias que atraviesan la llama.

Esto contribuye a la formación de contaminantes.

Page 71: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye
Page 72: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Boquilla de alimentación mecánica 1

Configuración de la boquilla

Efecto atomizador

Viscosidad fuel SSU

Presión línea fuel psig

Caudal galón/H

Turn down ratio

Aire Atomización Scfaire/galón fuel

Llama/ cámara

Contenidos de sólidos

Orificio simple, movimiento ciclónico

Mezcla comprimida con chorro fluido ciclónico

Hasta 100

75 – 150

10 -100

2.5:1 a 3.5:1

N/P

Llama corta, baja velocidad , cámara grande

Page 73: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Boquilla de alimentación mecánica 2

Page 74: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Configuración de la boquilla

Efecto atomizador

Viscosidad fuel SSU

Presión línea fuel psig

Caudal galón/H

Turn down ratio

Aire Atomización Scfaire/galón fuel

Llama/ cámara

Contenidos de sólidos

Taza RotativaExtremo abierto, movimiento ciclónico

Introducción de aire de combustión con lamina ciclónico

Hasta 300

baja

5 -300

5:1

N/P

N/P

Hasta 20%

Page 75: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Configuración de la boquilla

Efecto atomizador

Viscosidad fuel SSU

Presión línea fuel psig

Caudal galón/H

Turn down ratio

Aire Atomización Scfaire/galón fuel

Llama/ cámara

Contenidos de sólidos

Chorro

Choque externo de chorro fuel con chorro de aire

200 -1500

Menos 1.5 psig

400-1000 Scfa aire/ galón fuel

Llama corta, cámara pequeña

Hasta 30%

Quemador de atomización para aire externo de baja presión

Page 76: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Quemador de doble fluido externo de alta presión

Configuración de la boquilla

Efecto atomizador

Viscosidad fuel SSU

Presión línea fuel psig

Caudal galón/H

Turn down ratio

Aire Atomización Scfaire/galón fuel

Llama/ cámara

Contenidos de sólidos

Chorro

Choque externo no fuel con aire

150 -5000

30- 150 psig

3:1 a 4:1

2-5 lb /galón-fue

Hasta 70%

Page 77: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Configuración de la boquilla

Efecto atomizador

Viscosidad fuel SSU

Presión línea fuel psig

Caudal galón/H

Turn down ratio

Aire Atomización Scfaire/galón fuel

Llama/ cámara

Contenidos de sólidos

Spray cónico

Impacto de una mezcla de fuel con fluido de atomización antes de emerger

Hasta 100

3:1 a 4:1

bajo

Boquilla de mezcla interna

Page 78: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye
Page 79: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye
Page 80: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Diagrama de Ostwald (1)

El diagrama de Ostwald es la graficación de las concentraciones volumétricas de los varios componentes de los gases de combustión: CO2, O2, CO. Se incluye además el exceso de aire.

En la práctica, los quemadores industriales operan entre el 5 y 35% de EA. La mayoría produce muy poco CO (menos de 0,2%). En tal caso puede asumirse la línea de combustión completa.

A partir de cálculos teóricos estequiométricos es posible construir el diagrama de Ostwald. Para un combustible de composición conocida, se requiere de una sola medición (usualmente % O2) para conocer el EA.

Page 81: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Diagrama de Ostwald

Page 82: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye
Page 83: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye
Page 84: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Diagrama de Sankey (1)

El diagrama de Sankey, muestra en forma global un balance energético a un sistema térmico de combustión, a manera de franjas que representan, según su anchura, la cantidad de energía correspondiente, según su dirección, al destino final de esa energía.

Se trata de establecer un balance térmico entre la energía química provista por el combustible y la energía utilizada por el sistema.

Energía Química del combustible

Energía Transferida a

la Carga Térmica

Pérdidas Térmicas

Calor Sensible de Gases

Energía Perdida por Ineficiencias

de Combustión

++ +

Page 85: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Diagrama de Sankey (2)

Page 86: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Productos de Combustión.-

Figure 2: View of fire-bed in a stoker fired boiler

Page 87: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Productos de Combustión.-

Los principales productos de combustión de combustibles hidrocarburíferos son:CO2, H2O, N2, O2CO, SOx, NOxHollín, fly ash, HC mal quemados.Metales fundido /solidificado

Page 88: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Productos de Combustión.-

Page 89: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Formación de Partículas en Combustión

Page 90: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Formación de Incrustaciones en Combustión de Fuel Oil Pesados

Page 91: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye
Page 92: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye
Page 93: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Mediciones Importantes en Combustión

Las siguientes son las principales medicionesrecomendadas para un análisis de combustión de hidrocarburos:

Temperatura del combustibleConcentración de O2Concentración de CO2Temperatura de GasesNiveles de HumosAnálisis Visual de Llama

Mediante tales mediciones se puede establecer si se estámanteniendo una adecuada combustión, y por ende los ajustes necesarios al proceso para obtener mejoras en su eficiencia.

Page 94: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Reducción de SOx.

Se logra reduciendo el contenido de azufre del combustible. El fuel oil pesado y el diesel local contienen entre 1 al 3 % , si bien las entidades gubernamentales vinculadas a producción de combustible indican que el máximo es 1.8 %. Una vez generado, es complicado extraer el SOx. Debe usarse lavado de gases o procesos catalíticos/ químicos.

Page 95: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Formación de NOx

El NOx puede formarse tanto a partir del Nitrógeno del combustible como del Nitrógeno molecular del aire. La formación de N2O, NO2y NO3 tiende a aumentar con la temperatura.Por tanto, aquello que reduzca la temperatura reduce la formación de NOx. Véase referencias sobre los varios mecanismos.

Nota: Se requiere temperatura para completar la reacción, excepto en combustión “fresca” que se da usando catalizadores. Por otro lado, una mayor temperatura permite mayor tasa de transferencia de calor. Del modo que deberá buscarse un punto de equilibrio.

Page 96: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Formación del CO.-

Normalmente no debiera darse CO en combustión industrial, en la que se usa 15- 25 % de exceso de aire. Monóxido de carbono se da en motores de combustión interna. Sin embargo, de descalibrase el caldero ó al operar a baja carga podría darse operación con déficit de aire que conduce a presencia de CO.

Page 97: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye
Page 98: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye
Page 99: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye
Page 100: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Chimeneas.-

Los gases de combustión deben ser ductadoshacia la atmósfera. Para ello se usa la chimenea. Su función es doble: inducir tiro y emitir los gases lo más lato posible ( con la esperanza que se dispersen los contaminantes antes que retorne la estela al suelo )

Page 101: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Chimeneas.-

La chimenea es básicamente un ductovertical. En su diseño debe asegurarse que sobresale de las estructuras colindantes para que la estela de humos no sea arrastrada a suelo por las “ burbujas”de recirculación que se forma corriente debajo de cuerpos fluido-dinámicamente abruptos.

Page 102: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Tiro.

Es la presión negativa que se genera por la temperatura de gases de combustión y presencia de la chimenea.Gases calientes son menos densos que aire ambiental y se genera, flotabilidad (boyantez). Esto genera efecto de aspiración, que tiende a extraer los gases de la cámara. La diferencia de presiones se denomina “tiro”.

Page 103: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Chimeneas.-Mientras menor sea la distancia de la chimenea a las estructuras aledañas , mayor deberá ser la altura de la chimenea.Altura mínima de chimenea: 8 metros. Elevación mínima de chimenea sobre estructuras colindantes: 4 metrosSi la chimenea está dentro de la “burbuja” de recirculación, la elevación mínima será la de medio ancho de la estructura circundante.Por ejemplo, si el ancho de la estructura fuese 20 metros, la chimenea deberá elevarse 10 metros por encima.

Page 104: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Clasificación de chimeneas y conductos para evacuar humos o gases de combustión

y fluidos calientes

Las chimeneas y conductos para evacuar humos o gases de combustión y fluidos calientes se clasifican como de baja, media y alta temperatura, midiéndose ésta en la entrada de los gases :

Page 105: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Altura del remate de una chimenea o conducto para evacuar humos o gases de combustión,

fluidos calientes, tóxicos , corrosivos o molestos

Una chimenea o un conducto para evacuar humos, gases de combustión, fluidos calientes, tóxicos, corrosivos o molestos, tendrá su remate a las alturas más abajo especificadas.

Altura del remate respecto de azotea o techo:

El remate o boca se ubicará, respecto de una azotea o techo, a la altura mínima siguiente:

1. 2,00 m sobre una azotea transitable. 2. 0,60 m sobre una azotea no transitable o techo cuyas faldas tengan una inclinación hasta el 25%.

3. 0,60 m. sobre las faldas de un techo inclinado más del 25% y además, 0,20 m por encima de cualquier cumbrera que diste menos que 3,00 m del remate.

Page 106: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Altura del remate de una chimenea o conducto para evacuar humos o gases de combustión, fluidos calientes, tóxicos , corrosivos o molestos

b) Altura del remate respecto del vano de un local: El remate de una chimenea estarásituado a un nivel igual o mayor que la medida Z, respecto del dintel de una vano de un local:

Page 107: Seminario Combustión Industrial Aplicada y Control de ... AB.pdf · Cenizas 0.08 0.04 0.02 Hexano 10.33 4.7 2.2 Insoluble % (cSt @ 38 Grad 690 129 49 C ) ... Ntp= 12.424 (incluye

Construcción metálica:

La obra metálica de una chimenea o conducto será unida por roblonado, soldadura u otro sistema igualmente eficaz.El espesor mínimo de la pared será: